SE517873C2 - Kolv till en hydraulisk radialkolvmotor samt hydraulisk radialmotor med sådan kolv - Google Patents

Description

uran; .~-., 10 l5 20 25 30 35 IQ anno I I 4 øuøooo :som nova Ouubtu 517 873 g - 2 än vid den förstnämnda typen, innebärande att motorn kan göras mindre och kompaktare med bibehållna prestanda.

Det finns dock även problem och nackdelar med ra- dialkolvmotorer med glidlagrade kamrullar. Bland annat blir friktionsförlusterna mellan kolv och kamrulle rela- tivt höga. Dessa är i storleksordningen fyra gånger större än motsvarande friktionsförluster mellan kolv och cylindervägg. Dessa stora friktionskrafter innebär stort slitage på glidlagerytorna och följaktligen risk för skärning mellan dessa.

Skärningsrisken är ej beroende enbart av de stora krafter som överförs mellan kamring och cylinderblock, utan även av den pendlande reaktionskraften från kamrin- gen. Dennas vågformade kamyta varierar nämligen med en vinkel mellan 0° och maximalt ca 45° i förhållande till kamringens och cylinderblockets tangentialriktning. På motsvarande sätt kommer reaktionskraften från kamringen som verkar på kolven och cylinderblocket, att pendla mellan O° (dvs radiellt in mot rotationscentrum) och ca 45°. Denna kraftpendling har hittills omöjliggjort uppbyggnaden av en konstant oljefilmstjocklek mellan lagerytorna mellan kamrulle och kolv resp kolv och cyl- indervägg. Kraftpendlingen kommer vidare under viss del av kolvens arbetsslag att sammanfalla med kamrullens rotationsriktning, innebärande att kamrullen mekaniskt sett uppför sig som att den har mycket låg hastighet eller rent av ”står stilla” i förhållande till kolvens lageryta. Detta försämrar ytterligare möjligheterna att bygga upp en konstant oljefilmstjocklek. Varierande tjocklek på oljefilmen ger i sin tur ökad metallisk kon- takt mellan lagerytorna vilket medför ökat slitage, större risk för skärning, större friktionskrafter och sämre verkningsgrad.

Kolvar med glidlagrade kamrullar är även kostsamma att tillverka på grund av den komplicerade formen vilken kräver precisionsbearbetning i flera steg. -auvu- 10 15 20 25 30 35 517 873 3 På grund av den tunna godstjockleken i kolvens sido- partier och de stora krafter som verkar på dessa, krävs vidare att hela kolven tillverkas av ett högkvalitativt material.

Redogörelse för uppfinningen Föreliggande uppfinning syftar till att komma till- rätta med ovannämnda problem och nackdelar som är förknippade med kolvar av inledningsvis nämnt slag och skapa en kolv som är kostnadsmässigt fördelaktig att tillverka, uppvisar gynnsammare kraftöverföring mellan kamrulle och cylinderblock med eliminering eller åtmin- stone reducering av de pendlande reaktionskrafter som verkar pà kamrullen vilket i sin tur möjliggör uppbygg- naden av en oljefilm med konstant tjocklek mellan lager- ytorna som ger lägre friktion, minskad risk för skärning och högre verkningsgrad. Dessutom syftar uppfinningen till att möjliggöra användning av ett prisbilligt mate- rial med lägre hållfasthet i kolvkroppen. Åtminstone dessa syften uppnås medelst en kolv enligt patentkravet l.

Enligt ett alternativt utförande av uppfinningen enligt patentkravet 5, är det även ett syfte att ytterli- gare sänka friktionsförlusterna, minska slitaget och minska risken för skärning, utan att för den skull kolven blir onödigt kostsam att tillverka, genom att utforma kolvens sidopartier av ett material med goda friktions- och slitageegenskaper, i synnerhet mot järn/stål.

Till grund för uppfinningen ligger således insikten att friktionen mellan lagerytorna mellan kamrulle och kolv resp kolv och cylindervägg kan sänkas betydligt genom att utforma kolvens sidopartier såsom separata delar vilka är rörliga i förhållande till den övriga kolven eller kolvkroppen. Den gynnsamma effekten uppnås även om sidopartierna utförs av samma material som tidi- gare. Skälet till detta är att kraftfördelningen i eller kraftöverföringen genom kolven förenklas genom att de separata sidodelarna endast kan uppta och överföra de 10 15 20 25 30 35 '517 873 4 krafter som är riktade vinkelrätt mot cylinderväggen, dvs tangentiellt i förhållande till cylinderblocket och radi- ellt i förhållande till kolven. Genom att kraftriktningen därigenom blir konstant ges även möjlighet att bygga upp en oljefilm med konstant tjocklek vilket är gynnsamt för smörjningen av lagerytorna och minskar friktionsförlus- terna samt slitaget och risken för skärning. Genom uppfinningen öppnas även möjligheter att utföra de mindre sidodelarna av ett dyrare material med bättre friktions- egenskaper, t ex keramer av kiselnitridbaserat material, utan att kolvens totalkostnad påverkas nämnvärt. Samti- digt är det även möjligt att utföra kolvkroppen av ett billigare material. Det är, enligt patentkravet 7, även möjligt att förse sidodelarna med en hård ytbeläggning av något lämpligt material.

Sidodelarna kan i allmänhet vara helt fria i förhål- lande till den övriga kolven, dvs att de är obegränsat förskjutbara i kolvens längdutsträckning. Genom att ut- forma sidodelarna så att de uppvisar en glidyta med en omslutningsvinkel kring kamrullen som sträcker sig såväl framför som bakom ett plan vinkelrätt mot kolvens längd- axel och genom kamrullens centrum, kommer sidodelarna att följa kamrullens rörelse mot och från rotationscentrum. I kolvens radial- och tangentialriktning kommer sidodelarna att hållas på plats genom att de styrs av cylinderväggen.

I ett föredraget utförande av uppfinningen, kommer dock sidodelarna ej att anligga mot och styras av kolvkroppen eftersom de företrädesvis är tillverkade med undermått så att det under normal drift finns en liten spalt mellan kolvkroppen och sidodelarna. Denna spalt kan lämpligen uppgå till omkring ca 0,4 mm. Förutom att därigenom kraven på måttoleranser sänks och därmed även tillverk- ningskostnaderna, medger detta att funktionssättet hos kolvens olika delar kan renodlas när delarna inte har kontakt med och kan påverka varandra. I ett föredraget utförande upptas radialkraften av kolvkroppen via ett hydrostatiskt glidlager, t ex på känt sätt genom ett »uu-n 10 15 20 25 30 35 cout duon .wav c 517 en j :- 5 I I 0000-: genomgående oljehål från kolvtoppen och en ringformig oljekanal i kolvkroppens glidlageryta, medan tangential- kraften upptas av sidodelarna via ett hydrodynamiskt glidlager.

I vissa fall, såsom t ex där motorn används för att driva en vinsch, kan finnas behov att låta motorn "frihjula”, dvs rotera med utan att driva, och för detta ändamål kan finnas en anordning som samfällt drar in alla kolvar mot rotationscentrum. Sidodelarna kan då göras begränsat förskjutbara, lämpligen genom någon form av hakmedel mellan kolven och respektive sidodel så att sidodelarna följer med kolven när denna förskjuts mot rotationscentrum och därmed drar med även kamrullen.

Delningen mellan kolvkroppen och sidodelarna kan ha olika geometrisk utformning. I den efterföljande detal- jerade beskrivningen och på ritningarna, beskrivs och visas ett föredraget utförande där delningen sträcker sig diagonalt snett utåt från kamrullen i riktning mot kolvtoppen, med plana anslutningsytor mellan kolvkroppen och sidodelarna. Härigenom får sidodelarna en avsmalnande form, både tjockleksmässigt och på bredden, i riktning mot kolvtoppen. Detta är fördelaktigt av flera orsaker.

Dels kommer materialåtgången för tillverkning av sidode- larna att bli liten vilket är en klar fördel om dessa skall tillverkas av ett högkvalitativt och dyrbart mate- rial, dels kommer kilformen att underlätta centrering och instyrning av sidodelarna om kolvkroppen och kamrullen av någon anledning separeras under drift.

Anslutningsytorna mellan kolvkroppen och sidodelarna behöver inte vara plana utan kan vara krökta, med t ex en konvex yta på kolvkroppen och konkav på sidodelarna för att ytterligare minska materialvolymen i dessa.

Vid praktiska försök har det överraskande visat sig att oljeläckaget genom cylindrarna blir mindre än med tidigare kända kolvar trots att det finns en ca 0,4 mm spalt mellan kolvens delar. Detta beror på att kolvkrop- pen och sidodelarna är fria att var för sig anpassa sig ucflønø »svan 10 15 20 25 30 35 517 avs 6 till kamrullen och bygga upp oljefilmer med jämnare tjocklek.

Kort beskrivning av ritningen På ritningen visas i: FIG 1 en schematisk tvärsektion genom en hydraulisk radialkolvmotor utrustad med kolvar enligt föreliggande uppfinning; FIG 2 en perspektivvy av ett föredraget utförande av en kolv enligt uppfinningen; FIG 3 en förstorad detalj av tvärsnittet enligt fig 1, visande en kolv i en arbetsfas; FIG 4 en sidovy av kolven enligt fig 2; och FIG 5 ett tvärsnitt genom kolven enligt fig 2 och 4.

Detaljerad beskrivning av ett föredraget utförande av uppfinningen Först hänvisas till fig 1 vari visas, i ett schema- tiskt tvärsnitt, principen för funktionen och uppbyggnaden av en hydraulisk radialkolvmotor med glidla- grade kamrullar. I figuren betecknar 1 en kamring vilken på sin insida uppvisar en vàgformad kamyta 2. Med 3 be- tecknas ett cylinderblock i vilket är utformat fem radi- ellt utåt riktade cylindrar 4. Kamringen l och cylinder- blocket 3 är koncentriska och/eller koaxiella och in- bördes roterbara i förhållande till varandra. I praktisk tillämpning är det möjligt att låta kamringen rotera kring ett stillastående cylinderblock eller att låta kamringen vara fixerad medan cylinderblocket roterar inuti denna. I varje cylinder löper en kolv 5 vilken i sin yttre, mot kamringen vända ände är glidlagrad mot en kamrulle 6 vilken i sin tur anligger och löper rullande mot kamringens kamyta 2. En ej visad fördelningsventil fördelar hydraulmedium via kanaler 7 till cylindrarna i deras arbetsfas och evakuerar hydraulmedium från cylin- drarna i deras returfas.

Härefter hänvisas till fig 2-5 i vilka visas den närmare utformningen av en kolv enligt föreliggande uppfinning. Denna innefattar en kolvtopp 8, en i huvudsak nunnan Iuøøoø nuunn 10 15 20 25 30 35 Ivan :unc :von o 517' 873 7 Indie: cylindrisk mantelyta 9 och en yttre, mot kamringen vänd ände vilken uppvisar en rännformad urtagning 10 med del- cylindriskt tvärsnitt.

Med 11 betecknas två motsatta, löst anordnade sido- delar eller -segment vilka i ett inre ändparti via en spalt ansluter mot kolvkroppen via en urtagning i denna, och vilka i ett yttre ändparti sträcker sig förbi och omsluter delvis kamrullens mantelyta. I det visade utfö- randet har sidodelarna väsentligen formen av ett mot kolvtoppen avsmalnande segment som i tvärsnitt har formen av ett cirkelsegment med en yttre mantelyta, som i sido- delens monterade tillstånd är avsedd att ansluta till kolvkroppens mantelyta och vara glidlagrad mot cylinder- väggen, samt en inre plan yta 12 vilken via en spalt ansluter mot en motsvarande sätesyta hos kolvkroppen. På insidan av respektive sidodels ytterparti är anordnad en glidlageryta 13 med delcylindriskt tvärsnitt vilkens symmetriaxel sträcker sig vinkelrätt mot kolvens längd- axel. Glidytan 13 har vid sidodelarnas monterade till- stånd till uppgift att utgöra del av glidlagerytan mot kamrullen och ansluter till en motsvarande glidlageryta 14 i kolvkroppen. I det visade utförandet, såsom bäst framgår av fig 5, är glidlagerytan 13 centrerad kring ett plan vinkelrätt mot kolvens längdaxel och genom kamrul- lens centrum. Detta är ej ett villkor för uppfinningens funktion men genom att låta glidlagerytan 13 sträcka sig såväl framför som bakom detta plan, säkerställs att sido- delarna följer kamrullens translationsrörelse och möjlig- gör även kvarhållning av kamrullen vid ”frihjulning” när någon form av rörelsebegränsande medel är anordnat mellan kolven och sidodelarna.

Av fig 4 och 5 framgår vidare att ett spel är anord- nat mellan sidodelarnas inre ändytor och en bottenvägg hos urtagningen i kolvkroppen. Med 16 betecknas en ol- jekanal för att leda olja från kolvtoppen till glid- lagerytorna mellan kolv och kamrulle och med 15 betecknas en ringformig oljekanal via vilken oljan fördelas likfor- 9001cc 10 15 20 25 30 35 517 avs j H 8 migt över kolvkroppens glidlageryta 14. Denna kommer härigenom att fungera såsom en hydrostatisk glidlageryta medan sidodelarnas glidlagerytor 14 är hydrodynamiska.

Vid 17 visas ett hålrum vilket har till uppgift att re- glera spänningen och förhindra utböjning av kolvens sido- delar vid hård belastning.

Fig 3 visar i tvärsnitt ett förstorat parti av hy- draulmotorn enligt fig 1 i vilken åskådliggörs en cylin- der med en kolv enligt uppfinningen vilken befinner sig i början av en arbetsfas. Med pilar visar schematiskt de krafter som verkar på kolven och med pilen 18 åskådlig- görs den resulterande kraften från hydraulmediumet som verkar på kolvtoppen. Denna fortplantas via kolven och kamrullen till kamringen. En reaktionskraft 20 från kam- ringen verkar på kamrullen vinkelrätt mot kamytans 2 tangent i anliggningspunkten. Genom att sidodelarna 11 är förskjutbart anordnade i förhållande till kolvkroppen, kommer dessa endast att överföra krafter som är vinkel- räta mot glidlagerytorna mellan sidodelarna och cylin- derväggen. Reaktionskraften 20 från kamringen kommer därför att balanseras, förutom av hydraultrycket 18 av en i förhållande till rotationsriktningen tangentiellt rik- tad kraft 21 vilket ger upphov till motorns vridmoment.

Såsom tidigare nämnts är detta fördelaktigt för bildandet av en oljefilm med konstant tjocklek mellan glidlager- ytorna mellan sidodelar och kamrulle, och därav följande minskat slitage och högre verkningsgrad. Krafterna 20 och 21 medför att kamringen och cylinderblocket kommer att vridas i förhållande till varandra alltmedan kolven och kamrullen förskjuts längre ut från rotationscentrum.

Tänkbara modifikationer av uppfinningen Det är givet att uppfinningen kan modifieras på mångahanda sätt inom ramen för efterföljande patentkrav.

Till exempel kan sidodelarna 11 utföras med annan form och storlek såsom en annan omslutningsvinkel på glid- lagerytan 13 och ha annan längd på anslutningsytan mot kolvkroppen. Anliggningsytan kan naturligtvis även ha annan utformning och t ex vara utförd med någon form av rörelsebegränsande medel såsom tidigare nämnts. Även kolvkroppen kan vara utformad på annat sätt, t ex genom att håligheten 17 för spänningsreglering utelämnas. uuøccn uoiøon

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 " 517 873 lo ' -- .. .."..' ',_~ _§_ i ' PATENTKRAV

1. Kolv till en hydraulisk radialkolvmotor av det slag som innefattar en yttre kamring (l) uppvisande en vågformad inre kamyta (2), ett i förhållande till kam- ringen roterbart inre cylinderblock (3) uppvisande radi- ellt utåt riktade cylindrar (4), ett flertal dylika kol- kamrullar (6) vilka rullande löper mot kamytan och är glidlagrade mot var (5) vilka löper i nämnda cylindrar, resp kolv, samt en fördelningsventil som fördelar hy- draulmedium till cylindrarna i respektive kolvs arbetsfas och evakuerar hydraulmedium från cylindrarna i respektive kolvs returfas, varvid kolven uppvisar en i huvudsak cylindrisk mantelyta (9), en inre ändyta (8) som är avsedd att vändas in mot cylinderblockets centrum och utsättas för tryckpàverkan från hydraulmediumet, samt en motsatt yttre ändyta vilken är avsedd att vara glidlagrad mot kamrullen och för den skull är utformad med en rännformad urtagning (10), vilken i tvärsnitt har väsent- ligen delcylindrisk form med en symmetriaxel som sträcker sig vinkelrätt mot kolvens längdaxel, och två sidopartier (ll) vilka sträcker sig kring och delvis omsluter kamrul- lens mantelyta och via vilka reaktionskrafter i cylinder- blockets tangentialriktning överförs mellan kamrullen och cylinderblocket, k ä n n e t e c k n a d av att kolvens sidopartier (ll) är utformade såsom separata delar vilka var och en uppvisar en yttre delcylindrisk glidlageryta vilken är avsedd att vara glidlagrad mot cylinderväggen, och en inre delcylindrisk glidlageryta vilken är avsedd att vara glidlagrad mot kamrullen, varvid glidlagerytor- nas symmetriaxlar är vinkelräta mot varandra, på så sätt att sidodelarna är begränsat rörliga i kolvens axial- och tangentialriktning och vilka vid normal drift styrs mot cylindervägg och kamrulle.

2. Kolv enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av (13) rullen (6) som sträcker sig ett stycke såväl framför som att sidodelarna uppvisar en glidlageryta mot kam- 10 15 20 ' 517 873 =If§;ïï;.§s . 11 -- -~ ' bakom ett plan genom kamrullens rotationscentrum och vinkelrätt mot kolvens (5) längdaxel.

3. Kolv enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att respektive sidodel (ll) är avsmal- nande i riktning mot kolvtoppen.

4. Kolv enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d gränsande medel mellan kolvkroppen och respektive sidodel av att densamma uppvisar ett rörelsebe- (ll) vilket begränsar sidodelens rörelse i förhållande till kolvens axialriktning.

5. Kolv enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d (ll) ett material som uppvisar låg friktion samt högt slitage- av att sidodelarna är utformade av motstånd mot järn/stål.

6. Kolv enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att materialet är en keram.

7. Kolv enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att sidodelarna har en hård ytbeläggning.

8. Hydraulisk radialkolvmotor, k ä n n e t e c k - n a d av att densamma innefattar en kolv enligt något av föregående krav.