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Radialkolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine
mit einer Steuereinrichtung für die Zu- und Abführung des Arbeitsmediums in die
Zylinder und aun den Zylindern und mit einer Kolbenführungsbahn, die eine gerade
Anzahl (daß heißt mindestens zwei) von der Drehachse entfernte Bahnelemente aufweise
und entsprechend eine gerade Anzahl der Drehachse naher Bahnelemente, das heißt,
eine gerade Anzahl von Hubelementen bzw. Hubabschnitten aufweist.
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Radialkolbenmaschinen, insbesondere Radialkolbenmotoren, mit sternförmig
angeordneten Zylindern sind bekannt in Form von innen -beaufschalgten Zylindern
mit außen liegender Kurvenführungsbahn und zwar auch in Form mit mehreren Hubelementen
der
Kolbenführungsbahn (Mehrfach-Nockentriebbauweise) oder mit kreisförmiger exzentrischer
Kolbenführungsbahn, also mit einem Hubelement. Ferner sind außen beuafschlagte Radialkolbenmaschinen
vorzugsweise in Exzentertriebbauweise bekannt. Die Ölstromsteurung erfolgt bei derartigen
Radialkolbenmaschinen entweder durch Schiebersteuerung und zwar entweder durch Radialschieber
(Steuerwalze) oder in selteneren Fällen mittels Axialschieber (Steuerspeiegelscheibe).
DarUber hinaus sind zumindest beim Exzentertrieb noch Ventilsteuerungen mit Steuerkolben
bekannt. Ferner sind Radialkolbenpumpen mit Sitzventilen zur Ölstromsteurung bekannt.
Die Ventilsohiebersteuerungen haben den Nachteil, daß mit dem zur Verfügung stehenden
Raum nur ein relativ geringer freier Durch strömquerschnitt erzielt werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein. Radial-Kolbenmaschine
der eingangs genannten Art durch Vebes.-serung der Ölstromsteuerung zu verbessern.
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Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß jeweils eine d.r Anaahl der Hubelemente
(bzw. der Anzahl der drehachsentfernten Kolbenfürhungsbahnpunkte) entsprechende
Anzahl von Zylindern mit dem gleichen Kanal der Steuereinrichtung verbunden ist.
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Dieses Prinzip kann sowohl bei Schiebersteuerung als auch
vorzugsweise
bei Ventilsteuerung verwendet werden. Durch die Ausgestaltung gemäß der Erfindung
braucht gegenüber dem bischer bekannten Anordnungen nur ein der Anzahl der Anzahl
der jeweils an ein Steuerelement angeschlossenen Zylinder ensprechender Bruchteil
der bischer erforderlichen Steuerlemente, beispielsweise Ventile, eingebaut zu werden.
Ein großes Ventil ermöglicht aber einen mehr als entsprechend größeren freien Durchströmquerschnitt,
das heißt, der Durchströmquerschnitt bei einet Ventil. das den gleichen Bauraum
einnimmt wie drei kleine Ventile ist mehr als dreifach so groß. Weiterhin wird durch
die Verringerung der Anzahl der Steuerelemente die Konstruktion vereinfacht und
der Herstellaufwand verringert. Bei den bischer bekannten Steuerungen,und zwar vorzugsweise
den Schiebersteuerungen, ist die Veränderung des Öffnungsquerschnittes in Abhängigkeit
vom Drehwinkel ein Nachteil, obwohl meist der maximale Öffnungsquerschnitt im Bereich
der Maximalen Kolbengeschwindigkeit liegt und Öffnungsquerschnitt und Kolbengeschwindigkeit
ungefähr gleich zu und abnehmen. Trotzdem mist die starke Drosselung störend. Da
bei der Ausgestzaltung gemäß der Erfindung, insbesondere bei nokengesteurten Ventilen,mehr
Raum für die einzelnen Nocken zur Verfügung steht , brauchen diese nicht wie bisher
üblich ähnlich sinusförmig gestaltet zu werden sondern können eine realtiv steile
Anlauframpe und
eine entsprechend steile Ablauframpe erhalten und
dazwischen ein Teil, in dem konstant der maximale Öffnungsquerschnitt erhalten bleibt.
Aber auch bei Schiebersteuerungen ist eine so breite Öffnung möglich, daß über einen
Teil das Umlaufes hinweg sich volle Querschnitte gegenüber liegen. Bei den bischer
bekannten nockengesteuerten Raidalkolbenmaschinen ist die Anzahl der erforderlichen
Steuerölbohrungen doppelt so groß wie die Anzahl der Nocken. Bei den bischer bekannten
Einrichtungen mit Axialschiebersteuerung ist auch der konstruktive Aufwand sehr
groß. Bekannt sind Einzelkolbenandrückungen des Steuerbodens mit pro Nocken zwei
Andrückkolben oder Andrückung mittels Stufen- oder Differentialkolben. Die hierbei
auf den Steuerspiegel wirkenden Axialkräfte müssen durch entsprechende Lager aufgenommen
werden.
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Alle diese Nachteile norden durch die Ausgestaltung gemäß der Erfindung
beseitigt.
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Insbesondere ermöglicht die Ausgestaltung gemäß der Erfindung, eine
vorzugsweise innen beaufschlagte Mehrfach-Nockentrieb-Radialkolbenmashine mit Verntilsteuerung
zu versehen.
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Durch die Anordnung gemäß Anspruch 1, bei der bei gerader Anzahl von
Zylindern und gerader Anzahl von Hubelementen der Kolbenführungsbahn jeweils ein
Steuerelement die Ölstromsteuerung
für gleichzeitig mehrere Zylinder
übernimmt, bei werden zum Beispiel einer Radialkolbenmaschine mit zehn Zylindern
und acht Hubelementen - also bei 80 Kolbenhüben pro Umdrehung - nur fünf Ventile
benötigt. Dadurch ist es möglich, die erforderliche Anzahl von Ventilen auch bei
einer innen beaufschlagten Mehrfachnockentriebmaschiene innerhalb der Zylindertrommel
unterzubringen. Bei der gunannten Maschine ist in jedem bestimmten Augenblick die
Hublage zweier un 1800 gegen einander versetzter Kolben gleich.
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wobei diese Hublage innerhalb der Zylindertrommel mit dem Drehwinkel
der Kolbenführungsbahn synchron umläuft. Weitere Beispiele möglicher Ventilanordnungen
zu gegebener Zylinder-und Hubelementenanzahl sind: Bei acht Zylindern und sechs
Hubelementen sind vier Ventile erforderlich bzw. bei sechs Zylindern und vier Hubelementen
aind drei Ventile erforderlich. Bei Anordnung von neun Zylindern und sechs Hubelementen
je können sogar drei Ventile gleichzeitig/drei Zylinder steuern.
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Das heißt, jeweils ein Ventil dteuert gleichzeitig drei Zylinder.
Die Ventilsteuerung erfolgt in bekannter Weise über ringförmig am Umfang angeordnete
Steuernocken. Wie bereits erwärmt ist es bei entsprechender Ausgestaltung der Steuernocken
möglich, den Öffnungsquerschnitt der Steuerölbohrungen in Abhängigkeit vom Drehwinkel
über einen größeren Bereich des Drehwinkels auf ihren Maxi#ma@wer zu halten. Die
daraus
resultierenden geringen Strömungsverluste beeinflussen positiv den Wirkungsgrad
der Maschine und des Laufgeräusch oder lassen bei sonst gleichen Annahmen höhere
Drehzahlen zu.
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Besonders vorteilhaft ist die Anwendung einer Radialkolben maschine
gemäß der Erfindung als Randnabenmotor mit Ventilsteuerung für Einzelradantrieb.
Ohne Hochdrücköldurchführung und die fur solche erforderlichen Abdichtungen sind
einteilig in der festehenden Zylindertrommel,die gleichzeitig als festehende Achsnabe
dient, Ölzführungsventile,Steuerölbohrungen und Zylinder angeordnet. Weil kein Steuerspiegel
vorhanden ist und damit uach keine Andrückkolben für solchen vorhanden sind treten
auch keine axialen Reaktiionsskräfte auf, die durch Lager aufgenommen werden müssen.
Die Ausgestaltung gemäß der Erfindung ermöglicht somit eine kompakte, aus wenigen
elementen bestehende Konstruktion.
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Vorteihafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
die anhand dieses Ausführungsbeispiels weiter erläutert werden soll.
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Figur 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine als Radnabenmotor ausgestaltete
Radialkolbenmaschine gemäß der Erfindung.
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Figur 2 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Achse durch die Steuerschieber
gemäß Linie II in Figur 1.
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Figur 3 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Achse durch die Zylinder
gemäß Linie III in Figur 1.
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Figur 4 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Achse durch den innerhalb
des rahmenseitigen Wälzlagers liegenden Teil gemäß #Linie IV - IV in Figur 1.
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Figur 5 zeigt einen parallel zum Schnitt IV - IV liegenden Schnitt
gemäß der Linie V - V in Figur 1.
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Figur 6 zeigt einen Axialschnitt durch den Rahmenseitigen Teil einer
Weiterausgestaltung des Motors gemäß Figur 1.
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Figur 7 zeigt ein schnitt senkrecht zur Achse llß der Linie VII -
VII in Figur 6.
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Figur 8 zeigt einen Schnitt gemäß der Linie VIII - VIII durch Figur
6.
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In dem Statorteil 1 sind sternförmig mit gleicher Winkelteilung Zylinder
2 angeordnot, in denen Kolben 4 verschiebbar sind. Radial nach außen schließen sich
an die Zylinder 2 Führungsschlitze 3 an, in denen mit den Kolben 4 verbundene Führungsteile
40 verschiebbar sind, in denen Je ein Wälzkörper 41 geführt ist. Die Zuführung von
Arbeitsöl zu jedem Zylinder 2 bzw. die Abführung des Arbeitsöls aus den Zylinder
2 wird durch Ventilschiener 5, die die Wirkungsweise eines 2/2 Wegeventils aufweisen,
gesteuert. Bei der Ausgestaltung gemäß Figuren 1 bis 5 werden jeweils zwei um 180°
gegeneinander versetztem das heißt, einander gegenüberliegende Zylinder 2 gemeinsam
von eirnrn Ventilschieber 5 gesteuert. Jeder Ventilschieber 5 hat Steuerkanten 6
und 7. Die Ringnut 8 ist an die Bohrung der Ventilschieber 5 angeordneten. Der Ventilschieber
5 ist derart ausgestaltet, ddaß das Ventil positive Überdeckung an den Umsteuerstellen
des inneren und äußeren # Totpunktes der Kolbenführungshaben 23 hat. Die Kolbenführungsbahn
23 ist an dem ringförmigen Bauteil 22 gebildet, das durch Schrauben 24 mit dem Lagerteil
20 verbunden ist, in dem die äußeren Wälzlager 18 gelagert sind, die andererseits
auf dem Statorteil 1 gelagert sind. Durch die Schrauben 24 wird weriterhin das Gehäuseteil
21 mit dem ringförmigen Bauteil 22 verbunden und verspannt.
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Die Anschlüsse 9 und 10 im Statorteil 1 denen zur Zu- und Abführung
der Arbeitsflüssigkeit. Die Bohrungen 11 und 12 sind Uber radiale Bohrungen 16 bzw.17
mit den Anschlüssen 9 und 10 verbunden (Figuren 7 und 8) .und stehen andererseits
mit der Ringnut 8 in Verbindung. Die getrennten Bohrungen 13 und 14 stellen mittels
der Bohrungen 15 (15a, 15b usw.) die Verbundung mit den Jeweils zugeordneten Zylindern
2 her. Ist zum Beispiel bei Schaltung für eine bestimmte Drehrichtung der Anschluß
9 der vom Förderdruck beaufschlagte Anschluß, so werden über die Bohrungen 11, 13
jeweils diejenigen Zylinder 2, deren Kolben 4 einen Arbeitshub ausführt, zur gleichen
Zeit beaufschlagt, während zur gleichen Zeit die Bohrungen 12, 14 mit dem Anschluß
10 in Verbindung stehen und den Rücklauf von den anderen Zylindern 2 steuer#. Ist
der Anschluß 10 der Druckmittelzulauf und der Anschluß 9 der Druckmittelzulauf kehrt
entsprechend die Drehrichtung um. Die Ventilschieber 5 sind ebenfalls sternförmig
im Statorteil 1 angeordnet. Jeder Ventilschieber 5 weist einen Führungsteil 5a auf,
der auf der Steuernockenbahn 27 geführt ist. Da Jeweils s1 Zylinder 2 an ein Steuerventil
anschlossen sind, sind für zehn Zylinder 2 fünf Ventilschieber 5 erforderlich. An
den Borungen, in denen sich die Ventilschieber 5 verschlieben, sind zwei in radialen
Abstand angeordnete Steuerbohrungen 11 und 12 bzw. 11a, 12a,
bzw.
11b, 12b usw. vorgesehen. Das Gehäuseteil 21 ist über das rahmenseitigen Wälzlager
19 auf dem Statorteil 1 gelagert, daß einen Konus 30 aufweist, der Uber einen Federkeil
31 gegen Verdrehung gezichert im Rahmen 33 gelagert ist. Die durch Sicherung gesicherte
Mutter 32 siochert festen Sitz des Statorteils 1 im Konus 30. Am LAgerteil 20 ist
durch Schrauben 42 die Folgenschiebe 43 gelagert, die die Folge 45 mit dem Folgenteil
25 trägt.
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An der Kolbenführungsbahn 23 in das ringförmige Bauteil 22 duroh die
Radialkräfte der Wälzkörper 41 eingeleitete Tangential@@kräfte bewirken ein Drehmoment,
das über das ringförmige Bauteil 22 und du Lagerteil 20 auf die Felgenscheibe 23
und die Folge 45 übertragen wird.
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Bei dem in der Zeichung dargestellten Ausführungsbeispiel ist an das
Ulaufgehäuseteil 1 die Bremsschiebe 26 einer Schiebenbreme angeschraubt, die als
Feststellbremse -im Bedarfsfall auch als zusätzliche Betriebsbremse - benutzt wird.
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In dem Umlaufgehäuseteil e21 ist weiterhin die Steuernockenbahn 27
durch Schrauben 44 befestigt. Jeder Ventilschieber 5 ist durch eine Druckfeder 28
belastet, die den Führungsteil 5a das Ventilschiebers 5 gegen die Steuernockenbahn
27 drückt.
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Die Schrauben 44 sind durch Langslöcher gesteckt, die es erlauben,
die Steuernockenbahn 27 um einen bestimmten Winlcel gegenUber dem Umlaufgehäuseteil
21 zu verdrehen, wobei die Schrauben 44 dann in der Jeweils eingestellten Lage angezogen
werden, daß die Steuernockenbahn 27 im Bauteil 21 in der Jeweils gegebenen WinkelIgge
befestigt ist. durch diese Verdrehbarkeit kann der Umsteuerpunkt eingestellt werden.
Die Anzahl der Nocken in der Steuernockenbahn 25 entsprioht der Anzahl der Hubelemente
in der Kolbenführungsbahn 23. Bei ausreichendem radialen Abstand von der Drehachse
können die einzelnen Nockenbahnanschnitte 29 des der Steuernockenbahn 27 derart
gestaltet werden, daß bei Phasenverschiebung der Nockenbahnabschnitte 29 zu den
Hubelementen der Kolbenführungsbahn 23 um die halbe Teilung der Öffnungequerschnitt
der Steuerbohrungen 11, 13 bzw. 12. 14 usw. durch die Steuerkanten 6, 7 an den Ventilschiebers
5 für einen längeren Abschnitt in Abhängigkeit vom Drehwinkel auf ihrem maximalen
Wert gehalten werden. Solange der Führungskopf 5a eines Ventilschiebers 5 Uber den
kreisförmigen Abschnitt eines Nockenbahnabschnittes 29 gleitet, führt der Ventilschieber
5 eine Hubbewugung aus und hält den maximalen Durchströmquerschnitt frei.
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Bei der Weiterausgestaltungsform gemäß Figur 6 ist durch Verschalten
eines 2/2 Wegeventils bzw. Zusammenwirken mehrerer
Wegeventile
eine Geschwindigkeitsstufung ermöglicht. Der zusätzliche Schieber 34 kann willkürlich
betätigt werden, in dem Uber den Anschluß 46 Steuerdrücköl auf die Stirnfläche des
Schiebers 34 geleitet wird oder ein mechanisches Betätigungselement auf den Steuerschieber
34 einwirkt , der andererseits durch die Feder 47 belastet ist. Wird der Ventilschieber
34 durch willkürliche Betätigung verschoben, so wird die Druckölzufuhr zu einem
Teil der Zylinder 2 abgesperrt, das heißt, ein Teil der Korben 4 wird nicht beaufschlagt.
Dadurch wird das wirksame Schluckvolumen pro Umdrehung vergrößert und damit wird
bei gleichem Förderstrom die Drehzahl vergrößert. D#abei steuert ein Ventilschieber
34 den ölstrom fttr ein oder mehrere Ventilschieber 5 und damit für alle oder jeweils
eine Teil der an einen Ventilschieber 5 angeschlossenen Zylinder.
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Patentansprüche: