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Patent Searching and Data


Title:
RADIAL PISTON ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/077495
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a radial piston engine comprising a number of radial pistons that are guided in separate cylinder chambers, whereby the cylinder chambers can be joined via control passages with admission and discharge canals for pressure medium. The opening cross-sections of the control passages and of the admission and discharge channels are provided with curved face sections.

Inventors:
SHRIVE CHRIS (GB)
CUNNINGHAM SINCLAIR (GB)
Application Number:
PCT/EP2001/003480
Publication Date:
October 18, 2001
Filing Date:
March 27, 2001
Export Citation:
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Assignee:
MANNESMANN REXROTH AG (DE)
SHRIVE CHRIS (GB)
CUNNINGHAM SINCLAIR (GB)
International Classes:
F01B9/06; F01B13/06; F04B1/04; F04B1/047; (IPC1-7): F01B13/06; F04B1/04
Foreign References:
EP0263218A11988-04-13
FR2587761A11987-03-27
DE1810674A11969-12-11
Attorney, Agent or Firm:
Winter, Brandl Fürniss Hübner Röss Kaiser Polte (Bavariaring 10 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Radialkolbenmaschine mit einem in einem Gehäuse (2) gelagerten Zylinderblock (8), in dem eine Vielzahl von in Zylinderräumen (16) geführten und an einem Hubring (4) abgestützten Kolben (12) gelagert ist, und mit einer Vielzahl von zylinderblockseitigen Steuerdurchbrüchen (26), die zur Zuund Ablaufsteue rung in Überdeckung mit Mündungsquerschnitten (36, 38) gehäuseseitiger Zulaufund Ablaufkanäle (32,34) bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steu erdurchbrüche (26) und/oder die Mündungsquerschnitte (36,38) gekrümmte Stirnflächenabschnitte (40,42) und in Radialrichtung eine größere Längserstreckung als quer dazu haben.
2. Radialkolbenmaschine nach Patentanspruch 1, wobei der mittlere Krümmungsradius (r2) des radial außenliegen den Stirnflächenabschnittes (40) größer ist als der jenige des innenliegenden Stirnflächenabschnittes (42).
3. Radialkolbenmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Stirnflächenabschnitte (40,42) jeweils ei nen gleichbleibenden Krümmungsradius (rl, r2) aufwei sen.
4. Radialkolbenmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei die Krümmungsmittelpunkte um weniger als die Summe der Krümmungsradien (r1 + r2) voneinander entfernt sind.
5. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Stirnflächenabschnitte (40,42) durch etwa tangential verlaufende Seitenflä chen (44,46) miteinander verbunden sind.
6. Radialkolbenmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei die Stirnflächenabschnitte (40,42) durch zwei einander überlappende Bohrungen ausgebil det sind.
7. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Geometrie der Steuerdurch brüche (26) und der Mündungsquerschnitte (36,38) identisch ist.
8. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Steuerdurchbrüche (26) und/oder die Mündungsquerschnitte (36,38) jeweils an einer Steuerscheibe ausgebildet sind, die stirnseitig am Zylinderblock (8) bzw. am Gehäuse (2) festgelegt ist.
9. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Steuerdurchbrüche (26) und die Mündungsquerschnitte (36,38) mit Nullüberdeckung ausgebildet sind.
Description:
Beschreibung Radialkolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine ge- mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 40 049 32 C2 ist eine Radialkolbenmaschine bekannt, bei der ein Zylinderblock mit einer Vielzahl von in Radialrichtung angeordneten Zylinderräumen drehbar in einem Gehäuse gelagert ist. In jedem Zylinderraum ist ein Kolben geführt, dessen aus dem Zylinderblock vorstehender Endabschnitt an einem Hubring abgestützt ist. Dieser Hub- ring hat eine Vielzahl von Steuernocken, über die bei der Rotation des Zylinderblocks eine Radialverschiebung der Kolben erfolgt. Im Gehäuse der Radialkolbenmaschine sind Zulauf-und Rücklaufkanäle für Druckmittel ausgebildet, die wechselweise mit Steuerdurchbrüchen im Zylinderblock in Überdeckung bringbar sind, über die die Druckmittelzu- fuhr und-abfuhr zum bzw. von den Zylinderräumen steuer- bar ist.

Bei dem in der DE 40 049 32 C2 offenbarten Ausfüh- rungsbeispiel sind die Steuerdurchbrüche im Zylinder und die Mündungsquerschnitte im Gehäuse mit einem kreisförmi- gen Querschnitt ausgeführt. Nachteilig bei einer derarti- gen Lösung ist, daß die Verbindung zu den Zylinderräumen aufgrund der kreisförmigen Steuerquerschnitte vergleichs- weise langsam auf-bzw. zugesteuert wird, so daß Strö- mungsverluste auftreten können.

Dieser Nachteil wird durch eine in der EP 0 263 218 B1 offenbarten Lösung überwunden, bei der die Steuerquerschnitte nicht kreisförmig sondern etwa trapezförmig ausgebildet sind. Die Seitenflächen dieser

trapezförmigen Querschnitte können dabei nach innen gewölbt oder eben ausgeführt sein.

Durch eine derartige Lösung lassen sich zwar Strö- mungsverluste beim Auf-und Zusteuern der Verbindung zu den Zylinderräumen minimieren, es bedarf jedoch eines erheblichen fertigungstechnischen Aufwandes, um die trapezförmigen Steuerdurchbrüche auszubilden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun- de, eine Radialkolbenmaschine zu schaffen, die mit mini- malen Strömungsverlusten behaftet und mit minimalem fertigungstechnischen Aufwand herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Radialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß sind die Durchbrüche zur Steuerung der Druckmittelzu-und abfuhr mit gekrümmten Stirnflächen ausgeführt, wobei unter Stirnflächen die in Radialrich- tung innen bzw. außenliegenden Umfangsflächenabschnitte verstanden werden. Derartige gekrümmte Stirnflächen lassen sich wesentlich einfacher als die aus der EP 0 263 218 A1 bekannten geradlinigen Stirnflächenab- schnitte herstellen, so daß der fertigungstechnische Aufwand minimiert ist. Ein derartiger Steuerquerschnitt ist durch die Erstreckung des Steuerdurchbruchs in Ra- dialrichtung anpaßbar, ohne daß es einer Vergrößerung der Breite (quer zur Radialrichtung) bedarf.

Der Krümmungsradius des radial innenliegenden Stirn- flächenabschnittes ist vorzugsweise geringer als derje- nige des radial außenliegenden Stirnflächenabschnittes ausgeführt.

Bei der aus der DE 40 049 32 C2 bekannten Lösung war die Vergrößerung des Steuerquerschnittes nur durch Ver- größerung des Durchmessers möglich. Da die Steuerdurch- brüche und die Mündungsquerschnitte vorzugsweise jedoch mit Nullüberdeckung ausgeführt sind, ist die Maximal- breite der Steuerdurchbrüche und Mündungsquerschnitte begrenzt, so daß der Bohrungsdurchmesser bei der bekann- ten Lösung nicht beliebig vergrößerbar ist.

Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn die Stirnflä- chenabschnitte jeweils einen gleichbleibenden Krümmung- radius aufweisen, so daß sie durch Bohrungen ausgebildet werden können. Dies ermöglicht es, die Stirnflächenab- schnitte durch zwei Durchgangsbohrungen auszubilden.

Die Fertigung der Durchbrüche ist besonders einfach, wenn die beiden Bohrungen einander überlappen, so daß die Durchbrüche alleine durch Ausbilden der beiden Bohrungen ausgeführt werden können und dann einen etwa achtförmigen Querschnitt aufweisen.

Alternativ dazu können die gekrümmten Stirnflächen über Tangentialflächen miteinander verbunden werden. Bei unterschiedlichen Krümmungsradien liegt der Schnittpunkt der beiden Tangentialflächen in der Symmetrieachse des sich in Radialrichtung nach innen verjüngenden Steuer- querschnitts liegt.

Die Herstellung ist besonders einfach, wenn die Geo- metrie der zylinderblockseitigen Steuerdurchbrüche und der gehäuseseitigen Mündungsquerschnitte identisch ge- wählt ist. Wie vorstehend bereits erwähnt, wird es bevor- zugt, daß die Mündungsquerschnitte und die Steuerdurch- brüche mit Nullüberdeckung zueinander ausgeführt sind, so daß ein schnellstmögliches Auf-und Zusteuern der Verbin- dung zu den Zylinderräumen gewährleistet ist.

Die Herstellung der Steuerdurchbrüche und der Mün- dungsquerschnitte läßt sich weiter vereinfachen, wenn diese jeweils in einer Steuerscheibe ausgebildet sind, die am Zylinderblock oder am Gehäuse befestigt sind.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zei- gen : Figur 1 einen Querschnitt durch einen Radialkolbenmo- tor ; Figur 2 eine Detaildarstellung einer Steuerscheibe zur Steuerung der Druckmittelzufuhr und-abfuhr zu Zylin- derräumen der Radialkolbenmaschine ; Figur 3 geometrische Details eines Steuerdurchbruchs der Steuerscheibe aus Figur 2 ; Figur 4 eine vereinfachte Ausführung eines Steuer- durchbruchs für eine Steuerscheibe gemäß Figur 2 und die Figuren 5 und 6 weitere vereinfachte Ausführungen ei- nes Steuerdurchbruchs.

Figur 1 zeigt eine stark vereinfachte Schnittdarstel- lung eines Radialkolbenmotors 1, der nach dem Mehrhub- prinzip aufgebaut ist. Dieser Radialkolbenmotor 1 hat ein Gehäuse 2, an dem ein Hubring 4 festgeschraubt ist.

Innerhalb des Gehäuses 2 ist eine Abtriebswelle 6 gela- gert, die über eine Außenverzahnung mit einem als Rotor ausgebildeten Zylinderblock 8 verbunden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in dem Zylinder- block 8 acht Zylinderbohrungen 10 ausgebildet, in denen jeweils ein Kolben 12 radial verschiebbar geführt ist.

Zwischen dem radial innenliegenden Kolbenboden 14 und dem

Boden der Zylinderbohrung 10 ist jeweils ein Zylinderraum 16 begrenzt, in den Druckmittel einspeisbar ist. An dem vom Zylinderraum 16 entfernten Endabschnitt jedes Kolbens 12 ist eine Rolle 18 gelagert, die während der Rotations- bewegung des Zylinderblocks 8 auf einer Steuerkurve 20 des Hubrings 4 abrollen.

Wie aus der Darstellung gemäß Figur 1 hervorgeht, ist die Steuerkurve 20 mit 6 radial vorspringenden Steuer- nocken 22 ausgeführt. Beim Hochlaufen an diesen Steuer- nocken 22 werden die Kolben 12 radial nach innen in Richtung ihres inneren Totpunktes bewegt. Zwischen zwei benachbarten Steuernocken 22 ist jeweils ein Tal 24 ausgebildet, so daß sich die Kolben 12 im Scheitel der Täler 24 an ihrem äußeren Totpunkt befinden, in dem der Zylinderraum sein Maximalvolumen hat.

Jedem der Zylinderräume 16 ist ein im Zylinderblock 8 ausgebildeter Steuerdurchbruch 26 zugeordnet, durch den das Druckmittel je nach Kolbenstellung zugeführt oder abgeführt wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind entsprechend der Kolbenanzahl acht Steuerdurchbrüche 26 auf einem Teilkreis am Umfang verteilt.

Bei der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein hinter der Zeichenebene liegendes und in das Gehäuse 2 eingesetztes Steuergehäuse 30, das durch den Zylinderblock 8 verdeckt ist, mit seinem inneren und äußeren Umfang nur gestri- chelt dargestellt. In diesem Steuergehäuse 30 sind Zu- lauf-und Ablaufkanäle 32,34 ausgebildet, die in der Darstellung gemäß Figur 1 ebenfalls lediglich gestrichelt angedeutet sind. Entsprechend der Anzahl der Steuernocken 22 münden stirnseitig jeweils sechs Zulaufkanäle 32 und sechs Ablaufkanäle 34, die wechselweise gleichmäßig über einen Teilkreis verteilt sind, dessen Durchmesser demje- nigen des Teilkreises der Steuerquerschnitte 26 ent-

spricht. Bei der Darstellung gemäß Figur 1 ist zu beach- ten, daß die um 45 °zur Horizontal-bzw. Vertikalen angestellten Mündungsquerschnitte der Zulauf-bzw. Ab- laufkanäle 32,34 durch die mit durchgezogener Linie dar- gestellten Steuerdurchbrüche 26 überdeckt sind.

Die Zulaufkanäle sind offen zu einem ersten Ringka- nal, der sich radial zwischen dem Steuergehäuse 30 und dem Gehäuse 2 befindet und mit einem Zulaufanschluß am Gehäuse 2 verbunden ist, und die Ablaufkanäle 34 sind offen zu einem zweiten Ringkanal, der sich, axial zum er- sten Ringkanal beabstandet, ebenfalls radial zwischen dem Steuergehäuse 30 und dem Gehäuse 2 befindet und mit einem Ablaufanschluß am Gehäuse 2 verbunden ist.

Je nach konstruktiver Ausgestaltung können sich die Steuerdurchbrüche 26 und/oder die Mündungsquerschnitte der Zulauf-und Ablaufkanäle 32,34 als Axialbohrungen im Zylinderblock 8 bzw. im nur angedeuteten Steuergehäuse 30 oder aber-ähnlich wie bei den in der eingangs genannten EP 0 263 218 AI beschriebenen Ausführungsbeispielen-in Steuerscheiben befinden, die auf den Zylinderblock 8 bzw. das Steuergehäuse aufgesetzt sind und durch die jeweils lediglich die stirnseitigen Mündungsbereiche der zugeord- neten Kanäle ausgebildet werden. Derartige die Mündung- querschnitte ausbildenden Steuerscheiben sind einfacher herstellbar, als Bohrungen oder Ausfräsungen im Gehäuse 2 oder im Zylinderblock 8.

In den Figuren 2 und 3 sind die geometrischen Ver- hältnisse eines Steuerdurchbruchs 26 und des zugeordneten Öffnungsquerschnitts eines Zulauf-und eines Ablaufkanals 32,34 dargestellt. Wie bereits erwähnt, sind die Mün- dungsquerschnitte 36,38 der Kanäle 32 bzw. 34 sowie die Steuerdurchbrüche 26 mit identischer Geometrie ausge- führt, die anhand von Figur 3 beschrieben wird. Bei

diesem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die in Radialrichtung diametral zueinander angeordneten Stirn- flächenabschnitte 40,42 jeweils mit einem Krümmungsradi- us r2 bzw. r1 ausgeführt, wobei der Krümmungsradius r2 des radial außenliegenden Stirnflächenabschnittes 40 größer ist als der Krümmungsradius r1 des radial innen- liegenden Stirnflächenabschnittes. Im Grenzfall können beide Stirnflächen 40,42 mit identischen Radien r ausge- führt sein.

Die die beiden Stirnflächenabschnitte 40,42 verbin- denden Seitenflächen 44 sind bei dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel als Tangentialflächen zu den Stirnflächenabschnitten 40,42 ausgebildet, wobei diese Tangentialebenen einander in der in Radialrichtung angeordneten Symmetrieebene 48 treffen. Dieser Schnitt- punkt der beiden Tangentialebenen kann beispielsweise in der Achse der Abtriebswelle 6 liegen.

Ein derartiger Durchbruch 26 (32,34) ist äußerst einfach herstellbar, da beispielsweise die beiden Stirn- flächenabschnitte 42,40 durch Bohrungen ausgebildet werden können, und anschließend die Tangentialflächen 44, 46 durch Fräsen oder ähnliches gefertigt werden können.

Wie insbesondere aus Figur 2 entnehmbar ist, sind die Geometrien und der Abstand zweier benachbarter Mündung- querschnitte 36,38 derart gewählt, daß in der darge- stellten Relativposition dazwischenliegend ein Steuer- durchbruch 26 mit Nullüberdeckung angeordnet werden kann.

In dieser Relativposition sind die Seitenflächen 44,46 des Steuerdurchbruchs 26 in Axialrichtung fluchtend zu den benachbarten Seitenflächen der benachbarten Mündung- querschnitte 36,38 angeordnet. D. h., die in dieser Relativposition erfolgt weder eine Druckmittelzufuhr noch

eine Druckmittelabfuhr zu bzw. von dem zugeordneten Zylinderraum 16.

Bei einer weiteren Verdrehung des Steuerdurchbruchs 26 relativ zu den Mündungsquerschnitten 36,38 wird durch die vergleichsweise lange Seitenfläche 44 bzw. 46 des Steuerdurchbruchs 26 sehr schnell ein großer Querschnitt des Zulauf-oder Ablaufkanals 32,34 aufgesteuert, so daß die Strömungsverluste beim Umsteuern minimal sind.

Figur 4 zeigt ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel, bei dem der Herstellungsaufwand für die Steuerdurchbrüche 26 bzw. die Mündungsquerschnitte 36,38 gegenüber dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel weiter minimiert ist. Bei dem in Figur 4 beispielhaft dargestellten Steu- erdurchbruch 26 werden die Stirnflächenabschnitte 40,42 ähnlich wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel durch zwei Bohrungen mit dem Radius r1 und r2 ausgebil- det. Der Axialabstand d der beiden Bohrungen ist geringer als die Summe r1 + r2, so daß die beiden Bohrungen einan- der überlappen. Es ergibt sich ein etwa achtförmiger Mündungsquerschnitt, wobei die nach innen vorspringenden Seitenflächen nicht wie beim vorbeschriebenen Ausfüh- rungsbeispiel nachgearbeitet werden. Bei diesem verein- fachten Ausführungsbeispiel wird die vereinfachte Her- stellung mit einem langsameren Auf-bzw. Zusteuern der Zulauf-bzw. Ablaufkanäle 32,34 erkauft.

Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ver- jüngen sich die Steuerdurchbrüche 26 in Radialrichtung zur Achse des Radialkolbenmotors hin. Die Figuren 5 und 6 zeigen zwei weitere Varianten eines Steuerdurchbruchs 26, der gegenüber den vorbeschriebenen Lösungen noch einfa- cher herstellbar ist.

Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Steuerdurchbruch 26 ähnlich wie bei dem anhand Figur 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel durch zwei einander überlappende Bohrungen mit dem Durchmesser r1 = r2 ausgeführt. Die Überlappungen der beiden Bohrungen erfordert, daß der Abstand d kleiner als das Maß 2 r1 (2 r2) ist. Diese Variante läßt sich beispielsweise auf einfache Weise durch Bohren herstellen, wobei kein Um- spannen des Bohrers wie bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel erforderlich ist.

Figur 6 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Stirnflächenabschnitte 40,42 ebenfalls durch zwei Bohrungen mit dem Durchmesser r2 = r1 ausgeführt sind. Bei dieser Variante ist der Abstand d zwischen den beiden Bohrungsmittelpunkten größer als die Summe der beiden Radien 2 r1 (2 r2), so daß kein Überlappungsbe- reich vorhanden ist. Die beiden Bohrungsabschnitte sind dann wie bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbei- spiel durch tangential verlaufende Seitenflächen 44,46 verbunden, so daß sich praktisch ein Langloch ergibt, dessen Breite gleich dem Durchmesser r1 ist. D. h., bei den in den Figuren 5,6 gezeigten Varianten sind die Steuerdurchbrüche 26 somit nicht in Radialrichtung ver- jüngt ausgeführt.

Selbstverständlich können die vorbeschriebenen Quer- schnitte auch durch andere Bearbeitungsverfahren als Bohren, wie beispielsweise Fräsen, Draht-oder Senk- erodieren hergestellt werden.

Die Fläche der Öffnungsquerschnitte kann durch geeig- nete Wahl des Abstands d zwischen den Stirnflächenab- schnitten an unterschiedliche Anforderungen angepaßt werden, wobei der oder die Bohrungsdurchmesser praktisch

unverändert bleiben, so daß die Nullüberdeckung gewähr- leistet ist.

Offenbart ist eine Radialkolbenmaschine mit mehreren, in jeweils einem Zylinderraum geführten Radialkolben, wobei die Zylinderräume über Steuerdurchbrüche mit Zu- lauf-bzw. Ablaufkanälen für Druckmittel verbindbar sind.

Die Mündungsquerschnitte der Steuerdurchbrüche und der Zulauf-und Ablaufkanäle sind mit gekrümmten Stirnflä- chenabschnitten versehen.