DE102011014715A1

DE102011014715A1 - Kreiskolbenmaschine mit mehreren konzentrischen Arbeitsräumen in Torusform

Info

Publication number: DE102011014715A1
Application number: DE201110014715
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: FGMD GmbH
Current assignee: FGMD GmbH
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2012-09-27

Abstract

Kurzfassung Technische Aufgabe und Zielstellung: Die Erfindung hat die Aufgabe, durch Verwendung von mindestens zwei konzentrischen, in Kreisbogenrichtung vollständigen Toroiden eine konstruktiv einfach aufgebaute Kreiskolbenmaschine zu gestalten, die den Ablauf von Drehbewegungen auch bei Übertragung großer Drehkräfte mit definierter Kinematik zuverlässig realisieren. Das erfindungsgemäße Prinzip zielt darauf ab, durch exaktes Hydraulikmanagement genaueste Zustellbewegungen zu bewerkstelligen. Trotz des einfachen konstruktiven Aufbaus der neuartigen Kreiskolbenmaschine sollen Drehwinkelbereiche von 360 Grad und größer verwirklicht werden. Die Verwendung von mindestens je zwei Anschlüssen für Ein- und/oder Ableitung eines Fluidstroms an dem Innenring und/oder an dem äußeren Ring der Maschine soll mittels Durchleitens des Fluidstroms die Ansteuerung anderer Bauteile in Abhängigkeit von der Funktionsweise der Kreiskolbenmaschine ermöglichen. Lösung der technischen Aufgabe: Zur Lösung der technischen Aufgabe werden in einer Kreiskolbenmaschine zwei äußere Kreiszylinder (1) mit Übertragungsteil (5) und Zylinderboden-Bauteil (3), das zwei Zylinderböden aufweist, sowie zwei innere Kreiszylinder (2) mit einem Kolben (4) genutzt. Die Kreiskolbenmaschine ist mit Anschlusselementen (6) zur Zufuhr und Ableitung des Arbeitsmediums verbunden. Sie weist mindestens zwei konzentrische, torusförmige Arbeitsräume (7) und (8) auf, die gegen Leckströme abgedichtet sind. Eine kompakte Bauweise und ein großer Freiraum bei der anwendungsspezifischen Gestaltung der Kreiskolbenmaschine ermöglichen es, große Drehbewegungen auf einfache Weise zu erzeugen. Anwendungsgebiet: Derartige Kreiskolbenmaschinen eignen sich wegen ihrer neuartigen konstruktiven Gestaltung gut für vielfältige Anwendungen in den Bereichen Handhabungssysteme, Baumaschinen und Transportmaschinen, bei denen mit verhältnismäßig geringem technischen Aufwand Drehmomente während Kreisbewegungen im Drehwinkelbereich von 360 Grad und größer zu übertragen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiskolbenmaschine mit mehreren konzentrischen Arbeitsräumen in Torusform, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die erfindungsgemäße Kreiskolbenmaschine erfüllt den Zweck, den Ablauf von Drehbewegungen im Drehwinkelbereich von 360 Grad und größer auch bei Übertragung großer Drehkräfte mit exakter Kinematik vorwiegend bei maschinenbaulichen Anwendungen zu verwirklichen. Gleichzeitig erlauben derartige Kreiskolbenmaschinen durch die räumlich wahlweise Anordnung von Anschlusselementen (6) zur Zufuhr und zur Ableitung des Arbeitsmediums an den torusförmigen Arbeitsräumen (7) sowie (8), und zwar im Zusammenwirken mit der so realisierbaren Durchleitung des Fluidstroms, die Ansteuerung weiterer Bauteile – in Abhängigkeit von der Funktionsweise der jeweiligen Ausführung der Maschine.
Bekannte Kreiskolbenmaschinen mit entlang eines Kreises oder eines Kreisbogens gekrümmten, röhrenartigen Arbeitsräumen, die konzentrisch angeordnet sind, sind verhältnismäßig kompliziert aufgebaut. Mit derartigen Konstruktionen können lediglich Drehwinkel kleiner 360 Grad erreicht werden. Dies verdeutlichen die in den Patentschriften US1032694A , US2974645A und US3446120A vorgestellten Erfindungen beispielhaft. Hierbei ist meist eine vergleichsweise große Bauteileanzahl zur Verwirklichung der entsprechenden Wirkprinzipe notwendig. Außerdem verschlechtert komplizierter Aufbau die technische Zuverlässigkeit und kann Reparaturanfälligkeit hervorrufen. Das gilt es zu vermeiden, denn diese Mängel sind durch zeitgemäße Konstruktionsvereinfachungen vermeidbar.
Es ist also die Aufgabe zu lösen, mittels der Erfindung hohe Betriebssicherheit, günstige Instandhaltbarkeit und mithin wettbewerbsfähige Lebenszykluskosten bei darauf basierenden, modernen Erzeugnissen zu ermöglichen; zusätzlich soll das erfindungsgemäße Wirkprinzip Drehwinkelbereiche von 360 Grad und größer realisierbar machen. Die Erfindung dient zudem der zweckmäßigeren und ökonomischeren Gestaltung der Bauteile. Durch die neuartige Konstruktion sollen auch große Variabilität der Maschine und weitgehende Anpassungsfähigkeit an sehr unterschiedliche Einsatzfälle erreicht werden.
Diese Aufgabe wird mit einer Kreiskolbenmaschine gelöst, die gemäß den Merkmalen nach Anspruch 1 gestaltet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden beschrieben:
1 bildet die Gesamtansicht einer Kreiskolbenmaschine ab. Die Maschine weist einen Außenring (9), einen Zwischenring, bestehend aus Oberteil (10) und Unterteil (11), mit darin montiertem Übertragungsteil (5) sowie einen Innenring (12) auf, wobei alle Ringe konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die Befestigungsmittel (15) halten Oberteil (10) und Unterteil (10) des Zwischenringes miteinander zusammen.
2 ist die Vertikalschnitt-Darstellung der Kreiskolbenmaschine. Die Schnittebene ist durch die torusförmigen Arbeitsräume (7) sowie (8) und mittig durch das Zylinderboden-Bauteil (3) der Maschine geführt.
3 ist die Darstellung des Horizontalschnittes der Kreiskolbenmaschine. Die Schnittebene liegt zwischen den einander zugewandten Montageflächen der beiden Zwischenring-Teile (10) und (11). Die Abbildung zeigt den Kolben (4) in folgender beispielhafter Bewegungsphase, die hier unter Voraussetzung von mittels Stellgliedern vollständig abgesperrten Anschlußelementen (6) im Bauteil (12) und mit Beobachter-Blickrichtung auf die Anschlusselemente (6) in der Außenmantel-Fläche des Außenrings (9) dargelegt wird.
Der Kolben (4) befindet sich auf seinem kreisförmigen Weg hin zum Übertragungsteil (5). In dieser Phase wird dem Abschnitt des äußeren Kreiszylinders (1) links vom Bauteil (3) also Arbeitsmedium durch das linke Anschlusselement (6) im Außenring (9) zugeführt. Von hier durchfließt das Medium das Übertragungsteil (5) diagonal in den rechts vom Kolben (4) befindlichen Abschnitt des inneren Kreiszylinders (2), wodurch der Kolben (4) im Uhrzeigersinn umläuft. Das auf der Kolbenseite in Richtung des Uhrzeigersinns befindliche Arbeitsmedium verdrängt der Kolben (4) aus diesem Abschnitt des inneren Kreiszylinders (2) durch die andere Durchgangsbohrung im Übertragungsteil (5) in den Abschnitt des äußeren Kreiszylinders (1), der sich rechts von Bauteil (3) befindet. Aus diesem Abschnitt strömt das Arbeitsmedium dann durch das rechte Anschlusselement (6) im Außenring (9) ab.
Der rechtsseitig weiterhin mit Arbeitsmedium beaufschlagte Kolben (4) bewegt nach Anliegen am Übertragungsteil (5) dieses Bauteil auf den rechten Boden des Bauteils (3) zu, bis die Grenzlage der Drehbewegung erreicht ist.
Bei feststehendem Außenring (9) ist es dem Innenring (12) möglich, eine maximale Drehbewegung von mehr als 360 Grad und wegen der summarischen Breite der mit Dichtmitteln (14) versehenen Bauteile (3), (5) und (4) von weniger als 720 Grad zu vollziehen.
4 bildet das Übertragungsteil (5) ab. Dieses Bauteil ist mit vier Dichtmitteln (14) sowie mit zwei separaten Durchgangsbohrungen zwecks fluidmechanischer Verbindung beider Tori, also der Arbeitsräume (7) und (8), versehen.
5 ist die Explosionszeichnung der Kreiskolbenmaschine zur Verdeutlichung von Aufbau und Funktionsweise, die auch den Aufnahmeausschnitt (13) im Zwischenring-Unterteil (11) für das außen entsprechend profilierte Übertragungsteil (5) zeigt. Der konzentrische Innenring (12) ist bei der dargestellten Position mit dem Kolben (4) gegenüber dem Aufnahmeausschnitt (13) im Zwischenring-Unterteil (11) um etwa 45 Grad im Uhrzeigersinn gedreht. Die Anschlusselemente (6) ermöglichen Zufuhr und Ableitung des Arbeitsmediums sowohl über den konzentrischen Innenring (12) als auch über den Außenring (9).
Bezugszeichenliste

1: äußerer Kreiszylinder
2: innerer Kreiszylinder
3: Zylinderboden-Bauteil
4: Kolben
5: Übertragungsteil
6: Anschlusselement
7: äußerer Arbeitsraum
8: innerer Arbeitsraum
9: Außenring
10: Zwischenring-Oberteil
11: Zwischenring-Unterteil
12: Innenring
13: Aufnahmeausschnitt
14: Dichtmittel
15: Befestigungsmittel
16: Befestigungsbohrung
17: Durchgangsbohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 1032694 A [0003]
US 2974645 A [0003]
US 3446120 A [0003]

Claims

Kreiskolbenmaschine mit torusförmigen Arbeitsräumen, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine mindestens zwei konzentrische, in Kreisbogenrichtung vollständige Toroide als Arbeitsräume (7) und (8) aufweist, wobei der äußere Raum (7) von einem Zwischenring-Oberteil (10), einem Zwischenring-Unterteil (11) sowie einem Außenring (9) und der innere Raum (8) von einem Zwischenring-Oberteil (10), einem Zwischenring-Unterteil (11) sowie einem ebenfalls zum Außenring (9) konzentrisch angeordneten Innenring (12) gebildet wird.
Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der fluidmechanisch verbindenden Bohrungen (17) im Übertragungsteil (5) zwischen äußerem (7) und innerem Arbeitsraum (8) die Drehkraft-Übertragung zwischen Außenring (9) und Innenring (12) ermöglicht ist.
Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder einem darauffolgenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mit jedem Arbeitsraum (7) und (8) zumindest zwei Anschlusselemente (6) zur Zufuhr und zur Ableitung des Arbeitsmediums verbunden sind.
Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder einem darauffolgenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jeder äußere Kreiszylinder (1) der Maschine von einem Zylinderboden des Zylinderboden-Bauteils (3) und dass jeder innere Kreiszylinder (2) der Maschine von einer Bodenfläche des Kolbens (4) abgeschlossen wird.
Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder einem darauffolgenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) mit dem konzentrischen Innenring (12) und das Zylinderboden-Bauteil (3) mit dem konzentrischen Außenring (9) lösbar verbunden ist.
Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder einem darauffolgenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der konzentrische Innenring (12) und der aus Oberteil (10) und Unterteil (11) bestehende konzentrische Zwischenring mit darin eingebautem Übertragungsteil (5) so gelagert sind, dass Innenring (12) und Zwischenring in beide Richtungen drehbar sind.
Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder einem darauffolgenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4), jeder Zylinderboden des Zylinderboden-Bauteils (3) und jede Flanke des Übertragungsteiles (5) mit den diesen Bauteilen zugeordneten Dichtmitteln (14) gegen den Durchtritt des Arbeitsmediums in Kreisbogenrichtung abgedichtet ist.
Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder einem darauffolgenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass alle an den torusförmigen Arbeitsräumen (7) und (8) angrenzenden, sich bezüglich der Torusquerschnitte in radialer Richtung erstreckenden Spalte mit Dichtmitteln gegen den Durchtritt des Arbeitsmediums nach außen abgedichtet sind.
Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder einem darauffolgenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenring-Oberteil (10) und Zwischenring-Unterteil (11) durch Befestigungsmittel (15) miteinander zusammengehalten sind.
Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder einem darauffolgenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus dem Betrag der Querschnittsfläche des äußeren Torus und dem Betrag der Querschnittsfläche des inneren Torus gleich dem Quotienten aus dem Betrag des Durchmessers des Kreises durch den geometrischen Schwerpunkt der Querschnittsfläche des inneren Torus und dem Betrag des Durchmessers des Kreises durch den geometrischen Schwerpunkt der Querschnittsfläche des äußeren Torus ist.