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Hydraulischer Radialk6lbenmo-tor
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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Radialkolbenmtor mit einem
Sternzylinder, der auf einer in einem Gehäuse drehfest angeordneten Verteilerachse
drehbar gelagert ist, wobei in im wesentlichen radialen Zylinderbohrungen des Sternzylinders
Kolben angeordnet sind, deren äußeres Ende an der Innenfläche eines Lagerringes
anliegt, die im Längsschnitt
mit der Längsrichtung des Kolbens
einen von 90" verschiedenen Winkel einschließt, und wobei die Verteilerachse Kanäle
zum Zuführen eines Druckmittels von einem Zuflußstutzen zu dem zentrumsnahen Bereich
mindestens einer Bohrung und zum Ableiten des Druckmittels aus dem zentrumsnahen
Bereich mindestens einer anderen Bohrung zu einem Abflußstutzen aufweist.
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Hydraulische Geräte mit einer derartigen Konstruktion sind bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Radialkolbenmotor der eingangs geschilderten
Art zu schaffen, der sich prinzipiell dazu eignet, in kleiner Baugröße hergestellt
zu werden, und der dabei einen hohen Wirkungsgrad hat.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Sternzylinder
an einem gehäusefesten Teil durch ein Lager abgestützt ist, das die durch die Neigung
der Innenfläche des Lagerringes auf den Sternzylinder in Längsrichtung erzeugten
Kräfte aufnimmt.
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Die zur Längsrichtung der Kolben unter einem von 90" erschiedenen
Winkel verlaufende Fläche des Lagerringes dient bekanntlich dazu, eine gleitende
Reibung zwischen dem äußeren Ende des Kolbens und dem Lagerring zu vermeiden, weil
der Berührungspunkt am Kolben exzentrisch zur Längsachse des Kolbens ist und der
Kolben zusätzlich zu seinen Längsbewegungen Drehbewegungen um seine Längsachse ausführen
kann.
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Während bei einer bekannten hydraulischen- Pumpe, deren Konstruktion
mit der eingangs beschriebenen Anordnung übereinstimmt, jeweils zwei Kolben parallel
auf gegenläufig zueinander geneigte Flächen des Lagerringes einwirken,
wodurch
die Kräfte, die bestrebt sind, den Sternzylinder zu verschieben, sich gegenseitig
aufheben, ist bei der Erfin dung vorgesehen, das Entstehen derartiger Kräfte in
Kauf zu nehmen, diese Kräfte jedoch durch ein Lager, insbesondere Wälzlager, aufzunehmen.
Der Vorteil besteht darin, daß der Sternzylinder weniger Kolben aufnehmen muß als
die bekannte Anordnung, wodurch die Baugröße verkleinert werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Lager ein Radialkugellager,
durch das der Sternzylinder an der Verteilerachse gelagert ist. Ein derartiges Radialkugellager
reicht zumindest bei dem im Ausführungsbeispiel beschriebenen Hydromotor zum Abstützen
der in Längsrichtung auf den Sternzylinder wirkenden Kräfte völlig aus. Dieses Radialkugellager
bewirkt gleichzeitig die leicht drehbare Lagerung des Sternzylinders auf der Verteilerachse,
wodurch Reibungsverluste extrem niedrig gehalten werden Die Anordnung des Wälzlagers
auf der Verteilerachse erlaubt es, ein Wällager mit relativ kleinem Außendurchmesser
zu verwenden, was einer kleinen Baugröße ebenfalls zugute kommt.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Sternzylinder an seiner
mit einer Abtriebswelle verbundenen Seite durch ein Wälzlager im Gehäuse abgestützt.
Die Abtriebswelle verläßt das Gehäuse an derjenigen Seite, die der Verankerung der
Verteilerachse im Gehäuse gegenüberliegt. Durch die Lagerung des Sternzylinders
im genannten Bereich wird eine besonders reibungsarme Lagerung des Sternzylinders
und dadurch ein hoher Wirkungsgrad sichergestellt. Die Anordnung ist dabei zweckmäßig
so getroffen, daß bei solchen Ausfüh rungsformen der Erfindung, bei denen der Sternzylinder
durch insgesamt zwei Wälzlager abgestützt ist, in Achsrichtung
gesehen
sich die Bohrungen des Sternzylinders zwischen den beiden Wälzlagern befinden, wobei
die oben erwähnte, mit den äußeren Kolbenenden zusammenwirkende schräge Anlagefläche
des Lagerringes, der zweckmäßigerweise Teil eines Wälzlagers ist, so gerichtet ist,
daß das auf der Verteilerachse angeordnete Wälzlager die in Längsrichtung des Sternzylinders
wirkenden Kräfte aufnimmt.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Sternzylinder
zumindest im Bereich der Zylinderbohrungen aus einem Gleitlagermetall wie Lagerbronze
oder einem anderen geeigneten Buntmetall, und die Kolben bestehen aus Stahl, zumindest
im Bereich ihrer Kolbenfläche. Der Vorteil liegt darin, daß die Kolben äußerst leichtgängig
verschiebbar geführt sind, und insbesondere dann, wenn der gesamte Sternzylinder
aus dem genannten Gleitlagermetall besteht, auch in der einfachen Herstellung aus
einem einzigen einheitlichen Metallstück. Zu dem Reibungskoeffizienten, der zwischen
der Wandung der Zylinderbohrungen des Sternzylinders und den Kolben wirksam ist,
trägt das verwendete Druckmittel, bei dem es sich im allgemeinen um ein Mineralöl
handelt, bei.
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Die Verwendung eines Gleitlagermetalls zur erstellung des Sternzylinders
ermöglicht es auch, obwohl dies im Ausfiihrungsbeispiel nicht vorgesehen ist, den
Sternzylillder unmittelbar auf der Verteilerachse drehbar zu lagern. Das obengenannte
Wälzlager, das die durch die Schrägfläche erzeugten, auf den Sternzylinder in Längsrichtung
wirkenden Kräfte aufnimmt, könnte dann ein lediglich zur Abstützung dieser Kräfte
dienendes Lager, beispielsweise ein Axialkugellager, sein. Es wäre aber auch möglich,
diese in Langsriehtung wirkenden Kräfte durch eine unmittelbare Anlage einer Fläche
des
Sternzylinders an einer Gegenfläche des Gehäuses reibungsarm aufzunehmen. Eine derartige
Abstützung der in Längsrichtung des Sternzylinders wirkenden Kräfte könnte bei Ausführungsformen
der Erfindung auch verwirklicht werden, wenn der Sternzylinder, wie bei einer oben
beschriebenen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, auf der Verteilerachse selbst
durch ein Wälzlager drehbar gelagert ist.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß alle Zylinder
im wesentlichen in einer einzigen Ebene angeordnet sind. Sie verlaufen somit vorzugsweise
genau radial und nehmen in Längsrichtung des Hydromotors nur relativ wenig Platz
ein, so daß hierdurch die Baulänge und dadurch die Baugröße des Hydromotors kleingehalten
werden kann.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind im wesentlichen rechtwinklig
zur Achse des Sternzylinders verlaufende Innenflächen des Gehäuses dicht benachbart
angeordnet zu dazu parallelen Flächen des Sternzylinders. Hierdurch wird das Volumen
des gesamten Motors kleingehalten; außerdem wird der Innenraum des Gehäuses, in
den die äußeren Enden der Kolben ragen, klein gehalten. Dieser Innenraum ist während
des Betriebes mit dem Druckmittel, das im folgenden der Einfachheit halber immer
als Öl bezeichnet wird, gefüllt. Ist die Ölmenge klein, so entstehen auch nur kleine
Verluste durch Flüssigkeitsreibung und etwaige Wirbelbildung.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der genannte
Innenraum des Gehäuses mit dem Abflußstutzen für das Druckmittel in Verbindung steht.
Dadurch wird der Druck im Innenraum begrenzt, beim Ausführungsbeispiel etwa auf
2 bar, und es ist ein ständiger Ölstrom möglich, der die Gleitflächen der Kolben
ständig schmiert und Abrieb ständig entfernt.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung scklließen die Längsrichtungen
der Zylinderbohrungen mit der Achse des Sternzylinders einen von 90" verschiedenen
Winkel ein und die Innenfläche des Lagerrings ist eine Kreiszylinderfläche.
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Diese Ausführungsform ist deswegen besonders einfach, weil ein handelsübliches
einfaches Kugellager, dessen Innenring den Lagerring bildet, verwendet werden kann.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Lagerring, auf den
die Kolben wirken, an demjenigen Gehäuseteil radial nach-außen abgestützt, in dem
die Verteilerachse befestigt ist. Dies bietet den Vorteil, daß der Lagerring oder
das diesen enthaltende Lager, insbesondere Wälzlager, bezüglich der zu den Zylindern
führenden Kanäle der Verteilerachse die von der Konstruktion vorgesehene Stellung
einnimmt, ohne daß ein anderes Gehäuseteil eine genau definierte Stellung einnehmen
muß. Bei einer Weiterbildung der soeben beschriebenen Ausführungsform ist daher
vorgesehen, daß der Randbereich des Gehäuseteils, in dem der Lagerring angeordnet
ist, rotationssymmetrisch relativ zur Achse des Sternzylinders ausgebildet ist,
wohingegen der Lagerring exzentrisch zu der genannten Achse liegt, und daß ein weiteres,
mindestens im Verbindungsbereich mit dem erstgenannten Gehäuseteil bezüglich der
Achse des Sternzylinders rotationssymmetrisches Gehäuseteil mit dem erstgenannten
Gehäuseteil den Innenraum des Gehäuses, in dem der Sternzylinder angeordnet ist,
begrenzt. Der Vorteil liegt darin, daß als weiteres Gehäuse teil ein völlig rotationssymmetrischer
Teil verwendet werden kann, das daher besonders einfach herstellbar ist. Dieses
weitere Gehäuseteil kann bei den im Ausführungsbeispiel beschriebenen Baugrößen
auch durch Tiefziehen aus Stahlblech
hergestellt werden, wobei
beim speziellen Ausführungsbeispiel die Sitzfläche für das Kugellager zweckmäßigerweise
durch Schleifen gebildet wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche
Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln
für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der
Erfindung verwirklicht sein. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Hydromotor
eines ersten Beispiels, im linken Bereich teilweise außerhal einer Durchmesserebene
gezeichnet, Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie II-II in Fig. 3, gegenüber
Fig. 1 etwas verkleinert, Fig. 3 einen Schnitt entsprechend der Linie III-III in
Fig. 2, Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Verteilerachse, teilweise in Ansicht,
gegenüber dem Maßstab der Fig. 2 geringfügig vergrößert, Fig. 5 eine Endansicht
des Sternzylinders von links in Fig. 1, teilweise aufgebrochen, wobei ein Teil der
Verteiler;ichse ebenfalls im Schnitt dargestellt ist,
Fig. 6 einen
Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Hydromotors, wobei im Gegensatz
zur Fig. 1 der Schnitt so gelegt ist, daß keiner der Anschlüsse für die Hydraulikölleitungen
sichtbar ist.
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In Fig. 1 bilden ein Gehäuseteil 2 und ein Anschlußdeckel 4 gemeinsam
das Gehäuse eines iiydromotors 1. Der Anschlußdekkel 4 weist einen Zuflußstutzen
5 und einen Abflußstutzen 6 für das Öl auf. In einer Bohrung 7 des Anschlußdeckels
4 ist eine Verteilerachse 8 von außen eingesetzt, die im wesentlichen die Gestalt
eines zylindrischen Bolzens hat, an dessen äußerem Ende eine mit dem bolzenförmigen
Teil einstückige Platte 9 angeordnet ist, die an einer Endfläche 10 des Anschlußdeckels
4 anliegend mit diesem durch Schrauben 11 verbunden ist, wodurch die Verteilerachse
8 im Anschlußdekkel 4 unverrückbar und drehfest angeordnet ist. In eine Nut 12 der
Verteilerachse 8 ist ein 0-Ring 18 als Dichtung eingelegt. Die Verteilerachse 8
enthält zwei Längskanäle 13 und 14, deren in Fig. 1 und 4 linke Enden mit je einem
der Stutzen 5 und 6 in Verbindung stehen. Die rechten Enden münden in je einen einen
Umfangswinkelbereich des bolzenförmigen Teiles von etwa 140° einnehmenden Schlitz
15 bzw. 16, so daß das Öl gleichzeitig mehreren nachfolgend beschriebenen Zylinderbohrungen
zugeführt und von mehreren Zylinderbohrungen abgeführt wird.
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Im Inneren des durch die Teile 2 und 4 gebildeten Gehäuses ist ein
Sternzylinder 20 gelagert, in den von außen sieben radiale Zylinderbohrungen 22
eingebracht sirid, in denen jeweils ein Kolben 24 in Form eines geraten lsolzerl
an.ireolninet
ist. Der Sternzylinder 20 hat im Bereich der Kolben
24 seinen gröbsten Außendurchmesser, und ist dann in der Ansicht der Fig. 1 nach
rechts stufenförmig abgesetzt, wobei auf der ersten kreiszylindrischen Stufe 26
der Innenring eines Kugellagers 28 sitzt, dessen Außenring sich im Gehäuseteil 2
in radialer Richtung und nach rechts in Fig. 1 abstützt.
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Eine zweite kreiszylindrische Stufe 30, deren Durchmesser gegenüber
der ersten Stufe 26 abermals verringert ist, trägt einen Ring 32 aus gehärtetem
Stahl, an dessen Außenseite eine ins Gehäuseteil 2 eingelegte Dichtung 34 anliegt.
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Der Sternzylinder 20 weist eine durchgehende Bohrung 35 au£, in die
in Fig. 1 von rechts her eine Abtriebswelle 36 eingepreßt ist. Diese ragt nach außen
über das Gehäuse hinaus.
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Innerhalb des Gehäuses ragt die Abtriebswelle 36 etwa bis.
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zum Ubergang zwischen der ersten Stufe und dem die Kolben enthaltenden
Teil des Sternzylinders 20.
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An seinem in Fig. 1 an den die Kolben tragenden Teil links anschließenden
Bereich weist der Sternzylinder 20 ebenfalls eine Schulter auf, deren Außendurchmesser
jedoch größer. is.t als bei der ersten Stufe 26 auf der anderen Seite. In diesem
Bereich ist in den Sternzyli.nder 20 eine zylindrische Ausdrehung 40 eingebracht,
in die ein Kugellager 42 eingesetzt ist, dessen Außenring durch den Sternzylinder
20 radial nach außen und in Pig. 1 nach rechts abgestützt ist. Der Innenring des
Kugellagers 42 sitzt auf der Verteilerachse 8 und kann sich in Fig. 1 nach links
an einer Stützfläche 44 ds Anschlußdeckels 4 abstützen.
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Im Gehäuseteil 2 ist exzentrisch zur Drehachse des Sternzylinders
20 ein Kugellager 50 mit seinem Außen ring 51 radial nach außen und in Fig. 1 nach
rechts abgestützt, wobei die Innenfläche 52 des Innenringes 53 nicht die Form eines
geraden Kreiszylinders, sondern eines Kegelstumpfes hat, dessen Spitzenwinkel nur
wenige Grad beträgt. An dieser Innenfläche 52 liegen die balligen Endflächen 54
der Kolben 24 an. Die Spitze des Kegels des genannten Kegelstumpfes weist zu der
Seite der Abtriebswelle 36. Werden beim Betrieb des Hydromotors die Kolben 24 nach
außen gedrückt, so wird hierdurch eine Kraft erzeugt, die bestrebt ist, den Sternzylinder
20 in Fig. 1 nach links zu bewegen. Diese Kraft wird durch das Kugellager 42 aufgenommen.
Durch die Exzentrität des Kugellagers 50 wird bekanntlich die Drehbewegung des Motors
hervorgerufen.
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Der Anschlußdeckel 4 übergreift die radial außerhalb des Kugellagers
42 liegende Schulter 55 des Sternzylinders 20 nahezu vollständig mit einer Fläche
59 mit geringem Abstand und es schließt sich eine rechtwinklig zur Rotationsachse
des Sternzylinders 20 verlaufende Fläche 60 des Anschlußdekkels 4 an, die einen
geringen Abstand von etwa 1 mm von der dazu parallel verlaufenden Fläche 62 des
die Kolben tragenden Teiles des Sternzylinders 20 hat. Zu der zur Fläche 62 parallelen
Fläche 64 des Sternzylinders auf der anderen Seite der Kolben 24 verläuft ebenfalls
eine Fläche 65 des Gehäuses, hier des Gehäuseteiles 2, parallel und in kleinem Abstand.
Dadurch wird der mit Öl anfüllbare Raum 68 innerhalb des Gehäuses 2, 4, der außerhalb
der Zylinderbohrungen 22 liegt, kleingehalten.
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Der Sternzylinder 20 sitzt nicht unmittelbar auf der Außenfläche der
Verteilerachse 8 auf, sondern es besteht hier ein geringes Spiel, das jedoch so
klein ist, daß der Zwischenraum eine Spaltdichtung bildet, wodurch verhindert wird,
daß Öl in unerwünschtem Ausmaß von den gerade unter Druck stehenden Zylindern zu
den gerade drucklosen Zylindern strömen kann.
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Während des Betriebs füllt sich der Raum 68 im Ausführungsbeispiel
innerhalb weniger Minuten mit Öl. Damit der Öldruck in diesem Raum nicht allzu sehr
ansteigt, wodurch die Stabilität des Gehäuses beeinträchtigt werden könnte, steht
dieser Raum über eine Bohrung 70, siehe Fig. 2 und 3, mit dem Abflußstutzen 6 in
Verbindung.
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Der Anschlußdeckel 4 und das Gehäuseteil 2 sind mittels Schrauben
74 miteinander fest verbunden. Ein 0-Ring 76, der in eine Außennut eines rohrförmigen
Ansatzes 78 eingesetzt ist, der mit einer Zylinderfläche 80 des Gehäuseteiles 2
zusammenwirkt, dichtet den Raum 68 nach außen zuverlässig ab.
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Der Motor 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat einen maximalen Durchmesser
des Gehäuses von 115 mm und des Sternzylinders 20 von 63 mm. Die übrigen Abmessungen
können der mabstäblichen Zeichnung entnommen werden. Der Motor ist für einen Öldruck
von 200 bar (200 000 hPa) bei einem Restdruc-k vom Ablaufstutzen von etwa 2 bar
(2000 hPa) vorgesehen. Die Schluckmenge, das ist der Ölverbrauch pro Umdrehung,
beträgt 1,89 cm3/Umdrehung. Die Drehzahl beträgt bis zu 4000 Umdrehungen pro Minute
und die Leistung bis zu 2 kW. Der Motor ist für Antriebe von Hilfsgeräten in Kraftfahrzeugen
gedacht;
daher ist eine kleine Baugröße wichtig und die Tatsache, daß der Motor praktisch
absolut dicht gegen das Austreten von Öl ist.
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Der Motor 101 in Fig. 6 unterscheidet sich von dem oben beschriebenen
Motor im wesentlichen nur durch die nachfolgend beschriebenen Einzelheiten. Während
beim Ausführungsbeispiel nach Fig 1 das Gehäuseteil 2 das exzentrisch zur Verteilerachse
8 angeordnete Kugellager 50 radial nch außen abstützt und daher in einer genau bestimmten
Drehstellung mit dem als Gehäusedeckel 4 bezeichneten Gehäuseteil verbllnden werden
muß, was durch Schrauben 74 erfolgt, dient beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6
bei dem dort gezeigten Motor 101 das Gehäuseteil 104 sowohl zur drehfesten Halterung
der Verteilerachse 8 als auch zur definierten Lagerung, inbesondere zur Abstützung
radial flach außen, für das Kugellager 150, dessen Innenring 153 eine kreiszylindrische
Innenfläche aufweist, an der sich die Kolben 124 mit ihren nach außen gerichteten
Endflächen abstützen. Im Gegensatz zu Fig. 1 verläuft die Längsrichtung der Kolben
124 nicht genau radial bezüglich der Längsrichtung der Verteilerachse 8 bzw.
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der Achse des Sternzylinders 120, sondern unter einem Winkel von wenigen
Grad, im Beispiel von etwa 4" nach der der Abtriebswelle 36 zugewandten Seite (von
innen nach außen) geneigt.
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Das Gehäuseteil 104 ist als Gußteil aus Aluminium hergestellt und
in seinem nach rechts weisenden Randbereich, der das Kugellager 150 nach rechts
überragt, genau rotationssymmetrisch bezüglich der Achse des Sternzylinders 120.
Das Gehäuseteil 102 ist im Gegensatz zum Gehä3teil 2 der Fig. 1 genau rotationssymmetr
isch ausgebildet und ebenfalls
als Gußteil aus Aluminium hergestellt.
Ein Vorsprung 103 des Gehäuseteils 102 wird von dem oben erwähnten Randbereich 195
des Gehäuseteils 104 übergriffen, und ein in eine Nut des Vorsprungs 103 eingelegter
0-Ring 176 bewirkt die Abdichtung des Innenraums 168 nach außen. Es kommt beim Montieren
des Motors 101 nicht auf die Drehstellung des Gehäuseteils 102 an, da es rotationssymmetrisch
ist. Die beiden Gehäuseteile sind daher im Ausführungsbeispiel nicht mit Schrauben
verbunden, sondern durch eine Umbördelung 174 aus Blech miteinander verbunden. Ein
Vorteil liegt darin, daß für die Verbindung in radialer Richtung nur wenig Platz
benötigt wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht in der Reduktion des Gewichts und in
geringeren Herstellungskosten. Wenn die Umbördelung mit einem elastischen Kunststoff
oder einem anderen geeigneten Dichtmaterial ausgekleidet ist, kann sie zusätzlich
eine Dichtfunktion übernehmen. Abweichend vom Ausführungsbeispiel der Fig. 6 kann
der Gehäusedeckel 102 durch Tiefziehen aus einem Stahlblechteil mit einer Dicke
von etwa 1,5 mm hergestellt werden. Die Stützflächen für das Kugellager 128 werden
dabei zweckmäßigerweise geschliffen. Bei einem derart tigen Gehäusedeckel aus Blech
kann der Randbereich so ausgebildet sein, daß er durch Umbördeln unmittelbar die
Verbindung mit dem Gehäuseteil 104 herstellt, so daß für die Bördelverbinung kein
separates Teill benötigt wird.
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Im Beispiel der Fig. 6, die im gleichen Maßstab wie Fig. 1 gezeichnet
ist, ist der Motor 101 etwa 92 mm lang und daher etwas kürzer als der Motor 1. Der
Durchmesser der Kolben 124 beträgt 8,6 mm, es sind insgesamt fünf Kolben vorgesehen;
die Schluckmenge beträgt etwa 2 cm3/Umdrehung und ist daher etwas größer als bei
dem Motor 1.
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Im übrigen stimmen die Punktionen des linken Gehäuseteils 4 in Fig.
1 und 104 in Fig. 6 sowie des rechten Gehäuseteils 2 in Fig. 1 bzw. 102 in Fig.
6 überein; insbesondere bildet das rechte Gehäuseteil 102 die radial nach außen
wirkende Abstützung für das Kugellager 128, dessen Funktion mit dem Kugellager 28
übereinstimmt.
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