DE2248316C2 - Radialkolbenmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine wesentliche Voraussetzung für das gute Betriebsverhalten derartiger Radialkolbenmaschinen ist der Ausgleich einseitig wirkender hydraulischer Kräfte zwischen Steuerzapfen und Rotor Diese einseitig wirkenden Kräfte entstehen in den die Kolben aufnehmenden Zylinderbohrungen. Sind keine besonderen Maßnahmen getroffen, so wird der Spalt zwischen Rotor und Bohrung des Zylinderkörpers infolge des notwendigen Spiels auf der Hochdruckseite /.u groß, wodurch Druckmittel nutzlos in das Gehäuse der Maschine abfließt und die Leckverluste vergrößert. Andererseits wird der Spalt auf der Niederdruckseite sehr klein, so daß die Gefahr besteht, daß metallische Berührung mit Riefenbildung und Fressern entsteht.

Um dem entgegenzuwirken, sind seitlich der Steueröffnungen umlaufende Nuten am Steuerzapfen ausgebildet, in denen Druckmittel zur Niederdruckseite geleitet wird, um dort Gegendruckfelder aufzubauen, so daß das Spiel nicht zu klein wird. Durch interne oder externe Störeinflüsse kann es geschehen, daß dann trotzdem der hochdruckseitige oder niederdruckseitige Spalt zu groß wird, so daß auch im letzteren Fall Druckmittel durch die Ringnuten zur Niederdruckseite abströmen kann und damit ebenfalls die Leckverluste vergrößert.

Es ist auch bekannt, beidseitig der Steueröffnungen am Umfang verlaufende, nicht miteinander in Verbindung stehende Nuten auszubilden, von denen die an den niederdruckseitigen Dichtstegen mit der Hochdruckseite verbunden sind, diejenigen an den hochdruckseitigen Dichtstegen mit der niederdruckseitigen Steueröffnung. Damit erreicht man wohl einen gewissen hydraulischen Druckausgleich, wenn jedoch Störgrößen auftreten, bricht dieser Druckausgleich zusammen, und es kommt zu den obengenannten Leckverlusten, wodurch der Wirkungsgrad der Maschine leidet (DE-OS 14 53 629).

Eine Verbesserung dieser Einrichtung besteht darin, Umfangsnuten nur an der niederdruckseitigen Steueröffnung auszubilden, von denen Drosselstellen enthaltende Kanäle zur hochdrucksehigen Steueröffnungen führen. Damit erreicht man, daß nach einer Störung des hydraulischen Gleichgewichts auf der Hochdruckseite nicht zu viel Druckmittel über die erwähnten Umfangsnuten zur Niederdruckseite abströmen kann. Auf diese Weise kann ein gewisser Gleichgewichtszustand dergestalt erreicht werden, daß der Spalt an der Hochdruckseite möglichst klein gehalten wird. Diese bekannte Anordnung (DE-OS 14 53 628) hat jedoch den Nachteil, daß die Drosseln — die sehr enge Durchmesser aufweisen müssen — durch stets im Druckmittel enthaltene Verunreinigungen schnell verstopft werden, wodurch die gesamte hydraulische Entlastung zusammenbricht.

Es ist weiterhin bekanntgeworden, beidseits der hochdruckseitigen Steueröffnung in Umfangsrichtung des Steuerzapfens verlaufende Ausnehmungen auszubilden, von denen Kanäle zu Räumen definierten Drucks — z. B. Atmosphärendruck oder Gehäuseinnendruck — führen. Damit wird erreicht, daß die Kräfte zwischen Steuerzapfen und Rotor in die richtige Größenordnung kommen, z. B. dann, wenn die Relation zwischen Kolbendurchmesser und Breite der Steueröffnungen ein Ungleichgewicht verursacht. Da der tatsächliche — theoretisch meist linear angenommene — Druckveriauf in Wirklichkeit über die Dichtspalte stark streut, kann ein solcher Ausgleich nie exakt stimmen (GB-PS 5 79 S04).

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Radialkolbenmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs zu schaffen, bei der ein optimaler Ausgleich der hydraulischen Kräfte zwischen Steuerzapfen und Rotor derart erfolgt, daß der Spalt auf der Hochdruckseite möglichst gering ist und nach einer Störung des hydraulischen Gleichgewichts durch äußere oder innere Kräfte dieses sofort wieder hergestellt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 genannten Mittel gelöst. Das hat den Vorteil, daß die Menge des durchleckenden Druckmittels gering ist, wodurch der Wirkungsgrad der Maschine verbessert wird.

Zweckmäßige Verbesserungen und Ergänzungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Radialkolbenmaschine;

Fig. 2 eine Abwicklung des Steuerzapfens der Radialkolbenmaschine nach dem Ausführungsbeispiel der Fig.l;

Fig. 3 eine Abwicklung des Steuerzapfens eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 4 und 5 eine Abwandlung des Steuerzapfens nach der F i g. 2 in der Abwicklung und im Schnitt.

Die Radialkolbenmaschine nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 hat ein Gehäuse 1, das von einem Gehäusedeckel 2 verschlossen ist. In einer Bohrung 3 des Gehäusedeckels 2 ist ein Steuerzapfen 4 fest angeordnet, auf dem ein Zylinderkörper 5 rotiert. In dem Zylinderkörper 5 sind Zylinderbohrungen 6 ausgebildet, in denen Kolben 7 angeordnet sind, welche sich mit Gleitschuhen 8 auf einem Hubring 9 abstützen. An diesem Hubring 9 ist eine Stellmutter 10 befestigt, in die eine Stellspindel U eingreift, welche in einer Gehäusekonsole 12 gelagert ist und mit einem Handrad 13 betä-

tigt wird. Eine Druckfeder 14 übt eine Rückstellkraft auf den Hubring 9 aus. Mit Hilfe des Handrads kann der Hubring radial verschoben werden, wodurch sich der Hub der Kolben ändert

Die Zylinderbohrungen 6 gehen mit einer Schulter 6' in Mündungen 15 über, die mit Steueröffnungen 16,17 im Steuerzapfen zusammenwirken, !n jede Steueröffnung mündet eine im Steuerzapfen axial verlaufende Bohrung. Diese Bohrungen sind mit 16', 17' bezeichnet Weitere Einzelheiten des Steuerzapfens 4 zeigt die F i g. 2 in eher Abwicklung.

Die die Hochdrucksteueröffnung bildende Steueröffnung 16 und die die Niederdrucksteueröffnung bildende Steueröffnung 17 sind durch einen dem inneren Totpunkt der Kolbenbewegung gegenüberliegenden Steg 18 und einen dem äußeren Totpunkt der Kolbenbewegung gegenüberliegenden Steg 19 voneinander getrennt. Beiderseits der Steueröffnungen sind sich in Umfangsrichtung des Steuerzapfens erstreckende, in sich geschlossene Nuten 20, 21 ausgebildet, £e in dem im Bereich der Niederdrucksteueröffnung liegenden Abschnitt 20', 21' zwischen den Mitten der Stege 18, 19 wesentlich breiter sind als in dem Abschnitt im Bereich der Hochdrucksteueröffnung. Zwischen den Nuten 20, 21 und der Hochdrucksteueröffnung 16 befinden sich Dichtstege 22, 23, ebenso befinden sich zwischen den Nuten 20, 21 und der Niederdrucksteueröffnung 17 Dichtstege 24, 25. Auf den den Steueröffnungen 16, 17 abgewandten Seiten der Nuten 20, 21 sind in sich geschlossene Tragstege 26, 27 ausgebildet, von denen der Tragsteg 26 durch das Steuerzapfenende, der Tragsteg

27 durch eine mit dem Gehäuseinnern verbundene Nut

28 begrenzt wird. In den Tragstegen 26, 27 ist je eine Ausnehmung 29, 30 ausgebildet, die sich etwa über den gleichen Umfangsbereich erstreckt wie die Hochdrucksteueröffnung 16 und an die Nut 28 bzw. das Steuerzapfenende angrenzt, so daß in jeder Ausnehmung 29, 30 der Gehäuseinnendruck herrscht. Der verbreiterte Bereich 20', 2Γ der Nuten 20, 21 und die Ausnehmungen 29, 30 sind so bemessen, daß die Flächen der Tragstege 26,27 im Bereich der Hochdruckseite kleiner sind als im Bereich der Niederdruckseite.

Beim Betrieb der Maschine wirken auf die Schultern der mit der Hochdrucksteueröffnung in Verbindung stehenden Zylinderbohrungen Druckkräfte, die den Zylinderkörper im Bereich der Hochdrucksteueröffnung gegen den Steuerzapfen drücken. Die über der Hochdrucksteueröffnung auf den Zylinderkörper wirkende Druckkraft wirkt diesen Kräften entgegen.

Das im Spalt zwischen Steuerzapfen und Zylinderkörper von der Hochdrucksteueröffnung 16 zu den Nuten 20, 21 abfließende Druckmittel führt zum Aufbau von Druckfeldern über den Dichtstegen 22,23 die ebenfalls den den Zylinderkörper anpressenden Kräften entgegenwirken. Diese beiden den Zylinderkörper vom Steuerzapfen abhebenden Kräfte sind größer als die den Zylinderkörper anpressenden Kräfte auf den Ringflächen der Zylinderbohrungen.

Der in den Nuten 20, 21 herrschende Druck ist am ganzen Umfang gleich. Durch die Verbreiterung der Nuten 20, 21 in den Abschnitten 20', 21' entsteht über diesen eine zusätzliche Druckkraft, die die gleiche Richtung hat wie der Kräfte auf den Schultern der Zylinderbohrungen und die den Zylinderkörper auf der Druckseite am Steuerzapfen anzupressen versucht. Von den Nuten 20, 21 fließt das Druckmittel im Spalt zwischen Steuerzapfen und Zylinderkörper weiter zum Gehäuseinnern ab. Dadurch bauen *>ich über den Tragstegen 26, 27 Druckfelder auf, die info?ge der Ausnehmungen 29, 30 sowie den verbreiterten Bereich 20', 21' der Nuten 20,21 unsymmetrisch am Steuerzapfen verteilt sind und deren Resultierende ebenfalls eine solche Richtung hat, daß der Zylinderkörper sich auf der Druckseite des Steuerzapfens anzulegen versucht Da der Druck in den Nuten und auf den Tragstegen vom hochdruckseitigen Spalt zwischen Zylinderkörper und Steuerzapfen abhängig ist, wird auch die Größe der resultierenden Kraft spaltabhängig.

Durch das erfindungsgemäße Bemessen der Ausnehmungen 29,30 und der Breite der Nutabschnitte 20', 2)' erzielt man einen Ausgleich der am Zylinderkörper angreifenden Kräfte, so daß dieser auf den Steuerzapfen selbsttätig zentriert wird. Die Leckverluste und die Reibungsverluste bleiben dadurch ein Minimum. Der Kräfteausgleich am Steuerzapfen ist abhängig von den nicht ausgeglichenen Kräften, auch allein durch die Verbreiterung der Nuten (19,20) oder nur durch die Ausbildung der Ausnehmungen 29,30 zu erzielen.

Am Steuerzapfen 35 nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 3, der durch anders ausgebildete Tragstege und Nuten gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fi g. 2 abweicht, sind eine Hochdrucksteueröffnung 36 und eine Niederdrucksteueröffnung 37 ausgebildet, die durch Stege 38, 39 voneinander getrennt sind. Beiderseits der Steueröffnungen 36,37 erstrecken sich in sich geschlossene Nuteii 40, 41 gleichbleibender Breite in Umfangsrichtung, so daß zwischen diesen und den Steueröffnungen 36 und 37 Dichtstege 42, 43 und 44, 45 verbleiben. Auf den den Steueröffnungen 36, 37 abgewandten Seiten der Nuten verbleiben sich über den ganzen Steuerzapfenumfang erstreckende, in sich geschlossene Tragstege 46,47, von denen der Tragsteg 46 durch das Steuerzapfenende, der Tragstege 47 durch eine Nut 48 begrenzt wird, in der der Gehäuseinnendruck herrscht.

Im Tragsteg 46 ist eine U-förmige Nut 49 ausgebildet, die sich mit einem Abschnitt parallel zur Hochdrucksteueröffnung 36 und über den ungefähr gleichen Drehwinkel erstreckt wie diese und mit zwei Schenkeln 50,51 in das Gehäuseinnere mündet. Die Nut 49 umgibt einen Ausschnitt 52 des Tragsteges 46 auf drei Seiten, der auf der vierten Seite vom Steuerzapfenende begrenzt wird. Auf dem Tragsteg 47 ist eine ebensolche Nut 53 ausgebildet, die in einem Abschnitt parallel zur Hochdrucksteueröffnung 36 und sich über den ungefähr gleichen Drehwinkel erstreckt wie diese und mit zwei Schenkeln 54,55 in die Nut 48 mündet. Diese Nut umschließt ebenfalls einen Ausschnitt 56 des Tragstegs 47 auf drei Seiten, dessen vierte Seite wird von der Nut 48 begrenzt.

Den Kräften auf die Ringflächen der Zylinderbohrungen, die sich auf der Druckseite der Maschine befinden, wirken die Druckkraft über der Hochdrucksteueröffnung 36 und die Druckfelder über den Dichtstegen 42, 43 entgegen, welche durch das von der Hochdrucksteueröffnung 36 zu den Nuten 40,41 abfließende Druckmittel aufgebaut werden, und die den Zylinderkörper im Bereich der Niederdrucksteueröffnung anzulegen versuchen. Das von den Nuten 40, 41 zum Gehäuseinnern der Maschine abfließende Druckmittel bewirkt nun über den Tragstegen 46, 47 den Aufbau von Druckfeldern, wobei aber die von den Nuten 49,53 umschlossenen Flächen 52, 56 frei von Druckfeldern bleiben. Die dadurch bedingte ungleiche Verteilung der Druckfelder ruf; eine resultierende Druckkraft hervor, deren Angriffspunkt im Bereich der Niederdrucksteueröffnung 37 liegt und die die gleiche Richtung hat wie die Kräfte auf die Ringflächen der Zylinderbohrungen.

Durch die richtige Bemessung der Flächen 52, 5ί< erreicht man, daß die auf den Zylinderkörper wirkenden abhebenden und anpressenden Kräfte im Gleichgewicht stehen. Dieser wird dadurch auf dem Steuerzapfen zentriert, die Leckverluste und die Reibungsverluste erreichen ein Minimum.

Der Steuerzapfen 60 nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 4 und 5 zeigt in Abwandlung des Ausführungsbeispiels der Fig.2 einen anderen Verlauf der Nuten, wobei die F i g. 5 einen Schnitt entlang der Nuten 61,63 darstellt. Gleiche Teile sind mit den gleichen Ziffern wie zuvor bezeichnet.

Zu beiden Seiten der Steueröffnungen 16, 17 sind Nuten 61,62 und 63,64 ausgebildet, die sich nur etwa im Bereich der Steueröffnungen 16,17 in Umfangsrichtung erstrecken. Die Nuten 63, 64 beiderseits der Niederdrucksteueröffnung 17 sind wesentlich breiter als die Nuten 61, 62 beiderseits der Hochdrucksteueröffnung 16. Die jeweils auf der gleichen Seite der Steueröffnungen 16,17 liegenden Nuten 61, 63 und 62, 64 sind durch je einen Druckausgleichskanal 65, 66 miteinander verbunden (F ig. 5).

Die Ausnehmungen 29,30 sowie die Nuten 63,64 sind wieder so bemessen, daß die Fläche der Tragstege 26,27 im Bereich der Hochdruckseite kleiner ist als im Bereich der Niederdruckseite.

Der übrige Aufbau sowie die Wirkungsweise des Kräfteausgleichs entsprechen ganz dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2.

Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig.4 und 5 läßt sich das Ausführungsbeispiel der Fig.3 dahingehend abwandeln, daß die Nuten beiderseits der Steueröffnungen nicht in sich geschlossen sind, sondern sich nur etwa im Bereich der Steueröffnungen erstrekken und Nuten auf der gleichen Seite der Steueröffnungen durch einen Druckausgleichskanal miteinander verbunden sind. Die Wirkungsweise des Kräfteausgleichs würde dem Ausführungsbeispiel der Fig.3 entsprechen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

40

45

50

55

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Radialkolbenmaschine mit einem Zylinderbohrungen enthaltenden Rotor (5), der sich auf einem Hubring /!S) abstützende Kolben aufnimmt und auf einem Steuerzapfen (4) angeordnet ist, an dem auf der Hochdruck- und Niederdruckseite je eine mit den Zylinderbohrungen zusammenwirkende Steueröffnung (16,17) ausgebildet ist, an die sich beidseitig Dichtstegflächen (22, 23; 24, 25) anschließen, die in Umfangsrichtung verlaufende Nuten (20, 21; 40, 41; 61, 66) aufweisen, in denen jeweils ein einheitlicher Druck herrscht, dadurch gekennzeichnet, daß in. Bereich der Hochdruck-Steueröffnung (16) und außerhalb der Nuten Ausnehmungen (29,30; 49, 53) ausgebildet sind, die mit einem drucklosen Raum verbunden sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (20, 21; 63, 64) im Bereich der Niederdruck-Steueröffnung (17) breiter sind als im Bereich der Hochdruck-Steueröffnung (16).

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nuten (61 bis 64) jeweils etwa über die Länge der Steueröffnungen erstrecken und durch einen in der Ebene der Nuten verlaufenden Kanal (65 bzw. 66) verbunden sind.