DE4421506C1 - Innen- und außenbeaufschlagbare Radialkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine innen- und außenbeaufschlagbare Radial­ kolbenmaschine, wie sie beispielsweise aus der DE-OS-19 52 730 bekannt ist. Diese bekannte Radialkolbenmaschine umfaßt im Querschnitt kreisförmige Zylinder und Kolben und weist aufgrund geringer Kolbenlänge einerseits einen entsprechend geringen Durchmesser auf, läßt andererseits jedoch wegen der Gefahr des Kippens der Kolben infolge deren geringen Länge keine hohen Drehzahlen zu. Ferner sind die konstruktiven Mittel zur Erzeugung des Kolbenhubs relativ aufwendig. Es sind dies zwei beidseits des Zylinderblocks angeordnete Exzenterkörper mit je einer Führungsnut und drehbar in den Kolben gelagerte Kolbenbolzen, die durch Öffnungen in den Zylindern in die Führungsnuten eingreifen, sowie in den Führungsnuten umlaufende Lager, mit denen die Kolbenbolzen ausgerüstet sind. Statt Lager an den Kolbenbolzen können mit noch höherem Konstruktions- und auch Wartungsaufwand die Führungsnuten selbst als Lager ausgebildet sein, in denen die Kolbenbolzen umlaufen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine innen- und außenbeaufschlagbare Radialkolbenmaschine zu schaffen, die gegenüber dem Stand der Technik eine einfachere Konstruktion aufweist und höhere Drehzahlen ermöglicht.

Die Erfindung unterscheidet sich von diesem Stand der Technik durch die Merkmale des Anspruches 1. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Kugeln stellen einfachste Bauelemente dar, die nicht nur die Funktion der Kolben, sondern auch diejenige der Kolbenbolzen und deren Lager übernehmen und somit einen sehr geringen Konstruktions- und Wartungsaufwand erfordern. Aufgrund ihrer Fähigkeit, in sämtlichen Ebenen abrollen zu können, bewegen sich die Kugelkolben innerhalb der Zylinder ohne Kippgefahr, ermöglichen so sehr hohe Drehzahlen der Radialkolbenmaschine und benötigen zu ihrer Führung lediglich eine einzige Führungsnut und damit nur einen einzigen Exzenterkörper. Durch die reine Abrollbewegung der Kugelkolben in den Zylindern und in der Führungsnut wird auch die Lebensdauer der Radialkolbenmaschine im Vergleich zum Stand der Technik beträchtlich erhöht. Zwar ergibt sich aufgrund der zueinander senkrecht verlaufenden Linien, entlang derer die Kugelkolben am jeweiligen Zylinder und an der Führungsnut anliegen, ein Spalt bzw. ein entsprechender Druckverlust, der aber durch die hohen Drehzahlen der Radialkolbenmaschine mehr als ausgeglichen wird, so daß sogar bei der Fertigung der Kugelkolben, der Zylinder und der Führungsnut größere als die üblichen Toleranzen zulässig sind.

Weitere Merkmale und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus den verbleibenden Unteransprüchen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine gemäß dem ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel entlang der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 einen Radialschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 ohne Darstellung von Steuerschlitzen,

Fig. 3 einen Radialschnitt entsprechend demjenigen nach Fig. 2 mit Darstel­ lung von Steuerschlitzen,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 einen Axialschnitt, der demjenigen nach Fig. 1 entspricht und die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine gemäß dem zweiten Ausführungs­ beispiel darstellt, und

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5.

Die in Fig. 1 dargestellte, als Konstantpumpe oder Konstantmotor verwendbare Radialkolbenmaschine umfaßt einen Exzenterkörper 1, eine Triebwelle 2 und einen Zylinderblock 3 mit zugeordneten Kolben 4.

Der Exzenterkörper 1 ist im Axialschnitt U-förmig ausgebildet und besteht aus einem scheibenförmigen Teil 1a und einem an dessen Peripherie angeformten umlaufenden Schenkel 1b, der gemeinsam mit dem scheibenförmigen Teil 1a einen einseitig offenen, zur Aufnahme des Zylinderblocks 3 vorgesehenen Raum definiert, in den eine zentrische Sackbohrung 5 im scheibenförmigen Teil 1a ausmündet. In der dem einseitig offenen Raum zugewandten Innenfläche 1c des scheibenförmigen Teils 1a ist eine entlang einer Kreislinie KL um einen Mittelpunkt M verlaufende Führungsnut 6 ausgebildet, die einen Querschnitt in Form eines Kreissegmentes KS (vgl. Fig. 1) aufweist und um das Maß e exzentrisch zur Längsmittelachse L der Sackbohrung 5 angeordnet ist.

In der Innenfläche 1c des scheibenförmigen Teils 1a und zum Teil im Boden der Führungsnut 6 (vgl. Fig. 3) sind zwei radial äußere Steuerschlitze A, B und zwei radial innere Steuerschlitze A′, B′ mit jeweils kreisbogenförmigem Verlauf ausgebildet, die sich jeweils über etwas weniger als 180° erstrecken und somit durch sog. Umsteuerstege ST voneinander getrennt sind, durch die die den Mittelpunkt M der Kreislinie KL und die Längsmittelachse L verbindende Durchmesserlinie DL (bei Betrachtung der Fig. 3) verläuft. Von den einander gegenüberliegenden Steuerschlitzen A und B, A′ und B′ sind Jeweils ein radial äußerer Steuerschlitz A bzw. B auf der einen Seite der Durchmesserlinie DL und jeweils ein radial innerer Steuerschlitz B′ bzw. A′ auf der anderen Seite der Durchmesserlinie DL paarweise über je einen Kanal 7 bzw. 8 im scheibenförmigen Teil 1a miteinander und mit je einem Anschluß D bzw. S an je eine nicht gezeigte Druckleitung bzw. Saugleitung verbunden.

Der Zylinderblock 3 ist einteilig mit der Triebwelle 2 ausgebildet und stellt gemeinsam mit dieser einen rotationssymmetrischen Körper dar. Er weist eine ungerade Anzahl von radial in einer Ebene verlaufenden Zylindern 9 auf, die an ihren radial äußeren Enden frei ausmünden und zur Aufnahme der Kolben 4 vorgesehen sind. Diese sind als Kugeln mit einem Durchmesser d ausgebildet. Durch Ausbildung mit einer sich über seine gesamte radiale Länge (ohne Berücksichtigung seines konischen Auslaufs) erstreckenden Öffnung 10 weist jeder Zylinder 9 einen Querschnitt in Form eines Kreissegmentes KS′ (vgl. Fig. 1) auf, das sich mit dem den Querschnitt der Führungsnut 6 bildenden Kreissegment KS zu einem Kreis ergänzt, dessen Durchmesser um die nicht in die Zeichnung einbezogene Spielpassung größer als der Durchmesser d der Kugelkolben 4 ist, die bei Betrieb der Radialkolbenmaschine für eine einwandfreie Bewegung der Kugelkolben 4 sorgt. Die Breite jeder Öffnung 10 ist gleich der Länge der das Kreissegment KS′ begrenzenden Sehne. Die Länge jedes Zylinders 9 ist etwas größer als 2e+d.

Bei im offenen Raum im Exzenterkörper 1 aufgenommenen Zylinderblock 3 ist die Triebwelle 2 mit einem Triebwellenfortsatz 2a in der Sackbohrung 5 drehbar gleitgelagert, die radial äußeren Steuerschlitze A, B münden über die Öffnungen 10 in die radial äußeren Bereiche und die radial inneren Steuerschlitze A′, B′ münden ebenfalls über die Öffnungen 10 in die radial inneren Bereiche der Zylinder 9 ein, und die Kugelkolben 4 sind in den an ihren radial äußeren freien Enden durch den umlaufenden Schenkel 1b des Exzenterkörpers 1 verschlossenen Zylindern 9 derart angeordnet, daß ihre aus den Zylindern 9 durch die Öffnungen 10 herausragenden Kugelsegmenten in die Führungsnut 6 eingreifen. Da die Sackbohrung 5 ein sog. Loslager darstellt, das Axialbewegungen der Triebwelle 2 gegenüber dem Exzenterkörper 1 oder umgekehrt zuläßt, stützen die Kugelkolben 4 den Exzenterkörper 1 am Zylinderblock 3 oder umgekehrt ab. Bei Verwendung eines sog. Festlagers, das keine Axialbewegungen der Triebwelle 2 zuläßt, übernehmen die Kugelkolben 4 keine Stützfunktion. Der Zylinderblock 3 und der Exzenterkörper 1 können in einem nicht gezeigten Gehäuse angeordnet sein.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine nach Fig. 1 ist im Pumpenbetrieb wie folgt:

Bei Drehung der Triebwelle 2 und damit des Zylinderblocks 3 im Uhrzeigersinn gegenüber dem feststehenden Exzenterkörper 1 rollen die Kugelkolben 4 in der Führungsnut 6 und in den Zylindern 9 ab, wobei sie in bekannter Weise Hubbewegungen vollführen, die ihnen von der Führungsnut 6 aufgrund deren exzentrischen Anordnung zur Längsmittelachse L aufgezwungen werden. Der Hub ist gleich dem Doppelten des Abstands (Exzentermaß) e zwischen der Längsmittelachse L und dem Mittelpunkt M der Kreislinie KL. Dabei saugt jeweils etwa die Hälfte der Kugelkolben 4 (obere Hälfte in Fig. 2) bei ihrer radial nach außen gerichteten Bewegung Druckmittel aus der Saugleitung über den Anschluß S und den Steuerschlitz A′ in die radial inneren Bereiche der Zylinder 9 ein und fördert in den radial äußeren Zylinderbereichen befindliches Druckmittel über den Steuerschlitz A und den Anschluß D in die Druckleitung.

Sobald die Zylinder 9 (obere Hälfte in Fig. 2) mit ihren Zylinderachsen nacheinander den Mittelpunkt M der Kreislinie KL durchlaufen, kehrt sich die radial gerichtete Bewegung der in ihnen angeordneten Kugelkolben 4 um. Diese fördern nun das vorher in die radial inneren Zylinderbereiche eingesaugte Druckmittel über den Steuerschlitz B′ und den Anschluß D in die Druckleitung und saugen über den Steuerschlitz B und den Anschluß S Druckmittel aus der Saugleitung in die radial äußeren Zylinderbereiche ein.

Die in Fig. 5 dargestellte Radialkolbenmaschine unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 durch Verwendung eines weiteren Exzenterkörpers 12 und eines Zylinderblocks 3′, dessen Zylinder 9′ einen anderen Querschnitt als die Zylinder 9 nach Fig. 1 aufweisen.

Der weitere Exzenterkörper 12 ist lösbar am umlaufenden Schenkel 1b des Exzenterkörpers 1 nach Fig. 1 befestigt. Er ist mit einer zur Sackbohrung 5 koaxialen Durchgangsbohrung zur Gleitlagerung der Triebwelle 2 und einer weiteren Führungsnut 13 versehen, die koaxial zur Führungsnut 6 nach Fig. 1 angeordnet ist und mit gleichem Kreissegment-Querschnitt KS und entlang der gleichen Kreislinie KL wie diese verläuft.

Die Zylinder 9′ des Zylinderblocks 3′ weisen jeweils zwei diametrale Öffnungen 10 und dementsprechend einen Querschnitt in Form einer Kreis-Teil­ fläche KT (vgl. Fig. 5 und 6) auf, die sich mit den den jeweiligen Querschnitt der Führungsnuten 6, 13 bildenden Kreissegmenten KS zu einem Kreis ergänzt, dessen Durchmesser um die nicht in die Zeichnung einbezogene Spielpassung größer als der Durchmesser d der Kugelkolben 4 ist, die bei Betrieb der Radialkolbenmaschine für eine einwandfreie Bewegung der Kugelkolben 4 sorgt.

Bei ansonsten gleicher Funktion unterscheidet sich die in Fig. 5 dargestell­ te Radialkolbenmaschine von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß die Kugelkolben 4 bei ihren Hubbewegungen in den Zylindern 9′ abrollen, in den Führungsnuten 6, 13 hingegen gleiten.

In Abwandlung der vorstehend als Konstantpumpe oder Konstantmotor beschrie­ benen Radialkolbenmaschinen ist es möglich, den Exzenterkörper 1 bzw. die Exzenterkörper 1, 12 und/oder den Zylinderblock 3 bzw. 3′ zwecks Veränderung der Größe der Exzentrizität e radial verschiebbar auszubilden und auf diese Weise eine Radialkolbenmaschine mit verstellbarem Verdrängungsvolumen zu erhalten. Dieses Verdrängungsvolumen ist das Produkt des Querschnitts KS′ bzw. KT eines Zylinders 9 bzw. 9′ mit dem Hub und der Anzahl der Zylinder. Statt der Gleitlagerung kann die Triebwelle 2 auch mittels Wälzlager in der Sackbohrung im Exzenterkörper 1 und ggfs. in der Durchgangsbohrung im weiteren Exzenterkörper 12 drehbar aufgenommen sein. Ferner ist es möglich, an der radial inneren Umfangsfläche des Schenkels 1b des Exzenterkörpers 1 die radial äußeren Steuerschlitze und an der Umfangsfläche eines Steuerkör­ pers, auf dem die Triebwelle 2 gelagert ist, die radial inneren Steuer­ schlitze auszubilden und über entsprechende Kanäle in der Triebwelle 2 bzw. im Zylinderblock 3, 3′ einerseits an die radial inneren Zylinderbereiche und andererseits an die Druck- und Saugleitung anzuschließen.

Die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine ist insgesamt von einfacher und kostengünstiger Konstruktion, weist ein geringes Bauvolumen auf, kann in Tandem- und Mehrfach-Bauweise ausgeführt werden, erlaubt hohe Drehzahlen bei relativ hohen Drücken, weist hohe Leistungsdichte auf und ermöglicht den Betrieb mit praktisch sämtlichen flüssigen und gasförmigen Medien.

Claims (6)

1. Innen- und außenbeaufschlagbare Radialkolbenmaschine mit einem Zylinder­ block (3) mit radial in einer Ebene angeordneten Zylindern (9), in denen je ein Kolben (4) hin- und herbewegbar geführt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß seitlich des Zylinderblocks (3) ein Exzenterkörper (1) mit einer entlang einer Kreislinie (KL) verlaufenden, zum Zylinderblock (3) hin offenen Führungsnut (6) angeordnet ist,
daß der Exzenterkörper (1) und/oder der Zylinderblock (3) relativ zueinander um eine Achse (L) drehbar sind und die Führungsnut (6) exzentrisch (e) zur Achse (L) angeordnet ist,
daß die Kolben (4) als Kugeln ausgebildet sind und durch je eine Öffnung (10) in den Zylindern (9) in die Führungsnut (6) eingreifen, daß zwei Paar Steuerschlitze (A, B′; B, A′) in die radial äußeren und in die radial inneren Bereiche der Zylinder (9) einmünden,
daß die Führungsnut (6) und jeder Zylinder (9) einen Querschnitt in Form eines Kreissegmentes (KS bzw. KS′) aufweisen, und
daß sich die Kreissegmente (KS, KS′) der Führungsnut (6) und jedes Zylinders (9) zu einem Kreis ergänzen, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser (d) der Kugeln (4) ist.

2. Innen- und außenbeaufschlagbare Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein weiterer Exzenterkörper (12) auf der dem erstgenannten Exzenterkörper (1) gegenüberliegenden Seite des Zylinderblocks (3′) angeordnet und mit einer entlang der Kreislinie (KL) koaxial zur Führungsnut (6) verlaufenden, zum Zylinderblock (3′) hin offenen weiteren Führungsnut (13) versehen ist, die den gleichen Kreissegment-Querschnitt (KS) wie die Führungsnut (6) aufweist,
daß die Kolben (4) durch je eine entsprechende weitere Öffnung (10) in den Zylindern (9′) in die Führungsnut (13) eingreifen,
daß die Zylinder (9′) je einen einer Kreis-Teilfläche (KT) entspre­ chenden Querschnitt aufweisen, und
daß sich die Kreissegmente (KS) der Führungsnuten (6, 13) und die Kreis-Teilfläche (KT) jedes Zylinders (9′) zu einem Kreis ergänzen, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser (d) der Kugeln (4) ist.

3. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderblock (3, 3′) als Rotor ausgebildet ist, der am feststehenden Exzenterkörper (1 ) bzw. in beiden Exzenterkörpern (1, 12) mittels einer Triebwelle (2) für den Drehantrieb drehbar gelagert ist.

4. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwelle (2) einteilig mit dem Zylinderblock (3, 3′) ausgebildet ist.

5. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwelle (2) mittels Gleitlager am feststehenden Exzenterkörper (1) bzw. in den Exzenterkörpern (1, 12) drehbar gelagert ist.

6. Radialkolbenmaschine nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenterkörper (1) bzw. die Exzenterkörper (1, 12) und/oder der Zylinderblock (3, 3′) zwecks Veränderung des Maßes der Exzentrizität (e) radial gegeneinander verschiebbar sind.