DE3709389A1 - Kolbenmotor, insbesondere radialkolbenmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenmotor, mit einem Gehäuse, mit in dem Gehäuse verstellbaren Kolben und mit einer in dem Gehäuse gelagerten Abtriebswelle, die eine als Steuerzapfen mit Steuernuten und Verbindungsleitungen ausgebildete zweite Lagerstelle aufweist, wobei der Steuerzapfen in einer Lager­ buchse gelagert ist, welche in das Gehäuse eingesetzt und von diesem umgeben ist.

Kolbenmotore, die in der Regel mit Öl betrieben werden, sol­ len bei gleichem Schluckvolumen möglichst gleiche Drehzahl im kalten und im warmen Zustand besitzen. Dies bedeutet, zwangsläufig auftretendes Lecköl soll im kalten und im war­ men Zustand gleich sein. Diese Forderung läßt sich jedoch bei den bekannten Kolbenmotoren nicht oder nur bedingt ver­ wirklichen. Wird der Steuerzapfen in einer Lagerbuchse aus Grauguß gelagert, so besteht die Gefahr, daß er bei hohen Temperaturen klemmt. Außerdem ist eine Lagerbuchse aus die­ sem Material wegen ihrer relativ schlechten Lagereigenschaf­ ten nicht besonders hoch belastbar. Gleiches gilt für eine Lagerbuchse aus Stahl. Wird der Steuerzapfen in einer Lager­ buchse aus Aluminium gelagert, so kann eine Verklemmung im kalten Zustand auftreten. Um eine geeignete Werkstoffpaarung zwischen dem Steuerzapfen und der Lagerbuchse und damit so­ wohl im kalten als auch im warmen Zustand gleiche Steuer­ spiele einhalten zu können, hat man auch schon vorgeschla­ gen, den Steuerzapfen als gesondertes Teil auszubilden und an der Antriebswelle zu befestigen. Eine derartige Konstruk­ tion ist jedoch relativ aufwendig und teuer.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenmotor der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der bei gleichem Schluckvolumen möglichst eine gleiche Dreh­ zahl bei unterschiedlichen Temperaturbereichen besitzt, wo­ bei dies mit einfachen Mitteln erreicht werden soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Lagerbuchse aus einem Gleitlagerwerkstoff besteht, und daß die Lagerbuchse von einem Grauguß- oder Stahlring umgeben ist, wobei der Ring derart dimensioniert ist, daß die Wärme­ dehnung von Ring und Lagerbuchse zusammen wenigstens annä­ hernd so groß ist wie die Wärmedehnung des Steuerzapfens.

Durch die erfindungsgemäße Kombination bzw. Zuordnung der einzelnen Teile und Werkstoffe lassen sich nunmehr erfin­ dungsgemäß die Spaltgrößen zwischen den Steuerkanten und Steuernuten in dem Steuerzapfen und der Lagerbuchse bei un­ terschiedlichen Temperaturen nahezu gleich halten. Zwar dehnt sich ein Gleitlagerwerkstoff im allgemeinen bei höhe­ ren Temperaturen wesentlich mehr aus als z. B. Grauguß oder Stahl, aus dem im allgemeinen der Steuerzapfen besteht, aber dadurch, daß die Lagerbuchse von dem Grauguß- oder Stahlring umgeben ist, wird die Lagerbuchse an einer zu starken Ausdeh­ nung gehindert. Praktisch bildet der Ring ein festes Korsett um die Lagerbuchse. Da sich jedoch bei höheren Temperaturen auch der Steuerzapfen ausdehnt, ist es jedoch erforderlich, den Ring um die Lagerbuchse so zu dimensionieren, daß, unter Berücksichtigung der niederen Temperaturen in diesem Be­ reich und des Druckes der Lagerbuchse auf dem Ring aufgrund der Dehnung der Lagerbuchse, der Ring und die Lagerbuchse zu­ sammen wenigstens annähernd die gleiche Wärmedehnung wie der Steuerzapfen erhalten. Dies bedeutet, daß Ring und Lagerbuch­ se zusammen im geringen Umfange "atmen", die Lagerbuchse je­ doch an einer ihrem normalen Ausdehnungskoeffizienten ent­ sprechenden Ausdehnung gehindert ist. Auf diese Weise blei­ ben die Steuerspiele zwischen der Lagerbuchse und dem Steuer­ zapfen auch bei verschiedenen Temperaturen gleich.

In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß der Grauguß- oder Stahlring einen Teil des Gehäuses bildet. Dies bedeutet, daß der Ring aus dem gleichen Werk­ stoff wie das Gehäuse besteht und in einfacher Weise mit die­ sem als eine Einheit hergestellt ist.

Im allgemeinen wird es jedoch erforderlich sein, daß zur Er­ reichung der gewünschten Dehnbarkeit des Ringes eine Durch­ messerreduzierung des Gehäuses oder eine sonstige Schwächung des Materials für eine gewünschte Dehnung im Bereich der Steuerzapfen vorgenommen wird. In dem Gehäuse selbst sind nämlich die Radialkolben gelagert, weshalb im übrigen Be­ reich das Gehäuse einen entsprechend großen Durchmesser benö­ tigt.

Eine Durchmesserreduzierung des Gehäuses kann auf verschiede­ ne Weise erreicht werden. So ist z. B. ein stufenförmiger Ab­ satz im Gehäuse möglich. Ebenso kann die Dehnbarkeit des Rin­ ges durch im Bereich des Steuerzapfens wenigstens annähernd achsparallel zur Längsachse des Steuerzapfens verlaufende und über den Umfang des Gehäuses verteilte Bohrungen, Ta­ schen, Ausnehmungen, Einbuchtungen o. dgl. gebildet werden.

In einer einfachen Ausgestaltung können dabei die Bohrungen, Taschen, u. dgl. von der deckelseitigen Stirnseite des Gehäu­ ses aus eingebracht sein.

Als Gleitlagerwerkstoff für die Lagerbuchse ist z. B. Alu­ minium oder eine Aluminiumlegierung sehr gut geeignet.

In vorteilhafter Weise wird man den Ring und das Gehäuse aus Grauguß herstellen, denn dieses Material ist auch sehr gut zur Bildung der Zylinderwände für die Radialkolben geeignet, wodurch gesonderte Zylinder entfallen können.

Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, daß die Lager­ buchse gleichzeitig auch den Deckel für das Gehäuse und für den Steuerzapfen bildet. Auf diese Weise erfüllt die Lager­ buchse zwei Funktionen.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung aus de­ nen weitere erfindungsgemäße Vorteile und Merkmale hervorge­ hen anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Radialkolbenmotor,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht einer anderen Ausgestaltung des Radial­ kolbenmotores von der Deckelseite aus gesehen (im verkleinerten Maßstab).

Der erfindungsgemäße Radialkolbenmotor ist grundsätzlich von bekannter Bauart, weshalb nachfolgend nur auf die für die Er­ findung wesentlichen Teile näher eingegangen wird. Der Motor weist ein Gehäuse 1 mit einem Deckel 2 auf. In dem Gehäuse 1 und dem Deckel 2 ist eine Exzenterwelle 3 mit einem Exzenter 4 gelagert. Die Exzenterwelle 3 besitzt auf einer Seite ei­ nen Abtriebszapfen 5, der in einem Wälzlager 6 gelagert ist. Auf der anderen Seite des Exzenters 4 befindet sich die zwei­ te Lagerstelle, welche als Gleitlager ausgeführt ist, denn diese Lagerstelle ist gleichzeitig auch als Steuerzapfen 7 zur Steuerung des Druckmittels, im allgemeinen Öl, ausgebil­ det. Das Gleitlager umgibt dabei den Steuerzapfen 7 als La­ gerbuchse 13, wobei die Lagerbuchse 13 gleichzeitig auch den Deckel 2 bildet, bzw. einstückig mit diesem ist. Der Deckel 2 ist durch mehrere über den Umfang verteilte Schrauben mit dem Gehäuse 1 verbunden.

Um den Exzenter 4 befindet sich über den Umfang des Gehäuses 1 gleichmäßig verteilt in entsprechenden Bohrungen des Gehäu­ ses angeordnete Kolben 8, welche in radialer Richtung ver­ schiebbar sind. In der Fig. 1 ist der obere Kolben darge­ stellt, kurz bevor dessen Kolbenraum über eine Druckleitung 9 mit Öl zur Erzeugung eines Arbeitshubes versehen ist. Durch Schraubdeckel 15 sind die Kolbenräume jeweils nach außen abgedichtet. Im unteren Bereich des Gehäuses 1 befin­ det sich eine Ölauslaßleitung 10. Zusätzlich kann gegebenenfalls noch eine zweite Auslaßleitung 10 A vorgesehen sein.

Von einer Öleinlaßbohrung 11 aus wird über nicht näher darge­ stellte Zuleitungen Öl in eine Umfangsnut bzw. Ringnut 12 in den Steuerzapfen 7 eingeleitet. Von der Ringnut 12 aus führt eine Verbindungsbohrung in Form einer Schrägbohrung 16 zu ei­ ner segmentartigen Druckversorgungsnut 14 zur Ölversorgung der jeweiligen Kolbenräume. In derselben Ebene des Steuer­ zapfens 7 befindet sich auf der anderen Hälfte, d. h. gegen­ überliegend der Druckversorgungsnut 14 eine ebenfalls seg­ mentartige Entsorgungsnut (nicht dargestellt) für die Kolben­ räume, wobei die Druckversorgungsnut 14 und die Entsorgungs­ nut durch einen Steg voneinander getrennt sind. Von der Ent­ sorgungsnut aus führt eine nicht dargestellte Schrägbohrung zu einer weiteren Umfangsnut 17, von der aus eine ebenfalls nicht dargestellte Leitung zu der Auslaßöffnung 10 und gegebenenfalls zu der Auslaßöffnung 10 A führt. Die Verbindung zwischen der Druckversorgungsnut 14 und der jeweiligen Druckleitung 9 für jeden Radialkolben 8 stellt jeweils eine Radialbohrung 18 in der Lagerbuchse 13 her.

Die Lagerbuchse 13 besteht aus Aluminiumvakuumguß als Gleit­ lagerwerkstoff. Die Antriebswelle 3 mit dem Steuerzapfen 7 besteht aus Stahl und das Gehäuse 1 besteht aus Grauguß.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, umgibt die Lagerbuchse 13 ein Ring 19, welcher mit dem Gehäuse 1 einstückig ist. Der Ring weist jedoch einen deutlich geringeren Durchmesser auf als der Bereich des Gehäuses 1, in welchem die Radialkol­ ben 8 gelagert sind. Dies wird durch einen stufenförmigen Ab­ satz 20 erreicht.

Außen- und Innendurchmesser des Ringes 19 und ebenso Außen- und Innendurchmesser der Lagerbuchse 13 sind so aufeinander abgestimmt, daß sie bei einer Temperaturerhöhung zusammen ei­ ne Wärmeausdehnung erhalten, die wenigstens annähernd der Wärmeausdehnung des Steuerzapfens 7 entspricht. Da sich die Lagerbuchse 13 wesentlich stärker ausdehnen möchte, wirkt hierbei der Ring 19 als Korsett bzw. wie ein Spannring, wo­ bei der Ring 19 jedoch so dimensioniert sein muß, daß er in geringem Umfange "atmet", damit die gewünschte gleiche Wärme­ dehnung erreicht wird. Mit anderen Worten, das Gehäuse 1 wird im Bereich des Steuerzapfens 7 entsprechend geschwächt.

Statt einer Durchmesserreduzierung des Ringes 19 kann die Schwächung des Gehäuses in diesem Bereich auch durch andere Maßnahmen erreicht werden.

Zwei dieser Möglichkeiten sind beispielsweise in der Fig. 3 aufgezeigt. Wie ersichtlich, weist dabei das Gehäuse 1 auch im Bereich des Steuerzapfens wenigstens annähernd seinen ur­ sprünglichen Durchmesser auf. Um die gewünschte Dehnung des Ringes 19 jedoch zu erhalten, sind von der deckelseitigen Stirnseite aus über den Umfang verteilt eine Vielzahl von Sackbohrungen 21 eingebracht. Die Sackbohrungen reichen da­ bei wenigstens annähernd über die gesamte Länge des Steuer­ zapfens. In der Fig. 1 sind die Sackbohrungen 21 und der ur­ sprüngliche Gehäusedurchmesser gestrichelt angedeutet.

Statt Bohrungen 21 können selbstverständlich auch Aussparun­ gen, Ausnehmungen 22 oder dgl., wie in der Fig. 3 rechts oben gestrichelt dargestellt, vorgesehen werden.

Claims (10)

1. Kolbenmotor, insbesondere Radialkolbenmotor, mit einem Ge­ häuse, mit in dem Gehäuse verstellbaren Kolben und mit einer in dem Gehäuse gelagerten Antriebswelle, die eine als Steuer­ zapfen mit Steuernuten und Verbindungsleitungen ausgebildete zweite Lagerstelle aufweist, wobei der Steuerzapfen in einer Lagerbuchse gelagert ist, welche in das Gehäuse eingesetzt und von diesem umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (13) aus einem Gleitlagerwerkstoff besteht, und daß die Lagerbuchse von einem Grauguß- oder Stahlring (19) umgeben ist, wobei der Ring derart dimensioniert ist, daß die Wärmedehnung von Ring (19) und Lagerbuchse (13) zu­ sammen wenigstens annähernd so groß ist wie die Wärmedehnung des Steuerzapfens (7).

2. Kolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grauguß- oder Stahlring (19) einen Teil des Gehäuses (1) bildet.

3. Kolbenmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (19) durch eine Durchmesserreduzierung des Gehäuses (1) im Bereich des Steuerzapfens (7) gebildet ist.

4. Kolbenmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesserreduzierung durch einen stufenförmigen Absatz (20) im Gehäuse ( 1) gebildet ist.

5. Kolbenmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnbarkeit des Ringes (19) durch im Bereich des Steuer­ zapfens (7) wenigstens annähernd achsparallel zur Längsachse des Steuerzapfens (7) verlaufende über den Umfang des Gehäu­ ses (1) verteilte Bohrungen (21) oder Taschen (22) gebildet ist.

6. Kolbenmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen, Taschen, Aussparungen o. dgl. (21 bzw. 22) von der deckenseitigen Stirnseite des Gehäuses (1) aus einge­ bracht sind.

7. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (13) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegie­ rung besteht.

8. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (19) und das Gehäuse (1) aus Grauguß bestehen.

9. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (13) gleichzeitig den Deckel (2) für das Ge­ häuse (1) und den Steuerzapfen (7) bildet.

10. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerzapfen (7) aus Stahl besteht.