DE4114846A1 - Kolbenmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenmotor nach der in Anspruch 1 näher definierten Art.

Ein Kolbenmotor dieser Art ist z. B. in der DE-OS 37 16 163 beschrieben.

Ein derartiger Radialkolbenmotor wird häufig bei Kraftfahrzeugen zum Antrieb von Nebenagregaten verwen­ det. Der vorbekannte Kolbenmotor arbeitet bei einem bestimmten Druck mit einem stets konstanten Volumen­ durchsatz. Dies bedeutet, daß stets eine gleichblei­ bende Abtriebsleistung bzw. Abtriebsdrehmoment vor­ handen ist, und zwar unabhängig vom Bedarf des Ver­ brauchers.

Bei Axialkolbenmotoren ist es bekannt, Volumendurch­ satzänderungen durch Änderungen der Schrägstellung der Taumelscheibe zu erreichen. Der Volumendurchsatz bzw. das Schluckvolumen von Flügelzellenmotoren kann durch eine Verschiebung des äußeren Ringes erreicht werden. Die bekannten Radialkolbenmotoren können jedoch nur durch aufwendige Hubverstellungen bezüglich ihres Vo­ lumendurchsatzes geändert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenmotor, insbesondere einen Radialkolbenmo­ tor, der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß auf relativ einfache Weise der Volumendurchsatz und damit das Abtriebsdrehmoment geändert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale ge­ löst.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Druckver­ sorgungsnut läßt sich das Schluckvolumen der jeweili­ gen Belastung anpassen; d. h. der Volumendurchsatz läßt sich bei unverändertem Hub der Kolben und unveränder­ ter Bohrungsgröße für die Kolben praktisch bei glei­ chem oder annähernd gleichem Druck ändern. Je nach der axialen Lage der Abtriebswelle wird nämlich die Fül­ lung der Zylinder bzw. der Kolbenräume früher oder später beendet. Befindet sich z. B. die Verbindungsboh­ rung seitlich so verschoben im Bereich der schrägen Seitenwand derart, daß während der Rotation der Ab­ triebswelle vorzeitig die Verbindungsbohrung aus dem Bereich der Druckversorgungsnut gelangt, so wird die Befüllung der Kolbenräume früher abgeschlossen. Zwar wird damit gleichzeitig auch der Druck in den Kolben­ räumen abgebaut und es stellt sich ein gewisser Unter­ druck ein, aber beim Ausschieben des Druckmittels, im allgemeinen Öl, stellt sich wieder der gewünschte Druck ein.

In vorteilhafter Weise wird man die Druckversorgungs­ nut derart ausgestalten, daß die Breite der Druckver­ sorgungsnut an dem von der größeren Ausgangsbreite ab­ gewandten Ende wenigstens annähernd dem Durchmesser oder Querschnitt der Verbindungsbohrung entspricht.

Durch diese Ausgestaltung wird ein kontinuierlicher Übergang von einer minimalen Drehmomentabgabe bis zu einer maximalen Größe, die der Größe von ungeregelten Radialkolbenmotoren entspricht, erreicht.

Aus Dichtigkeitsgründen zwischen der Druckversorgungs­ nut und der Entsorgungsnut wird man im allgemeinen die Druckversorgungsnut nur über einen Umfangsbereich von 150 bis 170° vorsehen.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn vorgesehen ist, daß die Schrägstellung der Seitenwand derart gewählt ist, daß die Verstellung der Abtriebswelle proportional zu dem Drehmomentbedarf eines Verbrauchers ist.

Durch diese Ausgestaltung erfolgt die Verstellung der Abtriebswelle proportional zur Belastung, d. h. propor­ tional zu dem abzugebenden Drehmoment, womit eine ein­ fache Regelung des Verschiebeweges der Abtriebswelle gegeben ist.

Zur Verstellung der Abtriebswelle, was im allgemeinen nur in einer Größenordnung von wenigen Millimetern sein wird, z. B. 1-3 mm, sind die verschiedenartigs­ ten Verstellglieder, wie z. B. mechanischer, hydrau­ lischer oder pneumatischer Art möglich.

Die Verstellglieder können dabei von außen her durch elektrische oder elektronische Stellglieder je nach Wunsch bzw. Bedarf separat verstellt werden.

Eine einfachere Verstellung, welche selbstregelnd aus­ gebildet sein kann, kann darin bestehen, daß die Ver­ stellglieder hydraulische Verstellkolben aufweisen, die mit dem Zulaufdruck zu dem Kolbenmotor beauf­ schlagbar sind.

Dies bedeutet, daß man zur Verschiebung der Abtriebs­ welle keine Fremdenergie benötigt.

Dabei kann vorgesehen sein, das die Verstellkolben in axialer Richtung des Kolbenmotores verschiebbar sind und an einer radialen Kolbenanlagefläche der Abtriebs­ welle oder einem mit der Abtriebswelle verbundenen Teil angreifen.

Auf diese Weise läßt sich die Abtriebswelle sehr ein­ fach verstellen.

Eine Selbstregelung wird erreicht, wenn vorgesehen ist, daß an eine gegen die Kolbenanlagefläche gerich­ tete Anschlagfläche eine federartige Einrichtung ange­ preßt ist.

Durch die federartige Einrichtung, z. B. Tellerfedern, wird ein Gegendruck erzeugt. Sinkt der Druck im System ab, so wird der Volumendurchsatz erniedrigt, während umgekehrt bei einem Ansteigen des Druckes der Volumen­ durchsatz durch eine entsprechende Verschiebung der Abtriebswelle gesteigert wird.

Dabei erfolgt die Verschiebung druckproportional. In diesem Falle ist zwar ein geringer Druckunterschied erforderlich, um den gewünschten Steuerdruck zu er­ halten, aber bei Verwendung von ensprechend hohen Drücken, z. B. 200 bar, kann sich der Druckunterschied auf wenige Bar beschränken. Dies bedeutet, daß sich dieser Druckunterschied nicht nachteilig auswirkt.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 Einen Längsschnitt durch einen erfindungsge­ mäßen Radialkolbenmotor nach der Linie I-I der Fig. 2;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Radialkolbenmotor;

Fig. 3 eine Ausschnittsvergrößerung des erfindungsge­ mäßen Steuerzapfens;

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 3 (in vergrößerter Darstellung und ohne Exzen­ ter);

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 3;

Fig. 7 eine Ansicht des Steuerzapfens entsprechend der Ansicht nach Fig. 1 in vergrößerter Dar­ stellung;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen Radialkolben­ motor von geringfügig anderer Bauart mit einer Verstelleinrichtung.

Obwohl nachfolgend nur ein Radialkolbenmotor von grundsätzlich bekannter Bauart beschrieben ist, wobei nur auf die erfindungsgemäßen Teile näher eingegangen wird, ist die Erfindung grundsätzlich auch für einen Axialkolbenmotor mit entsprechenden artentypischen Ab­ änderungen geeignet.

Der dargestellte Radialkolbenmotor weist ein Gehäuse 1 mit einem Deckel 2 auf. In dem Gehäuse 1 und dem Dek­ kel 2 ist gemäß Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1, 2 und 8 eine Abtriebswelle 3 mit einem Exzenter 4 angeordnet.

Die Abtriebswelle 3 besitzt auf einer Seite einen Ab­ triebszapfen 5 mit einem Gleitlager 6 als erste Lager­ stelle. Auf der anderen Seite des Exzenters befindet sich die zweite Lagerstelle, welche ebenfalls als Gleitlager ausgebildet ist. Im Bereich der zweiten La­ gerstelle ist auch einen Steuerzapfen 7 zur Steuerung des Druckmittels angeordnet. Auf dem Exzenter 4 ist zusätzlich noch ein Ring und eine Lagerbuchse 24 vor­ gesehen.

Entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 ist der Steuerzapfen 7 in dem Deckel 2 gelagert. Selbstverständlich kann dieser jedoch auch direkt in dem Gehäuse gelagert sein und der Gehäusedeckel be­ findet sich auf der anderen Seite (siehe Fig. 8). Ebenso muß der Steuerzapfen 7 mit der Abtriebswelle 3 nicht einstückig sein.

In der Ebene des Exzenters 4 befinden sich über diesem und über den Umfang gleichmäßig verteilt in Bohrungen des Gehäuses angeordnete Kolben 8, welche in radialer Richtung verschiebbar sind. Über Druckleitungen 9 und dazugehörige Verbindungsbohrungen 20 wird Öl in Abhän­ gigkeit von der Stellung des rotierenden Steuerzapfens 7 in die Kolbenräume dar Kolben eingeleitet. Im unte­ ren Bereich des Gehäuses 1 befindet sich eine Ölaus­ laßleitung 10, wobei im Bedarfsfalle gegebenfalls auch eine zweite Auslaßleitung 10a vorhanden sein kann.

Der erfindungsgemäße Steuerzapfen 7 ist in den Fig. 3 bis 7 deutlicher dargestellt. Die in den Fig. 3 bis 6 dargestellte Lage des Steuerzapfens 7 zeigt je­ weils Ansichten bzw. Schnitte, die gegenüber der in der Fig. 1 dargestellten Ansicht des Steuerzapfens 7 um 90° gedreht sind.

Über eine in der Fig. 3 nur prinzipmäßig gestrichelt dargestellte Zuleitung 11 (siehe auch Fig. 2) wird Druckmittel in eine Umfangsnut bzw. Ringnut 12 in den Steuerzapfen 7 eingeleitet. Von der Ringnut 12 aus führt eine Verbindungsbohrung in Form einer Schrägboh­ rung 13 mit einer Einlaßöffnung 22 zu einer segmentar­ tigen Druckversorgungsnut 14.

Auf der gleichen Ebene des Steuerzapfens 7 befindet sich auf der anderen Hälfte, d. h. der Druckversor­ gungsnut 14 gegenüberliegend, eine ebenfalls segment­ artige Entsorgungsnut 15.

Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, sind die Druckver­ sorgungsnut 14 und die Entsorgungsnut 15 in üblicher Weise durch einen Steg 16 voneinander getrennt, der den Steuerzapfen 7 zur Abdichtung vollständig durch­ setzt. Er weist parallel zueinander verlaufende Längs­ seiten auf, nämlich eine vordere Längsseite 23A und eine hintere Längsseite 23B - jeweils bezogen auf die Drehrichtung des Steuerzapfens 7 (siehe auch Teile in den Fig. 5 und 7). Die Gesamtlänge der Druckversor­ gungsnut 14 kann sich über einen Bereich von Null bis 150° oder maximal ca. 170° erstrecken.

Von der Entsorgungsnut 15 aus führt ebenfalls eine Schrägbohrung 17 zu einer weiteren Umfangsnut 18, von der aus durch eine ebenfalls nur gestrichelt darge­ stellte Leitung 19, z. B. über den Freiraum hinter der hinteren Stirnseite der Abtriebswelle 3, zu der Aus­ laßöffnung 10 bzw. 10A führt.

Das von einer vorgeschalteten Pumpe kommende Drucköl gelangt über eine Einlaßöffnung 11A in das Gehäuse 1 des Motores und von da aus über die Leitung 11 in die Ringnut 12. Die Weiterleitung des Druckmittels erfolgt über die Schrägbohrung 13 und die Druckversorgungsnut 14 in die drei Verbindungsbohrungen 20 in dem Deckel 2, an die sich jeweils die schrägen Druckleitungen 9 für jeden Kolben 8 anschließen. Dies bedeutet, daß für jeden der drei Kolben 8 eine Verbindungsbohrung 20 und eine daran sich anschließende schräge Druckbohrung 9 vorgesehen ist.

In der in den Fig. 3 und 5 dargestellten Position befindet sich der druckbeaufschlagte Kolben gerade über dem Steuerzapfen 7. Aus der unteren und links dargestellten Verbindungsbohrung 20 wird jeweils nach dem Arbeitshub der Kolben 8 das Öl ausgestoßen. Dabei wird es in die Entsorgungsnut 15 geleitet, von wo aus es über die Schrägbohrungen 17 und die Umfangsnut 18 und die Leitung 19 das Gehäuse 1 über den Auslaß 10 und gegebenenfalls 10A verläßt.

Wie aus der Fig. 1 und insbesondere aus der vergrößer­ ten Darstellung in der Fig. 7 ersichtlich ist, ist eine Seitenwand 25 der Druckversorgungsnut 14 gegen­ über der senkrecht zur Längsachse 26 der Antriebswelle 5 gerichteten Achse schräg gestellt. Die zweite Sei­ tenwand liegt in üblicher Weise senkrecht zur Längs­ achse 26. In der Fig. 7 ist zusätzlich auch der Ver­ lauf der Seitenwand gestrichelt dargestellt, wie er beim Stand der Technik der Fall ist d. h., beim Stand der Technik sind beide Seitenwände parallel zueinan­ der.

Die Schrägstellung der Seitenwand 25 ist dabei so ge­ wählt, daß die Breite der Druckversorgungsnut 14 in Drehrichtung (siehe Pfeil) abnimmt. Die Ausgangsbreite bei Nutbeginn 27 ist dabei deutlich größer als der Querschnitt bzw. der Durchmesser der Verbindungsboh­ rung 20. Der Durchmesser der Verbindungsbohrungen 20 ist in der Fig. 7 gestrichelt eingezeichnet. Am Nut­ ende 28, d. h. auf der dem Nutbeginn 27 gegenüberlie­ genden Seite besitzt die Verbindungsnut noch eine Breite, die annähernd dem Durchmesser der Verbindungs­ bohrung 20 entspricht. Die Seitenwand 25 verläuft li­ near von dem Nutbeginn 27 bis zum Nutende 28. Die Ge­ samtlänge der Druckversorgungsnut 14 erstreckt sich über ca. 160°.

Die Abtriebswelle 3 ist zusammen mit dem einstückig ausgebildeten Steuerzapfen 7 in axialer Richtung ver­ schiebbar, wozu die Lager als Schwimmbüchsen ausgebil­ det sind und zusammen mit der Abtriebswelle 5 verscho­ ben werden. Da nur Verschiebewege von wenigen Millime­ tern erforderlich sind, führt dies weder zu konstruk­ tiven Problemen noch zu einer nennenswert größeren Baulänge. Wird die Abtriebswelle 3 in der Zeichnung nach links verschoben, so befinden sich die Öffnungen der Verbindungsbohrungen 20 im Bereich der schrägen Seitenwand 25 (siehe Fig. 7) und gelangen auf diese Weise während der Rotation früher aus dem Bereich der Druckversorgungsnut 14. Dies bedeutet, daß die Befül­ lung der Kolbenräume für die Kolben 8 früher beendet wird. Lediglich dann, wenn die Abtriebswelle 3 ganz nach rechts verschoben wird, und sich die Öffnungen der Verbindungsbohrungen 20 in dem Bereich zwischen der linken Seitenwand und der gestrichelten Linie in der Fig. 7 befinden, wird eine maxmale Befüllung von Anfang bis Ende erreicht.

Die Verstellung der Abtriebswelle 5 ist beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 8 darge­ stellt. Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 8 ist grundsätzlich von gleicher Bauart, weshalb für gleiche Teile auch die gleichen Bezugszeichen verwendet wer­ den. Lediglich der Gehäusedeckel 2 befindet sich auf der anderen Seite und statt einer Umfangsnut 18 und eine Leitung 19 wird in diesem Falle das Druckmittel durch eine Axialbohrung 29 in einen Raum vor der hin­ teren Stirnseite der Abtriebswelle 3 bzw. des Steuer­ zapfens 7 geleitet, wovon es zu dem Auslaß 10 gelangt.

In dem Gehäuse 1 sind sich gegenüberliegend in den freien Bereichen zwischen den Kolben 8 Verstellkolben 30 vorgesehen, die sich in entsprechenden Bohrungen in dem Gehäuse 1 befinden. Die Verstellkolben 30 weisen auf einer Seite jeweils einen Kolbenraum 31 auf, der jeweils über eine Ringnut 32 im Gehäuse und Bohrungen 33 mit der Druckversorgungsnut 14 verbunden ist. Dies bedeutet von der Druckversorgungsnut 14, die unter dem Zulaufdruck steht, wird Druckmittel abgezweigt, womit die Verstellkolben 30 mit ihren vorderen Stirnflächen gegen eine Axialscheibe 34 gedrückt werden, die eine radiale Kolbenanlagefläche an dem Exzenter bildet. Auf der anderen Seite des Exzenter 4 befindet sich eben­ falls eine Scheibe 35, an der das Lager 6, das als Schwimmbüchse ausgebildet ist, anliegt. Auf der ander­ en Seite des Lagers 6 ist eine weitere Axialscheibe 36 angelegt, auf die eine Tellerfeder 37 als federartige Einrichtung drückt. Mit ihrem anderen Ende ist die Tellerfeder 37 an dem Deckel 2 abgestützt.

Die Tellerfeder 37 erzeugt einen Gegendruck zu den Anpreßdrücken der Verstellkolben 30.

Aus der Fig. 8 ist weiterhin auch ersichtlich, daß von der Druckversorgungsnut 14 auch Bohrungen 38 , 39 und 40 zur Versorgung der Gleitlager mit Schmieröl abzwei­ gen.

Selbstverständlich ist die dargestellte Verstellein­ richtung zur axialen Verschiebung der Abtriebswelle 3 nur beispielsweise anzusehen. Im Bedarfsfalle sind für deren Verstellung auch noch andere Verstellmöglichkei­ ten denkbar.

Die Verstellmöglichkeit nach der Fig. 8 ist durch die Versorgung der Kolbenräume 31 mit dem Zulaufdruck selbstregelnd. In Abhängigkeit von dem Druck erfolgt durch die Tellerfedern 37 oder die Verstellkolben 30 eine entsprechende Verschiebung der Antriebswelle in axialer Richtung. Bei einem entsprechend hohen Druck wird die Abtriebswelle 3 entgegen der Kraft der Tel­ lerfeder 37 nach links verschoben, womit die Öffnungen der Verbindungsbohrungen 20 in den Bereich der geraden Seitenwand 25 geraten, und damit ein größerer Befül­ lungsgrad der Kolbenräume erreicht wird, woraus eine entsprechende Druckregelung solange erfolgt, bis wie­ der ein Gleichgewichtszustand erreicht wird und die Abtriebswelle 3 eine entsprechende Zwischenposition einnimmt. Bei entsprechend niedrigem Druck überwiegt die Kraft der Tellerfedern 37, womit die Abtriebswelle 3 nach rechts bis in den Bereich der schrägen Seiten­ wand 25 für eine minimale Befüllung der Kolbenräume verschoben wird.

Bezugszeichenliste

 1 Gehäuse
 2 Deckel, Gehäusedeckel
 3 Abtriebswelle
 4 Exzenter
 5 Abtriebszapfen
 6 Lager, Gleitlager
 7 Steuerzapfen
 8 Kolben
 9 Druckbohrung, Druckleitungen
10 Ölauslaßleitung
10A Druckmittelausgangsleitung
11 Leitung, Zuleitung
11A Einlaßöffnung
12 Ringnutöffnung
13 Schrägbohrung
14 Druckversorgungsnut
15 Entsorgungsnut
16 Steg
17 Schrägbohrung
18 Nutende, Umfangsnut
19 Leitung
20 Verbindungsbohrung
21 -
22 Einlaßöffnung
23A vordere Längsseite
23B hintere Längsseite
24 Lagerbuchse
25 Seitenwand
26 Längsachse
27 Nutbeginn
28 Nutende
29 Axialbohrung
30 Verstellkolben
31 Kolbenräume
32 Verbindungskanäle
33 Bohrung
34 Kolbenanlagefläche/Axialscheibe
35 Scheibe
36 Anschlagfläche, Axialscheibe
37 Tellerfeder
38-40 Bohrungen

Claims (10)

1. Kolbenmotor, insbesondere Radialkolbenmotor, mit einem Gehäuse verstellbaren Kolben und mit einer in dem Gehäuse gelagerten Abtriebswelle, wobei die Ab­ triebswelle mit einem Steuerzapfen versehen ist, wel­ cher eine mit einer Druckmittelzuführung verbundene segmentartige Druckversorgungsnut für die Kolben und eine segmentartige Entsorgungsnut, die mit einer Druckmittelausgangsleitung zur Druckmittelabfuhr ver­ bunden ist, aufweist, wobei die Kolbenräume jeweils über Verbindungsbohrungen während der Rotation der Ab­ triebswelle mit der Druckversorgungsnut verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seitenwand (25) der Druckversorgungsnut (14) ge­ genüber der senkrecht zur Längsachse der Abtriebswelle (3) gerichteten Achse derart schräggestellt ist, daß die Breite der Druckversorgungsnut (14), ausgehend von einem Maß, das größer ist als der Durchmesser oder der Querschnitt der Verbindungsbohrung (20), in Drehrich­ tung der Abtriebswelle (3) abnimmt, und daß die Ab­ triebswelle (3) über eine Verstelleinrichtung (30) in axialer Richtung verstellbar ist.

2. Kolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Druckversorgungsnut (14) an dem von der größeren Ausgangsbreite abgewandten Nutende (18) we­ nigstens annähernd dem Durchmesser oder Querschnitt der Verbindungsbohrung (20) entspricht.

3. Kolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Druckversorgungsnut über einen Umfangsbereich von Null bis 150°, maximal bis 170° erstreckt.

4. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägstellung der Seitenwand (25) derart gewählt ist, daß die Verstellung der Abtriebswelle (3) propor­ tional zu dem Drehmomentenbedarf eines Verbrauchers ist.

5. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung mechanische Verstellglieder aufweist.

6. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung hydraulische oder pneumatische Verstellglieder (30) aufweist.

7. Kolbenmotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellglieder (30) durch elektronische Steuer­ glieder betätigbar sind.

8. Kolbenmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellglieder Verstellkolben (30) aufweisen, die mit dem Zulaufdruck zu dem Kolbenmotor beaufschlagbar sind.

9. Kolbenmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellkolben (30) in axialer Richtung des Kol­ benmotors verschiebbar sind und an einer radialen Kol­ benanlagefläche (34) der Abtriebswelle (3) oder einem mit der Abtriebswelle verbundenen Teil angreifen.

10. Kolbenmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an eine gegen die Kolbenanlagefläche (34) gerichtete Anschlagfläche (Axialscheibe 36) eine federartige Ein­ richtung (37) angepreßt ist.