EP1311760B1 - Hydraulische radialkolbenmaschine - Google Patents

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Publication number
EP1311760B1
EP1311760B1 EP01945062A EP01945062A EP1311760B1 EP 1311760 B1 EP1311760 B1 EP 1311760B1 EP 01945062 A EP01945062 A EP 01945062A EP 01945062 A EP01945062 A EP 01945062A EP 1311760 B1 EP1311760 B1 EP 1311760B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
axis
section
fact
rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP01945062A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1311760A1 (de
Inventor
Chris Shrive
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Bosch Rexroth AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bosch Rexroth AG filed Critical Bosch Rexroth AG
Publication of EP1311760A1 publication Critical patent/EP1311760A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1311760B1 publication Critical patent/EP1311760B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/047Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement with actuating or actuated elements at the outer ends of the cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404Details or component parts
    • F04B1/0439Supporting or guiding means for the pistons

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic radial piston machine, the Features from the preamble of claim 1.
  • Such a hydraulic radial piston machine is known from DE 196 18 793 A1 known.
  • the rotor is located inside the cam ring and has a large number from with respect to its axis of rotation radially aligned piston receptacles, the after outside to the cam ring are too open.
  • In each piston seat is a piston, of which a cylindrical roller is supported in a bearing receiver, the abuts a lift curve of the cam ring.
  • each piston receptacle has a first part receiving the is radially outermost in the rotor, and a second part of the recording, the closer to the axis of rotation than the first part receiving and its cross section smaller than the cross section of the first part of the photograph is.
  • Each piston has a first piston portion slidably guided in the first part receiver is, and a smaller cross-section than the first piston portion having second piston portion, which is slidably guided in the second part of recording is.
  • the free spaces radially inward than the first piston portion namely an annular space perpendicular to the piston axis through the wall of the first sub-receptacle and through the second piston portion and axially through the Stages on the piston and in the piston receptacle is limited, and a fully cylindrical Space behind the second piston portion are fluidly open with each other connected, so that the effective pressure surface by the large cross-section of given the first piston portion.
  • Led is a piston in the first piston section and at the end of the second piston portion, so that the guide length is great.
  • the fluidic connection between the annulus and the space behind the second piston portion may be defined by bores within the second piston portion, through a longitudinal groove in the second part of the recording or even how this is shown in EP 0 607 069 B1 and in DE 196 18 793 A1, by parallel to the piston axis or also conically lying to this flattening on be made second piston section.
  • the semicircular sections in cross-section also bring with it, that the rollers in the direction of their axes of rotation shorter than the piston receivers and the pistons are and it is necessary, they by around the rotor encircling rings secure in its axial position.
  • the invention is based on the object, a hydraulic radial piston machine, having the features of the preamble of claim 1, so seizuentwickeln that for a given size, a larger displacement per piston is possible and thus a larger torque can be generated and that the rollers secured in a simple manner in the axial direction in position are.
  • the desired goal can be in a generic hydraulic radial piston machine achieve according to the invention in that, as in the characterizing Part of claim 1 is given, the piston receivers have two perpendicular to the rotational axis of the rollers aligned wall sections and that the distance between the two end faces of a roll only slightly smaller than the distance between the two flat wall sections of the piston receivers is.
  • the piston receivers have two perpendicular to the rotational axis of the rollers aligned wall sections and that the distance between the two end faces of a roll only slightly smaller than the distance between the two flat wall sections of the piston receivers is.
  • the two become flat Used wall sections for axially securing the rollers.
  • the roles are longer than with circular piston receivers and circular pistons with same extent in the axial direction and in the peripheral direction.
  • Corresponding larger can be their bearing surface in the piston and their investment line or contact surface be made on the Hubring.
  • the components are the same Torque less burdened or assets without damage a higher Transmit torque.
  • the two flat wall sections are preferred a piston receiving narrower than the diameter of a roll.
  • the Rollers are offset at both ends to a smaller diameter collar whose diameter is at most as large as the width of a plane wall of a Piston receptacle is. This design allows the contour of the piston receivers with a milling tool and with a grinding tool, whose diameter is greater than half the difference between the peripheral Extension of a piston seat and the diameter of a roller.
  • Such Milling tool is more stable and works faster than a smaller diameter Tool.
  • the bundles on the end faces of a role are so short As possible, allow the rollers a large support surface on the piston and a long one Have support on the cam ring.
  • each level Wall portion of a piston receiving a constant radius exhibiting curved wall section, which preferably at least approximately extends over ninety degrees.
  • the radius of this wall section agrees with the Radius of the tools used to make the contour of the piston receptacles is, and thus can be edited quickly.
  • the radius of a plane Wall section subsequent curved wall section of the first part of the recording and the radius of the second circular part of a receiving piston receiving the same so that both partial shots with the same milling and grinding tools can be finished.
  • radial piston machine is mainly used as a radial piston motor and has a housing 12, which consists essentially of two housing pots 13 and 14 and an intermediate this arranged lifting ring 15 composed. The mentioned three parts are held coaxial and fluid-tight by means of screws 10 together.
  • the inner surface the cam ring 15 is designed as a lifting cam 16 with a plurality of inwardly projecting Cam 17 is formed.
  • Within the cam ring 15 is a rotor 18, which coincides about a coincident with the axis of the housing parts axis of rotation 19 is rotatable.
  • the rotor 18 has an internal toothing, centric passage 20 in which an end portion 21 of an output shaft 22, the outer teeth corresponding to one of the internal teeth of the passage 20 is provided, is received axially displaceable.
  • the output shaft 22 is rotatably supported by a bearing assembly 30 relative to the housing 12.
  • the bearing assembly comprises two tapered roller bearings 31 and 32, which in Housing part 13 are housed and transmit high axial and radial forces can.
  • the second end portion 33 of the output shaft 22 protrudes from the housing part 13 out and has outside of this a shaft flange 34 for attachment on a drive element, not shown, of a device to be driven, for example, on a wheel of a supercharger.
  • a first partial receptacle 36 is located on the outside of the rotor 18 and has a large, deviating from the circular shape and with respect to a Central axis 37 twice symmetrical cross section, as shown in more detail in FIG evident. Double symmetrical means that the cross section only after a rotation of 180 degrees about the central axis again with himself for Dekkung comes.
  • the second part 38 which is inward to the partial recording 36 connects, is circular cylindrical in cross-section, wherein the diameter is substantially smaller than the extension of the first part of receiving 36 toward the axis of rotation 19 and in the peripheral direction of the rotor 18.
  • the axis of the partial recording 38 coincides with the central axis 37, which is the axis of the entire piston receiving 35 can be designated together.
  • the two parts 36 and 38 merge in an annular shoulder 39 into each other, perpendicular to the Central axis 37 is.
  • the cross section of the part holder 36 remains from the shoulder 39 from to the outside of the rotor 18 is the same.
  • the first partial receptacle 36 of a piston receptacle 35 has a specific one first maximum dimension in the direction of the axis of rotation 19 and a something smaller second maximum dimension perpendicular to a through the rotation axis 19 and
  • the central axis 37 spanned level 41. It has two levels, each other in the direction of the axis of rotation 19 opposite, that is parallel to a perpendicular on the rotation axis 19 standing plane 42 lying wall sections 43 and 44th each of which lies symmetrically on both sides of the plane 41 and perpendicular to this level 41 is slightly less than half the width of the maximum extent of the Piston receptacle 35 in this direction.
  • Every page is closed to everyone planar wall portion 43, 44 a wall portion 45, which has a constant Curvature, that is, has constant radius and extends over an angle of about 75 extends to 80 degrees.
  • the radius is slightly larger than a quarter of the distance the two flat wall sections 43 and 44 from each other.
  • the transition between the one end of a wall portion 43, 44 and a Wall section 45 is continuous.
  • the transition between the second end a wall portion 45 and an adjoining, between the two second ends of two wall sections 45 extending wall portion 46th is continuous, the two wall sections 46, seen from the central axis 37, slightly bent outwards and in the plane 42 the greatest distance have each other.
  • Overall therefore, has the first part of a receiving 36 receiving a piston 35 a strongly rounded, a rectangle-like cross-section.
  • the second sub-receptacle 38 of a piston receptacle 35 has a circular Cross-section, so has the shape of a circular cylinder.
  • the radius of this circular cylinder is equal to the radius of the wall portions 45 of the first sub-receptacle 36, so that both partial images with the same radius of the second partial recording finished tools can be finished.
  • each piston receptacle 35 is a piston 50, on which one accordingly the two sub-receptacles 36 and 38 of a piston receptacle 35 two in Direction of the central axis 37 one behind the other and with respect to their circumferential Outer surface mutually distinguishable piston sections 51 and 52nd can recognize.
  • the first piston portion 51 is in the first part receiver 36 a piston receiving 35 slidably guided and has under consideration the game provided for his mobility the same cross-section as the first sub-receptacle 36 of the piston seat 35.
  • In the piston section 51 runs in the vicinity of the lower end a radially open groove 53 around, in the a metallic sealing ring 54 is located on the wall of the part holder 36th slides.
  • the second piston portion 52 is formed as a two-flat and has only leadership function. He has at least one for his leadership function certain distance from its lower end outside the two flats 55 has a diameter which corresponds to the diameter of the second part receiver 38 a piston receptacle 35 corresponds.
  • the two flats 55 are vertical on the axis of rotation 19 of the rotor. In the direction of the piston axis, the same is the center axis 37 of a piston receptacle, the piston portion 52 is so long that it is still immersed in the sub-receptacle 38 in each stroke position of the piston 50, so that the piston except in the sub-receptacle 36 always in the partial recording 38 is guided.
  • About the flats 55 are the free space, the Piston in the sub-receptacle 38 leaves, and the free space, the piston 50 below the sealing ring 54 in the sub-receptacle 36 between itself and the shoulder 39 leaves, fluidly connected to each other open.
  • the piston portion 51 formed in the manner of a half-pipe, through which a continuous bearing seat 56 formed with a bearing shell 57 for a roller 58 is, which rests on the cam ring 15.
  • the axes 59 of the rollers are parallel to the axis of rotation 19 of the rotor 18.
  • a roller 58 is in the direction of its axis slightly shorter than the distance between the two flat wall sections 44 a piston seat 35 and is located each of these wall sections with a flat face 60 opposite.
  • the rollers 58 are in each stroke position the piston 50 is secured in its axial position.
  • the roles are very long and Therefore have a large investment line or contact surface on the lift curve 16.
  • both planar wall portions 44 are in a direction perpendicular to the plane 41 is narrower than the diameter of a roller 58. Therefore, each end surface is 60 formed on a collar 61 in which a roller 58 at its end to a smaller, about the width of the wall portions 44 corresponding diameter is discontinued.
  • the diameter of the coils 61 is so large, that the end faces 60 and the flat wall portions 44 of the piston receivers even opposite in the outermost stroke position of a piston 50 and secure the rollers 58 in the axial direction.
  • Each piston receptacle 35 is one in the rotor 18 parallel to its axis of rotation 19th extending, emanating from the one end face of the rotor and in the partial recording Assigned 38 opening access hole 65, on the operation of the radial piston motor Hydraulic fluid is added and removed. This is done via a Commutator 66, which is arranged fluid-tight and rotationally fixed in the housing part 14. Between him and the housing part 14 are two separate annular spaces 67 and 68 formed with an outwardly leading inflow channel 69 and Outflow channel 70 are connected. From the rotor 18 facing end side of the commutator 66 evenly distributed one of the number of cams 17th the lift curve corresponding number of axial channels 71, which in the annulus 67 lead.
  • each two axial channels 71 also extend from the said end face of the commutator and at the same distance from the Fulcrum 19 as the axial channels 71 shorter axial channels 72, with the annulus 68 are connected.
  • the emergence of a roll 58 on a Cam 17 of the lift curve from the working space of the corresponding piston seat 35 hydraulic fluid through the bore 65 of the rotor 18 and one of the Axial channels 71 displaced without pressure.
  • the bore 65 except overlap with the corresponding axial channel 71 and shortly thereafter in coincidence with one of the axial channels 72.

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Description

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Radialkolbenmaschine, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist.
Eine solche hydraulische Radialkolbenmaschine ist aus der DE 196 18 793 A1 bekannt. Der Rotor befindet sich innerhalb des Hubrings und besitzt eine Vielzahl von bezüglich seiner Drehachse radial ausgerichtete Kolbenaufnahmen, die nach außen zum Hubring zu offen sind. In jeder Kolbenaufnahme befindet sich ein Kolben, von dem in einer Lageraufnahme eine zylindrische Rolle getragen wird, die an einer Hubkurve des Hubrings anliegt. Beim Einsatz als Motor wird ein Arbeitsraum radial innen an den Kolben mit einer Druckmittelquelle verbunden, wenn sich eine Rolle an einer nach außen abfallenden Flanke des Hubrings befindet, während der Arbeitsraum von Druck entlastet wird, wenn sich die Rolle an einer nach innen ansteigenden Flanke des Hubrings befindet. Dadurch wird ein Drehmoment erzeugt, das zu einer relativen Verdrehung zwischen Rotor und Hubring führt. Die Höhe des maximal erzeugbaren Drehmoments hängt vom Druck, mit dem die Kolben maximal beaufschlagbar sind und von der Größe der Kolbenfläche ab, an der der Druck wirkt. Um bei einer gegebenen Baugröße einer hydraulischen Radialkolbenmaschine ein großes Drehmoment erzeugen zu können, strebt man also einen großen Querschnitt der Kolben an. Allerdings kann ein Kolben nur in relativ großer Entfernung von der Drehachse des Rotors einen großen Querschnitt haben, da sonst zwischen den einzelnen Kolbenaufnahmen zu wenig Rotormaterial vorhanden wäre, um ein Reißen des Rotors sicher zu vermeiden. Gleichbleibenden Kolbenquerschnitt über die gesamte Länge des Kolbens vorausgesetzt, wäre dann die Führungslänge für den Kolben sehr klein.
Aus der DE 196 18 793 A1, aber z. B auch aus der DE 40 37 455 C1 oder aus der EP 0 607 069 B1 ist es bekannt, bei Radialkolbenmaschinen eine große wirksame Kolbenfläche und eine lange Führungslänge dadurch zu erhalten, daß man die Kolben als Stufenkolben und die Kolbenaufnahmen entsprechend als gestufte Aufnahmen ausbildet. Jede Kolbenaufnahme besitzt eine erste Teilaufnahme, die sich radial ganz außen im Rotor befindet, und eine zweite Teilaufnahme, die sich näher an der Drehachse als die erste Teilaufnahme befindet und deren Querschnitt kleiner als der Querschnitt der ersten Teilaufnahme ist. Jeder Kolben besitzt einen ersten Kolbenabschnitt, der gleitend in der ersten Teilaufnahme geführt ist, und einen einen kleineren Querschnitt als der erste Kolbenabschnitt aufweisenden zweiten Kolbenabschnitt, der gleitend in der zweiten Teilaufnahme geführt ist. Die sich radial weiter innen als der erste Kolbenabschnitt befindlichen Freiräume, nämlich ein Ringraum, der senkrecht zur Kolbenachse durch die Wand der ersten Teilaufnahme und durch den zweiten Kolbenabschnitt und axial durch die Stufen am Kolben und in der Kolbenaufnahme begrenzt wird, und ein vollzylindrischer Raum hinter dem zweiten Kolbenabschnitt sind fluidisch offen miteinander verbunden, so daß die wirksame Druckfläche durch den großen Querschnitt des ersten Kolbenabschnitts gegeben ist. Geführt ist ein Kolben im ersten Kolbenabschnitt und am Ende des zweiten Kolbenabschnitts, so daß die Führungslänge groß ist. Die fluidische Verbindung zwischen dem Ringraum und dem Raum hinter dem zweiten Kolbenabschnitt kann durch Bohrungen innerhalb des zweiten Kolbenabschnitts, durch eine Längsnut in der zweiten Teilaufnahme oder auch, wie dies in der EP 0 607 069 B1 und in der DE 196 18 793 A1 gezeigt ist, durch parallel zur Kolbenachse oder auch konisch zu dieser liegende Abflachungen am zweiten Kolbenabschnitt hergestellt sein.
Bei der aus der DE 196 18 793 A1 bekannten Radialkolbenmaschine haben die erste Teilaufnahme einer Kolbenaufnahme und der erste Kolbenabschnitt einen von der Kreisform abweichenden Führungs- und Dichtquerschnitt. Dieser Querschnitt weist zwei parallel zur Drehachse der Rolle verlaufende Längsseiten und zwei Halbkreise auf, die die Längsseiten miteinander verbinden. Durch Kolbenaufnahmen und Kolben mit einem derartigen in Richtung der Drehachsen von Rotor und Rollen länglichen Querschnitt gelingt es, eine große Kolbenfläche zu erhalten, ohne den Durchmesser des Rotors und damit der gesamten Radialkolbenmaschine zu vergrößern. Allerdings ist eine Vergrößerung in axialer Richtung notwendig, wenn die Kolbenfläche größer als bei einem kreisrunden Kolbenquerschnitt sein soll.
Die halbkreisförmigen Abschnitte im Querschnitt bringen es außerdem mit sich, daß die Rollen in Richtung ihrer Drehachsen kürzer als die Kolbenaufnahmen und die Kolben sind und es notwendig ist, sie durch um den Rotor umlaufende Ringe in ihrer axialen Position zu sichern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Radialkolbenmaschine, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist, so weiterzuentwickeln, daß bei einer gegebenen Baugröße ein größeres Hubvolumen pro Kolben möglich ist und somit ein größeres Drehmoment erzeugt werden kann und daß die Rollen auf einfache Weise in axialer Richtung in ihrer Position gesichert sind.
Das angestrebte Ziel läßt sich bei einer gattungsgemäßen hydraulischen Radialkolbenmaschine nach der Erfindung dadurch erreichen, daß, wie dies im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben ist, die Kolbenaufnahmen zwei senkrecht zu der Drehachse der Rollen ausgerichtete Wandabschnitte aufweisen und daß der Abstand der beiden Stirnflächen einer Rolle nur geringfügig kleiner als der Abstand der beiden ebenen Wandabschnitte der Kolbenaufnahmen ist. Durch die beiden ebenen Wandabschnitte wird, selbst wenn deren Abstand voneinander nicht größer ist als der Durchmesser einer kreisrunden Kolbenaufnahme in einem in radialer Richtung gleich großen Rotor, die vom Druck beaufschlagbare Kolbenfläche gegenüber einem kreisrunden Kolben vergrößert, ohne daß der Rotor in Achsrichtung länger sein müßte. Zudem werden die beiden ebenen Wandabschnitte dafür ausgenutzt, um die Rollen axial zu sichern. Die Rollen sind länger als bei kreisrunden Kolbenaufnahmen und kreisrunden Kolben mit gleicher Ausdehnung in Achsrichtung und in peripherer Richtung. Entsprechend größer kann ihre Lagerfläche im Kolben und ihre Anlagelinie bzw. Anlagefläche am Hubring gemacht werden. Dadurch sind die Bauteile bei gleichem notwendigen Drehmoment weniger belastet bzw. vermögen ohne Schaden ein höheres Drehmoment zu übertragen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen hydraulischen Radialkolbenmaschine kann man den Unteransprüchen entnehmen.
Theoretisch erhält man bei gegebener Größe des Rotors die größtmögliche Kolbenfläche durch rechteckige Querschnitte von Kolben und Kolbenaufnahme. Allerdings läßt sich eine rechteckige oder nahezu rechteckige Kolbenaufnahme nur schwierig herstellen und birgt die Gefahr von Kerbspannungen am Rotor in sich. Bevorzugt sind deshalb gemäß Patentanspruch 2 die beiden ebenen Wandabschnitte einer Kolbenaufnahme schmäler als der Durchmesser einer Rolle. Die Rollen sind an beiden Enden zu einem im Durchmesser kleineren Bund abgesetzt ist, dessen Durchmesser höchstens so groß wie die Breite einer ebenen Wand einer Kolbenaufnahme ist. Diese Ausbildung ermöglicht es, die Kontur der Kolbenaufnahmen mit einem Fräswerkzeug und mit einem Schleifwerkzeug herzustellen, dessen Durchmesser größer ist als die halbe Differenz zwischen der peripheren Ausdehnung einer Kolbenaufnahme und dem Durchmesser einer Rolle. Ein solches Fräswerkzeug ist stabiler und arbeitet schneller als ein im Durchmesser kleineres Werkzeug. Zudem begrenzt ein relativ großer Radius im Anschluß an die ebenen Wandabschnitte die Kerbbelastung des Rotors. Insbesondere beträgt gemäß Patentanspruch 3 die Breite eines ebenen Wandabschnitts einer Kolbenaufnahme nur etwa sechzig Prozent des Durchmessers einer Rolle.
Gemäß Patentanspruch 4 sind die Bunde an den Stirnseiten einer Rolle so kurz wie möglich, damit die Rollen eine große Abstützfläche am Kolben und eine lange Abstützung am Hubring haben.
Bevorzugt schließt sich gemäß Patentanspruch 5 beidseits an jeden ebenen Wandabschnitt einer Kolbenaufnahme ein einen konstanten Radius aufweisender gekrümmter Wandabschnitt an, der sich vorzugsweise wenigstens annähernd über neunzig Grad erstreckt. Der Radius dieses Wandabschnitts stimmt mit dem Radius der Werkzeuge, mit denen die Kontur der Kolbenaufnahmen hergestellt wird, überein und läßt sich somit schnell bearbeiten.
Besitzt eine erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine entsprechend der DE 196 18 793 A1 Kolbenaufnahmen, die jeweils eine sich radial ganz außen im Rotor befindliche, erste Teilaufnahme und eine im Querschnitt kleinere zweite Teilaufnahme aufweisen, die sich näher an der Drehachse des Rotors als die erste Teilaufnahme befindet, in die die Kolben mit einem Führungsfortsatz eintauchen, so ist der Querschnitt der zweiten Teilaufnahme gemäß Patentanspruch 7 vorteilhafterweise kreisrund.
Insbesondere sind gemäß Patentanspruch 8 der Radius eines sich an einen ebenen Wandabschnitt anschließenden gekrümmten Wandabschnitts der ersten Teilaufnahme und der Radius der zweiten, kreisrunden Teilaufnahme einer Kolbenaufnahme gleich, so daß beide Teilaufnahmen mit denselben Fräs- und Schleifwerkzeugen fertigbearbeitet werden können.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydraulischen Radialkolbenmaschine ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1
das Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt, wobei in der oberen Hälfte der Längsschnitt in einer ersten Ebene und in der unteren Hälfte in einer zweiten Ebene liegt und sich der sichtbare Radialkolben in seinem äußeren Totpunkt befindet,
Figur 2
einen Ausschnitt aus Figur 1 im Bereich des sichtbaren Radialkolbens, der sich nun jedoch in seinem inneren Totpunkt befindet,
Figur 3
eine Ansicht von radial außen auf eine Kolbenaufnahme und einen darin befindlichen Radialkolben und
Figur 4
eine Seitenansicht des Radialkolbens aus Figur 3 in Richtung der Drehachse der Rolle.
Die in den Figuren 1 und 2 ganz bzw. teilweise gezeigte Radialkolbenmaschine wird hauptsächlich als Radialkolbenmotor verwendet und besitzt ein Gehäuse 12, das sich im wesentlichen aus zwei Gehäusetöpfen 13 und 14 und einem zwischen diesen angeordneten Hubring 15 zusammensetzt. Die genannten drei Teile sind mittels Schrauben 10 koaxial und fluiddicht aneinander gehalten. Die Innenfläche des Hubrings 15 ist als Hubkurve 16 mit einer Vielzahl von nach innen vorspringenden Nocken 17 ausgebildet. Innerhalb des Hubrings 15 befindet sich ein Rotor 18, der um eine mit der Achse der Gehäuseteile zusammenfallenden Drehachse 19 drehbar ist. Der Rotor 18 besitzt einen mit einer Innenverzahnung versehenen, zentrischen Durchgang 20, in dem ein End-abschnitt 21 einer Abtriebswelle 22, der mit einer der Innenverzahnung des Durchgangs 20 entsprechenden Außenverzahnung versehen ist, axial verschiebbar aufgenommen ist. Die Abtriebswelle 22 ist über eine Lageranordnung 30 gegenüber dem Gehäuse 12 drehbar gelagert. Die Lageranordnung umfaßt dabei zwei Kegelrollenlager 31 und 32, die im Gehäuseteil 13 untergebracht sind und hohe Axial- und Radialkräfte übertragen können. Der zweite Endabschnitt 33 der Abtriebswelle 22 ragt aus dem Gehäuseteil 13 heraus und weist außerhalb von diesem einen Wellenflansch 34 zur Befestigung an einem nicht dargestellten Antriebselement eines anzutreibenden Geräts, beispielsweise an einem Rad eines Laders, auf.
Im Rotor 18 sind eine Vielzahl von bezüglich der Drehachse 19 sternförmig radial ausgerichteten und nach außen zum Hubring 15 hin offene Kolbenaufnahmen 35 ausgebildet. An einer Kolbenaufnahme 35 können zwei Teilaufnahmen unterschieden werden. Eine erste Teilaufnahme 36 befindet sich außen am Rotor 18 und besitzt einen großen, von der Kreisform abweichenden und bezüglich einer Mittelachse 37 zweifach symmetrischen Querschnitt, wie dies näher aus Figur 3 hervorgeht. Zweifach symmetrisch bedeutet dabei, daß der Querschnitt erst nach einer Drehung von 180 Grad um die Mittelachse wieder mit sich selbst zur Dekkung kommt. Die zweite Teilaufnahme 38, die sich nach innen hin an die Teilaufnahme 36 anschließt, ist im Querschnitt kreiszylindrisch, wobei der Durchmesser wesentlich kleiner ist als die Erstreckung der ersten Teilaufnahme 36 in Richtung der Drehachse 19 und in peripherer Richtung des Rotors 18. Die Achse der Teilaufnahme 38 fällt mit der Mittelachse 37, die als Achse der gesamten Kolbenaufnahme 35 bezeichnet werden kann, zusammen. Die beiden Teilaufnahmen 36 und 38 gehen in einer ringförmigen Schulter 39 ineinander über, die senkrecht auf der Mittelachse 37 steht. Der Querschnitt der Teilaufnahme 36 bleibt von der Schulter 39 aus bis an die Außenseite des Rotors 18 gleich.
Gemäß Figur 3 hat die erste Teilaufnahme 36 einer Kolbenaufnahme 35 ein bestimmtes erstes maximales Maß in Richtung der Drehachse 19 und ein etwas kleineres zweites maximales Maß senkrecht zu einer durch die Drehachse 19 und die Mittelachse 37 aufgespannten Ebene 41. Sie weist zwei ebene, sich einander in Richtung der Drehachse 19 gegenüberliegende, also parallel zu einer senkrecht auf der Drehachse 19 stehenden Ebene 42 liegende Wandabschnitte 43 und 44 auf, von denen jeder symmetrisch beidseits der Ebene 41 liegt und senkrecht zu dieser Ebene 41 etwas weniger als halb so breit wie die maximale Erstreckung der Kolbenaufnahme 35 in dieser Richtung ist. Auf jeder Seite schließt sich an jeden ebenen Wandabschnitt 43, 44 ein Wandabschnitt 45 an, der eine konstante Krümmung, also konstanten Radius hat und sich über einen Winkel von etwa 75 bis 80 Grad erstreckt. Der Radius ist geringfügig größer als ein Viertel des Abstandes der beiden ebenen Wandabschnitte 43 und 44 voneinander. Der Übergang zwischen dem einen Ende eines Wandabschnitts 43, 44 und einem Wandabschnitt 45 ist dabei stetig. Auch der Übergang zwischen dem zweiten Ende eines Wandabschnitts 45 und einem sich daran anschließenden, zwischen den beiden zweiten Enden zweier Wandabschnitte 45 verlaufenden Wandabschnitt 46 ist stetig, wobei die beiden Wandabschnitte 46, von der Mittelachse 37 aus gesehen, leicht nach außen gebogen sind und in der Ebene 42 den größten Abstand voneinander haben. Insgesamt hat also die erste Teilaufnahme 36 einer Kolbenaufnahme 35 einen stark abgerundeten, einem Rechteck ähnlichen Querschnitt.
Die zweite Teilaufnahme 38 einer Kolbenaufnahme 35 besitzt einen kreisrunden Querschnitt, hat also die Form eines Kreiszylinders. Der Radius dieses Kreiszylinders ist gleich dem Radius der Wandabschnitte 45 der ersten Teilaufnahme 36, so daß beide Teilaufnahmen mit denselben den Radius der zweiten Teilaufnahme aufweisenden Werkzeugen fertigbearbeitet werden können.
In jeder Kolbenaufnahme 35 befindet sich ein Kolben 50, an dem man entsprechend den zwei Teilaufnahmen 36 und 38 einer Kolbenaufnahme 35 zwei in Richtung der Mittelachse 37 hintereinanderliegende und hinsichtlich ihrer umlaufenden Außenfläche voneinander unterscheidbare Kolbenabschnitte 51 und 52 erkennen kann. Der erste Kolbenabschnitt 51 ist in der ersten Teilaufnahme 36 einer Kolbenaufnahme 35 gleitend verschiebbar geführt und hat unter Berücksichtigung des für seine Beweglichkeit vorgesehenen Spiels den gleichen Querschnitt wie die erste Teilaufnahme 36 der Kolbenaufnahme 35. In dem Kolbenabschnitt 51 läuft in der Nähe des unteren Endes eine radial offene Nut 53 herum, in der sich ein metallischer Dichtring 54 befindet, der an der Wand der Teilaufnahme 36 entlanggleitet. Der zweite Kolbenabschnitt 52 ist als Zweiflach ausgebildet und hat nur Führungsfunktion. Er besitzt für seine Führungsfunktion zumindest über eine gewisse Strecke von seinem unteren Ende her außerhalb der beiden Abflachungen 55 einen Durchmesser, der dem Durchmesser der zweiten Teilaufnahme 38 einer Kolbenaufnahme 35 entspricht. Die beiden Abflachungen 55 stehen senkrecht auf der Drehachse 19 des Rotors. In Richtung der Kolbenachse, die gleich der Mittelachse 37 einer Kolbenaufnahme ist, ist der Kolbenabschnitt 52 so lang, daß er in jeder Hubposition des Kolbens 50 noch in die Teilaufnahme 38 eintaucht, so daß der Kolben außer in der Teilaufnahme 36 immer auch in der Teilaufnahme 38 geführt ist. Über die Abflachungen 55 sind der Freiraum, den der Kolben in der Teilaufnahme 38 beläßt, und der Freiraum, den der Kolben 50 unterhalb des Dichtrings 54 in der Teilaufnahme 36 zwischen sich und der Schulter 39 beläßt, fluidisch offen miteinander verbunden.
In einem geringen Abstand radial außerhalb der Nut 53 und des Dichtrings 54 ist der Kolbenabschnitt 51 nach Art einer Half-Pipe ausgebildet, durch die eine durchgehende Lageraufnahme 56 mit einer Lagerschale 57 für eine Rolle 58 gebildet ist, die an dem Hubring 15 anliegt. Die Achsen 59 der Rollen verlaufen parallel zu der Drehachse 19 des Rotors 18. Eine Rolle 58 ist in Richtung ihrer Achse geringfügig kürzer als der Abstand zwischen den beiden ebenen Wandabschnitten 44 einer Kolbenaufnahme 35 und liegt jedem dieser Wandabschnitte mit einer ebenen Stirnfläche 60 gegenüber. Somit sind die Rollen 58 in jeder Hubposition der Kolben 50 in ihrer axialen Position gesichert. Die Rollen sind sehr lang und haben deshalb eine große Anlagelinie bzw. Anlagefläche an der Hubkurve 16. Die beiden ebenen Wandabschnitte 44 sind in eine Richtung senkrecht zu der Ebene 41 schmäler als der Durchmesser einer Rolle 58. Deshalb ist jede Stirnfläche 60 an einem Bund 61 ausgebildet, in dem eine Rolle 58 an ihrem Ende auf einen kleineren, etwa der Breite der Wandabschnitte 44 entsprechenden Durchmesser abgesetzt ist. Wie man aus Figur 1 ersieht, ist der Durchmesser der Bunde 61 so groß, daß sich die Stirnflächen 60 und die ebenen Wandabschnitten 44 der Kolbenaufnahmen auch noch in der äußersten Hubposition eines Kolbens 50 gegenüberliegen und die Rollen 58 in axialer Richtung sichern.
Aufgrund der nicht kreisförmigen Querschnitte der Kolbenaufnahmen 35 und der Kolben 50 ist eine Verdrehsicherheit um die Mittelachse 37 ohne weiteres gegeben.
Jeder Kolbenaufnahme 35 ist eine im Rotor 18 parallel zu dessen Drehachse 19 verlaufende, von der einen Stirnseite des Rotors ausgehende und in die Teilaufnahme 38 mündende Zutrittsbohrung 65 zugeordnet, über die im Betrieb des Radialkolbenmotors Hydraulikfluid zu- und abgeführt wird. Dies geschieht über einen Kommutator 66, der im Gehäuseteil 14 fluiddicht und drehfest angeordnet ist. Zwischen ihm und dem Gehäuseteil 14 sind zwei voneinander getrennte Ringräume 67 und 68 ausgebildet, die mit einem nach außen führenden Zuflußkanal 69 bzw. Abflußkanal 70 verbunden sind. Von der dem Rotor 18 zugewandten Stirnseite des Kommutators 66 gehen gleichmäßig verteilt eine der Anzahl der Nocken 17 der Hubkurve entsprechende Anzahl von Axialkanälen 71 aus, die in den Ringraum 67 münden. Zwischen jeweils zwei Axialkanälen 71 verlaufen ebenfalls von der besagten Stirnseite des Kommutators aus und im gleichen Abstand von der Drehachse 19 wie die Axialkanäle 71 kürzere Axialkanäle 72, die mit dem Ringraum 68 verbunden sind. Im Betrieb wird beim Auflaufen einer Rolle 58 auf einen Nocken 17 der Hubkurve aus dem Arbeitsraum der entsprechenden Kolbenaufnahme 35 Hydraulikfluid über die Bohrung 65 des Rotors 18 und über einen der Axialkanäle 71 drucklos verdrängt. Im Bereich der Kuppe eines Nockens 17 gerät die Bohrung 65 außer Überdeckung mit dem entsprechenden Axialkanal 71 und kurz darauf in Überdeckung mit einem der Axialkanäle 72. Nun wird dem Arbeitsraum Hydraulikfluid zugeführt, so daß der Kolben 50 nach außen gedrängt wird und beim Ablaufen der Rolle 58 von einem Nocken 17 ein Drehmoment erzeugt wird.

Claims (8)

  1. Hydraulische Radialkolbenmaschine mit einem gehäusefesten, insbesondere mehrhubigen Hubring (15),
    mit einem um eine Drehachse (19) drehbar gegenüber dem Hubring (15) gelagerten Rotor (18), der eine Vielzahl von bezüglich der Drehachse (19) radial ausgerichteten Kolbenaufnahmen (35) aufweist,
    mit einer Vielzahl von Kolben (50), von denen jeweils einer in einer Kolbenaufnahme (35) verschiebbar gelagert ist und die wenigstens über einen Teil ihrer Länge einen von einer Kreisform abweichenden Führungs- und Dichtquerschnitt aufweisen, der mit einem entsprechend von der Kreisform abweichenden, bis zur Außenseite des Rotors gleichbleibenden Führungs- und Dichtquerschnitt der Kolbenaufnahmen (35) übereinstimmt,
    und mit von den Kolben (50) in Lageraufnahmen (56) getragenen und mit ihrer Drehachse (59) in Richtung der Drehachse des Rotors (18) ausgerichteten zylindrischen Rollen (58), über die die Kolben (50) am Hubring (15) abstützbar sind und die zwei senkrecht zu ihrer Drehachse (59) verlaufende, einander abgewandte Stirnflächen (60) haben,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenaufnahmen (35) zwei senkrecht zu der Drehachse (59) der Rollen (58) ausgerichtete Wandabschnitte (44) aufweisen und daß der Abstand der beiden Stirnflächen (60) einer Rolle (58) nur geringfügig kleiner als der Abstand der beiden ebenen Wandabschnitte (44) der Kolbenaufnahmen (35) ist.
  2. Hydraulische Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ebenen Wandabschnitte (44) einer Kolbenaufnahme (35) schmäler sind als der Durchmesser einer Rolle (58) und daß eine Rolle (58) an beiden Enden zu einem im Durchmesser kleineren Bund (61) abgesetzt ist, dessen Durchmesser höchstens so groß wie die Breite eines ebenen Wandabschnitts (44) einer Kolbenaufnahme (35) ist.
  3. Hydraulische Radialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite eines ebenen Wandabschnitts (44) einer Kolbenaufnahme (35) nur etwa sechzig Prozent des Durchmessers einer Rolle (58) beträgt.
  4. Hydraulische Radialkolbenmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung des Bundes (61) in Richtung der Achse (59) einer Rolle (58) etwa ein Vierzigstel der Gesamtlänge einer Rolle (58) beträgt.
  5. Hydraulische Radialkolbenmaschine nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß sich beidseits an jeden ebenen Wandabschnitt (44) einer Kolbenaufnahme (35) ein einen konstanten Radius aufweisender gekrümmter Wandabschnitt (45) anschließt.
  6. Hydraulische Radialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der gekrümmte Wandabschnitt (45) wenigstens annähernd über neunzig Grad erstreckt.
  7. Hydraulische Radialkolbenmaschine nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenaufnahmen (35) jeweils eine sich radial ganz außen im Rotor (18) befindliche, erste Teilaufnahme (36) mit dem von der Kreisform abweichendem Querschnitt und eine im Querschnitt kleinere zweite Teilaufnahme (38) aufweisen, die sich näher an der Drehachse (19) des Rotors (18) als die erste Teilaufnahme (36) befindet, in die die Kolben (50) mit einem Führungsfortsatz (52) eintauchen und deren Querschnitt kreisrund ist.
  8. Hydraulische Radialkolbenmaschine nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius eines sich an einen ebenen Wandabschnitt (44) anschließenden gekrümmten Wandabschnitts (45) und der Radius der zweiten, kreisrunden Teilaufnahme (38) einer Kolbenaufnahme (35) gleich sind.
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