DE4004932C2 - Radialkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radialkolbenmaschine, ins­ besondere einen Radialkolbenmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-PS 35 31 632 ist bereits eine Radialkolbenmaschine mit sich über Rollen an einer Hubscheibe abstützenden Kolben bekannt. Die dabei im Hubbereich der Rollen gebildeten Aus­ nehmungen besitzen umlaufende Nuten, die eine gewisse Tiefe aufweisen müssen, um ein Eintauchen der Rollen in die die Kol­ ben aufnehmenden Bohrungen bei gleichzeitig seitlicher Führung der Rollen an Rest- oder Anlageflächen der seitlichen Rotor- oder Zylinderblockwandung zu ermöglichen. Um dies zu errei­ chen, ist eine verhältnismäßig große Tiefe für die umlaufenden Nuten erforderlich, was eine Schwächung des zwischen zwei Kol­ benbohrungen verbleibenden, den Kolben stützenden Restsegments bedeutet, welches beim Betrieb unter Wirkung der Kolbenkraft auf Biegung beansprucht wird. Es besteht daher die Gefahr eines Bruchs, insbesondere eines Dauerbruchs.

Der nachveröffentlichten DE-OS 38 28 131.7 ist eine Radial­ kolbenmaschine zu entnehmen, der die Aufgabe zugrunde liegt, insbesondere die Radialkolbenmaschine gemäß DE-OS 35 31 632 derart weiterzubilden, daß die Nachteile bekannter Maschinen dieser Bauart vermieden werden. Insbesondere sollen die Ge­ fahren eines Bruchs oder Dauerbruchs ausgeschaltet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radialkolbenmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art derart auszubilden, daß breite Rollen verwendet werden können, wobei der Rotor so ausgestaltet ist, daß seine Festigkeit bei kompakter Bauweise nicht wesentlich verringert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Kolbenring am möglichst unteren Ende des Kolbens angebracht. Durch diese Maßnahme erhält man eine große verbleibende tra­ gende Stützfläche zwischen Kolben und Bohrung zur Übertragung des Drehmomentes. Der Verschleiß des Kolbens wird bei einer derartigen Ausführung und Lage des Kolbenringes erheblich vermindert.

Weitere Vorteile und Ziele der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine bekannte Radial­ kolbenmaschine gemäß DE-PS 35 31 632, d. h. eine Ma­ schine, auf die sich die Erfindung grundsätzlich be­ zieht;

Fig. 2 einen schematischen Teilschnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1, allerdings hier durch einen Rotor gemäß einem Aus­ führungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 eine Teildraufsicht auf den Rotor aus Richtung des Pfeils D in Fig. 2;

Fig. 4 eine Einzelheit A in Fig. 2;

Fig. 5 eine Einzelheit B in Fig. 2;

Fig. 6 eine Einzelheit C in Fig. 7;

Fig. 7 einen Teilschnitt längs Linie 7-7 in Fig. 2, wobei in der rechten Hälfte dieses Schnitts der Kolben ausge­ fahren ist.

In Fig. 1 ist eine bekannte Radialkolbenmaschine gezeigt, wo­ bei mit 1 die eine Gehäusehälfte und mit 2 die andere Gehäuse­ hälfte bezeichnet ist. Zwischen den beiden Gehäusehälften ist die Hubscheibe 3 angeordnet. Mittels der Befestigungsschrauben 4 sind die beiden Gehäusehälften mit Hubscheibe zu einer fest­ en Einheit vereinigt. In der Gehäusehälfte 1 ist eine Welle 5 mittels der Kugellager 6, 7 gelagert. Das gehäuseseitige Ende 8 der Welle 5 ist als Vielkeilwelle ausgebildet und trägt über eine entsprechende Ausnehmung 9 einen Rotor 10. Der Rotor 10 ist als Zylinderblock ausgebildet und weist über seinen Umfang gleichmäßig verteilte Bohrungen 11 auf, die zur Aufnahme der Kolben 12 dienen. Die Kolben 12 sind in ihrem radialen äußeren Bereich mit einer Ausnehmung zur Aufnahme einer Lagerschale 13 und der zylindrischen Rolle 14 versehen. Die Rollen 14 stützen sich an der Kurvenbahn 17 der Hubscheibe 3 ab. Im radial un­ teren Bereich des Kolbens 12 weist dieser in einer umlaufenden Nut einen Kolbenring als Dichtelement auf. Die von den Boh­ rungen gebildeten Kolbenräume stehen über axial verlaufende Bohrungen 21 mit ebenfalls axial verlaufenden Steuerbohrungen 22, 23 einer feststehenden in der Gehäusehälfte 2 unterge­ brachten Steuerhülse 24 in Wirkverbindung. Die Steuerhülse 24 begrenzt umlaufende Steuerräume 25, 26, die mit nicht näher dargestellten Anschlüssen für die Druckmittelquelle bzw. für den Tank in Verbindung stehen. Je nach Stellung der Bohrungen oder Kolbenräume 11 zu den Steuerbohrungen 22, 23 werden diese entweder mit der Druckmittelquelle oder mit dem Tank verbunden und damit ein Drehmoment auf den Rotor 10 erzeugt, der dieses über die Vierkeilverbindung auf die Antriebswelle bzw. Ab­ triebswelle 5 nach außen weiterleitet.

Die bekannte Radialkolbenmaschine gemäß Fig. 1 weist, was im einzelnen in den Fig. 3 bis 5 der DE-PS 35 31 632 gezeigt ist, pro Kolben vier Ausnehmungen 11a zur Aufnahme von Abschnitten der Rolle 14 auf. Diese Ausnehmungen 11a ergeben sich bei der be­ kannten Radialkolbenmaschine durch umlaufende Nuten 15 am Ro­ tor 10 und sind damit ein Teil der Nuten. Die Nuten 15 sind dabei so bemessen, daß ihre äußeren Begrenzungswände gleich­ zeitig die axiale Führung der Seitenflächen der Rollen bilden. Die Einstichtiefe der umlaufenden Nuten 15 kann vermindert werden, da die Rolle 14 zu einem Teil in die bestehende Kol­ benbohrung 11 eintauchen kann.

Anhand der Fig. 2 bis 7 sei nunmehr ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine beschrieben. Zunächst ist festzustellen, daß sich die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine nur durch die andere Ausbildung ihres Rotors 100 von der Radialkolbenmaschine gemäß Fig. 1 unter­ scheidet, und hier auch nur insofern, als die für die Aufnahme der Kolben 12 und Rollen 14 vorgesehenen Räume anders gestal­ tet sind. Insbesondere sind gemäß der vorliegenden Erfindung die in Fig. 1 gezeigten umlaufenden Nuten 15 nicht mehr erfor­ derlich.

Die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine gemäß den Fig. 2 bis 7 weist ebenso wie der Stand der Technik gemäß Fig. 1 eine Hubscheibe 3 mit einer Kurvenbahn 17 auf.

Der Rotor- oder Zylinderblock ist hier mit dem Bezugszeichen 100 versehen. Der Zylinderblock 100 dreht sich um eine Längs- oder Rotationsachse 160. Um den Umfang des Rotors 100 herum sind mehrere Kolbenbohrungen 110 radial nach innen verlaufend vorgesehen. In jeder Bohrung 110 ist ein Kolben 120 hin und her beweglich gelagert. Jeder Kolben 120 stützt sich über eine Laufrolle 140 an der Kurvenbahn 17 in bekannter Weise ab.

Jede Kolbenbohrung 110 - vgl. dazu insbesondere Fig. 5 - endet im Bereich des Bohrungsgrundes 117 in einem Bohrungsboden 116. Man erkennt in Fig. 5, daß die vom Zylinderblockumfang 132 herkommende Kolbenbohrung 110 zunächst eine zylindrische Bohrungswand 112 besitzt, die in Fig. 5 an der Linie 111 endet. Ein Hinterstich 113 wird, nachdem die Kolbenbohrung im Zylinderblock 100 ausgebildet wurde, im Bohrungsgrund 117 vor­ gesehen. Der Hinterstich 113 verläuft zunächst längs eines unter einem Winkel von 30° angeordneten Winkelabschnitts 115 nach außen, um sodann längs einer durch den Radius 114 defi­ nierten Kreisbahn in den Bohrungsboden 116 überzugehen. Das Vorhandensein des Hinterstichs 113 hat folgende Vorteile:

Die Bohrung 110 läßt sich einwandfrei bearbeiten, die Dichtung 123, 124 kann bis an den Hinterstich herangeführt werden, und die Kolben 120 können unter günstiger Platzausnutzung bis auf den Bohrungsgrund 116 eintauchen.

Der Kolben 120 ist in der Bohrung 110 - vgl. Fig. 4 - durch eine Kolbendich­ tung 122 abgedichtet. Die Kolbendichtung 122 besteht aus einem Kolbenring 123 und einem dahinter angeordneten elastischen Element 124. Die Kolbendichtung 122 sitzt in einer Ringaus­ nehmung 121 des Kolbens. Der Kolbenring 123 ist am möglichst unteren Ende des Kolbens 120 angebracht. Dadurch entsteht eine große verbleibende tragende Stützfläche zwischen Kolben 120 und Kolbenbohrung 110 zur Übertragung des Drehmoments. Der Verschleiß des Kolbens 120 wird bei einer derartigen Ausfüh­ rung und Lage des Kolbenringes 123 erheblich vermindert.

Fig. 4 zeigt eine Einzelheit A aus Fig. 2, und man erkennt, daß der Kolben 120 an seinem unteren Ende einen sich kontinuier­ lich längs Linie 126 verjüngenden schließlich im Boden 127 des Kolbens endenden Durchmesser besitzt. Man erkennt ferner, daß nach der Ausnehmung 121 zum Kolbenboden 127 hin zunächst noch ein mit 125 bezeichneter kreiszylindrischer Abschnitt kommt, an den sich dann der bereits erwähnte sich verjüngende Kolben­ abschnitt anschließt.

Insbesondere Fig. 3 zeigt, daß die Kolbenbohrungen 110 längs einer Umfangsmittellinie 131 des Zylinderblockumfangs 132 aus­ gebildet sind. Der Zylinderblockumfang 132 besitzt beidseitig Schrägflächen oder Phasen 133 und 134. Der Kolbendurchmesser - vgl. Fig. 2 - wird mit 128 bezeichnet.

An seinem radial außen gelegenen Ende ist im Kolben 120 die mit 140 bezeichnete Rolle vorzugsweise in einer Lagerschale 130 gelagert, und zwei Arme 129 des Kolbens 120 haltern die Rolle 140.

Die Rolle 140 ist von kreiszylindrischem Querschnitt und be­ sitzt zwei Rollenstirnseiten 141, 142 (vgl. dazu auch Fig. 7). Die die Rollenstirnseiten 141, 142 bildenden Rollenabschnitte erstrecken sich über den Durchmesser 128 der Bohrung 110 hinaus. Um dies zu ermöglichen, sind zwei Ausnehmungen 108 und 109 in Axialrichtung aus dem Zylinderblock 100 herausgear­ beitet, vorzugsweise herausgefräst. Die Ausnehmungsbreite in Umfangsrichtung ist mit 206 bezeichnet. Die Wand 203 der Aus­ nehmung bildet eine Führungsfläche 103 für die Rolle 140. Entgegengesetzt zur Ausnehmungswand 203 liegt die Ausneh­ mungswand 204, die eine Führungsfläche 104 für die Rolle 140 bildet. Vorzugsweise ist - wie in Fig. 2 angedeutet - die Breite der Ausnehmungen 108, 109 nur geringfügig breiter als die Breite der Führungsfläche 103, 104, die in etwa dem Durchmesser 145 der Rolle 140 entspricht. Durch den Fräsvor­ gang entsteht die in Fig. 2 gestrichelt angedeutete, etwas größere Ausnehmungsbreite 206.

Die seitlichen Führungsflächen 103, 104 werden bis zu einer Tiefe - vgl. Fig. 2 - ausgefräst, welche oberhalb des Kolbenrings liegt, wenn der Kolben in der oberen Totpunkt­ lage angelangt ist. Die Totpunktlage ist in Fig. 2 für den unterhalb des Pfeils D liegenden Kolben gezeigt. Dort ist auch mit 147 die minimale Kontaktfläche der Rolle 140 mit der zuge­ hörigen Führungsfläche 103, 104 kreuzschraffiert dargestellt. Insbesondere in Fig. 3 erkennt man, daß die Rollenlänge 146 in etwa dem Durchmesser 205 der Kolbenbohrung 110 entspricht.

Der Rollendurchmesser 145 liegt wie bereits erwähnt in der Größenordnung der Breite der Führungsflächen 103, 104, die Ausnehmungsbreite 206 ist etwas kleiner als der Durchmesser der Kolbenbohrung 205.

Insbesondere in Fig. 6 erkennt man, daß die Rolle 140 zwischen den Seitenflächen 141, 142 und der Lauffläche 143 eine Schräge 148 aufweist.

Claims (7)

1. Eine Radialkolbenmaschine, die folgendes aufweist:

• - eine ringförmige, gehäusefest angeordnete Hubscheibe (3),
• - einen um eine Achse gegenüber der Hubscheibe (3) drehbar gelagerten, als Zylinderblock (100) ausgebildeten Rotor,
• - eine Vielzahl bezüglich der Rotationsachse des Zylinderblocks radial angeordneter Bohrungen (110),
• - im Inneren der Bohrung (110) verschiebbar gelagerte, mit Kolbenringen versehene Kolben (120),
• - zylindrische Rollen (14) zum Abstützen der Kolben (120) auf der Hubscheibe (3) mit parallel zur Rotationsachse des Zylinderblocks verlaufenden Achsen und
• - im Zylinderblock entgegengesetzt angeordnete Führungsflächen (103, 104) für die Rollen (14),

wobei die sich radial erstreckende Tiefe der Führungsfläche (103, 104) oberhalb des Kolbenrings (123) liegt, wenn der Kolben (120) in der oberen Totpunktlage angelangt ist, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der Bohrungen (110) beidseitig jeweils eine Ausnehmung (108, 109) zur Aufnahme von Rollenabschnitten an den beiden Rollenstirnseiten (141, 142) vorgesehen ist, welche sich in Umfangsrichtung des Zylinderblocks (100) innerhalb des Durchmessers der Bohrung (110) erstreckt.

2. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bohrung (110) im Zylinderblock (100) im Bohrungsgrund einen Hinterstich (113) aufweist.

3. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolbenring (123) am möglichst unteren Ende des Kolbens (120) angebracht ist.

4. Radialkolbenmaschine nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (146) der Rolle (14) in etwa dem Durch­ messer (205) der Bohrung (110) entspricht.

5. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollen­ durchmesser (145) kleiner ist als der Kolbendurchmesser, so daß die Rolle halternde Arme (129) entstehen.

6. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hinterstich (113) von der zylindrischen Bohrungswand (112) ausgehend zunächst unter einem Winkel von vorzugsweise 30° gegenüber der Vertikalen nach außen verläuft, um dann vorzugsweise längs eines Kreisbogens in den Bohrungsboden (116) überzugehen (Fig. 5).