Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Radialkolbenmotor gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solcher Radialkolbenmotor ist bekannt aus der GB-A 864767.
Motoren der vorgenannten Art enthalten 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 Zylinderblockvorhanden sind. Bei einerAusführung 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 derZylinderblock 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.
Bei einer bekannten Ausführungsform von Motoren der vorgenannten 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 mittlererTeil unausgenutzt bleibt.
Bei dem aus der GB-A 864767 bekannten Radialkolbenmotor ist am radial äusseren Ende des Kolbens ein Kreuzkopf befestigt, und an jedem Ende des Kreuzkopfes sind je zwei Lagerstellen vorhanden, von denen die weiter innen gelegene eine gegen eine Nockenkurve anliegende Rolle trägt und die äussere mittels eines Rollenlagers in einem radialen Schlitz geführt wird. Die Befestigung zwischen dem Kreuzkopf (Rollenhalter) und dem Kolben erfolgt über sphärische Flächen, die eine Winkelbewegung des Rollenhalters relativ zum Kolben erlauben. Nachteilig bei dieser bekannten Konstruktion ist neben der relativ grossen axialen Erstreckung die Durchbiegung des Rollenhalters in seiner Längsrichtung. Der Rollenhalter ist wie ein an beiden Enden eingespannter Träger angeordnet, auf den in der Mitte die Kraft vom Kolben wirkt. Hierdurch wird eine Durchbiegung verursacht, die zu einer wechselnden Belastung von Rollen und Rollenhalter führt, was einen vorzeitigen Verschleiss zur Folge hat.
Aus der FR-A 2033554 ist ein Radialkolbenmotor bekannt, bei dem die Rollen unmittelbar in zylinderschalenförmigen Vertiefungen an den radial äusseren Stirnflächen der Kolben liegen. Ein zusätzlicher Rollenhalter ist hier also nicht vorhanden. Die Schmierung der genannten Lagerung erfolgt durch eine Bohrung durch den Kolben, wodurch gleichzeitig ein gewisses hydrostatisches Tragen der Rolle stattfindet. Dieses Ausführungsform hat den Nachteil, dass die unmittelbar am Zylinder ausgebildeten Lager auch die Tangentialkräfte aufnehmen müssen. Aus diesem Grunde muss der Kolben ein relativ grosses Spiel im Zylinder haben und darf nur mit einem einzigen Zylinderring gegenüber der Zylinderwand abdichten. Die Konstruktion hat eine relativ starke seitliche Belastung des Lagers und der Kolben-Zylinderführung zur Folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Radialkolbenmotor der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die Lagerung, die Kolben-Zylinderführung und der Rollenhalter relativ geringen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, insbesondere schädliche Beanspruchungen in oder zwischen Kolben und Rollenhalter sowie zwischen Rollenhalter und Rolle vermieden werden. Gleichzeitig soll der Radialkolbenmotor sehr kompakt sein und möglichst kleine radiale und axiale Abmessungen haben.
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.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.
Gemäss der Erfindung können die in den Zylindern im Zylinderblock gleitenden Kolben an ihren äusseren Enden mit einer sphärischen Lagerfläche versehen sein, die mit einer entsprechenden Lagerfläche eines Rollenhalters zusammenwirkt, ohne dass hierdurch Biegemomente im Rollenhalter entstehen können. Dies wird dadurch erreicht, dass die an der Nockenkurve entlanglaufenden Rollen unmittelbar mit einer zylindrischen Lagersitzfläche in den Rollenhaltern gelagert sind, wobei dieses Lager als hydrostatisches Lager ausgebildet ist. Dank der sphärischen Lagerung des Rollenhalters auf der Stirnseite des Kolbens ist der Rollenhalter in allen Richtungen um das Zentrum des sphärischen Lagers kippbar, so dass eine Beanspruchung des Kolbens durch Kippmomente vermieden wird.
Die Kolben des Motors haben eine durchgehende axiale Bohrung, 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.
Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Scheibe, deren innere Umfangswand als Nockenkurve 2 augebildet 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.
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 nicht gezeigte Welle angeschlossen.
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).
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.
Druckmittel wird über einen Flachschieber mit zwei Schieberingen 56 und 57 zu den Zylindern 34 des Zylinderblocks 25 hin und von diesem 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 Druckmitel 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 56 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.
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.
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.
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.