Hydraulischer Radialkolbenmotor

Abstract

 @ Hydraulischer Radialkolbenmotor mit einer Nockenscheibe (23), die eine inwandige Nockenkurve (24) hat, und einem Zylinderblock (25) mit mehreren Zylindern (34). In diesen Zylindern (34) gleiten Kolben (35), welche die Rollen (38) gegen die Nockenkurve (24) drücken, wodurch ein Drehmoment erzeugt wird. Die Rollen (38) sind mit Führungsrollen (50) versehen, die in Schlitzen (54) von Führungseinheiten (53) laufen, die Tangentialkräfte aufnehmen. Die Rollen (38) sind in Rollenhaltern (40) gelagert, die mit hydrostatischen Lagern ausgeführt sind, deren Lagerfläche (69) der Rollbahn der Rollen (38) angepaßt ist. Die Kolben (35) sind an ihrem radial äußeren Ende mit einer sphärischen, kugelzonenförmigen Lagerfläche (37) versehen, die gegen eine entsprechende sphärische Lagerfläche (41) an den Rollenhaltern (40) anliegen. Diese Lagerung gestattet Winkelbewegung zwischen den Rollenhaltern und dem Kolben in allen Richtungen. Zur Zusammenfassung gehört Figur 2.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Radialkolbenmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Der Motor enthält mehrere Rollen, die an einer inwandigen Nockenkurve in einem Motorgehäuse entlanglaufen und in radialer Richtung von zugeordneten Kolben beeinflußt werden, die in Zylindern gleiten, die in einem in dem Motorgehäuse angeordneten Zylinderblock vorhanden sind. Bei einer Ausführung eines Motors für schweren Betrieb sind die Kolben dadurch vollständig von tangentialen Kräften entlastet, daß an den axialen Enden der Rollen Zapfen mit Lagern vorhanden sind, die in radial gerichteten Schlitzen in Führungseinheiten laufen, die auf jeder Seite des Zylinderblocks in fester Verbindung mit diesem angeordnet sind. Es kann entweder das Gehäuse stationär und der Zylinderblock drehbar ausgebildet sein oder umgekehrt der Zylinderblock stationär und das Gehäuse drehbar. Bei der erstgenannten Alternative ist der Motor mit einer Antriebswelle verbunden. Bei der zweitgenannten Alternative ist der Motor mit einem Rad oder einer Seiltrommel für eine Winde oder dergleichen verbunden.

[0002] Bei den bekannten Ausführungsformen von Motoren dieser Art wird die Kolbenkraft über eine pleuelstangenähnliche Kolbenstange auf die Rolle übertragen. Die Rolle ist in ihrer Mitte in einem Lager, das am äußeren Ende der Kolbenstange angeordnet ist, gelagert und mit Rollbahnen auf jeder Seite der Lagerung versehen. Die Kolbenstange ist an ihrem inneren Ende im Kolben gelagert. Die Länge der Rolle nimmt mit der Breite der Lagerung in der Stange zu. Die Breite der Rollbahn im Motorgehäuse wird um ein entsprechendes Maß breiter, während ihr mittlerer Teil unausgenutzt bleibt.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Radialkolbenmotor der eingangs genannten Art zu entwickeln, der einerseits sehr kompakt ist und kleine radiale und axiale Abmessungen hat, und bei dem andererseits die Breite der ganzen Nockenkurve als effektive Rollbahn ausgenutzt wird. Ferner soll erreicht werden, daß die Kraft in der Weise über das Druckmittel auf die Rolle übertragen wird, daß das Druckmittel direkt auf die Rolle wirkt, so daß die Beanspruchungen des die Rolle tragenden Lagers reduziert werden und folglich die Übertragung größerer Kräfte möglich ist und/oder die Lebensdauer der Verschleißteile vergrößert wird. Schließlich sollen Rollenhalter und Kolben so ausgebildet werden, daß Unvollkommenheiten in der Form sowie betriebsbedingte Verformungen der Motorbauteile keine schädlichen Beanspruchungen in oder zwischen Kolben und Rollenhalter sowie zwischen Rollenhalter und Rolle verursachen.

[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein hydraulischer Radialkolbenmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

[0005] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.

[0006] Gemäß der Erfindung sind die in den Zylindern im Zylinderblock gleitenden Kolben an ihrem äußeren Ende mit einer sphärischen Lagerfläche versehen. Die an der Nockenkurve entlanglaufenden Rollen sind in Rollenhaltern mit einer zylindrischen Lagersitzfläche gelagert, die als hydrostatisches Lager ausgeführt und mit einer sphärischen Lagerfläche versehen-ist, die an der sphärischen Lagerfläche des Kolbens anliegt. Der Rollenhalter ist in allen Richtungen um das Zentrum des sphärischen Lagers kippbar. Dadurch, daß der Rollenhalter auf diese Weise relativ zum Kolben kippen kann, wird eine Beanspruchung des Kolbens durch Kippmomente vermieden, die auf Rollenhalterbewegungen beruhen, die durch Unvollkommenheiten der Nockenkurve und der Führungen der Rollen verursacht werden.

[0007] Die Kolben des Motors haben eine durchgehende axiale Boh- . rung, die zweckmäßigerweise im äußeren Teil einen größeren Durchmesser als im inneren Teil hat. Die Rollenhalter, welche die Rollen tragen, haben einen Führungszapfen, der in den äußeren Teil der Bohrung mit dem größeren Durchmesser hineinragt. Um zu verhindern, daß die Rollenhalter und die Kolben beim Betrieb des Motors voneinander getrennt werden, können Rollenhalter und Kolben durch eine kräftige Feder zusammengehalten werden, die in dem genannten Führungszapfen-und am inneren Teil des Kolbens befestigt ist. Der Rollenhalter kann so ausgebildet sein, daß er die Rolle um mehr als 180° umfaßt, wodurch die Rolle im Halter fixiert wird. Der Rollenhalter kann jedoch auch mit einem kleineren Umschließungswinkel als 180°C ausgeführt sein, wobei der Rollenhalter oder der Motor mit anderen Vorrichtungen zur Fixierung einer Rolle im Rollenhalter oder zur Führung der Rolle versehen wird. Die zylindrische Lagersitzfläche für die Rolle wird mit einer abgegrenzten hydrostatischen Tragfläche versehen, so daß eine geeignete Ausbalancierung der auf die Rolle wirkenden Kraft erreicht wird. Die Tragfläche kann durch Nuten abgegrenzt sein, die eine Spaltdichtung bewirken. Die auf den Rollenhalter und den Kolben wirkenden radialen Druckkräfte werden hydrostatisch zu mehr als 80 %, vorzugsweise zu 85 bis 90 %, ausbalanciert.

[0008] Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 schematisch in einem Radialschnitt einen bekannten hydraulischen Motor der hier behandelten Art,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Motors gemäß der Erfindung,

Fig. 3 die wesentlichen Teile des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 in Explosionsdarstellung,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Rollenlager senkrecht zur Lagerwelle,

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Rollenhalter längs der Linie A-A in Fig. 4,

Fig. 6 eine Ansicht in Richtung B-B in Fig. 2 des Flachschiebers zur Steuerung des Druckmittelflusses zum Motor hin und vom Motor weg,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie C-C in Fig. 6.

[0009] In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Scheibe, deren innere Umfangswand als Nockenkurve 2 ausgebildet ist. Diese inwandige Nockenkurve ist in einem nicht dargestellten, drehbaren Gehäuse angeordnet, welches ein Rad oder eine Winde antreiben kann. Ein Zylinderblock 3 mit mehreren Zylindern 4 ist stationär angeordnet. Auf jeder Seite des Zylinderblockes 3 befinden sich als Scheiben ausgebildete Führungsglieder 5 mit Schlitzen 6 zur Führung der Rollen 7 und zur Aufnahme von Tangentialkräften, die auftreten, wenn die Rollen 7 gegen die Nockenkurve 2 gepreßt werden. Die Führungsglieder 5 sind fest mit dem Zylinderblock 3 verbunden und somit ebenfalls stationär. In den Zylindern gleiten Kolben 8. Diese sind mit den Rollen 7 über pleuelstangenähnliche Stangen 10 verbunden. Die Rollen sind mit ihrem mittleren Teil drehbar in einem nicht gezeigten, Lager am äußeren Ende der Stangen gelagert. In dem Zylinderblock 3 ist ein umlaufender Schieber 11 zur Verteilung von Druckmittel auf die Zylinder 4 angeordnet. Die voll dargestellten Druckleitungen und die daran gerade angeschlossenen Zylinder sind mit Druckmittel von hohem Druck gefüllt, während die übrigen nicht gefüllt sind, bzw. das in ihnen befindliche Druckmittel nicht unter Druck steht.

[0010] In den übrigen Figuren bezeichnet 20 das Motorgehäuse eines hydraulischen Motors gemäß der Erfindung, wobei es sich um ein nicht rotierendes Motorgehäuse handelt. Dieses hat zwei Stirnwände 21 und 22 und eine zwischen diesen angebrachte Nockenscheibe 23 mit einer inwandigen Nockenkurve 24 (Fig. 3). Die Stirnwände 21 und 22 sowie die Nockenscheibe 23 werden von Bolzen 27 zusammengehalten. Ein Zylinderblock 25 mit einem Wellenzapfen 26 ist mittels Lagern 28, 30 und 31 rotierbar in den Stirnwänden 21 und 22 des Motorgehäuses 20 gelagert. Das Teil 32 des Zylinderblockes wird mit einer Kegelkupplung 33 an eine gezeigte Welle angeschlossen.

[0011] Im Zylinderblock 25 befinden sich mehrere radial gerichtete Zylinder 34, in welchen Kolben 35 gleiten. Diese Kolben haben durchgehende Bohrungen 36, deren radial äußerer Teil 36a einen größeren Durchmesser als der übrige Teil der Bohrung 36 hat. Die Kolben sind an ihren radial äußeren Enden mit einer sphärischen, kugelzonenförmigen Lagersitzfläche 37 versehen. Antriebsrollen 38 laufen längs der Nockenkurve 24. Diese Antriebsrollen 38 sind in Rollenhaltern 40 gelagert, die wie hydrostatische Lager ausgebildet sind. Ferner sind diese Rollenhalter 40 mit einer der Lagersitzfläche 37 der Kolben 35 angepaßten, sphärischen, kugelzonenförmigen Lagersitzfläche 41 versehen. Die Rollenhalter 40 können somit in allen Richtungen im Verhältnis zu den Kolben 35 gekippt werden. Auf die Kolben wirken folglich weder Kippmomente noch Seitenkräfte. Die Rollenhalter 40 haben einen Führungszapfen 42, der in die Ausbohrung 36a hineinragt. Die Kolben 35 und die Rollenhalter 40 werden von einer Feder 43 zusammengehalten, die mit Stiften 44 und 45 in dem Führungszapfen 42 bzw. im Kolben 35 befestigt ist. Der Rollenhalter 40 umfaßt die Rolle 38 um mehr als 180°, wodurch die Rolle 38 in dem Halter 40 radial fixiert wird. Wegen dieser Umfassung besteht der Halter 40 aus zwei Teilen 40a und 40b, die mit Bolzen 46 zusammengehalten werden (Fig. 4).

[0012] Die Rollen 38 sind mit Flanschen 47 zu ihrer Führung in axialer Richtung im Verhältnis zur Nockenscheibe 23 versehen. Ferner sind an den axialen Enden der Rollen Zapfen 48 vorhanden, welche Rollenlager tragen, deren Außenring . eine Führungsrolle 50 bildet. Die Lager sind mittels Unterlegscheiben 51 und Sicherungsringen 52 auf den Zapfen 48 fixiert. Zwei scheibenförmige Führungseinheiten 53 mit radial gerichteten Schlitzen 54 sind durch Bolzen 55 fest mit dem Zylinderblock 25 verbunden. Durch die Führungsrollen 50 werden auf die Rollen 38 wirkende Tangentialkräfte über die Führungseinheiten 53 auf den Zylinderblock 25 übertragen.

[0013] Druckmittel wird über einen Flachschieber mit zwei Schieberingen 56 und 57 zu den Zylindern 34 des Zylinderblocks 25 hin und von diesen weg geleitet. Der Ring 56 ist derart mit dem Zylinderblock verbunden, daß er mit diesem rotiert. Der Ring 57 ist mit der Stirnwand 22 derart verbunden, daß er nicht rotiert, jedoch axial im Verhältnis zum Ring 56 verschiebbar ist. Der Ring 56 hat durchgehende Löcher 58, die mitten vor Kanälen 60 im Zylinderblock 25 münden, welche Kanäle 60 zu den Zylindern führen. Der Ring 57 hat durchgehende Löcher 61, die mitten vor Kanälen 62 in der Stirnwand 22 für die Zufuhr bzw. Fortleitung von Druckmittel dienen. Das nach innen gerichtete Ende des Kanals 62 ist im Durchmesser weiter aufgebohrt, und in der so geschaffenen Ausbohrung 63 ist eine Hülse 64 angeordnet, die von einer Feder 65 und dem auf die innere Stirnfläche der Hülse wirkenden Druckmittel gegen den Schieberring 57 gepreßt wird. Im Schieberring 57 sind durchgehende Bohrungen 66 vorhanden mit einer im Durchmesser kleineren Öffnung 67 auf der dem Ring 55 zugewendeten Seite. In diesen Bohrlöchern 66 sind Kolben 68 angeordnet, die an der Stirnwand 22 anliegen. Diese Kolben haben die Aufgabe, einen Ausgleich von Kräften zu schaffen, die bei dem Wechsel zwischen Zufuhr und Fortleitung von Druckmittel zu bzw. von den Zylindern 34 auftreten.

[0014] Die Kräfte zwischen den Kolben 35 und den Rollenhaltern 40 sowie die Kräfte zwischen den Rollen 38 und den Rollenhaltern 40 sind zum größten Teil hydrostatisch ausbalanciert.-Die Lagerdrücke auf die aneinander liegenden Lagerflächen 37 und 41 des Kolbens 35 bzw. Rollenhalters 40 sowie zwischen den Lagerflächen 69 des Rollenhalters und der Oberfläche der Rolle 38 sind klein. Das Druckmittel im Zylinder 34 hat durch die Bohrung 36 einen freien Zugang durch den Kolben 35 zum Raum 78 zwischen dem Kolben 35 und dem Halter 40. Im Rollenhalter 40 ist ein Kanal 70 angebracht, durch den das Druckmittel im Raum 78 Zugang zu der Vertiefung 71 in der Lagerfläche 69 des Rollenhalters 40 hat. Wie es am besten in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist, wird diese Vertiefung von mindestens einer, vorzugsweise zwei ringförmigen Nuten 72 und 73 umgeben. Die Nut 72 steht über einen flachen Kanal 74 mit der Vertiefung 71 in Verbindung. Die Nut 73 und die an ihr angeschlossene, zur Seitenkante des Rollenhalters führende Nut 75 sind Dränierungsnuten, die Druckmittel ableiten, das zwischen der Rolle 38 und der zwischen den Nuten 72 und 73 vom Rollenhalter 40 gebildeten, ringförmigen Dichtungsfläche 76 hindurchdringt. Die Größe und die Breite der von den Nuten 72 und 73 begrenzten Dichtungsfläche 76 werden so groß gewählt, daß man die gewünschte hydrostatische Ausbalancierung der auf die Rolle 38 wirkenden, Kräfte und einen niedrigen Flächendruck auf die Dichtungsfläche 76 erhält. Bei gut ausgewogenem Flächendruck ist der Verlust an schmierendem Druckmittel, das die Dichtungsfläche 76 passiert, klein. Ferner verhindert die Dränierungsnut 73, daß das Druckmittel zu den äußeren Abschnitten des Rollenhalters gelangt und diesen in störender Weise deformiert. Dadurch, daß man den Bereich innerhalb der inneren Nut 72 ganz oder teilweise mit einer Vertiefung versieht, erhält man eine wohldefinierte Dichtungsfläche, die durch Verformungen des zentralen Bereichs des Rollenhalters aufgrund der Kolbenkraft nur unerheblich beeinflußt wird. Auch der Durchmesser der sphärischen, kugelzonenförmigen Lagerfläche 37 am Ende des Kolbens 35 und die mit dieser Lagerfläche 37 zusammenwirkende Lagerfläche 41 des Rollenhalters 40 werden mit Rücksicht auf die gewünschte hydrostatische Ausbalancierung bemessen.

[0015] Der Aufbau des Schieberringes 56 geht am besten aus den Figuren 6 und 7 hervor. Das Loch 61 ändert seine Form an der Seite, die an den Schieberring 57 gleitet, und hat hier eine langgestreckte, ovale Form.

[0016] Unter gewissen Betriebsbedingungen kann es vorkommen, daß bei dem Radialkolbenmotor gemäß der Erfindung der Rollenhalter(40) vom Kolben (35) abhebt. Um bei einem solchen Abheben einen größeren Druckmittelverlust zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung ein Teil des Zapfens (42) mit einem solchen Durchmesser versehen, daß zwischen diesem Teil des Zapfens und der ihn umgebenden Bohrung im Kolben(35) ein Drosselspalt gebildet wird. Hierdurch wird erreicht, daß beim Auftreten eines Abhebens der Druckmittelverlust sehr klein gehalten wird.

Ansprüche

1. Hydraulischer Radialkolbenmotor mit einem Gehäuse (20), das eine Nockenscheibe (23) mit einer inwandigen Nockenkurve (24) enthält, mit einem Zylinderblock (25), der mehrere radial gerichtete Zylinder (34) hat, mit in diesen Zylindern (34) gleitenden Kolben (35), mit Rollenhaltern (40), die eine zylindrische Lagerfläche haben, mit an der Nockenkurve (24) laufenden Rollen (38), mit Führungseinheiten (53), die mit dem Zylinderblock (25) des Motors fest verbunden sind und axial gerichtete Steuerschlitze (54) haben, und mit Wellenzapfen (48) an den Rollen (38), die Führungslager (50) tragen, die in den Schlitzen (54) in den Führungseinheiten (53) laufen und auf die Rollen (38) wirkende Tangentialkräfte auf die Führungseinheiten (53) und damit auf den Zylinderblock (25) übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenhalter (40) und die Kolben (35) separate Bauteile sind, die derart miteinander verbunden sind, daß Winkelbewegungen zwischen den Rollenhaltern (40) und den Kolben (35) in allen Richtungen möglich sind.

2. Hydraulischer Motor nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (35) und die Rollenhalter (40) mit zur gegenseitigen Anlage bestimmten sphärischen, kugelzonenförmigen Lagerflächen (37, 41) versehen sind.

3. Hydraulischer Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (35) des Motors eine durchgehende axiale Bohrung (36) aufweisen und daß die Rollenhalter (40) einen Führungszapfen (42) aufweisen, der in die Bohrung (36) in dem Kolben (35) hineinragt.

4. Hydraulischer Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenhalter (40) mit hydrostatischen Lagern versehen sind, daß diese Lager über einen Kanal (70) in den Rollenhaltern (40) mit der Bohrung (36) in den Kolben (35) in Verbindung stehen, und daß über diese Verbindung Schmiermittel zuführbar ist.

5. Hydraulischer Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenhalter (40) mit mindestens einer ringförmigen Nut (72, 73) versehen sind und daß der von dieser Nut eingeschlossene Bereich der Lagerfläche (69) des Rollenhalters mit einer Vertiefung (71) versehen ist.

6. Hydraulischer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenhalter (40) mit einer ersten ringförmigen inneren Nut (72) und einer zwei-. ten ringförmigen äußeren Dränierungsnut (73) versehen sind, daß die von den beiden ringförmigen Nuten (72, 73) eingeschlossene ringförmige Fläche eine Dichtungsfläche (76) bildet und daß der von der ersten Nut (72) eingeschlossene Bereich der Lagerfläche (69) des Rollenhalters mit einer Vertiefung (71) versehen ist.

7. Hydraulischer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenhalter (40) in ihrem zentralen Bereich mit einer Vertiefung (71) und mit einer diese Vertiefung umgebenden Dränierungsnut (73) versehen sind und daß die von der Vertiefung (71) und der Dränierungsnut (73) begrenzte Fläche der Rollenhalter eine zur Anlage für die Rolle (38) bestimmte ringförmige Dichtungsfläche (76) bildet.

8. Hydraulischer Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (35) einerseits und die Rollenhalter (40) andererseits von einer in den Kolben (35) angeordneten Feder (43) zusammengehalten werden.

9. Hydraulischer Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenhalter (40) mit dem hydrostatischen Lager (69) die an der Nockenkurve (24) entlanglaufende Fläche der Rolle (38) um mehr als 180⁰ umschließen.

1₀. Hydraulischer Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf eine Rolle (38) wirkenden Kräfte in dem tragenden Lager (69) zu mindestens 80 % hydrostatisch ausbalanciert sind.

11. Hydraulischer Motor nach einem der Ansprüche 3 bis 1₀, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Führungszapfens (42) einen solchen Durchmesser hat, daß zwischen diesem Teil des Führungszapfens und der ihn umgebenden Bohrung (36a) des Kolbens (35) ein Drosselspalt gebildet wird, der einen größeren Druckmittelverlust beim Abheben des Kolbens (35) vom Rollenhalter (40) verhindert.

Zeichnung