DE60220099T2

DE60220099T2 - Radialkolbenhydraulikmotor

Info

Publication number: DE60220099T2
Application number: DE60220099T
Authority: DE
Inventors: Bernard Allart; Louis Bigo
Original assignee: Poclain Hydraulics Industrie
Current assignee: Poclain Hydraulics Industrie
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2022-12-21
Also published as: DE60220099D1; FR2834012B1; JP2005513350A; EP1466093B1; US20050120874A1; EP1466093A1; US7185579B2; FR2834012A1; JP4209330B2; AU2002364862A1; WO2003056171A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hydraulikmotor mit Radialkolben, wie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert, umfassend einen Nocken und einen Zylinderblock, die geeignet sind, sich relativ zueinander um eine Drehachse zu drehen, wobei der Zylinderblock Radialzylinder aufweist, die über Zylinderleitungen mit Verbindungsöffnungen verbunden sind, die in einer Verbindungsfläche des Zylinderblocks angeordnet sind, die rechtwinklig zur Drehachse ist, Kolben, die gleitend in den Zylindern montiert und geeignet sind, mit dem Nocken zusammenzuwirken, wobei dieser Letztere mehrere Lappen aufweist, die jeweils zwei Rampen haben, der Motor ferner einen Fluidverteiler umfaßt, der eine Verteilungsfläche aufweist, die rechtwinklig zur Drehachse ist und geeignet ist, gegen die Verbindungsfläche des Zylinderblocks anzuliegen, wobei diese Verteilungsfläche Verteilungsöffnungen aufweist, mit Öffnungen, die geeignet sind, mit einer Fluidversorgung verbunden zu werden, und Öffnungen, die geeignet sind, mit einer Fluidableitung verbunden zu werden, wobei der Fluidverteiler sich zusammen mit dem Nocken dreht, so daß jeder Verteilungsöffnung eine Rampe des Nockens entspricht, wobei die Verteilungsöffnungen geeignet sind, im Laufe der relativen Drehung des Zylinderblocks und des Verteilers eine nach der anderen mit den Verbindungsöffnungen verbunden zu werden. Ein derartiger Motor ist bekannt, siehe jedes der Dokumente US-A-4522110 oder DE-A-10033264 oder DE-C-829553 oder DE-A-2634065 oder FR-A-2587761 oder EP-A-0935069 .
Bei einem Motor dieses Typs, der mit vollem Hubraum betrieben wird, ist jede Verbindungsöffnung nacheinander einer mit der Fluidversorgung verbundenen Verteilungsöffnung und einer mit der Fluidableitung verbundenen Verteilungsöffnung gegenüber angeordnet. Die Verbindung mit der Verteilungsöffnung, die mit der Versorgung verbunden ist, bewirkt, daß der Kolben, der im Zylinder enthalten ist, der mit der betreffenden Verbindungsöffnung verbunden ist, radial nach außen gedrückt wird, während die Verbindung derselben Verbindungsöffnung mit einer Verteilungsöffnung, die mit der Fluidableitung verbunden ist, es erlaubt, diesen Kolben in seinen Zylinder zur Achse des Motors hin einzuziehen. Folglich wirkt jeder Kolben nacheinander mit den verschiedenen Lappenabschnitten des Nockens zusammen, um die relative Drehung des Zylinderblocks und des Nockens zu gestatten.
Die Abstände zwischen den Verteilungsöffnungen und die Abstände zwischen den Verbindungsöffnungen sind derart, daß eine Verbindungsöffnung nicht gleichzeitig mit zwei Verteilungsöffnungen in Verbindung steht, die jeweils mit der Fluidversorgung und mit der Fluidableitung verbunden sind.
Im Laufe der relativen Drehung des Zylinderblocks und des Verteilers werden die Arbeitskammern der Zylinder, das heißt, die Abschnitte dieser Zylinder, die unterhalb der Kolben liegen, abwechselnd dem Hochdruck und dem Niederdruck ausgesetzt. Dadurch werden in diesen Arbeitskammern Druckänderungen erzeugt, die allgemein mit sehr hoher Geschwindigkeit auftreten. Diese Druckänderungen setzen die Kolben proportionalen Kräften aus, und diese Kräfte werden von den Kolben auf den Nocken übertragen.
Dies hat zur Folge, daß die Bestandteile des Motors, vor allem sein Gehäuse, Druckschwankungen ausgesetzt werden, die lärmerzeugende Vibrationen verursachen, wobei die Lautstärke des erzeugten Lärms hauptsächlich von der Geschwindigkeit der Druckanstiege und -abfälle in den Arbeitskammern abhängig ist.
Damit der Motor korrekt läuft, ist die Druckdifferenz zwischen der Fluidversorgung und der Fluidableitung groß. Wenn ein Kolben, der zum Motormoment beiträgt, das Ende seines Hubwegs zu seiner von der Achse des Motors am weitesten entfernt liegenden Position erreicht (oberer Totpunkt), steht die Verbindungsöffnung seines Zylinders mit einer Verteilungsöffnung in Verbindung, die mit der Fluidversorgung verbunden ist, worauf die gleiche Verbindungsöffnung von dieser Verteilungsöffnung getrennt und dann mit einer anderen Verteilungsöffnung verbunden wird, die diesmal mit der Fluidableitung verbunden ist. Dies hat ein Entspannungsphänomen im Zylinder des betreffenden Kolbens zur Folge, da das Fluid, das in diesem Zylinder bei einem hohem Druck vorhanden ist, mit einem deutlich niedrigeren Druck in Verbindung gesetzt wird, der der der Fluidableitung ist. Umgekehrt, wenn der Kolben den unteren Totpunkt seines Hubs erreicht hat (die Position, die der Achse des Motors am nächsten ist), wird sein Zylinder von der Fluidableitung getrennt und dann mit der Fluidversorgung verbunden, um einen neuen zentripetalen Hub des Kolbens zu erlauben. An diesem Zeitpunkt geht das im Zylinder enthaltene Fluid von einem niedrigen Druck zu einem viel höheren Druck über, der der der Fluidversorgung ist. Auch hier tritt ein Entspannungsphänomen auf, von der Fluidversorgung zum Zylinder. Im vorherigen Fall tritt die Entspannung vom Zylinder zur Fluidableitung auf.
In beiden Fällen erzeugen die auftretenden Entspannungen Stoß- oder Ruckempfindungen und Geräusche wie z. B. Schlaggeräusche.
Diese Phänomene sind um so wahrnehmbarer, da die Qualität der Motoren verbessert wurde und Lecks in diesen Motoren reduziert wurden. In der Tat erlaubten es die Lecks, die in früheren Motoren vorhanden waren, zu starke Druckschwankungen zwischen den verschiedenen Kammern zu reduzieren.
Um die Stoßphänomene zu vermeiden oder wenigstens zu begrenzen, die auf die zu schnelle Entspannung des in den Arbeitskammern des Zylinders enthaltenen Fluids zurückzuführen sind, wenn die Verbindungsleitungen durch die Verteilungsöffnungen mit der Fluidversorgung in Verbindung gesetzt werden, ist es möglich, den Rand der Verteilungsöffnungen mit mindestens einer Einkerbung zu versehen, die geeignet ist, im Laufe der relativen Drehung des Zylinderblocks und des Verteilers zwischen den Arbeitskammern der Zylinder und den Verteilungsleitungen einen geringen Verbindungsquerschnitt herzustellen, siehe jedes der Dokumente US-A-4522110 oder DE-A-10033264 oder DE-C-829553 oder DE-A-2634065 oder FR-A-2587761 oder EP-A-0935069 . Dieser geringe Verbindungsquerschnitt, der eine sehr kurze Zeit lang offen ist, erlaubt es, zu plötzliche Druckschwankungen in den Arbeitskammern zu vermeiden.
Die Anmelderin hat jedoch festgestellt, daß die Lösung nicht immer leicht zu implementieren ist. In der Tat erweist sich die Herstellung von Einkerbungen an den Rändern der Verteilungsöffnungen in bestimmten Fällen als schwierig und/oder kostspielig.
Daher zielt die Erfindung auf die Bereitstellung einer anderen Lösung ab, um die obigen Stoßphänomene zu vermeiden oder zu begrenzen.
Diese Aufgabe wird dadurch erreicht, daß die Ränder zumindest bestimmter Verbindungsöffnungen alle mindestens eine Einkerbung aufweisen, die geeignet ist, einen geringen Verbindungsquerschnitt mit einer Verteilungsöffnung herzustellen.
Die Erfindung findet eine besonders interessante Anwendung bei Motoren, in welchen das Verhältnis der Zahl der Zylinder zur Zahl der Nockenlappen annähernd 1 ist. In der Tat weist ein Hydraulikmotor mit Radialkolben eine Verteilungsöffnung für jede der Rampen seiner Nockenlappen auf, das heißt, daß er zweimal mehr Verteilungsöffnungen als Nockenlappen hat. Demgegenüber weist der Motor eine Verbindungsöffnung für jeden Zylinder auf. Wenn das obige Verhältnis annähernd 1 ist, weist der Motor daher etwa zweimal mehr Verteilungsöffnungen als Verbindungsöffnungen auf. Die Herstellung von Einkerbungen an den Rändern der Verbindungsöffnungen erweist sich deshalb als wesentlich billiger als es die Herstellung von Einkerbungen an den Rändern der Verteilungsöffnungen beim gleichen Motortyp wäre.
Wie im folgenden zu ersehen, gilt die Erfindung für den Fall, daß der Rand jeder Verbindungsöffnung mindestens eine Einkerbung aufweist, wie auch für den, daß nur bestimmte dieser Öffnungen einen Rand aufweisen, der mit mindestens einer Einkerbung versehen ist.
Im einen oder anderen Fall ist für die gleiche technische Wirkung und für einen Motor, bei dem das Verhältnis der Zahl der Zylinder zur Zahl der Nockenlappen annähernd 1 ist, die Zahl der Verbindungsöffnungen, die mit Einkerbungen zu versehen sind, auf jeden Fall geringer als die Zahl der Verteilungsöffnungen, die damit versehen werden müssen.
Die Größen der Einkerbungen werden gewählt, um bei der relativen Drehung des Zylinderblocks und des Fluidverteilers bei verschiedenen Drücken den progressiven Durchlaß eines Fluidvolumens zwischen den Öffnungen zuzulassen, „Druckausgleichsvolumen" genannt, das für gegebene Betriebsdrücke und -drehzahlen der Dekompression oder Entspannung des Höchstvolumens der Arbeitskammer entspricht, das am oberen Totpunkt des Kolbens am Nocken erreicht wird. Der Durchlaß eines Druckausgleichsfluidvolumens durch die Einschränkung, welche eine Einkerbung darstellt, bevor die uneingeschränkte Verbindung zwischen der Verbindungsöffnung und einer Verteilungsöffnung hergestellt ist, erlaubt es, den Druck des Fluids an der Verbindungsöffnung auf progressive Weise zu ändern, um ihn auf progressive Weise auf den Druck des Fluids an der Verteilungsöffnung zu bringen. Der Zeitraum, in welchem eine Einkerbung bei der Drehung des Zylinderblocks und des Verteilers den Durchlaß des Fluids zwischen der Verbindungsöffnung und der Verteilungsöffnung zuläßt, ist von der Drehzahl des Motors abhängig. Aus diesem Grunde sind die Betriebsdrücke und die Drehzahl Parameter, die bei der Definition der Einkerbung zu berücksichtigen sind.
Der Rand jeder Verbindungsöffnung weist einen Angriffsabschnitt auf, an dem sich die Verbindung zwischen der Verbindungsöffnung und den Verteilungsöffnungen bei der relativen Drehung zwischen dem Zylinderblock und dem Verteiler in eine gegebene relative Drehrichtung öffnet, sowie einen Trennabschnitt, an dem sich die Verbindung zwischen der Verbindungsöffnung und den Verteilungsöffnungen bei der relativen Drehung zwischen dem Zylinderblock und dem Verteiler in derselben relativen Drehrichtung schließt.
Einer vorteilhaften Variante gemäß, die besonders für Motoren mit zwei Betriebsrichtungen geeignet ist, weisen mindestens bestimmte Verbindungsöffnungen einen Angriffsabschnitt und einen Trennabschnitt auf, die jeweils eine Einkerbung haben, die einen geringen Verbindungsquerschnitt mit einer Verteilungsöffnung herstellen kann.
Die Anmelderin hat festgestellt, daß die Einkerbungen besonders sinnvoll sind, wenn die Verbindung zwischen den Verteilungsöffnungen und den Verbindungsöffnungen sich öffnet, da in diesem Moment der Druck des Fluids, das in den Arbeitskammern enthalten ist, und der des Fluids, das in den Verteilungsleitungen enthalten ist (gleich, ob es sich um den Versorgungsdruck oder den Auslaßdruck handelt) sehr verschieden sind und es diese Druckdifferenz ist, die stoß- und lärmerzeugend ist, wenn die Öffnung der Verteilungsöffnungen zu plötzlich ist. Mit anderen Worten, das Vorhandensein der Einkerbungen ist an den Angriffsabschnitten der Verbindungsöffnungen besonders wünschenswert. In bestimmten Anwendungen rotiert der Motor stets oder praktisch immer in der gleichen Drehrichtung. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn er zum Antrieb von Mühlen, Förderbändern oder Betonmischern dient. In diesem Fall kann es sich als ausreichend erweisen, wenn nur die Abschnitte der Ränder der Verbindungsöffnungen, die in dieser Drehrichtung die Angriffsabschnitte dieser Ränder formen, Einkerbungen tragen.
In anderen Anwendungen ist der Motor umkehrbar, mit zwei entgegengesetzten Drehrichtungen. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn er zum Antrieb eines Schaufelbaggerturms dient. In diesem Fall können zwei entgegengesetzte Abschnitte der Ränder der Verbindungsöffnungen je nach Drehrichtung des Motors ein Angriffsabschnitt oder ein Trennabschnitt sein. Es ist daher wünschenswert, diese zwei Abschnitte beide mit einer Einkerbung zu versehen.
Bei zahlreichen Anwendungen sind die Motoren umkehrbar und weisen keine Vorzugsbetriebsrichtung auf. Es handelt sich zum Beispiel um den Antrieb bestimmter Fahrzeugtypen, insbesondere Kettenfahrzeuge.
In diesem Fall sind die Einkerbungen der Angriffs- und Trennabschnitte der Ränder dieser Verbindungsöffnungen vorteilhafterweise symmetrisch.
Bestimmte umkehrbare Motoren haben eine Vorzugsbetriebsrichtung. Zum Beispiel können Antriebsmotoren für Fahrzeuge hauptsächlich im Vorwärtsgang mit großer Drehzahl betrieben werden, wogegen die Drehzahl im Rückwärtsgang begrenzt ist. In diesem Fall können große Einkerbungen an den Abschnitten der Ränder der Verbindungsleitungen vorgesehen sein, die in der Vorzugsrichtung die Angriffsabschnitte sind, und kleine Einkerbungen an den entgegengesetzten Abschnitten dieser Ränder, die in dieser Vorzugsrichtung die Trennabschnitte sind und in der entgegengesetzten Nichtvorzugsrichtung die Angriffsabschnitte sind.
Die großen Einkerbungen erlauben Verbindungsquerschnitte mit den Verteilungsöffnungen, die größer sind als die, die durch die kleinen Einkerbungen möglich sind, zum Beispiel proportional zum Verhältnis zwischen den jeweiligen größten Drehzahlen des Motors, die jeweils in seiner Vorzugsrichtung und Nichtvorzugsrichtung zulässig sind.
Bei einer vorteilhaften Variante, in der jede Rampe des Nockens einen konvexen Abschnitt und einen konkaven Abschnitt aufweist, wobei zwei angrenzende Rampen entweder durch eine Nockenspitzenzone, die zwischen ihren jeweiligen konvexen Bereichen verläuft, oder durch eine Nockenbodenzone, die zwischen ihren jeweiligen konkaven Bereichen verläuft, miteinander verbunden sind, sind diese Nockenspitzenzonen und Nockenbodenzone im wesentlichen Kreisbögen, die so auf der Drehachse zentriert sind, daß ihre Radialhübe im wesentlichen gleich null sind, wenn die Kolben mit den Zonen zusammenwirken. Dann weisen die Verteilungsöffnungen und die Verbindungsöffnungen derartige Abmessungen auf, daß im Laufe der relativen Drehung des Zylinderblocks und des Verteilers jede Verteilungsöffnung momentan von jeder Verbindungsöffnung getrennt bleibt.
Die Nockenspitzen- und Nockenbodenzonen sind im wesentlichen Kreisbögen, die auf der Drehachse zentriert sind, was bedeutet, daß die Krümmungsradien dieser Zonen, zwischen ihren Enden gemessen, für die Nockenspitzenzone bei der minimalen radialen Entfernung des Nockens zur Drehachse und für die Nockenbodenzonen bei der maximalen radialen Entfernung des Nockens zur Drehachse im wesentlichen gleich sind. Der Krümmungsradius dieser Zonen kann zwar vom Mindestradius und Höchstradius dieses Nockens abweichen, doch allgemein entsprechen ihre Entfernungen zur Achse des Motors jeweils im wesentlichen diesen Mindest- und Höchstradien. Wenn ein Kolben mit solchen Zonen zusammenwirkt, ist sein Radialhub im wesentlichen null, was bedeutet, daß dieser Hub null ist oder höchstens in der Größenordnung von 0,5% der maximalen Amplitude des Kolbenhubs liegt. Die Nockenspitzenzonen und die Nockenbodenzonen tragen daher nicht zum Motordrehmoment bei. Sie decken kleine Winkelsektoren ab, zum Beispiel in der Größenordnung von 2° bis 3°, und sie erlauben es, bei der relativen Drehung des Zylinderblocks und des Verteilers für jeden Kolben Totpunktzeiten (oberer Totpunkt bei den Nockenbodenzonen und unterer Totpunkt bei den Nockenspitzenzonen) vorzusehen, in denen sich der Druck in der Arbeitskammer des Zylinders, in dem sich der betreffende Kolben verschiebt, durch das Volumen der Ausgleichsfluids, das durch eine Einkerbung strömt, dem Druck der Verteilungsöffnung angleichen oder annähern kann.
Es ist besonders vorteilhaft, daß der Zeitraum, in dem eine bestimmte Verbindungsöffnung nur über die Einkerbung mit einer Verteilungsöffnung in Verbindung ist, innerhalb des Zeitraums liegt, in dem der Kolben, der von dieser Verbindungsöffnung versorgt wird, entweder mit einer Nockenspitzenzone oder mit einer Nockenbodenzone zusammenwirkt. Es ist in der Tat vorteilhaft, diesen Zeitpunkt, an dem der Kolben kein Moment entfaltet, auszunutzen, um den Druck in der Arbeitskammer dank der Einkerbung am Rand der Verbindungsöffnung progressiv zu verändern.
Vorteilhafterweise sind die Winkelsektoren, die von einer Nockenspitzenzone und einer Nockenbodenzone abgedeckt werden, im wesentlichen untereinander gleich, und entsprechen im wesentlichen 2 bis 3°.
Die Erfindung und ihre Vorteile gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einer Ausführungsform hervor, die auf beispielhafte und nicht einschränkende Weise dargestellt wird.
Die Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen, wobei:
1 eine Axialschnittansicht eines Motors ist, auf welchen die vorliegende Erfindung angewandt werden kann;
2 eine partielle Radialschnittansicht entlang der Linie II-II von 1 ist;
3 eine Schnittansicht entlang des Kreisbogens III-III von 2 ist; und
4 und 5 zwei Ausführungsvarianten in einer partiellen Radialschnittansicht zeigen.
1 zeigt einen Hydraulikmotor, der ein stationäres Gehäuse aus drei Teilen 2A, 2B und 2C aufweist, die durch Schrauben 3 zusammengebaut sind.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf Hydraulikmotoren mit stationärem Gehäuse beschränkt ist, sondern auch auf Hydraulikmotoren mit sich drehendem Gehäuse anwendbar ist, die dem Fachmann wohlbekannt sind.
Der Teil 2C des Gehäuses wird axial durch eine radiale Platte 2D abgeschlossen, die ebenfalls durch Schrauben befestigt ist. Ein gewellter Reaktionsnocken 4 ist auf dem Teil 2B des Gehäuses hergestellt.
Der Motor weist einen Zylinderblock 6 auf, der relativ zum Nocken 4 um eine Drehachse 10 herum drehbar montiert ist und mehrere Radialzylinder umfaßt, die mit Druckflüssigkeit versorgt werden können und in denen Radialkolben 14 verschiebbar montiert sind.
Der Zylinderblock 6 dreht eine Welle 5 mit, die durch Auskehlungen 7 mit diesem zusammenwirkt. Diese Welle trägt einen Abtriebsflansch 9.
Der Motor umfaßt auch einen internen Fluidverteiler 16, der mit dem Gehäuse gegenüber der Drehung um die Achse 10 fest verbunden ist. Zwischen dem Verteiler 16 und der axialen Innenseite des Teils 2C des Gehäuses sind Verteilungsnuten geformt, jeweils eine erste Nut 18, eine zweite Nut 19 und eine dritte Nut 20. Die Verteilungsleitungen des Verteilers 16 sind in eine erste Gruppe von Leitungen aufgeteilt, die mit der Nut 18 verbunden sind, wie die Leitung 21, eine zweite Gruppe von Leitungen (nicht dargestellt), die mit der Nut 19 verbunden sind, und eine dritte Gruppe von Leitungen, die mit der Nut 20 verbunden sind, wie die Leitung 22. Die erste Nut 18 ist mit einer ersten Hauptleitung 24 verbunden, mit der folglich alle Verteilungsöffnungen der Verteilungsöffnungen der ersten Gruppe verbunden sind, wie z. B. die Öffnung 21A. Die dritte Nut 20 ist mit einer zweiten Hauptleitung 26 verbunden, mit der folglich alle Verteilungsöffnungen der Leitungen der dritten Gruppe verbunden sind, wie z. B. die Öffnung 22A der Leitung 22.
Je nach Rotationsrichtung des Motors sind die Hauptleitungen 24 und 26 jeweils eine Fluidableitung und eine Fluidversorgungsleitung, oder umgekehrt.
Die Verteilungsleitungen münden in eine Verteilungsfläche 28 des Verteilers 16 ein, die gegen eine Verbindungsfläche 30 des Zylinderblocks anliegt. Jeder Zylinder 12 weist eine Zylinderleitung 32 auf, die auf solche Weise in diese Verbindungsfläche einmündet, daß die Zylinderleitungen bei der relativen Drehung des Zylinderblocks und des Nockens abwechselnd mit den Verteilungsleitungen der verschiedenen Gruppen in Verbindung stehen.
Der Motor von 1 umfaßt auch eine Vorrichtung zum Wählen des Hubraums, die im vorliegenden Fall eine Bohrung 40 aufweist, die sich axial im Teil 2C des Gehäuses erstreckt und in der ein Wählschieber 42 axial beweglich angeordnet ist. Die Bohrung 40 umfaßt drei Verbindungswege, jeweils 44, 46 und 48, die jeweils über Verbindungsleitungen, jeweils 44', 46' und 48', mit den Nuten 18, 19 und 20 verbunden sind. Der Schieber 42 ist im Inneren der Bohrung 40 zwischen zwei Endpositionen beweglich, in denen er über seine Nut 43 die Wege 44 und 46 oder die Wege 46 und 48 miteinander in Verbindung setzt.
Wenn der Schieber 42 in seiner in 1 gezeigten Stellung ist, stehen die Nuten 19 und 20 in Verbindung, so daß die damit verbundenen Verteilungsöffnungen untern dem gleichen Druck stehen, der anders ist als der der Verteilungsöffnungen, die mit der Nut 18 verbunden sind. Wenn der Schieber in Richtung des Pfeils F verschoben wird, sind es die mit den Nuten 18 und 19 verbundenen Verteilungsöffnungen, die auf den gleichen Druck gebracht werden, der anders ist als der, auf den die mit der Nut 20 verbundenen Öffnungen gebracht werden.
In 2 wird ein Nockenlappen mit seinen zwei Rampen gezeigt, jeweils 50 und 50'. Diese zwei Rampen weisen beide einen konvexen Abschnitt, jeweils 51 und 51', und einen konkaven Abschnitt auf, jeweils 52 und 52'. Die konvexen Abschnitte sind diejenigen, die der Drehachse 10 des Motors am nächsten sind, während die konkaven diejenigen sind, die davon am weitesten entfernt sind. Ein Kolben 14 wirkt mit der Nockenspitzenzone 58 zusammen, an der die konkaven Abschnitte 52 und 52' der Rampen 50 und 50' zusammentreffen. Dieser Kolben ist in seiner oberen Totpunktposition, das heißt, daß das Volumen der Arbeitskammer des Zylinders, in welchem er sich bewegt, dann maximal ist. Andere Kolben, 14' und 14'', wirken mit anderen Zonen des Nockens zusammen.
An diesem Zeitpunkt ist aus Gründen, die im folgenden beschrieben werden, die Verbindungsöffnung 32A, durch die der Zylinder, im dem sich der Kolben 14 bewegt, mit Druckflüssigkeit versorgt werden kann und durch die das im Zylinder enthaltene Fluid ausströmen kann, von jeder Verteilungsöffnung getrennt,
Der Klarheit halber wurden in 2 nur zwei Verbindungsöffnungen dargestellt, zum Beispiel jeweils 21A und 23A, die jeweils mit den Nuten 18 und 19 in Verbindung stehen, obwohl diese normalerweise in der Schnittansicht nicht sichtbar sind. Auch die Positionen von zwei anderen Verbindungsöffnungen wurden gezeigt, nämlich 32'A und 33''A.
Die Verbindungsöffnungen in 2 sind alle gleich und weisen je zwei Einkerbungen auf, jeweils 54A und 54B, die geeignet sind, einen geringen Verbindungsquerschnitt zwischen der mit diesen Einkerbungen versehenen Verbindungsöffnung und den Verteilungsöffnungen herzustellen.
Wenn man berücksichtigt, daß der Zylinderblock sich relativ zum Verteiler in der Drehrichtung R1 bewegt, ist der Abschnitt B1 des Rands der Verbindungsöffnung 32A, auf dem die Einkerbung 54A vorgesehen ist, ein Angriffsabschnitt, das heißt, daß die Verbindung zwischen der Verbindungsöffnung 32A und der Verteilungsöffnung 21A an diesem Abschnitt geöffnet wird. Zunächst wird diese Verbindung ausschließlich durch die Einkerbung 54A hergestellt, bei einem relativen Drehwinkel des Verteilers und des Zylinderblocks, der der Winkelamplitude α₁ entspricht, die von der Einkerbung 54A abgedeckt wird. Dank der Einkerbung 54A öffnet sich die Verbindung zwischen der Verbindungsöffnung 32A und der Verteilungsöffnung 21A auf progressive Weise, wodurch der Druck in der Arbeitskammer des Zylinders, in welcher sich der Kolben 14 verschiebt, und der Druck in der Verteilungsleitung, die in die Verteilungsöffnung 21A einmündet, auf progressive Weise ausgeglichen werden können. Wenn die Drehung weitergeht, wird die Verbindung in dem Maße, in dem sich die Öffnungen 32A und 21A sich winkelmäßig decken, weit geöffnet.
Bei der Drehung des Zylinderblocks in der Richtung R1 relativ zum Verteiler stellt der Abschnitt B2 des Rands der Verbindungsöffnung 32A, der dem Abschnitt B1 entgegengesetzt ist, einen Trennabschnitt dar, durch welchen die Verbindung zwischen der Verbindungsöffnung 32A und der Verteilungsöffnung 23A geschlossen wird.
Wenn demgegenüber die Rotationsrichtung des Motors umgekehrt wird, so daß der Zylinderblock sich relativ zum Verteiler in der Drehrichtung R2 dreht, stellt der Abschnitt B2 des Rands der Verbindungsöffnung diesmal einen Angriffsabschnitt dar. In diesem Fall wird die Verbindung zwischen der Verbindungsöffnung 32A und der Verteilungsöffnung 23A an der Einkerbung 54A geöffnet. Die Drücke in der Arbeitskammer des Zylinders, in der sich Kolben 14 verschiebt, und in der Verteilungsleitung, die in die Verteilungsöffnung 23A einmündet, können sich dann auf progressivere Weise ausgleichen als beim Stand der Technik, wo die Verbindungsöffnungen nicht mit Einkerbungen versehen waren.
Demnach ist in der Rotationsrichtung des Motors die eine oder die andere der Einkerbungen 54A und 54B von Nutzen, um die Stoßphänomene bei der zu schnellen Verbindung der zwei Kammern, in welchen verschiedene Fluiddrücke herrschen, zu verhindern oder zumindest zu begrenzen.
Im Beispiel von 2 sind die Einkerbungen 54A und 54B relativ zu einem Durchmesser D der Verbindungsöffnung 32A, der durch die Drehachse 10 des Motors geht, symmetrisch. Dies geht auch aus der Querschnittsansicht von 3 hervor. Wie zuvor erwähnt, kann aber auch vorgesehen werden, daß die Einkerbungen nicht symmetrisch sind. Das heißt, wenn die Drehrichtung R1 des Zylinderblocks relativ zum Verteiler der Vorzugsbetriebsrichtung des Motors entspricht und wenn die Drehzahl in seiner Nichtvorzugsrichtung kleiner ist als die, die in der Vorzugsrichtung erreicht werden kann, dann kann die Einkerbung 54A größer sein als die Einkerbung 54B.
Die Nockenspitzenzone 56 und die Nockenbodenzone 58 verlaufen jeweils auf den Winkelsektoren α₅₆ und α₅₈, zwischen durch die Achse des Motors gehenden Radien gemessen, die im wesentlichen untereinander gleich sind und etwa 2 bis 3° betragen.
Um die Nockenbodenzonen und die Nockenspitzenzonen für den Druckausgleich zwischen den Arbeitskammern der Zylinder und den Versorgungs- oder Ableitungsleitungen des Motors zu nutzen, wird der Zeitraum, in welchem die Verbindung zwischen einer Verbindungsöffnung und einer Verteilungsöffnung durch eine Einkerbung erfolgt, vorteilhafterweise so gewählt, daß er innerhalb des Zeitraums liegt, in dem der Kolben des Zylinders, der von dieser Verbindungsöffnung versorgt wird, mit einer Nockenboden- oder Nockenspitzenzone zusammenwirkt. Auf diese Weise werden die Zeiten ausgenutzt, in denen die Kolben nicht zum Motordrehmoment beitragen, um die Drücke auszugleichen.
Bei einem Dichtheitswinkelsektor α₂ zwischen der Leitung 21A und der Leitung 32A wird zum Beispiel α₅₈ = 2 (α₁ + α₂) gewählt, wobei die Nockenbodenzone in Bezug auf einen Radius R symmetrisch ist, der eine Symmetrieachse für den Nockenlappen darstellt, der die Rampen 50 und 50' umfaßt; wobei der Dichtheitswinkelsektor α₂ und der Winkelbereich α₁ für eine Drehrichtung in Bezug auf eine Nockenbodenzonenhälfte gelten. Dasselbe gilt für die Nockenspitzenzone 56, die in Bezug auf den Radius RS symmetrisch ist.
Es kann vorgesehen werden, daß die Verbindungsöffnungen mit Ausnahme der Einkerbungen kreisförmig sind. In solch einem Fall können die Einkerbungen durch Verschiebung, in einer Ebene diametral zur Verbindungsöffnung, eines Fräsers hergestellt werden, der die Ränder dieser Öffnung leicht einkerbt. Um symmetrische Einkerbungen herzustellen, kann ein Durchmesser des Fräsers koaxial zu dem der Verbindungsöffnung sein, während zur Herstellung der asymmetrischen Einkerbungen der Durchmesser der Fräse von dem der Verbindungsöffnung leicht versetzt sein kann.
Im Beispiel von 4 weist die Verbindungsöffnung 132A wie die Öffnung 32A einen Angriffsabschnitt B1 und einen Trennabschnitt B2 auf, wenn der Zylinderblock sich relativ zum Verteiler in der Drehrichtung R1 dreht. Es ist aber hervorzuheben, daß bei der Öffnung 132A der Angriffsabschnitt B1 und der Trennabschnitt B2 allgemein konvex sind, von der Innenseite der Öffnung aus gesehen. Mit Ausnahme der Einkerbungen 154A und 154B formen die Angriffs- und Trennabschnitte im wesentlichen Kreisbögen, die geeignet sind, bei der relativen Drehung des Zylinderblocks zum Verteiler die Ränder der Verteilungsöffnungen 21A und 23A zu bedecken. Die Form der Verbindungsöffnung ist im wesentlichen komplementär zu der der Verteilungsöffnungen 21A und 23A.
Angenommen, der Zylinderblock dreht sich relativ zum Verteiler in der Drehrichtung R1, dann beginnt die Verbindung zwischen der Verbindungsöffnung 132A und der Verteilungsöffnung 21A an der Einkerbung 154A, die, wie zuvor erwähnt, einen geringen Verbindungsquerschnitt herstellt, der es erlaubt, die Drücke in den Kammern, die jeweils mit der Verteilungsöffnung und der Verbindungsöffnung verbunden sind, auf progressive Weise auszugleichen. Doch sobald der relative Drehwinkel zwischen dem Zylinderblock und dem Verteiler ausreicht, überragt der Angriffsabschnitt B1 der Verbindungsöffnung den Rand D1 der Verteilungsöffnung in der Richtung R1, und von dieser Situation an nimmt der Überschneidungsquerschnitt zwischen der Verbindungsöffnung und der Verteilungsöffnung dem relativen Drehwinkel zwischen dem Zylinderblock und dem Verteiler entsprechend sehr schnell zu. Mit anderen Worten, sobald der Druck zwischen den Kammern, die jeweils mit der Verbindungsöffnung und der Verteilungsöffnung verbunden sind, durch den geringen Verbindungsquerschnitt, der von der Einkerbung 154A zugelassen wurde, relativ ausgeglichen worden ist, kann die Verbindung zwischen den Öffnungen 132A und 21A bei sehr geringen Druckabfällen sehr schnell größer werden. Dank der Einkerbung werden die Stoßphänomene vermieden oder zumindest begrenzt, und dank der speziellen Form des Angriffsabschnitts B1 wird die Motorleistung erhöht.
Wenn der Motor eine einzige Drehrichtung hat, in der sich der Zylinderblock in der Richtung R1 relativ zum Verteiler dreht, dann ist es nicht notwendig, daß der Trennabschnitt B2 eine Form aufweist, die im wesentlichen komplementär zum Abschnitt D2 des Rands der Öffnung 23A ist, an dem die Verbindung zwischen den Öffnungen 132A und 23A sich schließt. Wenn der Motor aber zwei Betriebsrichtungen hat, von denen keine eine Vorzugsrichtung ist, dann ist der Trennabschnitt 62, der in der Rotationsrichtung R2 zu einem Angriffsabschnitt wird, vorteilhafterweise wie Abschnitt B1 geformt, symmetrisch zu einer Symmetrielinie L der Öffnung 132A, die durch die Drehachse des Motors geht.
Im Falle eines Motors mit zwei Rotationsrichtungen, von denen nur eine eine Vorzugsrichtung ist, kann auch vorgesehen werden, daß nur die Abschnitte der Ränder der Verbindungsöffnungen, die in der Vorzugsrichtung Angriffsabschnitte darstellen, auf im wesentlichen komplementäre Weise zu den Abschnitten der Ränder der Verbindungsöffnungen geformt werden, an denen die Verbindung zwischen den Verbindungsöffnungen und den Verteilungsöffnungen sich öffnet.
Wenn die Verteilungsöffnungen kreisförmig sind, können die Verbindungsöffnungen mit Ausnahme der Einkerbungen eine Form des in FR-A-2 587 761 beschriebenen Typs haben. Umgekehrt können die Verteilungsöffnungen eine derartige Form haben, während die Verbindungsöffnungen ohne ihre Einkerbungen kreisförmig wären.
5 zeigt eine andere Variante, der zufolge die Verbindungsöffnung 232A eine Form hat, die im wesentlichen entlang eines Radius des Motors gestreckt ist, der durch dessen Drehachse geht. Mit anderen Worten, mit Ausnahme der Einkerbungen 254A und 254B ist das Maß der Öffnung 232A, entlang eines Radius des Motors gemessen, größer als das Maß dieser Öffnung, quer zu diesem Radius gemessen. Ohne die relativ komplexe Form der Öffnung 132A zu haben, hat die Verbindungsöffnung 232A wie diese letztere den Vorteil aufzuweisen, daß sie eine sehr schnelle Öffnung der Verbindung zwischen der Verbindungsöffnung 232A und der Verteilungsöffnung 21A oder der Verteilungsöffnung 23A erlaubt, sobald der Druck zwischen den Kammern, die jeweils mit der Verbindungsöffnung und den Verteilungsöffnungen verbunden sind, durch die eingeschränkte Verbindung über die Einkerbung 254A oder die Einkerbung 254B ausgeglichen worden ist.
Aus 5 ist zu ersehen, daß die Einkerbung 254A größer ist als die Einkerbung 254B, wobei die Drehrichtung R1 des Zylinderblocks relativ zum Verteiler eine Vorzugsrichtung gegenüber der Gegenrichtung R2 darstellt.
In den Zeichnungen, die beschrieben wurden, sind die Einkerbungen der Verbindungsöffnungen im wesentlichen auf einem Kreisbogen angeordnet, der durch die Drehachse des Motors geht.
Einer nicht dargestellten Variante gemäß kann auch vorgesehen werden, alle Einkerbungen der Angriffsabschnitte der Öffnungen auf einen ersten Kreis anzuordnen, der auf der Drehachse des Motors zentriert ist, und alle Einkerbungen der Trennabschnitte auf einen zweiten Kreis anzuordnen, dessen Radius anders ist als der erste.
Wie zuvor erwähnt, weist der in 1 dargestellte Motor zwei aktive Betriebshubräume auf, wobei ein Hubraumwähler es erlaubt, bestimmte Verteilungsleitungen untereinander zu verbinden. Ein Teil der aufeinanderfolgenden Verbindungsöffnungspaare weist zwei Öffnungen auf, die beim gleichen Druck sind, wodurch der Motor mit kleinem Hubraum betrieben wird.
Es gibt ein anderes Verfahren, um den Motor mit zwei verschiedenen Hubräumen zu betreiben, das darin besteht, bestimmte Kolben zu deaktivieren. Diese Betriebsart mit einem kleinen Hubraum wird zum Beispiel in der Patentanmeldung FR-A-2 796 992 beschrieben.
In diesem Fall werden die deaktivierten Kolben allgemein festgestellt, wobei sie zur Drehachse des Motors zurückgesetzt werden. Auf jeden Fall tragen in dieser Situation nur die aktiv bleibenden Kolben zur Erzeugung eines Motordrehmoments bei. Bei einem gleichen Fluiddurchsatz, der von der motorversorgenden Pumpe ausgestoßen wird, rotiert dieser bei kleinem Hubraum mit einer höheren Drehzahl als bei gleichem Fluiddurchsatz und großem Hubraum.
Die oben erwähnten Entspannungs- und Stoßphänomene sind bei einem Betrieb mit hoher Drehzahl noch wahrnehmbarer. Deshalb kann erfindungsgemäß vorgesehen werden, daß nur die Verbindungsöffnungen der Zylinder der Kolben, die bei kleinem Betriebshubraum aktiv sind, jeweils mindestens eine Einkerbung auf dem Rand aufweisen. In diesem Fall haben alle Verbindungsöffnungen dieser Zylinder eine Einkerbung, während die der anderen Zylinder keine haben. Je nachdem, ob der Motor umkehrbar ist oder nicht, und aus den oben genannten Gründen kann vorgesehen sein, daß die Verbindungsöffnungen, die mindestens eine Einkerbung aufweisen, nur eine einzige oder im Gegenteil zwei haben, die der Öffnung der Verbindung zwischen diesen Öffnungen und den Verteilungsöffnungen in jeder der zwei Betriebsrichtungen des Motor dienen.
Da in diesem Fall die Höchstdrehzahl bei großem Hubraum kleiner ist als bei kleinem Hubraum, kann entschieden werden, daß es nicht erforderlich ist, Einkerbungen an den Öffnungen der Zylinder der Kolben herzustellen, die bei kleinem Hubraum inaktiv sind.
Als Variante können die Einkerbungen auf den Rändern aller Verbindungsöffnungen hergestellt werden, doch insofern die Höchstdrehzahl bei großem Hubraum niedriger ist als die Höchstdrehzahl bei kleinem Hubraum, kann vorgesehen werden, daß die Ränder der Verbindungsöffnungen der Zylinder, deren Kolben bei kleinem Hubraum aktiv sind, größere Einkerbungen aufweisen als die Ränder der Verbindungsöffnungen der Zylinder, die bei kleinem Hubraum inaktiv sind.

Claims

Hydraulikmotor mit Radialkolben, umfassend eine Nocke (4) und einen Zylinderblock (6), die sich zueinander um eine Drehachse (10) drehen können, wobei der Zylinderblock Radialzylinder (14) aufweist, die mit Zylinderleitungen (32) mit Verbindungsöffnungen (32A; 132A; 232A) verbunden sind, die sich in einer Verbindungsfläche (30) des Zylinderblocks befinden, die zur Drehachse senkrecht steht, Kolben (14), die gleitend in den Zylindern (12) montiert und in der Lage sind, mit der Nocke zusammenzuwirken, wobei diese letztgenannten mehrere Lappen aufweist, die jeweils zwei Rampen (50, 50') haben, wobei der Motor ferner einen Fluidverteiler (16) umfaßt, der eine Verteilungsfläche (28) aufweist, die zur Drehachse senkrecht steht und in der Lage ist, an der Verbindungsfläche (32) des Zylinderblocks zur Anlage zu gelangen, wobei diese Verteilungsfläche Verteilungsöffnungen (21A, 23A) aufweist, umfassend Öffnungen, die mit einer Fluidversorgung (26) verbunden werden können, und Öffnungen, die mit einer Fluidableitung (24) verbunden werden können, wobei der Fluidverteiler (16) in Drehung mit der Nocke (4) verbunden ist, so daß eine Rampe der Nocke jeder Verteilungsöffnung entspricht, wobei die Verteilungsöffnungen miteinander mit den Verbindungsöffnungen (32A; 132A; 232A) während der relativen Drehung des Zylinderblocks (6) und des Verteilers (16) in Verbindung stehen können, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder zumindest von bestimmten Verbindungsöffnungen (32A; 132A; 232A) jeweils mindestens eine Einkerbung (54A, 54B; 154A, 154B; 254A, 254B) aufweisen, die einen geringen Verbindungsquerschnitt mit einer Verteilungsöffnung (21A, 23A) herstellen kann.
Motor nach Anspruch 1, bei dem der Rand jeder Verbindungsöffnung (32A; 132A; 232A) einen Angriffsabschnitt (B1), über den sich die Verbindung zwischen der Verbindungsöffnung und den Verteilungsöffnungen (21A, 23A) während der relativen Drehung zwischen dem Zylinderblock (6) und dem Verteiler (16) in eine gegebene relative Drehrichtung (R1) öffnet, sowie einen Trennabschnitt (B2) umfaßt, über den sich die Verbindung zwischen der Verbindungsöffnung und den Verteilungsöffnungen während der relativen Drehung zwischen dem Zylinderblock und dem Verteiler in dieselbe relative Drehrichtung schließt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest bei bestimmten Verbindungsöffnungen (32A; 132A; 232A) der Angriffsabschnitt und der Trennabschnitt (B1, B2) jeweils eine Einkerbung (54A, 54B; 154A, 154B; 254A, 254B) aufweisen, die einen geringen Verbindungsquerschnitt mit der Verteilungsöffnung (21A, 23A) herstellen kann.
Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkerbungen (54A; 54B) der Angriffs- und Trennabschnitte (B1, B2) der Ränder der Verbindungsöffnungen (32A) symmetrisch sind.
Hydraulikmotor nach Anspruch 2, wobei der Motor zwei Drehrichtungen (R1, R2) aufweist, wobei eine (R1) bevorzugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte der Ränder der Verbindungsöffnungen (132A, 232A), die in der bevorzugten Funktionsrichtung die Angriffs- (B1) bzw. Trennabschnitte (B2) darstellen, große Einkerbungen (154A; 254A) bzw. kleine Einkerbungen (154B; 254B) aufweisen.
Hydraulikmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Rand jeder Verbindungsöffnung (132A) einen Angriffsabschnitt (B1), über den sich die Verbindung zwischen der Verbindungsöffnung und den Verteilungsöffnungen (21A, 23A) während der relativen Drehung zwischen dem Zylinderblock (6) und dem Verteiler (16) in eine gegebene relative Drehrichtung (R1) öffnet, sowie einen Trennabschnitt (62) umfaßt, über den sich die Verbindung zwischen der Verbindungsöffnung (132A) und den Verteilungsöffnungen (21A, 23A) während der relativen Drehung zwischen dem Zylinderblock und dem Verteiler in dieselbe relative Drehrichtung schließt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest bei bestimmten Verbindungsöffnungen (132A) wenigstens der Angriffsabschnitt (B1) eine Form aufweist, die im wesentlichen zur Form der Abschnitte der Ränder der Verteilungsöffnungen (21A, 23A), über die sich die Verbindung zwischen Verbindungsöffnungen und den Verteilungsöffnungen öffnet, komplementär ist.
Motor nach Anspruch 5, bei dem die Verteilungsöffnungen (21A, 23A) im wesentlichen kreisförmig sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest bei bestimmten Verbindungsöffnungen (132A) der Angriffsabschnitt (B) der Öffnung vom Inneren der Öffnung gesehen eine konvexe Form aufweist.
Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest bei bestimmten Verbindungsöffnungen (132A) der Angriffsabschnitt und der Trennabschnitt (B1, B2) vom Inneren der Öffnung gesehen global konvex sind.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rampe (50, 50') der Nocke einen konvexen Abschnitt (51, 51') und einen konkaven Abschnitt (52, 52') umfaßt, wobei zwei aneinander grenzende Rampen miteinander entweder durch eine Nockenspitzenzone (56), die sich zwischen ihren jeweiligen konvexen Bereichen erstreckt, oder durch eine Nockenbodenzone (58), die sich zwischen ihren jeweiligen konkaven Bereichen erstreckt, verbunden sind, daß die Nockenspitzenzone (56) und die Nockenbodenzone (58) im wesentlichen auf die Drehachse (10) zentrierte Kreisbögen sind, so daß, wenn die Kolben (14) mit den Zonen zusammenwirken, ihre Radialhübe im wesentlichen gleich Null sind, und daß die Verteilungsöffnungen (21A, 23A) und die Verbindungsöffnungen (32A; 132A; 232A) derartige Abmessungen aufweisen, daß während der relativen Drehung des Zylinderblocks und des Verteilers jede Verteilungsöffnung momentan von jeder Verbindungsöffnung isoliert bleibt.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Motor zwei aktive Funktionshubräume besitzt, nämlich einen großen Hubraum, bei dem alle Kolben aktiv sind, und einen kleinen Hubraum, bei dem nur gewisse Kolben (14) aktiv sind, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Verbindungsöffnungen der Zylinder der Kolben, die im kleinen Hubraum aktiv sind, jeweils mindestens eine Einkerbung an ihren Rändern aufweisen.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Motor zwei aktive Funktionshubräume besitzt, nämlich einen großen Hubraum, bei dem alle Kolben (14) aktiv sind, und einen kleinen Hubraum, bei dem nur gewisse Kolben aktiv sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder aller Verbindungsöffnungen jeweils mindestens eine Einkerbung umfassen, und daß die Ränder der Verbindungsöffnungen der Zylinder der Kolben, die im kleinen Hubraum aktiv sind, größere Einkerbungen als jene der Ränder der Verbindungsöffnungen der Zylinder der Kolben, die im kleinen Hubraum inaktiv sind, aufweisen.