EP0318967B1 - Radialkolbenmotor - Google Patents

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EP0318967B1
EP0318967B1 EP88119996A EP88119996A EP0318967B1 EP 0318967 B1 EP0318967 B1 EP 0318967B1 EP 88119996 A EP88119996 A EP 88119996A EP 88119996 A EP88119996 A EP 88119996A EP 0318967 B1 EP0318967 B1 EP 0318967B1
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EP
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piston engine
radial piston
cylinder cover
guide member
control element
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EP0318967A3 (en
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Mattias Dr.-Ing. Szewczyk
Hans-Jürgen Pöting
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Paul Pleiger Maschinenfabrik GmbH and Co KG
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Paul Pleiger Maschinenfabrik GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B1/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements
    • F01B1/06—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements with cylinders in star or fan arrangement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B1/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements
    • F01B1/06—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements with cylinders in star or fan arrangement
    • F01B1/062—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements with cylinders in star or fan arrangement the connection of the pistons with an actuating or actuated element being at the inner ends of the cylinders

Definitions

  • the invention relates to a radial piston motor according to the preamble of claim 1.
  • Radial piston motors of this type are known in various embodiments (e.g. DE-A 34 30 362), the control of the fluid loading of the individual pistons being accomplished in each case by an elaborately designed device which takes up a considerable amount of space and increases the weight and cost of a radial piston motor, the Control has a drive that is independent of the working piston movement, which can result in disturbances in the interaction between the working piston movement and the control movement.
  • the invention has for its object to design a radial piston engine of the type mentioned so that there is a self-control of the working piston with a simple and space-saving design.
  • 1 and 2, 1 denotes an eccentric arranged on the output shaft 1 'of the radial piston motor, on the outer periphery of cup-shaped working pistons 2 rest with the closed side.
  • the working pistons 2 are guided by positive guide rings 3 on the eccentric circumference and they are each arranged in a radially extending, cylindrical extension 4 of the housing of the radial piston motor, these cylindrical extensions 4 being arranged in a star shape around the eccentric 1.
  • a guide body 5 engages in the piston 2 and is provided in its axial direction with openings 6 for the passage of the pressurized fluid with which the piston 2 is acted upon.
  • annular bearing surface 7 in the form of a radially outwardly convex spherical partial surface against which a complementarily designed bearing surface 8 of a cylinder cover 9 rests, which is attached to the cylindrical extension by means of screws 10 (FIG. 3) 4 of the housing is attached.
  • annular spring element 11 On an annular shoulder of the guide body 5 is an annular spring element 11 with diametrically opposite lugs 12 which are attached to the housing via pins 13. The guide body 5 is held by this spring element with its bearing surface 7 in contact with the bearing surface 8 of the cylinder cover.
  • a rod-shaped control element 15 is slidably guided in a continuous bore 14 extending transversely to the eccentric axis and is connected to the guide body 5 via a ball joint 16.
  • a radially outwardly projecting pin 17 is attached to the guide body 5, which engages with a spherical joint body at its free end in a correspondingly shaped recess in the middle of the rod-shaped control element 15.
  • Both sides of the ball joint 16 are rod-shaped at the free ends Control 15 piston-shaped lugs 18, 18 'formed.
  • annular groove 19 or 20 is formed in the cylinder cover 9, one of which is connected to a fluid inlet channel and the other to a return channel, as shown in FIG. 3 by dashed lines.
  • These channels are formed in the cylinder cover 9 and are connected to associated bores in the housing of the radial piston motor.
  • the continuous transverse bore 14 in the cylinder cover 9 is closed at both ends with a plug 21, 21 '.
  • the space between the end faces of the control element 15 and the plug 21, 21 ' is connected via a bore 22, 22' to the interior of the housing.
  • the working piston 2 is pivoted by the rotation of the eccentric 1, for example, into the position shown by dashed lines in FIG. 1, the guide body 5 immersed in the piston 2 being pivoted accordingly.
  • the control element 15 is shifted from the illustrated central position in FIG. 1 to the left via the ball joint 16, so that the annular groove 20 is released and the annular groove 19 remains closed. Due to the exposed annular groove 20, the pressure fluid can act on the piston 2, for example, via the bore 14, its enlarged middle section 23 and the openings 6 in the guide body 5.
  • FIG. 4 explains the pressure relief of the guide body 5 in the embodiment according to FIGS. 1 and 2.
  • the force distribution indicated by arrows at 24 is obtained, with the reduction in the force application on both sides results from the width of the bearing surface 8, at which the compressive force corresponds internally to the maximum pressure present and externally to the value 0 that prevails in the interior of the housing.
  • its bearing surface 7 is designed wider than the bearing surface 8 in the cylinder cover 9.
  • the force distribution shown at 25 results from the pressure fluid acting on the piston 2.
  • d1 the inner diameter of the bearing surface 8 in the cylinder cover and the outer diameter d2 is designated.
  • d3 indicates the diameter of the portion of the guide body 5 engaging in the piston 2.
  • d1 and d2 can be chosen arbitrarily so that the force distribution F1 greater than F2 or F2 greater than F1 can be designed, depending on what is considered appropriate in the individual case.
  • a relief chamber 26 is formed in a manner known per se, which with the Interior of the piston communicates.
  • the output shaft 1 ' is mounted on bearings 27 in the housing of the radial piston motor.
  • Fig. 2 are designated 28, 28 'ring channels in the housing of the radial piston engine, which are connected to the channels 19, 20 in the cylinder cover and the main connections for incoming and outgoing fluid.
  • 2 and 3 show an arrangement of the channels for incoming and outgoing fluid, in which the two channels are accommodated side by side in one of the cylindrical projections 4 of the housing. If channels with a larger cross section are provided, these can then be arranged individually on one of the cylindrical lugs 4.
  • a control slide can also be provided in the cylinder cover 9, which executes a pivoting movement due to the pendulum movement of the guide body 5 and releases and blocks channels running perpendicular to the direction of the pivoting movement.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Radialkolbenmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Radialkolbenmotoren dieser Art sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt (z.B. DE-A 34 30 362), wobei jeweils die Steuerung der Fluidbeaufschlagung der einzelnen Kolben durch eine aufwendig gestaltete Vorrichtung bewerkstelligt wird, die einen erheblichen Platzbedarf hat und Gewicht sowie Kosten eines Radialkolbenmotors erhöht, wobei die Steuerung einen von der Arbeitskolbenbewegung unabhängigen Antrieb aufweist, wodurch Störungen im Zusammenspiel von Arbeitskolbenbewegung und Steuerbewegung auftreten können.
  • Aus der DE-A 22 44 920 ist eine Bauweise bekannt, bei der die Steuerung der Fluidbeaufschlagung durch die Bewegung der Arbeitskolben direkt erfolgt. Hierbei ist ein gewisser Platzbedarf in jedem einzelnen Zylinder erforderlich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Radialkolbenmotor der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß sich eine Selbststeuerung der Arbeitskolben bei einfachem und platzsparendem Aufbau ergibt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Anordnung eines Steuerelementes im Zylinderdeckel, das durch die Pendelbewegung des Führungskörpers des zugeordneten Arbeitskolbens verstellt wird, ergibt sich eine indirekte Selbststeuerung der Arbeitskolben bei geringem Bauvolumen der Steuerung, verbunden mit geringem Gewicht und günstigen Herstellungskosten.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
  • Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch einen Zylinder mit Kolbenanordnung,
    Fig. 2
    einen senkrecht zum Längsschnitt nach Fig.1 verlaufenden Längsschnitt durch den Zylinder,
    Fig. 3
    eine Draufsicht auf den Zylinderdeckel, und
    Fig. 4
    die Kraftverteilung an einem schematisch dargestellten Führungskörper mit Kolben.
  • In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein auf der Abtriebswelle 1′ des Radialkolbenmotors angeordneter Exzenter bezeichnet, auf dessen Außenumfang topfförmig ausgebildete Arbeitskolben 2 mit der geschlossenen Seite anliegen. Die Arbeitskolben 2 sind durch Zwangsführungsringe 3 auf dem Exzenterumfang geführt und sie sind jeweils in einem sich radial erstreckenden, zylinderförmigen Ansatz 4 des Gehäuses des Radialkolbenmotors angeordnet, wobei diese zylinderförmigen Ansätze 4 sternförmig um den Exzenter 1 angeordnet sind. In den Kolben 2 greift ein Führungskörper 5 ein, der in seiner Achsrichtung mit Durchbrechungen 6 für den Durchtritt des unter Druck stehenden Fluids versehen ist, mit dem der Kolben 2 beaufschlagt wird. Am radial außen liegenden Ende ist der Führungskörper 5 mit einer ringförmigen Lagerfläche 7 in der Form einer radial nach außen konvexen Kugelteilfläche versehen, an der eine komplementär gestaltete Lagerfläche 8 eines Zylinderdeckels 9 anliegt, der mittels Schrauben 10 (Fig. 3) auf dem zylinderförmigen Ansatz 4 des Gehäuses befestigt ist. An einer Ringschulter des Führungskörpers 5 liegt ein ringförmig gestaltetes Federelement 11 mit diametral gegenüberliegenden Ansätzen 12 an, die über Stifte 13 am Gehäuse befestigt sind. Der Führungskörper 5 wird durch dieses Federelement mit seiner Lagerfläche 7 an der Lagerfläche 8 des Zylinderdeckels anliegend gehalten.
  • In jedem Zylinderdeckel 9 ist in einer durchgehenden, quer zur Exzenterachse verlaufenden Bohrung 14 jeweils ein stangenförmiges Steuerelement 15 verschiebbar geführt, das über ein Kugelgelenk 16 mit dem Führungskörper 5 verbunden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist am Führungskörper 5 ein radial nach außen vorstehender Stift 17 befestigt, der mit einem kugelförmigen Gelenkkörper an seinem freien Ende in eine entsprechend gestaltete Ausnehmung in der Mitte des stangenförmigen Steuerelementes 15 eingreift. Beiderseits des Kugelgelenks 16 sind an den freien Enden des stangenförmigen Steuerelements 15 kolbenförmige Ansätze 18, 18′ ausgebildet. Im Verschiebebereich dieser kolbenförmigen Ansätze 18, 18′ ist jeweils eine Ringnut 19 bzw. 20 im Zylinderdeckel 9 ausgebildet, von denen eine mit einem Fluidzulaufkanal und die andere mit einem Rücklaufkanal verbunden ist, wie Fig. 3 durch gestrichelte Linien zeigt. Diese Kanäle sind im Zylinderdeckel 9 ausgebildet und stehen mit zugeordneten Bohrungen im Gehäuse des Radialkolbenmotors in Verbindung. Die durchgehende Querbohrung 14 im Zylinderdeckel 9 ist an beiden Enden mit einem Verschlußstopfen 21, 21′ verschlossen. Der Zwischenraum zwischen Stirnseiten des Steuerelements 15 und Verschlußstopfen 21, 21′ ist über eine Bohrung 22, 22′ mit dem Innenraum des Gehäuses verbunden.
  • Beim Betrieb des Radialkolbenmotors wird der Arbeitskolben 2 durch die Drehung des Exzenters 1 beispielsweise in die durch gestrichelte Linien in Fig. 1 wiedergegebene Stellung verschwenkt, wobei der in den Kolben 2 eintauchende Führungskörper 5 entsprechend verschwenkt wird. Hierbei wird über das Kugelgelenk 16 das Steuerelement 15 aus der dargestellten Mittelstellung in Fig. 1 nach links verschoben, so daß die Ringnut 20 freigegeben wird und die Ringnut 19 weiter abgeschlossen bleibt. Durch die freiliegende Ringnut 20 kann das Druckfluid beispielsweise über die Bohrung 14, deren erweiterten Mittelabschnitt 23 und die Durchbrechungen 6 im Führungskörper 5 den Kolben 2 beaufschlagen. Bei der folgenden Pendelbewegung des Kolbens 2 in die entgegengesetzte Richtung wird durch die entsprechende Pendelbewegung des Führungskörpers 5 die Ringnut 20 abgesperrt und die Ringnut 19 freigegeben, so daß das Fluid durch die Kolbenbewegung radial nach außen in den Rücklauf abströmen kann. Auf diese Weise wird durch die Bewegung des Arbeitskolbens 2 eine indirekte Selbststeuerung der Fluidbeaufschlagung erzielt.
  • Fig. 4 erläutert die Druckentlastung des Führungskörpers 5 bei der Ausgestaltung nach den Fig. 1 und 2. Bei Anliegen des Fluiddrucks auf der radial außen liegenden Stirnseite des Führungskörpers 5 ergibt sich die durch Pfeile bei 24 wiedergegebene Kraftverteilung, wobei sich die beidseitige Verringerung des Kraftangriffs durch die Breite der Lagerfläche 8 ergibt, an der die Druckkraft innen dem maximal anliegenden Druck und außen dem Wert 0 entspricht, der im Inneren des Gehäuses herrscht. Mit Rücksicht auf die Pendelbewegung des Führungskörpers 5 ist dessen Lagerfläche 7 breiter gestaltet als die Lagerfläche 8 im Zylinderdeckel 9. An der radial innen liegenden Stirnseite des Führungskörpers 5 ergibt sich die bei 25 wiedergegebene Kraftverteilung durch das den Kolben 2 beaufschlagende Druckfluid. Mit d₁ ist der Innendurchmesser der Lagerfläche 8 im Zylinderdeckel und mit d₂ deren Außendurchmesser bezeichnet. d₃ gibt den Durchmesser des in den Kolben 2 eingreifenden Abschnitts des Führungskörpers 5 an.
  • Wird dieser Durchmesser d₃ des Führungskörpers 5 im Verhältnis zum Außen- und Innendurchmesser der Lagerfläche 8 so ausgelegt, daß
    Figure imgb0001
    so ergibt sich eine Kraftverteilung F₁=F₂. Dies bedeutet eine hundertprozentige Entlastung des Führungskörpers 5 bei Druckbeaufschlagung des Arbeitskolbens 2.
       d₁ und d₂ können beliebig gewählt werden, so daß die Kraftverteilung F₁ größer als F₂ oder F₂ größer als F₁ ausgelegt werden kann, je nachdem, was im Einzelfall als zweckmäßig angesehen wird.
  • Auf der Auflagefläche des Kolbens am Exzenter ist in an sich bekannter Weise eine Entlastungskammer 26 ausgebildet, die mit dem Innenraum des Kolbens in Verbindung steht.
  • Die Abtriebswelle 1′ ist über Lager 27 im Gehäuse des Radialkolbenmotors gelagert.
  • In Fig. 2 sind mit 28, 28′ Ringkanäle im Gehäuse des Radialkolbenmotors bezeichnet, die mit den Kanälen 19, 20 im Zylinderdeckel und den Hauptanschlüssen für zu- und ablaufendes Fluid verbunden sind. Fig. 2 und 3 zeigen eine Anordnung der Kanäle für zu- und ablaufendes Fluid, bei der die beiden Kanäle nebeneinander in einem der zylinderförmigen Ansätze 4 des Gehäuses untergebracht sind. Werden Kanäle mit größerem Querschnitt vorgesehen, so können diese dann einzeln an je einem der zylindrischen Ansätze 4 angeordnet werden.
  • Es sind verschiedene Abwandlungen der beschriebenen Bauweise möglich. So kann auch ein Steuerschieber im Zylinderdeckel 9 vorgesehen werden, der durch die Pendelbewegung des Führungskörpers 5 eine Schwenkbewegung ausführt und senkrecht zur Richtung der Schwenkbewegung verlaufende Kanäle freigibt und absperrt.

Claims (9)

  1. Radialkolbenmotor mit auf dem Umfang einer Exzenterwelle anliegenden Kolben, mit denen jeweils ein radial außen am Gehäuse pendelnd gelagerter Führungskörper in Eingriff steht, und mit Fluidkanälen im Zylinderdeckel für den Zu- und Ablauf des Druckfluids,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im Zylinderdeckel (9) oder einem entsprechenden Bauteil des Gehäuses ein mit dem Führungskörper (5) gelenkig verbundenes Steuerelement (15) zur Steuerung der Zu- und Ablaufkanäle (19,20) verstellbar geführt ist.
  2. Radialkolbenmotor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Führungskörper (5) mittels einer Kugelteilfläche (7) pendelnd gelagert und durch ein Kugelgelenk (16) mit dem Steuerelement (15) verbunden ist.
  3. Radialkolbenmotor nach den Ansprüchen 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Steuerelement (15) stangenförmig ausgebildet und in einer quer zur Exzenterachse verlaufenden Bohrung (14) im Zylinderdeckel (9) längs seiner Achse verschiebbar ist.
  4. Radialkolbenmotor nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die quer verlaufende Bohrung (14) durchgehend im Zylinderdeckel (9) ausgebildet und an den Enden durch Verschlußstopfen (21,21′) verschlossen ist, wobei die Stirnräume beiderseits des Steuerelements (15) über Bohrungen (22,22′) mit dem Innenraum des Gehäuses verbundden sind.
  5. Radialkolbenmotor nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das stangenförmige Steuerelement (15) and den gegenüberliegenden Enden mit kolbenförmigen Ansätzen (18,18′) versehen ist, die im Bereich von Ringnuten (19,20) im Zylinderdeckel (9) verschiebbar sind.
  6. Radialkolbenmotor nach den vorhergehenden Ansprüchen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Führungskörper (5) mit einer radial nach außen konvexen Lagerfläche (7) versehen und die gegenüberliegende Lagerfläche (8) am Zylinderdeckel (9) konkav ausgebildet ist.
  7. Radialkolbenmotor nach den vorhergehenden Ansprüchen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Führungskörper (5) durch ein Federelement (11) an der Lagerfläche (8) anliegend gehalten wird.
  8. Radialkolbenmotor, insbesondere nach den vorhergehenden Ansprüchen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Durchmesser des in den Kolben eingreifenden Abschnitts Führungskörpers (5) dem mittleren Durchmesser der Lagerfläche (8) im Zylinderdeckel (9) zur Erzielung einer vollständigen Druckentlastung entspricht.
  9. Radialkolbenmotor nach den vorhergehenden Ansprüchen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß am Führungskörper (5) ein radial nach außen vorstehender Stift (17) angebracht ist, der mit dem Steuerelement (15) gelenkig verbunden ist.
EP88119996A 1987-12-02 1988-11-30 Radialkolbenmotor Expired - Lifetime EP0318967B1 (de)

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DE19873740891 DE3740891A1 (de) 1987-12-02 1987-12-02 Radialkolbenmotor
DE3740891 1987-12-02

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EP0318967A2 EP0318967A2 (de) 1989-06-07
EP0318967A3 EP0318967A3 (en) 1989-12-27
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