DE2254751B2

DE2254751B2 - Radialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2254751B2
Application number: DE19722254751
Authority: DE
Inventors: Walter 7030 Boeblingen Robeller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-11-09
Filing date: 1972-11-09
Publication date: 1980-06-19
Also published as: JPS4978206A; DE2254751A1; DE2254751C3; GB1415103A; FR2207522A7

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine mit einem Zylinderkörper, der in etwa radial verlaufenden Zylinderbohrungen sich auf einem huberzeugenden Glied abstützende Kolben aufnimmt und auf einem Steuerzapfen rotiert, an dem mit den Zylinderbohrungen zusammenwirkende Hoch- und Niederdrucksteueröffnung und zu beiden Seiten der Steueröffnungen sich in Umfangsrichtung erstreckende Nuten ausgebildet sind, und bei der die Steueröffnungen durch Stege getrennt sind, die auf den Seiten der Totpunkte der Kolbenbewegung liegen.

Der auf die Ringflächen der sich auf der Druckseite befindenden Zylinderbohrungen einer Radialkolbenmaschine wirkende Druck ruft eine resultierende Druckkraft hervor, deren Angriffspunkt sich um die Mitte der Hochdrucksteueröffnung in Drehrichtung und zurück bewegt. Dabei ist der Winkel, um den dieser Angriffspunkt wandert, abhängig vom Teilungswinkel der Zylinderbohrungen. Für die folgende Erläuterung genügt die Betrachtung des zeitlichen Mittelwertes dieser Druckkraft, dessen Angriffspunkt in der Mitte der Hochdrucksteueröffnung liegt Die von den Kolben auf die Wandung der Zylinderbohrungen ausgeübten Seitenkräfte ergeben eine resultierende Kraft, die den Zylinderkörper im Bereich desjenigen Steges zwischen den Steueröffnungen welcher auf der Seite des inneren Totpunkts der Kolbenbewegung liegt, gegen den Steuerzapfen preßt Die Addition dieser beiden resultierenden Kräfte ergibt eine Kraft, deren Angriffspunkt zwischen der Mitte der Hochdrucksteueröffnung und der Mitte des genannten Steges liegt. Mit zunehmender Exzentrizität des Hubrings der Maschine nehmen die Kolbenseitenkräfte zti, so daß der Angriffspunkt der den Steuerzapfen belastenden Kraft zur Mitte des auf der Seite des inneren Totpunkts liegenden Steges hin wandert.

Es ist eine Radialkolbenmaschine bekannt, bei der die zu beiden Seiten jeder Steueröffnung symmetrisch angeordneten Nuten durch Kanäle mit der gegenüberliegenden Steueröffnung verbunden sind. Dadurch werden im Bereich der Nuten Druckfelder aufgebaut, die solche Kräfte ausgleichen, die an der gegenüberliegenden Steueröffnung entstehen. Diese Maschine hat den Nachteil, daß Komponenten der den Steuerzapfen belastenden Kräfte, welche senkrecht zu einer durch die M'tte der Steueröffnungen gelegten Ebene angreifen, nicht von diesen Druckfeldern ausgeglichen werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Steuerzapfen einer Radialkolbenmaschine so zu gestalten, daß die angreifenden Kräfte mindestens für eine bestimmte Einstellung der Maschine hydrostatisch pusgeglichen werden.

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der Abstand der Enden der beiderseits der Hochdrucksteueröffnung angeordneten Nuten, welche an den auf der Seite des inneren Totpunkts der Kolbenbewegung liegende Steg angrenzen, zu dessen Mitte größer ist als der Abstand des an diesen Steg angrenzenden Endes der Hochdrucksteueröffnung und daß diese Nuten sich in Richtung des auf der Seile des äußeren Totpunkts liegenden Stegs mindestens bis zum Ende des an diesen

Steg angrenzenden Endes der Hochdrucksteueröffnung erstrecken.

Dies hat den Vorteil, daß der Schwerpunkt der Druckfelder, die im Bereich der Nuten aufgebaut werden, dort liegt, wo der Angriffspunkt der am Steuerzapfen angreifenden Kraft ist

Dieser Kräfteausgleich erfordert gegenüber der bekannten Ausführung keinen zusätzlichen Aufwand und ist für die Normaleinsiellung der Maschine voll wirksam, während für davon abweichende Maschineneinstellungen immer noch ein teilweiser Kräfteausgleich erzielt wird.

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

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Radialkolbenmaschine,

Fig.2 eine Abwicklung des Steuerzapfens der Radialkolbenmaschine nach dem Ausführungsbeispic! der Fig. 1,

F i g. 3 einen Querschnitt durch den Steuerzapfen der Radialkolbenmaschine nach der F i g. 1 längs IH-III.

F i g. 4 den Aufbau der Druckfelder am Steuerzapfen nach der Fig.2 im Bereich der Nuten und der Steueröffnungen,

Fig.5 den Aufbau des Druckfeldes in einem Abschnitt der Hochdrucksteueröffnung am Steuerzapfen nach der F i g. 2,

Fig.6 die Abwicklung eines Steuerzapfens eines zweiten Ausführungsbeispiels,

F i g. 7 eine Abwandlung des Steuerzapfens nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 6.

Die Radialkolbenmaschine nach dem Ausführungsbeispiel der Fi g. 1 bis 5 besitzt ein Gehäuse 1, das von einem Gehäusedeckel 2 verschlossen ist. In einer Bohrung 3 des Gehäusedeckels 2 ist ein Steuerzapfen 4 fest angeordnet, der in eine Sackbohrung 5 eines Zylinderkörvers 6 hineinragt und diesen führt. Der Zylinderkörper 6 ist außerdem im Gehäuse 1 in einem Gleitlager 7 gelagert Eine Querbohrung 8 verbindet die Sackbohrung 5 mit dem Gehäuseinnern. Im Zylinderkörper 6 sind radial verlaufende Zylinderbohrungen 9 ausgebildet, in denen Kolben 10 angeordnet sind, welche sich mit Gleitschuhen 11 auf einem Hubring 12 abstützen. Am Hubring 12 ist eine Stellmutter 13 befestigt, in die eine Stellspindel 14 eingreift, welche in einer Gehäusekonsole 15 gelagert ist und mit einem Handrad 16 betätigt wire. Durch Drehen des Handrads 16 wird der Hubring 12 radial verschoben, wodurch sich der Kolbenhub ändert. Eine Druckfeder 17 übt eine Rückstellkraft auf den Hubring 12 aus.

Am Steuerzapfen 4 sind zwei Steueröffnungen 18,19 ausgebildet, in die je eine Bohrung 20, 21 für den Zu- oder Abfluß des Druckmittels mündet. Weitere Einzelheiten des Steuerzapfens zeigt die F i g. 2 in einer Abwicklung. Die beiden Steueröffnungen 18, 19 sind durch Stege 22,23 voneinander getrennt, die, abhängig von der Stellung des Hubrings, einmal auf der Seite des inneren, einmal auf der Seite des äußeren Totpunkts der Kolbenbewegung liegen. Auf beiden Seiten der Steueröffnung 18 ist je eine Nut 24, 25 ausgebildet, die von der Mitte des Steges 22 ausgeht und sich in Drehrichtung A des /ylinderkörpers beim Pumpbetrieb auf dem Umfang so weit erstreckt, daß der Abstand des Nutendes bis zur Mitte i.es Steges 23 größer ist als der des Endes der Steueröffnung. Ebenso ist zu beiden Seiten der Steueröffnung 19 je eine Nut 26, 27 ausgebildet, die von der Mitte des Steges 23 ausgeht und sich in Drehrichtung A auf dem Umfang so weit erstreckt, daß der Abstand des Nutendes bis zur Mitte des Steges 22 größer ist als der des Endes der Steueröffnung 19.

Zwischen der Steueröffnung 18 und den Nuten 24,25 befinden sich Dichtstege 28, 29 und zwischen der Steueröffnung 19 und den Nuten 26, 27 befinden sich Dichtstege 30, 31. Auf den den Steueröffnungen .18, 19 abgewandten Seiten liegt je ein Tragsteg 32, 33, von denen der Tragsteg 32 vom Steuerzapfenende und der Tragsteg 33 von einer sich über den ganzen Steuerzapfenumfang erstreckenden, mit dem Gehäuse in Verbindung (nicht gezeigt) stehenden Ringnut 34 begrenzt wird. Die auf der gleichen Seite der Steueröffnungen 18, 19 liegenden Nuten 24, 26 sowie 25, 27 sind jeweils durch einen den Steuerzapfen 4 durchdringenden Kanal 35,36 miteinander verbunden (F i g. 3).

Den Druckverlauf im Bereich df; Steueröffnungen zeigen die F i g. 4 und 5 für den BeiriebsTVistand, bei dem die Steueröffnung 18 die Hochdrucksteueröffnung und die Steueröffnung 19 die Niederdrucksteueröffnung ist und der Steg 23 auf der Seite des inneren Totpunkts der Kolbenbewegung liegt.

Im Spalt zwischen dem Zylinderkörper 6 und dem Steuerzapfen 4 fließt Druckmittel von der Hochdrucksteueröffnung 18 zu den Nuten 24, 25 ab, wodurch sich über den Tragstegen 32,33 und den Dichtstegen 28, 29 ein Druckfeld 40 ausbildet. Der Kräfteausgleich am Steuerzapfen wird in der Regel so gesteuert, daß der Zylinderkörper auf der Hochdruckseite am Steuerzapfen anliegt Der Spalt zwischen beiden Teilen ist dann klein, so daß der Druckabfall zu den Nuten 24, 25 groß und die Druckmittel Verluste klein sind. Von den Nuten 24, 25 gelangt ein Teil des Druckmittels im Spalt zum Steuerzapfenende und weiter zum Gehäuseinnern, ein anderer Teil durch die Kanäle 35,36 zu den Nutei 26,27 beiderseits der Niederdrucksteueröffnung, von wo es durch den Spalt in diese selbst und über die Nut 34 zum Gehäuseinnern gelangt. Dabei bilden sich über den Dichtstegen 30, 31 und den Tragstegen 32, 33 die Druckfelder 41, 42 aus. Der in den Nuten sich einstellende Druck hängt von der Spaltweite und dem Spiel zwischen Steuerzapfen und Zylinderkörper ab.

In dem an den Steg 23 angrenzenden Bereich der Hochdrucksteueröffnung 18, in dem keine Nuten ausgebildet sind, erfolgt der Abbau des Druckes von dieser direkt zum Steuerzapfenende und zur Nut 34, das sich ausbildende Druckfeld 43 hat eine relativ große Tragfähigkeit.

Die im Bereich der Niederdrucksteueröffnung 19 aufgeS^uten Druckfelder 41, 42 kompensieren einen Teil des gerade gegenüberliegenden Druckfeldes 40. Der nichtkompensi ;rte Teil dieses Druckfeldes 40 und das Druckfeld 43 überlagern sich in ihrer Wirkung. Der Angriffspunkt der aus diesen beiden Druckfeldern resultierenden Kraft liegt nun zwischen der Mitte der Hochdrucksteueröifnung 18 und der Mitte des Steges 23. Die Verlagerung des Angriffspunktes wird durch den relativ großen Anteil des an den Steg 23 grenzenden Druckfeldes 43 bewirkt. Durch die geeignete Bemessung und Anordnung der Nuten erreicht man, daß die

^hr' Resultierende der Druckfelder und die Resultierende der eingangs beschrieoenen, den Steuerzapfen belastenden Kräfte zusammenfällt und ein weitgehender Kräfteausgleich eintritt. Bei verstellbaren Maschinen

gilt dies nur für eine bestimmte Einstellung des Hubrings, während bei davon abweichenden Kinstellungen ein teilweiser Kräfteausgleich erfolgt.

Für den gewählten Einstellwert des Hubrings läßt sich ein besonders zweckmäßiges Verhältnis zwischen belastenden und ausgleichenden Kräften einstellen. Dieses wird so gewählt, daß die den Zylinderkörper anpressenden Kräfte um ein geringes Maß überwiesen, so daß der Spalt im Bereich der Hochdrucksteueröffnung optimal klein wird und damit ebenso die Leckverluste.

Wird die Stellung des Hubrings so verändert, daß nunmehr die Steueröffnung 19 die Hochdrucksteueröffnung ist und der Steg 22 auf der Seite des inneren Totpunkts der Kolbenbewegung liegt, dann wirkt der Kräfteausgleich wie zuvor. Durch die gleiche Anordnung der Nuten bei beiden Steueröffnungen kann sich in dem an den Steg 22 angrenzenden Bereich der Hochdrucksteueröffnung 19 ein Druckfeld ausbilden

WCiCiics UCiM LsiüCiiiciu ij cPiiSpi'iCrii. L/auüi'On vci-

schiebt sich der Angriffspunkt der resultierenden Kraft aus den Druckfeldern im Bereich der Hochdrucksteueröffnung wiederum von deren Mitte in Richtung zum Steg 22.

Im Motorbetrieb ist der Kräfteausgleich genauso wirksam, wenn die zuvor genannte Zuordnung von Hochdrucksteueröffnung und dem auf der Seite des inneren Totpunkts der Kolbenbewegung liegenden Steg gleichbleibt.

In Abwandlung des Steuerzapfens nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bis 5 zeigt die Fig. 6 die Abwicklung eines Steuerzapfens für eine Radialkolbenmaschine mit gleichbleibender Richtung der Exzentrizität des Hubrings, und umkehrbarer Drehrichtung. Gleiche Teile sind mit den gleichen Ziffern wie zuvor bezeichnet. Am Steuerzapfen 45 sind zwei Steueröffnungen 18', 19' ausgebildet, die durch den auf der Seite des äußeren Totpunktes der Kolbenbewegung liegenden Steg 22' und den auf der Seite des inneren Totpunkts liegenden Steg 23' voneinander getrennt sind.

Auf jeder Seite der Steueröffnung 18' ist eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 46, 47 so angeordnet, daß sich zwischen dieser und der Steueröffnung ein Dichtsteg 48,49 befindet. In gleicher Weise ist auf jeder Seite der Steueröffnung 19' eine Nut 50,51 angeordnet, daß sich zwischen dieser und einer Nut ein Dichtsteg 52, 53 befindet. Die an den Steg 23' grenzenden Enden der Nuten 46,47,50,51 liegen symmetrisch zu dessen Mitte, ihr bei allen gleicher Abstand zu dieser Mitte ist größer als der Abstand der Enden der Steueröffnungen 18', 19' und außerdem größer als der Abstand der an den Steg 22' grenzenden Enden der Nuten zu dessen Mitte.

Auf den den Steueröffnungen 18', 19' abgewandten Seiten der Nuten 46,50 und 47, 51 befindet sich je ein Tragsteg 54 und 55. Der Tragsteg 54 wird auf der einen Seite vom Steuerzapfenende, der Tragsteg 55 auf der einen Seite von der sich über den ganzen Umfang erstreckenden Ringnut 34' begrenzt Von den Nuten 46, 50 geht je eine zum Steuerzapfenende führende Längsnut 56,57 aus; ebenso von den Nuten 47,51 je eine in die Ringnut 34' mündende Längsnut 58, 59, wodurch in diesen Nuten 46, 47, 50, 51 annähernd de.r

Gchäiiscinncndruck herrscht.

Der Druckabfall von der Hochdrucksteueröffnung, t. B. Steueröffnung 18'. zu den Nuten 46,47 ist groß, die Tragfähigkeit der Druckfelder über den Dichtstegen 48, 49 ist dadurch verkleinert. Man erhält ein Druckfeld, das etwa dem Druckfeld 40 entspricht. In dem an den Steg 23' angrenzenden Bereich des Abschnitts der Hochdruckst°ueröffnung. in den die Nuten 46, 47 sich nicht erstrecken, bildet sich durch das im Spalt zwischen Steuerzapfen und Zylinderkörper abfließende Druckmittel ein Druckfeld relativ großer Tragfähigkeit, das etwa dem Druckfeld 43 der Fig.5 entspricht. Man erhält dadurch eine Verlagerung des Schwerpunkts der Druckfelder im Bereich der Hochdrucksteueröffnung 18', so daß die Wirkungsweise des Kräfteausgleichs derjenigen am Steuerzapfen nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 bis 5 entspricht.

Kehrt man die Drehrichtung um, so daß die Steueröffnung 19' die Hochdrucksteueröffnung ist,

J°

⁴⁵

⁵⁰

55

⁶⁰

Waiifciiu ucf oicg <j weiiemm aui der Seite des inneren Totpunkts der Kolbenbewegung liegt, dann stellt sich das gleiche Kräfteverhältnis wie zuvor ein. In gleicher Weise wirkt die Anordnung, wenn die Radialkolbenmaschine als Motor betrieben wird.

In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels könnte man anstelle der Längsnuten 56 bis 59, welche die Nuten 46, 47, 50, 51 mit dem Gehäuseinnern verbinden, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. I bis 5 die Nuten 46 und 50, sowie 47 und 51 durch Kanäle verbinden, die den Steuerzapfen durchdringen. Die Wirkungsweise des Kräfteausgleichs bliebe weitgehendst dieselbe. Der Steuercapfen 65 nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 7 ist ebenfalls für eine Maschine mit wechselnder Drehrichtung und gleichbleibender Richtung der Exzentrizität des Hubrings vorgesehen und stellt eine Abwandlung des Steuerzapfens nach der Fig.6 dar. Gleiche Teile sind mit den gleichen Ziffern wie zuvor bezeichnet.

Auf jeder Seite der Steueröffnung 18" ist eine Nut 66, 67 ausgebildet, die sich in Umfangsrichtung über den Steg 22" hinweg bis zur Steueröffnung 19" erstreckt. Die Enden der Nuten sind symmetrisch zur Mitte des auf der Seite des inneren Totpunkts der Kolbenbewegung liegenden Steges 23" angeordnet Ihr Abstand ist größer als der Abstand der Enden der Steueröffnungen 18", 19", die an diesen Steg grenzen. Von der Nut 66 gehen zwei zum Steuerzapfenende führende Längsnuten 56,57 aus, ebenso gehen von der Nut 67 die zu der Ringnut 34" führenden Längsnuten 58, 59 aus. Diese Längsnuten bewirken, daß in den Nuten 66, 67 etwa der Gehäusedruck herrscht

Die Wirkungsweise des Kräfteausgleichs entspricht der des Ausführungsbeispiels nach der Fig.6. Der Vorteil dieser Ausführung liegt in der einfacheren Herstellung der Nuten beiderseits der Steueröffnungen.

Auf die Anordnung der Längsnuten 56 bis 59 könnte man auch verzichten, da die Nuten 66,67 über den Steg 22" hinweg gehen und sich im Bereich beider Steueröffnungen erstrecken. Man erzielte dann dieselbe Wirkung wie bei dem Steuerzapfen nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 bis 5 durch die Kanäle 35,36.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Radialkolbenmaschine mit einem Zylinderkörper, der in etwa radial verlaufenden Zylinderbohrungen sich auf einem huberzeugenden Glied abstützen- de Kolben aufnimmt und auf einem Steuerzapfen rotiert, an dem mit den Zylinderbohrungen zusammenwirkende Hoch- und Niederdrucksteueröffnungen und zu beiden Seiten der Steueröffnungen sich in Umfangsrichtung erstreckende Nuten ausgebildet sind, und bei der die Steueröffnungen durch Stege getrennt sind, die auf den Seiten der Totpunkte der Kolbenbewegung liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Enden der beiderseits der Hochdrucksteueröffnung angeordneten Nuten (24 bis 27,46,47,50,51,66,67), welche an den auf der Seite des inneren Totpunkts (Π) der Kolbenbewegung liegende Steg (22, 23) angrenzen, zu dessen Mitte größer ist als der Abstand des an diesen Steg angrenzenden Endes der HochdrucksteueröffmiTig (18, 19) und daß diese Nuten sich in Richtung des auf der Seite des äußeren Totpunkts liegenden Stegs mindestens bis zum Ende des an diesen Steg grenzenden Endes der Hochdrucksteueröffnung (18,19) erstrecken.

2. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (24 bis 27) beiderseits der beiden Steueröffnungen (18, 19) gegenüber diesen entgegen der Drehrichtung (A) des Zylinderkörpers im Punipbetrieb so verdreht M sind, daß sie jeweils von der Mitte eines Steges (22, 23) ausgehend und vor dem — in Drehrichtung gesehen — folgenden Steg (23,22) enden, so daß der Abstand der Nutenden zu dessen Mitte größer ist als der Abstand des an den gleichen Steg angrenzenden Endes der Steueröffnung (Fig. 2,.

3. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Nuten (66, 67) sich von der Hochdrucksteueröffnung über den Steg, der auf der Seite des äußeren Totpunkts der Kolbenbewegung liegt, hinweg bis zur Niederdrucksteueröffnung erstrecken, daß die Enden der Nuten (66, 67) symmetrisch zu einer durch den inneren Totpunkt der Kolbenbewegung gehenden Mantellinie des Steuerzapfens (65) liegen und daß der Abstand ** dieser Enden größer ist als der Abstand der Enden der Steueröffnungen(18,19)(Fig. 7).

4. Radialkolbenmaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (46,47,50,51) beiderseits der beiden Steueröffnungen (22, 23) w gegenüber diesen so verdreht sind, daß die Enden der Nuten, welche dem auf der Seite des inneren Totpunkts der Kolbenbewegung liegenden Steg benachbart sind, symmetrisch zu einer durch dessen Mitte gehenden Mantellinie liegen und daß der « Abstand der Enden zu dieser Mantellinie größer ist als der Abstand der Enden der Steueröffnungen (18, 19)(Fig,6).

5. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüehe 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (24,26; 25, 27) welcher auf der gleichen Seite der Steueröffnungen (18, 19) liegen, wie an sich bekannt, durch einen, den Steuerzapfen (4) durchdringenden Kanal (35, 36) miteinander verbunden sind.

6. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten beiderseits der Steueröffnungen durch in sie einmündende Längsnuten (56 Ws 59) auf dem Steuerzapfen (45,65) mittelbar oder unmittelbar mit dem Gehäuseinnern in Verbindung stehen.