DE2251792A1

DE2251792A1 - Radialkolbenmotor

Info

Publication number: DE2251792A1
Application number: DE2251792A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Ing Knoblauch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-10-21
Filing date: 1972-10-21
Publication date: 1974-04-25
Also published as: GB1407179A; IT998754B; US3874274A; FR2204213A5; JPS4973548A

Description

E.I ι 70

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, STUTTGART

Radialkolbenmotor

Die Erfindung betrifft einen Radialkolbenmotor mit einem feststehenden St euer zapf en, auf dem ein Zylinderkörper rotiert,- in welchem Kolben aufnehmende Zylinderbohrungen ausgebildet sind, deren Mündungen mit durch Stege getrennten Steueröffnungen zusammenwirken, wenn sie sich jeweils um den gleichen Winkel vom inneren oder äußeren Totpunkt der Eolbenbewegung entfernt haben und bei'dem die Kolben sich mit Gleitschuhen auf einem Hubring abstützen.

Ein schwieriges Problem besteht bei Radialkolbenmotoren dar5.n, ein günstiges Anlaufverhalten zu erzielen^ d. h. einen ruck- und verzögerungsfreien Anlauf zu erreichen. Diesem wirkt die Haftreibung der im Betrieb bewegten Teile, vor allem aber der

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Gleitschuhe entgegen, die die Kräfte aufnehmen, welche von dem auf die Kolben wirkenden Druck hervorgerufen werden.

Eine Methode zur Verbesserung des Anlaufverhaltens war bisher, die Gleitschuhe möglichst weitgehend hydrostatisch zu entlasten. Diese Methode hat jedoch auch Nachteile. Bei zu weitgehender Entlastung verschlechtert sich die Kihrung der Gleitschuhe auf dem Hubring, was erhöhte Geräuschentwicklung oder erhöhten Aufwand zum Vermeiden dieses Nachteils zur Folge hat. Außerdem sind dadurch nur die Auswirkungen der das nachteilige Verhalten hervorrufenden Kräfte gemildert, nicht aber diese selbst beseitigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Radialkolbenmotor zu schaffen, bei dem die den Anlauf verschlechternden, auf den Gleitschuh wirkenden Kolbenkräfte mindestens weitgehend elimiert

Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß der Winkel von einem Totpunkt bis zur Verbindung einer Zylinderbohrung mit einer Steueröffnung in Abhängigkeit vom Reibbeiwert Ai der Gleitpaarung GIeitschuhsohle Hubring gewählt ist.

Das hat den Vorteil, daß der Aufbau der den Anlauf des Motors hemmenden Kräfte in dem Winkelbereich verhindert wird, in dem diese die Nutzkräfte überwiegen, da die Zylinderbohrungen in diesem Bereich drucklos bleiben.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der anschließenden Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Radialkolbenmotor wechselnder Drehrichtung,

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- 3 - 117 0

Fig. 2 einen Querschnitt des Steuerzapfens des Radialkolbenmotors nach der Fig. 1 längs H-II,

Fig. 3 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Radialkolbenmaschine,

Fig. 4 einen Gleitschuh mit den an diesem wirkenden Kräften,

Fig. 5 ein Diagramm der Anlaufkraft eines Eadialkolbenmotors,

Fig. 6 einen Querschnitt des Steuerzapfens eines Radialkolbenmotors mit gleichbleibender Drehrichtung.

Der Radialkolbenmotor nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besitzt ein Gehäuse 1, das von einem Gehäusedeckel 2 verschlossen ist. Im Gehäusedeckel 2 ist in einer Bohrung 3 ein Steuerzapfen 4 fest angeordnet, auf dem ein Zylinderkörper 5 rotiert. Dieser ist zusätzlich im Gehäuse in einem Gleitlager 6 gelagert. Im Zylinderkörper 5 sind radial verlaufende Zylinderbohrungen 7 ausgebildet, in denen Kolben 8 angeordnet sind, welche sich mit Gleitschuhen 9 auf einem Hubring 10 abstützen. An diesem ist eine Stellmutter 11 befestigt, in die eine Stellspindel 12 eingreift, welche in einer Gehäusekonsole 13 gelagert ist und mit einem Handrad 14 betätigt wird. Mit Hilfe des Handrads 14 läßt sich der .Hubring 10 verschieben, wodurch sich der .Kolbenhub ändert. Eine Druckfeder 15 übt eine Rückstellkraft auf den Hubring 10 aus. - ·

Die Zylinderbohrungen 7 gehen in Mündungen 16 über, die mit am Steuerzapfen 4 ausgebildeten, sich in Umfangsrichtung erstrekkenden, schlitzartigen Steueröffnungen 17, 18 zusammenwirken, zu deren beiden Seiten Nuten 19 "bis 22 angeordnet sind. In jede der Steueröffnungen 17» 18 mündet eine Bohrung 23, 24 für den Zu- oder Abfluß des Druckmittels. Weitere Einzelheiten des Steuerzapfens 4 zeigt die Fig. 2. Die beiden Steueröffnungen 17, 18 sind durch Stege 25, 26 getrennt. Auf dem Steg 25 ist eine Längsnut 27 ausgebildet, die in eine Längsbohrung 28 mündet, mit der der Zylinderkörper auf dem Steuerzapfen 4 ge- · ' "

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BAD ORIGINAL

_ 4 - 117 0

führt ist. Eine Querbohrung 29 verbindet die Längsbohrung 28 mit dem Gehäuseinneren. Die Längsnut 27 wird von den Mündungen der Zylinderbohrungen 7 überstrichen, solange diese nicht die Steueröffnungen 17, 18 überdecken. Auf dem Steg 26 ist eine Bohrung· 30 ausgebildet, die durch eine Längsbohrung 31 mit der Bohrung 28 verbunden ist und die die gleiche Punktion ausübt wie die Längsnut 27·

Vom Steg 25 gehen Vorsteuernuten 32, 33 aus, von denen je eine in eine Steueröffnung 17, 18 mündet; ebenso gehen vom Steg 26 zwei Vorsteuernuten^TIs, von denen je eine in den Steueröffnungen 17, 18 endet. Die Breite der Stege 25, 26 in Umfangsrichtung ist so bemessen, daß die Mündung 16 einer Zylinderbohrung 7 - ausgehend von einer Linie A-A, auf der die Totpunkte der Kolbenbewegung liegen - in beiden Drehrichtungen jeweils bei einem Winkel « sich über eine Vorsteuernut schiebt und damit die Zylinderbohrung 7 eine Verbindung zu einer Steueröffnung erhält. Dieser Winkel <* ist vom Reibbeiwert Ai der Gleitpaarung Hubring Gleitschuhsohle abhängig. Den Zusammenhang zeigen die Fig. 3 bis 5·

In der sehr vereinfachten schematischen Darstellung eines'Radialkolbenmotors nach der Fig. 3 ist mit 36 die Gleitfläche des Hubrings und mit 37 die Bahn des Ko Ib enanl enkpunkt es TL, eines Gleitschuhs mit dem Radius R bezeichnet. Die Hubringachse.. M™ ist gegenüber der Steuerzapfenachse Ho um den Betrag e verschoben. Zwei vom Kolbenanlenkpunkt VL ausgehende, durch die Steuerzapfenachse M^ und die Hubringachse PU gehende Strahlen schließen den Winkel y ein, der mit dem Drehwinkel f in folgendem Zusammenhang steht:

sin V - ^ sin Ϋ

= arc sin(w sinf) Für den Anlauf wird der Radialkolbenmotor auf den Größtwert

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- 5 - 1 I 7 O

2 2 b 17 9

von e eingestellt, so daß e für die folgenden Ausführungen als konstant anzusehen ist.

Die Fig. 4- zeigt schematisch die am Kolben angreifenden Kräfte. Dabei bedeutet:

Fg Kolbenkraft, wobei Fg. = ρ · 0,785 d^

drr Kolbendurchmesser ü ρ Zylinderdruck

t F^ =

Gleitschubkraft F^ = Entlastungskraft F_E » £ · F_&

der vollständig hydrostatisch entlastete Flächenanteil der Gleitschuhsohle

R	Reibungskraft	R = /a	Γ	P
II	Hangabtriebskraft	H = F_G
F	Anlaufkraft
	TJl TT "D Jj = Il — SX
	0,785 £ ' P
	0,785 d\| ·

⁽¹ - ^£)J

ffan [arc sin(| sin φ )J cos [arc sin(%5 sin ip)J ■ *·

Hierbei sind die Größen e, R, p, d-g- vorgegeben und konstant, so daß der Reibbeiwert /li ein Parameter ist, der bei der Bestimmung der Anlaufkraft variiert werden kann.

Das Diagramm der Fig. 5 zeigt den Verlauf der Anlaufkraft des Gleitschuhs eines Ausführungsbeispiels. Die Anlaufkraft F ist über dem Drehwinkel φ in dein der HocLdruckseite zugeordneten ■ Bereich, von 0° bis 1öO° aufgetragen. Von den gegebenen Größen waren ρ = 100 bar, £ = 0,50, e =-4,5 mm, d_K = 18 mm.

409-817/0223.

ί 1 7 β

2 2 b I 7 9

Dem Diagramm ist zu entnehmen, daß "bei einem Reibbeiwert von /a = 0,03 die Anlaufkraft F eines Gleitschuhe im, Winkelbereich von 0 bis 6° und von 174-° bis 180° negativ wäre und damit den Anlauf des Hotors behindern würde. Hat die Haschine nun diesen Reibbeiwert, dann müßten die Stege so gestaltet v/erden, daß eine Zylinderbohrung erst in einem Abstand von c< = 6 von den Totpunkten Verbindung mit der Hochdrucksteueröffnung erhält, über die Nut 27 herrscht in der Zylinderbohrung in den oben genannten Winkelbereichen der Gehäusedruck, der normalerweise etwa dem Atmosphärendruck entspricht. Eine negative Anlaufkraft kann nicht entstehen, da ρ = O ist. Selbst wenn der Gehäusedruck über dem Atmosphärendruck liegt, ist er in der Regel klein gegenüber dem Arbeitsdruck, so daß die dann entstehenden Anlaufkräfte im genannten Winkelbereich vernachlässigbar sind. Entsprechendes gilt für die herrschenden Kräfte, wenn eine Zylinderbohrung mit der Niederdruckseite verbunden ist.

Die Anlaufkräfte sind für das angeführte Beispiel positiv im Bereich von 6° bis 174°, die Zylinde
Hochdruckseite in Verbindung stehen.

Bereich von 6° bis 174°, die Zylinderbohrung muß dann mit der

Dem Diagramm läßt sich weiter entnehmen, daß z. B. bei einem Reibbeiwert von /a = 0,11 die Anlaufkraft nur im Bereich von 25° bis 155° positiv wäre. Der Winkel oc (Fig. 2) müßte dann 25 betragen, um negative Anlaufkräfte zu vermeiden.

Dieser Winkel oc muß wegen zahlreicher, rechnerisch nicht erfaßbarer Einflußgrößen experimell bestimmt werden.

In Abwandlung des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 zeigt die Fig. 6 einen Steuerzapfen für einen Radialkolbenmotor gleichbleibender Drehrichtung. Gleiche Teile tragen die gleichen Ziffern wie suvor.

Aus diesem Steuerzapfen 40 ist eine Hochdrucksteueröffnung 4-T und eine dieser diametral gegenüberliegende Niederdrucksteuer-

_. 7 — '

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_ 7 - 3 I 7 D

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öffnung 42 ausgebildet, die durch ETuten 43, 44 in Umfangsrichtung verlängert ist. In jede dieser Steueröffnungen 41, 42 mündet eine Bohrung 23» 24 für den Zu- oder Abfluß des Druckmittels. Die "beiden St euer öffnungen 41, 42 sind durch Stege 45,46 voneinander getrennt. Eine vom Steg 45 ausgehende Vorsteuernut mündet in die zur Mederdrucksteueröffnung führende Nut 43, eine vom Steg 46 ausgehende Vorsteuernut 48 mündet in die Hochdrucksteueröffnung 41. Die wirksame Stegbreite ist so "bemessen, daß die Mündung 16 einer Zylinderbohrung 7 beim Wechsel von einer ' Steueröffnung zur anderen mindestens vollständig verschlossen wird. Die Stege 45, 46 sind so angeordnet, daß eine Zylinderbohrung, bezogen auf die Linie A-A, in der die Totpunkte der Kolbenbewegung liegen, bei einem Winkel ©c Verbindung zur Hochdrucksteueröffnung erhält und bei dem gleichen Winkel, »c die Verbindung zur Hochdrucksteueröffnung wieder unterbrochen wird. Die Zylinderbohrung ist also nur während eines Drehwinkels von 180 - 3x. mit der Hochdruckst euer öffnung verbunden. Der Winkele*- wird nach den gleichen Gesichtspunkten wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel bemessen.

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Claims

_ 8 - I J 7 O

Ansprüche

M .I Radialkolbenmotor mit einem feststehenden Steuerzapfen, auf dem ein Zylinderkörper rotiert, in welchem Kolben aufnehmende Zylinderbohrungen ausgebildet sind, deren Mündungen mit durch Stege getrennten Steueröffnungen zusammenwirken, wenn sie sich jeweils um den gleichen Winkel vom inneren oder äußeren Totpunkt der Kolbenbewegung entfernt haben und bei dem die Kolben sich mit Gleitschuhen auf einem Hubring abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (<x) von einem Totpunkt bis zur Verbindung einer Zylinderbohrung (7) mit einer Steueröffnung (17, 18; 41, 42) in Abhängigkeit vom Keibbeiwert /a der Gleitpaarung Gleitschuhsohle Hubring gewählt ist.
2. Radialkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung einer Zylinderbohrung (7) mit der Hoch·- drucksteueröffnung (17, 18; 41) etwa bei einem Winkel 0*0 - bezogen auf die Verbindungslinie (A-A) der Totpunkte der Kolbenbewegung - hergestellt oder unterbrochen wird, bei dem die Beziehung gilt:

0,785 £ · ρ

0,785 £ · ρ _r pt ,

= — . /tan arc sin(f sin*.) - /u(i-£)J £

cos [arc sin(f sin <*)] L ^{L R J} ^/ J

= Gleitschuhanlaufkraft

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_ 9 - 117 0

άττ = Kolbendurchmesser

ρ = Druck der Hochdruckseite
e = Exzentrizität des Habrings

E = Radius des Bewegungskreises des EoIbenanlenkpunktes am GIeit schuh.

/U = Reibbeiwert der Gleitpaarung Gleitschuhsohle Hubring £ = entlasteter Anteil der Gleitschuhsohle
3. Radialkolbenmotor mit gleichbleibender Drehrichtung nach Anspruch 1 und.2, dadurch gekennzeichnet, daß nur der Winkel (<=<·) vom inneren oder äußeren Totpunkt bis zur Verbindung einer Zylinderbohrung (7) mit der Hochdrucksteueröffnung (41) in Abhängigkeit vom Reibbeiwert /u der Gleitpaarung Gleitschuhsohle Hubring bemessen ist.
4. Radialkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3_? dadurch gekennzeichnet, daß eine Zylinderbohrung (7)_} während sie sich über einem Steg (25, 26) befindet und keine Verbindung zu einer Steueröffnung hat, einen Kanal (27» 29) überdeckt, der Verbindung zu einem Raum niederen Drucks hat.
5. Radialkolbenmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal eine auf dem Steg (25) ausgebildete Hut (27) ist, die eine Verbindung (28, 29) zum Gehäuseinnern hat.
6. Radialkolbenmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal eine Bohrung (30) ist, die Verbindung (31, 28, 29) zum Gehäuseinnern hat.

t -

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