DE102010032057B4

DE102010032057B4 - Radialkolbenmaschine und Kolben für eine derartige Radialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102010032057B4
Application number: DE102010032057.9A
Authority: DE
Inventors: Dr. Breuer David
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2030-07-24
Also published as: US20130209301A1; US9556866B2; DE102010032057A1; EP2596241A2; WO2012010241A3; CN103201513B; WO2012010241A2; CN103201513A

Abstract

Radialkolbenmaschine mit einem gehäusefesten Hubring (2), an dem eine Vielzahl von in einem drehbar gelagerten Zylinderstern (8) geführte Kolben (12) mit jeweils einer Rolle (20) abgestützt ist, die über eine Lagerschale (22) drehbar an einem Kolbenfuß (18) gelagert ist, wobei eine Verliersicherung für die Rolle (20) im Wesentlichen durch die Lagerschale (22) gebildet ist, dadruch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (22) durch einen Niet (26) am Kolbenfuß (18) befestigt ist, wobei der Niet (26) einen Durchgangskanal (28) zur Fluidversorgung des Lagerbereiches hat.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und einen für eine Radialkolbenmaschine geeigneten Kolben.
Eine derartige Radialkolbenmaschine und ein derartiger Kolben sind beispielsweise aus der DE 39 19 456 C2 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine Radialkolbenmaschine mit einem gehäusefesten Hubring, der beispielsweise mit einer Kurvenbahn oder exzentrisch zu einem drehbar gelagerten Zylinderstern angeordnet sein kann. In dem Zylinderstern ist eine Vielzahl von Kolben in Radialrichtung verschiebbar geführt, wobei diese jeweils mittels einer Rolle am Hubring abgestützt sind. Diese Rolle ist bei den bekannten Lösungen über eine Lagerschale drehbar an dem Kolbenfuß gelagert, wobei eine Verliersicherung des Kolbens dadurch erfolgt, dass der Kolbenfuß die Rolle um mehr als 180° umgreift, so dass die Rolle in Radialrichtung gesichert ist. Problematisch bei dieser Lösung ist, dass ein erheblicher Aufwand zur Bearbeitung des Kolbenfußes erforderlich ist, da die umkragende Ausgestaltung des Kolbenfußes nicht durch einfaches Schleifen erfolgen kann, sondern durch Querfräsen oder Stoßen ausgeführt sein muss. Diese Fertigungsmethoden sind vergleichsweise ungenau, so dass ein exakter Lagerschalensitz im Kolbenfuß nicht gewährleistet werden kann. Im ungünstigsten Fall kann es zu einem Lagerschalenbruch kommen.
Eine ähnliche Ausgestaltung eines Kolbenfußes ist auch in der DE 39 26 185 C2 offenbart. Auch bei dieser Variante ist die Rolle 1 durch eine Umkragung des Kolbenfußes gesichert.
Die US 2009/0183629 A1 zeigt einen Kolben, bei dem die Umkragung nicht durch spanabhebende Bearbeitung ausgebildet wird sondern durch einen Crimpvorgang. Bei einer Variante ist bei dieser bekannten Kolbenanordnung auch die Lagerschale um mehr als 180° um die Rolle herumgezogen - all diese Lösungen erfordern es jedoch, den Kolbenfuß crimpfähig auszugestalten. Durch die erforderliche Vercrimpung ist der Fertigungsaufwand ebenfalls erheblich, wobei eine Crimpsicherung ein geeignetes Kolbenmaterial voraussetzt, so dass im Hinblick auf die Materialwahl gewisse Grenzen gesetzt sind.
Aus der DE 22 15 315 A ist eine Radialkolbenmaschine mit mehreren Kolben bekannt. Die Kolben weisen eine gesonderte Lagerschale auf, die formschlüssig gegen Verlieren am Kolben gesichert ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Radialkolbenmaschine und einen für eine derartige Radialkolbenmaschine geeigneten Kolben zu schaffen, bei denen eine Rolle auf einfache Weise gegen Verlieren gesichert ist.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die Radialkolbenmaschine durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine hat einen gehäusefesten Hubring, an dessen Hubbahn eine Vielzahl von in einem drehbar gelagerten Zylinderstern bewegbare Kolben über jeweils eine Rolle abgestützt ist. Jede Rolle ist über eine Lagerschale drehbar an einem Kolbenfuß gelagert. Erfindungsgemäß wird die Verliersicherung im Wesentlichen durch die Lagerschale ausgebildet. D.h. gemäß der Erfindung wird die Funktion der Verliersicherung von den schwierig zu bearbeitenden Kolben auf die Lagerschale verlegt, die als vergleichsweise flächiges Bauelement wesentlich einfacher zu bearbeiten ist.
Bei einer Variante der Erfindung umgreift die Lagerschale die Rolle mit einem Umfangswinkel von mehr als 180° - mit anderen Worten gesagt, die Lagerschale umkragt die Rolle, so dass diese in Radialrichtung gesichert ist.
Bei dieser Variante wird es bevorzugt, dass eine Aufnahme im Kolbenfuß für die Lagerschale die Rolle um maximal 180° umgreift - d.h. der Kolbenfuß ist nicht mit einer Umkragung ausgeführt, so dass die Lagerschalenaufnahme sehr einfach, beispielsweise durch Einstechschleifen hergestellt werden kann. Durch diese einfache Bearbeitung kann die Lagerschalenaufnahme sehr präzise gefertigt werden, so dass ein Lagerschalenbruch durch nicht ordnungsgemäße Abstützung nahezu ausgeschlossen ist.
Bei der Erfindung ist die Lagerschale durch einen Niet mit dem Kolbenfuß verbunden.
Als besonders einfache Lösung hat sich herausgestellt, wenn der Niet als Blindniet ausgeführt ist.
Die Lagefixierung der Lagerschale im Kolbenfuß ist besonders zuverlässig, wenn diese durch Kleben und durch Nieten am Kolbenfuß befestigt ist.
Um die Reibung und einen Verschleiß im Bereich der Rollenlagerung zu minimieren, ist der Niet mit einem Kanal zur Fluidversorgung des Lagerbereiches ausgeführt.
Diese Fluidversorgung kann über eine Kolbenbohrung erfolgen, die mit dem Kanal des Niets in Druckmittelverbindung steht.
Zur weiteren Minimierung der Reibung kann in der Lagerschale ein hydrostatisches Feld ausgebildet sein, das über den Kanal mit Druckmittel versorgt wird.
Vorzugsweise umkragt die Lagerschale die Rolle, d.h. sie umgreift zumindest einen Abschnitt der Rolle um mehr als 180°.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Schnitt einer Axialkolbenmaschine;
2 Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kolbens für eine derartige Radialkolbenmaschine;
3 Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Radialkolbenmaschine und
4 ein hydrostatisches Feld zur Reibungsminimierung für die Kolben gemäß den Kolben 2 und 3.

1 zeigt einen Diagonalschnitt einer Radialkolbenpumpe, wobei der Einfachheit halber aufgrund des symmetrischen Aufbaus lediglich eine Hälfte des Schnittes dargestellt ist. Eine derartige Radialkolbenpumpe hat einen in einem Gehäuse - nicht gezeigt - gelagerten Hubring 2, dessen Innenumfangsfläche als Kurvenbahn 4 ausgebildet ist. Innerhalb des Hubrings 2 ist ein drehfest mit einer Pumpenwelle 6 verbundener Zylinderstern 8 gelagert, in dem eine Vielzahl von sich in Radialrichtung erstreckenden Zylinderbohrungen 10 ausgebildet sind. In jeder Zylinderbohrung 10 ist ein Kolben 12 in Radialrichtung des Zylindersterns 8 verschiebbar geführt. Dieser Kolben 12 begrenzt gemeinsam mit der Zylinderbohrung 10 einen Arbeitsraum 14, dessen Volumen durch den Kolbenhub bestimmt ist. Dieser Arbeitsraum 14 ist über einen Druckmittelkanal 16 sowie nicht dargestellte Einlass- und Auslassventile mit einem Tank oder einem Druckanschluss verbindbar, so dass bei einem Expansionshub des Kolbens 12 Druckmittel in den Arbeitsraum 14 und bei einem Kompressionshub Druckmittel aus dem Arbeitsraum 14 heraus zum Druckanschluss gefördert wird.
Jeder Kolben hat einen Kolbenfuß 18, an dem eine zylinderförmige Rolle 20 drehbar gelagert ist, die während der Rotation des Zylindersterns 8 entlang der Kurvenbahn 4 abrollt. Diese ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel wellenförmig ausgeführt, so dass jeder Kolben 12 während eines Umlaufs mehrere Kolbenhübe durchführt. Anstelle einer derartigen wellenförmigen Kurvenbahn 4 kann selbstverständlich auch eine andere Geometrie verwendet werden. Prinzipiell ist das erfindungsgemäße Konzept auch bei einer Radialkolbenpumpe mit Exzenterantrieb verwendbar, bei der die Pumpenwellenachse und die Hubringachse versetzt sind.
Die Rolle 20 ist über eine Lagerschale 22 im Kolbenfuß 18 aufgenommen. Im Unterschied zum Stand der Technik erfolgt die Verliersicherung der Rolle 20 nicht durch eine Umkragung des Kolbenfußes 18 sondern über die Lagerschale 22. Dies wird anhand der Einzeldarstellungen eines Kolbens in den 2 und 3 erläutert.
2a zeigt eine dreidimensionale, stark schematisierte Darstellung eines einzigen Kolbens 12 der Radialkolbenmaschine 1 aus 1. Dementsprechend ist der Kolben 12 im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt und trägt an seinem arbeitsraumseitigen Endabschnitt einen in eine Ringnut (siehe 1) eingesetzten Dichtring 23, über den der Arbeitsraum 14 radial nach außen abgedichtet ist. In den in 2 oben liegenden Kolbenfuß 18 ist eine zylindersegmentförmige Einwölbung 24 ausgebildet, die in der Darstellung gemäß 2b besonders gut sichtbar ist. In diese Einwölbung 24 ist die Lagerschale 22 eingesetzt.
Wie besonders gut 2 entnommen werden kann, ist die Einwölbung 24 so ausgebildet, dass die in die Lagerschale 22 eingesetzte Rolle 20 um einen Umfangswinkel α von maximal 180° umgriffen wird. Beim konkreten Ausführungsbeispiel ist die Einwölbung 24 in der Ansicht nach 2 als Halbkreis ausgeführt - d.h. der Umfangswinkel beträgt 180°.
Gemäß den 2a und 2b umkragt die Lagerschale 22 den Außenumfang der Rolle 20, d.h. der von der Lagerschale 22 umgriffene Umfangswinkel β (gestrichelt in 2b) ist größer als 180°. Die Rolle 20 ist somit in Radialrichtung formschlüssig in der Lagerschale 22 aufgenommen und somit lagefixiert. Die Passung ist jedoch so ausgebildet, dass die Rolle 20 mit vergleichsweise geringer Reibung rotieren kann. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird somit die Verliersicherung auf die Lagerschalenseite gelegt, während der Kolbenfuß 18 vergleichsweise einfach ausgebildet ist und somit in der eingangs beschriebenen Weise einfach bearbeitbar ist. Der Kolben kann somit sehr einfach, beispielsweise durch Einstechschleifen oder ähnliche Verfahren, alternativ auch durch Sintern ausgebildet werden, so dass eine exakte Aufnahme für die Lagerschale 22 geschaffen wird.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Lagerschale 22 in die Einwölbung 24 des Kolbens eingeklebt, wobei die flächige, mit großer Genauigkeit ausgebildete Passung eine hochfeste Klebeverbindung ermöglicht. Das Einsetzen der Rolle 20 in die Lagerschale 22 kann auf einfache Weise in Axialrichtung erfolgen.
3 zeigt eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels gemäß 2. Die Ausgestaltung der Lagerschale 22, der Rolle 20 und des Kolbens 12 entspricht im Wesentlichen dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass diesbezügliche Erläuterungen unter Verweis auf die obigen Ausführungen entbehrlich sind. Zusätzlich zu dem Verkleben der Lagerschale 22 mit dem Kolbenfuß 18 ist die Lagerschale 22 durch einen Niet 26 lagefixiert. Dieser kann beispielsweise als Blindniet ausgeführt sein und hat eine Durchgangsbohrung 28, die einerseits in dem von der Lagerschale 22 umgriffenen Raum und andererseits in einer Axialbohrung 30 des Kolbens 12 mündet. Diese Axialbohrung 30 steht in Druckmittelverbindung mit der Druckseite der Radialkolbenpumpe, so dass die Lageraufnahme über die Axialbohrung 30 und die Durchgangsbohrung 28 mit Druckmittel versorgt wird und somit die Reibung vermindert ist. Demnach erfüllt dieser Niet 26 eine Doppelfunktion - er dient zum einen der Befestigung der Lagerschale 22 im Kolbenfuß 18, zum anderen bildet er einen Teil eines Schmierölströmungspfades zur Minimierung der Reibung der Rolle 20.
Wie bereits oben angedeutet, wird es bevorzugt, wenn die Lagerschale 22 durch Kleben und durch Nieten mit dem Kolbenfuß 18 verbunden ist. Selbstverständlich kann auch alternativ eine dieser Varianten oder eine sonstige Befestigungslösung gewählt werden. Wie in der Detaildarstellung sichtbar, ist der Nietkopf bündig mit der Innenumfangswandung der Lagerschale 22 ausgebildet oder versenkt, so dass eine optimale Gleitfläche für die Rolle 20 bereit gestellt ist.
Zur Verbesserung der Lagerung kann in der Lagerschale 22 ein hydrostatisches Feld ausgebildet werden. 4 zeigt eine derartige Variante, wobei die Ansicht gemäß 4 eine Ansicht in Axialrichtung des Kolbens 12 in die Lagerschale 22 zeigt. Man erkennt den Mündungsbereich der Durchgangsbohrung 28. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist diese Durchgangsbohrung 28 in dem Niet 26 (gestrichelt in 4) ausgebildet, selbstverständlich kann diese Durchgangsbohrung 28 auch direkt in der Lagerschale 22 ausgeführt sein. Der Mündungsbereich der Durchgangsbohrung 28 ist über eine Radialrille 32 mit einer umlaufenden, rahmenartigen Rinne 34 verbunden, die beispielsweise durch Fräsen oder dergleichen ausgebildet wird. Anstelle der rechteckförmigen Geometrie der umlaufenden Rinne 34 kann selbstverständlich auch eine andere, für eine hydrostatische Lagerung geeignete Geometrie gewählt werden. Die Herstellung dieses hydrostatischen Feldes 36 ist besonders einfach, wenn dieses vor dem Biegen der Lagerschale 22 ausgebildet wird. Nach dem Fräsen oder in sonstiger Weise Herstellen des hydrostatischen Feldes 36 wird dann der ebene Lagerschalenrohling 22 in die gewünschte Zylinderschalenform gebogen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Lagerschale 22 durch Sintern oder dergleichen herzustellen und dabei das hydrostatische Feld 36 in einem Arbeitsgang auszubilden.
In dem Fall, in dem der Niet 26 eingesetzt werden soll, kann die in 4 angedeutete Durchgangsbohrung 28 auch zunächst als Bohrung in der Lagerschale 22 ausgebildet werden, in die dann der Niet 26 eingesetzt wird. Hinsichtlich der Funktion besteht dann Übereinstimmung mit dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Offenbart ist eine Radialkolbenmaschine mit einem Kolben, der an seinem Kolbenfuß eine Rolle trägt. Die Verliersicherung dieser Rolle ist durch eine Lagerschale ausgebildet, die in dem Kolbenfuß eingesetzt ist.

Claims

Radialkolbenmaschine mit einem gehäusefesten Hubring (2), an dem eine Vielzahl von in einem drehbar gelagerten Zylinderstern (8) geführte Kolben (12) mit jeweils einer Rolle (20) abgestützt ist, die über eine Lagerschale (22) drehbar an einem Kolbenfuß (18) gelagert ist, wobei eine Verliersicherung für die Rolle (20) im Wesentlichen durch die Lagerschale (22) gebildet ist, dadruch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (22) durch einen Niet (26) am Kolbenfuß (18) befestigt ist, wobei der Niet (26) einen Durchgangskanal (28) zur Fluidversorgung des Lagerbereiches hat.
Radialkolbenmaschine nach Patentanspruch 1, wobei die Lagerschale (22) die Rolle (20) mit einem Umfangswinkel von mehr als 180° umgreift.
Radialkolbenmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei eine Aufnahme am Kolbenfuß (18) die Lagerschale (22) um maximal 180° umgreift.
Radialkolbenmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Niet (26) ein Blindniet ist.
Radialkolbenmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lagerschale (22) durch Kleben mit dem Kolbenfuß (18) verbunden ist.
Radialkolbenmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Durchgangskanal (28) in einer Bohrung (30) des Kolbens (12) mündet, die in Druckmittelverbindung mit dem Hochdruck steht.
Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei im Bereich des Durchgangskanals (28) in der Lagerschale (22) ein hydrostatisches Feld (36) ausgebildet ist.
Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Lagerschale (22) die Rolle (20) um mehr als 180° umgreift.