液壓靜力的徑向活塞機(jī)和用于液壓靜力的徑向活塞機(jī)的活塞的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種徑向活塞機(jī)和一種用于徑向活塞機(jī)的活塞，其中，可沿徑向方向運(yùn)動的活塞通過輥子沿沖程環(huán)的沖程面引導(dǎo)。輥子液壓靜力地通過在輥子保持架的滑動支承面中的壓力槽來支承。壓力槽的幾何如此選擇，使得一方面減少了泄露，而另一方面通過增大液壓靜力的和液壓動態(tài)的面部段來改進(jìn)側(cè)向支承。
【專利說明】液壓靜カ的徑向活塞機(jī)和用于液壓靜カ的徑向活塞機(jī)的活
塞
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的液壓靜カ的徑向活塞機(jī)和一種用于這種徑向活塞機(jī)的活塞。
【背景技術(shù)】
[0002]在EP 0 524 437 Al中示出了ー種徑向活塞機(jī)，其中在氣缸體中可沿徑向方向調(diào)節(jié)地引導(dǎo)多個活塞。這些活塞與氣缸孔一起界定出工作腔室，其體積隨著活塞的沖程而改變。氣缸可旋轉(zhuǎn)地支承在殼體中，其中活塞的遠(yuǎn)離工作腔室的端部部段通過輥子支承在沖程環(huán)上。這個不能相對轉(zhuǎn)動地與殼體相連接的沖程環(huán)具有ー沖程面，該沖程面在氣缸體旋轉(zhuǎn)時確定了活塞的沖程。到各個工作腔室的壓カ介質(zhì)入口和出口通過閥板控制。這種液壓機(jī)械既可以作為泵又可以作為發(fā)動機(jī)運(yùn)行。
[0003]各個輥子在現(xiàn)有技術(shù)中液壓靜カ地支承在作為活塞的一部分的輥子保持架中，其中每個輥子由輥子保持架沿徑向方向以大于180°的圓周角圍繞并且因此沿徑向方向被固定。輥子保持架設(shè)計有滑動支承面，在該滑動支承面中設(shè)計有液壓靜カ的壓カ槽，該壓カ槽與工作腔室形成壓カ介質(zhì)連接，從而從節(jié)流效應(yīng)和縫隙效應(yīng)方面看，在該壓カ槽中存在大致與工作腔室中壓カ相等的壓力。
[0004]在根據(jù)EP 0 524 437 Al的徑向活塞機(jī)中，輥子在一大角度范圍中液壓靜カ地支承。液壓靜カ的壓カ在此當(dāng)然不僅作用于輥子，而且也作用在活塞的滑動支承面上。如果在一大角度范圍上存在壓力，那么活塞在輥子ー側(cè)的區(qū)域通過壓力、例如通過輥子而彎折。此夕卜，輥子在沖程面上滾動時受到カ加載，該カ大致垂直于沖程面并且因此具有垂直于由活塞軸線和輥子軸線形成的平面的分量，而且因此側(cè)向地將輥子壓到輥子保持架的壁上。為了避免由于所述的效應(yīng)、特別是在高壓的情況下在輥子和輥子保持架的另ー壁之間出現(xiàn)大縫隙，在根據(jù)EP 0 524 437 Al的徑向活塞機(jī)中活塞具有凹槽。該凹槽使得，如果輥子在輥子保持架的最深位置處壓靠到活塞上，所述活塞在位于輥子的側(cè)向區(qū)域針對作用于其的壓力向內(nèi)返回擺動，則活塞在中心變?nèi)?。因此，如果壓カ槽在一大角度范圍上延伸，則因此經(jīng)由在輥子和活塞之間的縫隙的泄漏很小。
[0005]然而不利的是，活塞在輥子保持架的底部上變?nèi)?，并且由此特別是在大負(fù)載并且因此在高壓カ的情況下，在輥子和活塞之間的油膜的形成變得更困難并且可能是不完全的。
[0006]在US 5，979，295中公開了ー種徑向活塞機(jī)，其中輥子保持架由兩個在兩側(cè)接到活塞上的圓柱體扇形的殼部段形成。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]相應(yīng)地，本發(fā)明的目的是:實現(xiàn)ー種具有良好效率的徑向活塞機(jī)和ー種用于這種徑向活塞機(jī)的活塞。[0008]所述目的在徑向活塞機(jī)方面通過權(quán)利要求1的特征組合實現(xiàn)，而在活塞方面通過并列的權(quán)利要求11的特征實現(xiàn)。
[0009]本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的主題。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，徑向活塞機(jī)具有氣缸體，在該氣缸體中可徑向移動地引導(dǎo)多個活塞，其中活塞分別與氣缸孔界定出工作腔室?；钊謩e通過輥子支承在沖程環(huán)上，從而活塞在沖程環(huán)和氣缸體之間相對運(yùn)動時進(jìn)行ー沖程。輥子可旋轉(zhuǎn)地容納在輥子保持架中并且在此被液壓靜カ地去負(fù)載，其中在滑動支承面中設(shè)計有環(huán)形的液壓靜カ的壓カ槽，該壓カ槽優(yōu)選地通過供給通道與各個工作腔室相連接。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，壓カ槽以下述方式定位在滑動支承面中:即使在徑向活塞機(jī)的不利的運(yùn)行條件下，在輥子的外周和滑動支承面之間形成的縫隙也不或僅略微地朝向壓カ槽打開，從而能大大減少開頭所述的泄漏。通過減小一壓カ槽位于其中一的角度范圍，在此還實現(xiàn)了，活塞上受壓カ加載的面更小，并且活塞的側(cè)向區(qū)域更少地通過輥子彎折。因此相對于減少泄漏的已知方法，使得角度范圍的減小程度相對較小就足夠了，這是因為不僅壓力槽轉(zhuǎn)向更小縫隙寬度的方向，而且縫隙也不再如此遠(yuǎn)地達(dá)到內(nèi)部。
[0012]因此特別是在具有實心的、而不帶內(nèi)部凹部的活塞的徑向活塞機(jī)中，實現(xiàn)了輥子的良好的液壓靜カ去負(fù)載，而且也實現(xiàn)了在輥子和活塞之間改進(jìn)地形成液壓動態(tài)的油膜。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的解決方案不同于傳統(tǒng)解決方案，在傳統(tǒng)解決方案中始終嘗試通過在盡可能大的圓周區(qū)域上延伸的液壓靜カ的壓カ槽來確保各個輥子的盡可能最佳的液壓靜力支承。以令人吃驚的方式顯示出:通過有意容許用于液壓靜カ支承的略微減小的作用面，通過明顯減少的泄漏，能夠特別在高壓情況下顯著改進(jìn)徑向活塞機(jī)的效率。這相對于傳統(tǒng)解決方案也伴隨實現(xiàn)了摩擦損耗的顯著減少，其中這種改進(jìn)在發(fā)動機(jī)運(yùn)行和泵運(yùn)行中都存在。
[0014]如果壓カ槽關(guān)于由活塞軸線和輥子軸線形成的平面在滑動支承面的+/-60度的角度范圍內(nèi)延伸，也就是說如果壓カ槽不超過小于/等于60度的從平面出發(fā)所測得的角度，那么就可以進(jìn)一歩改進(jìn)泄漏的減少和流體膜形成的改進(jìn)以及與之伴隨實現(xiàn)的摩擦損耗的減少。術(shù)語“角度范圍”在此理解為如在后面說明的圖2中所示出的角度。
[0015]如果壓カ槽在ー種角度范圍內(nèi)形成，該角度范圍沿滑動支承面的圓周方向在+/-60度和+/-30度之內(nèi)延伸，也就是說如果——壓カ槽位于其中——的角度范圍不大于120度且不小于60度，則可以進(jìn)ー步改進(jìn)徑向活塞機(jī)的效率。因此也就是說壓カ槽在ー種極端情況下可以向平面的兩側(cè)從零至六十度延伸，并且在另ー種極端情況下可以向平面的兩側(cè)從零至三十度延伸。特別是，角度范圍應(yīng)該關(guān)于由活塞軸線和輥子軸線形成的平面最大在+/-55度之間和最小在+/-30度之間延伸，也就是說最大為110度,而最小為60度。
[0016]如果輥子保持架與活塞裙一體構(gòu)成，則活塞的構(gòu)造特別簡單。
[0017]在本發(fā)明的ー種特別優(yōu)選的實施方式中，其包括進(jìn)ー步改進(jìn)的液壓靜カ支承，壓力槽沿輥子軸線的方向的延伸距離大于沿圓周方向的延伸距離。
[0018]在本發(fā)明的一種實施方式中，輥子保持架形狀配合地圍繞相應(yīng)的輥子，從而輥子被不會丟失地被容納。
[0019]液壓靜カ的壓カ槽可以設(shè)計為長形的，其具有兩個大致平行于輥子軸線延伸的直的槽部段和兩個將該直的槽部段連接在一起的彎曲的槽部段。[0020]在這種變體中，供給槽可以通入直的槽部段中。
[0021]如果活塞在連接到輥子保持架上的部分中設(shè)計為實心的，那么可以進(jìn)ー步減少形成變形和與之伴隨的縫隙形成。
[0022]在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，氣缸體可旋轉(zhuǎn)地布置，且沖程環(huán)固定在殼體上。然而在動力學(xué)的相反方面，也可以使沖程環(huán)旋轉(zhuǎn)，而氣缸體保持靜止。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的用于徑向活塞機(jī)的活塞具有輥子保持架，在該輥子保持架上設(shè)計有一帶有環(huán)形的液壓靜カ的壓カ槽的滑動支承面，其中該壓カ槽沿圓周方向在ー種角度范圍內(nèi)延伸，其最大寬度為小于或等于+/-60度，優(yōu)選為小于或等于+/-55度，但不小于+/-30度。
[0024]活塞優(yōu)選為實心的，而沒有內(nèi)部凹部。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]下面根據(jù)示意性附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施例。
[0026]圖中示出了:
圖1示出了徑向活塞機(jī)的非常簡化的截面圖，
圖2示出了根據(jù)圖1的徑向活塞機(jī)的細(xì)節(jié)視圖，
圖3示出了根據(jù)圖1的徑向活塞機(jī)的輥子保持架的俯視圖，和 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的徑向活塞機(jī)與傳統(tǒng)的徑向活塞機(jī)的膜厚度和泄漏的比較。
【具體實施方式】
[0027]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的徑向活塞機(jī)I的徑向截面圖，在其未示出的多部分的殼體中可旋轉(zhuǎn)地支承了氣缸體2。該氣缸體具有內(nèi)輪齒4，該內(nèi)輪齒與驅(qū)動軸或從動軸(根據(jù)機(jī)器的運(yùn)行模式)嚙合。在氣缸體2中設(shè)計有多個氣缸孔6，在其中在沒有間隙的情況下分別可移動地引導(dǎo)ー實心的活塞8。該活塞與各個氣缸孔6界定出工作腔室10，該工作腔室能通過未示出的閥機(jī)構(gòu)或控制裝置交替地與低壓或高壓相連接。在每個活塞8的遠(yuǎn)離工作腔室10的活塞裙上設(shè)計有ー輥子保持架12，在該輥子保持架中可旋轉(zhuǎn)地支承輥子14，該輥子在沖程環(huán)18的沖程面16上滾動，該沖程環(huán)設(shè)置在殼體上或者形成殼體的一部分。
[0028]圖2示出了徑向活塞機(jī)I的部分區(qū)域，該徑向活塞機(jī)具有氣缸孔6、在其中可移動的活塞8和在沖程環(huán)18的沖程面16上滾動的輥子14?；钊?與氣缸孔6界定出工作腔室10，該工作腔室根據(jù)氣缸體2的旋轉(zhuǎn)角度位置與高壓或低壓相連接。
[0029]根據(jù)圖2，輥子保持架12與活塞8 一體構(gòu)成并且利用其在根據(jù)圖3的俯視圖中可良好看出的側(cè)壁20、22以大于180°的圓周角圍繞輥子14的外周，從而該輥子沿徑向方向被固定。輥子保持架12在此形成圓柱體扇形的滑動支承面24，其直徑等于輥子14的直徑。為了對輥子14液壓靜カ地去負(fù)載或支承，在滑動支承面24中設(shè)計有一環(huán)形的液壓靜カ的壓カ槽26，該壓カ槽在所示出的實施例中通過兩個平行于輥子軸線28延伸的直的槽部段30,32和兩個將所述直的槽部段連接在一起的彎曲的槽部段34、36形成。后者在所示出的實施例中圓弧形地彎曲。在所示出的實施例中，活塞直徑與輥子直徑之間的比例約為1.2至 1.4。
[0030]在根據(jù)圖3的視圖中，壓カ槽26的長度I明顯大于其寬度b。壓カ槽26通過供給通道38與工作腔室10相連接，從而在壓カ槽26中存在與在工作腔室10中大致相等的壓力。在所示出的實施例中，供給通道38平行于活塞軸線40延伸(圖2)。
[0031]在根據(jù)圖2的側(cè)視圖中，壓カ槽26沿滑動支承面24的圓周方向在圖2中以A表示的區(qū)域上延伸，該區(qū)域明顯比傳統(tǒng)的解決方案中更窄。關(guān)于在圖2中垂直于繪圖平面延伸的并且通過活塞軸線40和輥子14的縱軸線28延伸的平面，該區(qū)域A向兩側(cè)在ー個——
在圖2和3中所示實施例中為45度的-角度a上延伸。通常角度a最大為60度，優(yōu)
選最大為55度，且最小為30度。特別有利的是，角度a在40度和50度之間。壓カ槽26的寬度b在根據(jù)圖3的視圖中相對較小，這引起了后面說明的優(yōu)點。
[0032]為了說明而指出:徑向活塞機(jī)I作為發(fā)動機(jī)運(yùn)行并且在工作腔室10中存在相對較高的壓力。通過在工作腔室10中的這種壓力使得輥子14被壓向沖程面16，從而基于沖程面16的調(diào)整，力Fn作用于輥子14。在根據(jù)圖2的視圖中，該カFn向右壓輥子14，從而該輥子克服輥子保持架12的橫向力Ft被支承。由于輥子保持架12和輥子14的不可避免的變形，在根據(jù)圖2的視圖中在左側(cè)打開了大致為錸刀形的縫隙42，該縫隙在開頭所述的現(xiàn)有技術(shù)中會導(dǎo)致泄漏。根據(jù)本發(fā)明，角度a并且進(jìn)而區(qū)域A這樣選擇:從壓カ槽26到縫隙42的泄漏被降低到最小。在根據(jù)圖2的視圖中看出，壓カ槽26正好還在縫隙42之下延伸并且因此基本上不會形成壓カ介質(zhì)連接，由此使泄漏大大減少。在此明顯的是，還不能完全避免泄漏。然而，通過壓カ槽26關(guān)于在不利運(yùn)行條件下最大可預(yù)期的縫隙42的合適的相對定位，可以十分明顯地減少這種泄漏。
[0033]在壓カ槽26的方案中還要重視的是，輥子14在以A和B表示的區(qū)域中被液壓靜カ地支持，并且在以C表示的區(qū)域中形成液壓動態(tài)的油膜。區(qū)域B和C在根據(jù)圖2的視圖中在由壓カ槽26圍繞的區(qū)域之外延伸，其中相對于傳統(tǒng)解決方案增大的有效的面區(qū)域B在發(fā)動機(jī)啟動時形成側(cè)面支承。其中相對于傳統(tǒng)解決方案増大的有效的面區(qū)域B在發(fā)動機(jī)開動時用作側(cè)面支承。附加地，在旋轉(zhuǎn)期間側(cè)向地形成大的支承區(qū)域(B+C)，該支承區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)，形成厚的液壓動態(tài)的油膜。該液壓動態(tài)的油膜在活塞8的做功沖程期間和返回沖程期間將沖程輥子(Hubrolle) 14和在輥子保持架12的側(cè)面區(qū)域中的支承面64有效分開。換句話說，通過在相對較小的角度范圍A (2a )中設(shè)計壓カ槽26，使得對于側(cè)向的液壓靜カ的和液壓動態(tài)的支承重要的面區(qū)域B和C相對于開頭所述解決方案明顯増大，從而在泄漏減少的情況下在發(fā)動機(jī)開動期間和在發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間明顯減少摩擦。
[0034]這根據(jù)圖4說明。
[0035]圖4a示出ー圖表，其中活塞上的泄漏ル作為滑動速度V的函數(shù)在傳統(tǒng)的和根據(jù)本發(fā)明的徑向活塞機(jī)中進(jìn)行對比，其中記錄了不同壓カ(IOObar, 200bar, 300bar)的曲線。用虛線示出的曲線表示傳統(tǒng)的徑向活塞機(jī)的泄漏，實線則表示根據(jù)本發(fā)明的徑向活塞機(jī)的泄漏?？梢悦黠@看出，在根據(jù)本發(fā)明的徑向活塞機(jī)中的泄漏明顯少于在傳統(tǒng)的徑向活塞機(jī)中的泄漏。
[0036]圖4b示出ー圖表，其中對比在區(qū)域C中的根據(jù)本發(fā)明的徑向活塞機(jī)和傳統(tǒng)的徑向活塞機(jī)的最小膜厚度d。在該圖表中，膜厚度作為在不同壓カ(IOObar, 200bar, 300bar)下的滑動速度V的函數(shù)被記錄。用虛線示出的曲線表示傳統(tǒng)的徑向活塞機(jī)的膜厚度，實線則表示根據(jù)本發(fā)明的徑向活塞機(jī)的膜厚度。可以明顯看出，在根據(jù)本發(fā)明的徑向活塞機(jī)中的膜厚度在相似的壓カ范圍內(nèi)始終大于在傳統(tǒng)的徑向活塞機(jī)中的膜厚度。[0037]根據(jù)圖4a和4b的圖表基于具有48度的角度a的活塞。48度的角度a也是ー個優(yōu)選的角度。
[0038]根據(jù)由 申請人:進(jìn)行的實驗，可以通過根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造相對于傳統(tǒng)解決方案實現(xiàn)了泄漏在40%至75%的范圍中的減少，其中相對于現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)在更高壓カ下特別明顯。摩擦損耗特別是可以在泵模式中相對于傳統(tǒng)解決方案減少了 50%至75%。當(dāng)然在此要重視的是，摩擦在機(jī)器啟動時可能由于縮小的、通過壓カ槽26確定的支承面而略大于在傳統(tǒng)解決方案中。然而根據(jù)本發(fā)明可以容忍這個缺點，這是因為前述的優(yōu)點遠(yuǎn)遠(yuǎn)占主要地位。
[0039]公開了ー種徑向活塞機(jī)和一種用于徑向活塞機(jī)的活塞，其中，可沿徑向方向運(yùn)動的活塞通過輥子沿沖程環(huán)的沖程面引導(dǎo)。輥子液壓靜カ地通過在輥子保持架的滑動支承面中的壓カ槽來支承。壓カ槽的幾何這樣選擇:一方面減少了泄露，而另ー方面通過增大液壓靜カ的和液壓動態(tài)的面部段來改進(jìn)側(cè)向支承。
[0040]附圖標(biāo)記列表:
I徑向活塞機(jī)
2氣缸體 4內(nèi)輪齒 6氣缸孔 8活塞 10工作腔室
12輥子保持架 14輥子 16沖程面 18沖程環(huán) 20側(cè)壁 22側(cè)壁 24滑動支承面 26壓カ槽 28軸線 30直的槽部段 32直的槽部段 34彎曲的槽部段 36彎曲的槽部段 38供給槽 40活塞軸線 42縫隙
【權(quán)利要求】
1.液壓靜カ的徑向活塞機(jī)(1)，其具有氣缸體(2)，在所述氣缸體中能徑向移動地引導(dǎo)多個活塞(8)，所述活塞分別與氣缸孔(6)界定出工作腔室(10)并且分別通過輥子(14)支承在沖程環(huán)(18)上，從而所述活塞在所述沖程環(huán)(18)和氣缸體(2)之間相對運(yùn)動時進(jìn)行ー沖程，其中所述輥子(14)能旋轉(zhuǎn)地在例如設(shè)計為氣缸區(qū)段的輥子保持架(12)上液壓靜力地支承，并且在滑動支承面(24)中設(shè)計有液壓靜カ的壓カ槽(26)，所述壓カ槽與相應(yīng)的工作腔室(10)形成壓カ介質(zhì)連接，其特征在于，所述壓カ槽(26)以下述方式定位:在徑向活塞機(jī)運(yùn)行中在所述輥子(14)的外周和所述滑動支承面(24)之間打開的縫隙(42)不與或僅略微與所述壓カ槽(26)形成壓カ介質(zhì)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓靜カ的徑向活塞機(jī)，其中，所述壓カ槽(26)布置在所述滑動支承面(24)的ー種角度范圍內(nèi)，所述角度范圍關(guān)于由活塞軸線(40)和輥子軸線(28)形成的平面最大在+/-60度之間延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓靜カ的徑向活塞機(jī)，其中，所述壓カ槽(26)沿所述滑動支承面(24)的圓周方向在ー種角度范圍內(nèi)延伸，所述角度范圍關(guān)于由活塞軸線(40)和輥子軸線(28)形成的平面最大在+/-55度之間和最小在+/-30度之間延伸。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的液壓靜カ的徑向活塞機(jī)，其中，所述輥子保持架(12)與所述活塞(8)的活塞裙一體構(gòu)成。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的液壓靜カ的徑向活塞機(jī)，其中，所述壓カ槽(26)沿所述輥子軸線(28)的方向的延伸距離大于沿圓周方向的延伸距離。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的液壓靜カ的徑向活塞機(jī)，其中，所述輥子保持架(12)形狀配合地圍繞所述輥子(14)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的液壓靜カ的徑向活塞機(jī)，其中，所述壓カ槽(26)設(shè)計有兩個大致平行于所述輥子軸線(28)延伸的直的槽部段(30、32)和兩個將所述直的槽部段連接在一起的彎曲的槽部段(34、36 )。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的液壓靜カ的徑向活塞機(jī)，其中，將所述工作腔室(10)與所述壓カ槽(26)連接在一起的供給槽(38)在所述直的槽部段(20、32)的區(qū)域中通入。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的液壓靜カ的徑向活塞機(jī)，其中，所述活塞(8)在連接到所述輥子保持架(12)上的部分中設(shè)計為實心的，而沒有中心凹部。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的液壓靜カ的徑向活塞機(jī)，其中，所述氣缸體(2)旋轉(zhuǎn)，所述沖程環(huán)(18)是殼體固定的。
11.用于徑向活塞機(jī)(I)的活塞，其具有輥子保持架(12)，在所述輥子保持架上設(shè)計有一帶有環(huán)形的壓カ槽(26)的滑動支承面(24)，所述壓カ槽在ー種角度范圍內(nèi)延伸，所述角度范圍關(guān)于由活塞軸線(40)和輥子軸線(28)形成的平面最大在+/-60度之間、優(yōu)選地最大在+/-55度之間和最小在+/-30度之間延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的活塞，其中，所述活塞(8)在連接到所述輥子保持架(12)上的部分中設(shè)計為實心的，而沒有中心凹部。
【文檔編號】F03C1/04GK103562544SQ201280025284
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月23日
【發(fā)明者】D.尼爾遜, P.伊薩克森, A.瓦爾格倫 申請人:羅伯特·博世有限公司