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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Radialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Außen abgestützte Radialkolbenmaschinen weisen eine Vielzahl von Zylinder-Kolben-Einheiten auf, die als Teile eines drehenden Rotors um eine Drehachse umlaufen. Dabei sind die Kolben jeweils mit einem Endabschnitt radial außen an einem exzentrisch zur Drehachse angeordneten Hubring abgestützt. Die Exzentrizität des Hubrings legt dabei den Hub der Kolben fest. Der Hubring kann dabei drehfest mit dem Rotor verbunden sein oder als Stator gehäusefest ausgebildet sein. Die Kolben sind insbesondere im Falle des gehäusefesten Hubrings hydrostatisch gegen diesen entlastet, um eine Gleitreibung der Reibpaarung auf einer Innenmantelfläche des Hubrings möglichst klein zu halten.
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Eine derartige Radialkolbenmaschine zeigt die Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2010 013 078 U1 . Die in den Zylindern der Zylinder-Kolben-Einheiten axial beweglichen Kolben weisen dabei zur Ermöglichung einer aufgrund der Exzentrizität des Hubrings notwendigen Anstellung der Kolbenlängsachse gegen eine radiale Richtung der Drehachse eine konusartige Form auf. Diese Kolben sind auch als Kippkolben bekannt. Zur Abdichtung eines Arbeitsraumes der Zylinder-Kolben-Einheit weist der Kippkolben am arbeitsraumseitigen Endabschnitt eine umlaufende Nut auf, in die ein Kolbenring eingesetzt ist.
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Nachteilig an dieser Art der Radialkolbenmaschine ist, dass beim Verkippen des Kippkolbens im Zylinder hohe Reibungskräfte zwischen dem Kolbenring und der Innenfläche des Zylinders auftreten können. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn geschlitzte Kolbenringe verwendet sind. Dabei kann es im schlechtesten Fall zu einem Verklemmen des Kolbens und zu einem Ausfall der Radialkolbenmaschine kommen. Weiterhin nachteilig sind die durch die erhöhte Reibung verursachten Reibungsverluste, beziehungsweise der damit verbundene verringerte Wirkungsgrad, und ein Verschleiß der Kolbenbohrung und des Kolbenrings.
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Eine Lösung mit miteinander drehfest verbundenem Rotor und Hubring zeigt das Patent
US 3,199,460 . Diese Radialkolbenpumpe hat einen einteiligen, auf einem Exzenter gelagerten Zylinderstern, der einen inneren kompakten Ringteil aufweist. An diesem sind rohrförmige Zylinderabschnitte angesetzt. Die Kolben sind dabei mechanisch am mitdrehenden Hubring abgestützt.
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Nachteilig an dieser Lösung ist, dass ein vergleichsweise schwerer Hubring zusammen mit dem Rotor bewegt werden muss. Die rotierende Masse ist daher vergleichsweise hoch und die Radialkolbenmaschine vergleichsweise wenig energieeffizient.
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Ein ähnliches Konzept einer Radialkolbenmaschine, deren Kolben an einem mitdrehenden Hubring außen abgestützt sind und deren Rotor aus einem Zylinderstern mit zumindest abschnittsweise dünnwandigen Zylindern besteht, zeigt das
US-Patent 7,484,939 B2 . Darüber hinausgehend ist diese Radialkolbenmaschine verstellbar.
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Auch an dieser Radialkolbenmaschine beziehungsweise -pumpe ist nachteilig, dass aufgrund des äußeren Hubringes die rotierende Masse der Radialkolbenmaschine vergleichsweise groß ist.
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Um eine Radialkolbenmaschine mit außen abgestützten Kolben bei gleichzeitig gehäusefestem Hubring beziehungsweise Stator bereitzustellen, zeigt das
US-Patent 3,084,633 eine Radialkolbenmaschine mit Kippkolben, wobei zwischen den Kolben und deren Zylindern über einen Kugelabschnitt des Kolbens ein Kippgelenk ausgebildet ist. Die Zylinder befinden sich dabei in einem einteiligen, exzentrisch zum Hubring gelagerten Zylinderstern. Der bei dieser Radialkolbenmaschine verwendete Kippkolben mit dem Kugelabschnitt führt dazu, dass im Gegensatz zu einer Abdichtung des Arbeitsraumes über Kolbenringe ein verminderter Verschleiß vorliegt. Der Kippkolben ist mit einer zum Arbeitsraum offenen Ausnehmung versehen.
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Nachteilig an dieser Lösung ist, dass mit höher werdendem Arbeitsraumdruck eine Aufweitung des Zylinders unregelmäßig ist und dadurch eine Reibung zwischen dem Kolben und dem Zylinder erhöht ist, so dass auch diese Lösung einen hohen Verschleiß aufweist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Radialkolbenmaschine mit verringertem Verschleiß zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Radialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 beschrieben.
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Eine hydrostatische Radialkolbenmaschine hat einen um eine Drehachse drehbaren Rotor, der eine Vielzahl umfänglich an ihm verteilt angeordnete Zylinder-Kolben-Einheiten aufweist. Deren in den Zylindern axial verschiebliche Kolben sind an einem exzentrisch zur Drehachse angeordneten, den Rotor umringenden Hubring – und damit mit Bezug zum Rotor außen – abgestützt. Die Zylinder der Zylinder-Kolben-Einheiten sind jeweils über ein Kugelgelenk mit einem anderen Teil der Radialkolbenmaschine gekoppelt, wodurch der Zylinder relativ zum anderen Teil verkippbar ist. Das Kugelgelenk hat dabei einen im Zylinder angeordneten Kugelkopf, über den zusammen mit dem Zylinder ein Arbeitsraum zumindest abschnittsweise begrenzt ist. Der Kugelkopf weist eine zum Arbeitsraum hin offene Ausnehmung auf. Erfindungsgemäß sind die Zylinder dabei im Wesentlichen jeweils über einen einzigen Rohrabschnitt gebildet.
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Ein Druck im Arbeitsraum bewirkt dabei am erfindungsgemäßen Rohrabschnitt des Zylinders, der in drucklosem Zustand bevorzugt einen kreiszylindrischen Querschnitt aufweist, eine gleichmäßigere Aufweitung als an einem Zylinder gemäß dem Stand der Technik, der im Vollmaterial ausgebildet ist und dessen Zylinderbohrung sich durch Bereiche unterschiedlicher und insbesondere großer Materialstärken des Vollmaterials erstreckt. Bei der Aufweitung des erfindungsgemäßen Zylinders bleibt der ursprüngliche, bevorzugt kreisförmige Querschnitt des Rohrabschnitts über dessen Länge im Wesentlichen erhalten. Auf diese Weise wird eine Vergleichmäßigung einer zwischen dem Zylinder und dem darin bewegten Kolben wirkenden Reibkraft erreicht. Dies reduziert einen Verschleiß selbst unter hohem Druck im Arbeitsraum. Zudem ist der erfindungsgemäße Rotor gegenüber Rotoren des Standes der Technik aus Vollmaterial leichter. Die kugelkopfseitige Abdichtung des Arbeitsraums erfolgt dadurch, dass der in der Ausnehmung wirkende Druck im Arbeitsraum eine Außenfläche des Kugelkopfes gegen eine Zylinderinnenfläche presst. Dies erfolgt wegen der Kugelgeometrie des Kugelkopfes im Wesentlichen proportional zur Aufweitung des Rohrabschnitts des Zylinders. Der Arbeitsraum weist so kugelkopfseitig eine hohe Dichtigkeit auf. Der Rohrabschnitt des Zylinders kann dabei auch ein Hülsenabschnitt sein. Durch die Verwendung des Rohres oder der Hülse ist es möglich, zumindest den Rohrabschnitt des Zylinders aus einem günstigen, hochwertigen Halbzeug zu fertigen und Bearbeitungskosten für einen Zylinderstern aus Vollmaterial einzusparen. So können Fertigungs- oder Stückkosten der Radialkolbenmaschine gesenkt werden. Der Kugelkopf kann alternativ auch als Kugelkopfabschnitt ausgebildet sein.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung erstreckt sich der Rohrabschnitt des Zylinders entlang einem größten oder größtmöglichen Hub des Kolbens im Zylinder, so dass die erfindungsgemäß gleichmäßige Aufweitung des Zylinders entlang dem ganzen beziehungsweise dem größtmöglichen Hub erfolgen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften bevorzugten Weiterbildung ist nicht nur der Rohrabschnitt des Zylinders sondern der gesamte Zylinder als Rohr ausgebildet ist, was eine noch gleichmäßigere Aufweitung und zudem eine noch größere Gewichtsersparnis des Rotors ermöglicht.
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Eine besonders gleichmäßige Aufweitung des Rohrabschnitts ergibt sich, wenn der Rohrabschnitt eine im Wesentlichen gleichmäßige Wandstärke aufweist. Damit ist weiterhin vorteilhaft verbunden, dass eine Auslegung eines Aufweitungsverhaltens des Rohrabschnitts in Abhängigkeit des Druckes vereinfacht ist.
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In einer ersten Variante einer Weiterbildung der Erfindung ist der der Kugelkopf ist am Kolben angeordnet. Bevorzugt ist dann der Zylinder drehfest mit einer Welle des Rotors verbunden. Über den Kugelkopf ist so ein etwa kugelförmiger Kolbenboden mit der zum Arbeitsraum weisenden Ausnehmung ausgebildet. Eine außerhalb der Totpunkte der Kolben aufgrund der Exzentrizität des Hubrings notwendige Anstellung beziehungsweise Verkippung einer Kolbenlängsachse gegen eine Radialrichtung der Drehachse erfolgt bei dieser Variante über das Kugelgelenk durch ein Verkippen der Kolbenlängsachse gegen die Zylinderlängsachse. Um diese Verkippung zu ermöglichen, ist der Kugelkopf dabei bevorzugt an einem Kolbenhals angeordnet, der mit Bezug zu einem Kugelkopfdurchmesser verjüngt ist. Der Kolbenhals kann dabei zylindrisch oder konisch ausgebildet sein. Gegenüber herkömmlichen Kippkolben, die nicht kugelförmige sondern überwiegend flache Kolbenböden aufweisen, und bei denen der Druck im Arbeitsraum aufgrund der geometrischen Kraftzerlegung in einer Querkraftkomponente und einer Anpressung des Kolbens und/oder der Kolbenringe an eine Innenfläche des Zylinders resultiert, ist der erfindungsgemäße Kolben im Wesentlichen querkraftfrei und weist ein geringere Klemmkraft und Reibung im Zylinder auf. Dadurch ist der Verschleiß verringert und ein Wirkungsgrad der Radialkolbenmaschine erhöht.
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In einer dazu alternativen zweiten Variante einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kugelkopf hingegen nicht am Kolben angeordnet, sondern drehfest mit der Welle des Rotors verbunden, so dass über ihn ein etwa kugelförmiger Zylinderboden mit der zum Arbeitsraum weisenden Ausnehmung ausgebildet ist. In diesem Fall ist der Kolben bevorzugt axial über eine zylindrische Kolbenaußenfläche im Zylinder geführt. Bei dieser Variante erfolgt die notwendige Anstellung der Kolbenlängsachse gegen die Radialrichtung der Drehachse durch ein Verkippen des Zylinders in Umfangsrichtung des Rotors. Zwischen Kolben und Zylinder wirken im Wesentlichen keine Querkräfte, so dass eine Reibung und ein Verschleiß zwischen beiden auch in diesem Fall minimiert ist. Bevorzugt ist der Kugelkopf in dieser zweiten Variante an einem Innenring des Rotors, der drehfest auf der Welle sitzt, angeordnet.
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Der Kugelkopf ist in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, insbesondere bezüglich seines Materials und/oder einer Formgebung der Ausnehmung, derart ausgestaltet, dass ein Spalt zwischen dem Kugelkopf und dem Zylinder bei einem ersten Druck im Arbeitsraum kleiner ist als bei einem zweiten, niedrigeren Druck. Auf diese Weise kann eine Leckage durch den Spalt hindurch etwa konstant gehalten werden. Damit verbunden ist, dass dadurch auch die Reibung zwischen dem Kugelkopf und dem Zylinder mit steigendem Druck zunimmt. Die Ausgestaltung des Kugelkopfes ist dabei auf die konstruktive, materielle Ausgestaltung des Zylinders beziehungsweise des Rohrabschnitts abzustimmen.
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Alternativ dazu kann der Kugelkopf in einer Weiterbildung der Erfindung, insbesondere bezüglich seines Materials und/oder der Formgebung der Ausnehmung, derart ausgestaltet, dass der Spalt beim ersten Druck und beim zweiten Druck etwa gleich ist, so dass zwar ein Leckage mit steigendem Druck erhöht ist, die Reibung jedoch etwa konstant gehalten werden kann. Die Ausgestaltung des Kugelkopfes ist dabei auf die konstruktive, materielle Ausgestaltung des Zylinders beziehungsweise des Rohrabschnitts abzustimmen.
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Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine in zwei schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Triebwerksbereich eines ersten Ausführungsbeispiels einer Radialkobenmaschine in einem Teilschnitt und
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2 einen Triebwerksbereich eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Radialkobenmaschine in einem Teilschnitt.
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Gemäß 1 hat eine erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine 1 einen Rotor 2, einen Hubring 4 und ein Gehäuse 6. Der Hubring 4 ist dabei gehäusefest angeordnet. Der Rotor 2 weist eine Vielzahl von Zylinder-Kolben-Einheiten 8 auf, von denen in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine dargestellt ist. Jede Zylinder-Kolben-Einheit 8 hat einen Kolben 10 und einen Zylinder 12. Der Rotor 2 umfasst weiterhin einen Innenring 14 der drehfest mit einer Welle 16 der Radialkolbenmaschine 1 verbunden ist. Radial außen am Innenring 14 ist ein Kugelkopf 18 angeordnet, der vom Zylinder 12 eng anliegend umgriffen ist. Über den Zylinder 12 und den Kugelkopf 18 ist somit ein Kugelgelenk ausgebildet. Gemäß 1 drehen sich die Welle 16 und der Rotor 2, bestehend aus der Zylinder-Kolben-Einheit 8, dem Kugelkopf 18 und dem Innenring 14, um eine Drehachse 20. Exzentrisch beziehungsweise verwetzt zu dieser Drehachse 20 ist eine Mittelachse 22 des Hubrings 4 angeordnet. Der Versatz der Mittelachse 22 zur Drehachse 20 entspricht dem maximalen Hub des Kolbens 10 in seinem Zylinder 12. 1 zeigt demgemäß den oberen Totpunkt des Kolbens 10, an dem der Kolben 10 maximal aus dem Zylinder 12 ausgefahren ist. Der Kolben 10 hat einen Kolbenfuß 24 mit einer radialen Außenfläche 26, über die er an einer radialen Innenfläche 28 des Hubrings 4 abgestützt ist. Der Kolben 10 hat weiterhin eine Kolbenaußen(-umfangs-)fläche 30, über die er axial an einer Zylinderinnenfläche 32 gleitend geführt ist. An seiner gemäß 1 unteren Seite hat der Kolben 10 weiterhin einen Kolbenboden 34. Dem Kolbenboden 34 gegenüber ist im Zylinder der Kugelkopf 18 des Kugelgelenks angeordnet. Dieser weist eine kreiszylindrische, zu einem Arbeitsraum 36 hin geöffnete Ausnehmung 38 auf. Der Arbeitsraum 36 der Zylinder-Kolben-Einheit 8 ist folglich über den Kolbenboden 34, die Zylinderinnenfläche 32 und den Kugelkopf 18 sowie dessen Ausnehmung 38 begrenzt.
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Eine Funktionsbeschreibung der Radialkolbenmaschine 1 erfolgt anhand der Annahme eines Pumpenbetriebes der Radialkolbenmaschine 1. Gemäß 1 ist ein Zustand der Radialkolbenpumpe 1 gezeigt, in dem die Zylinder-Kolben-Einheit 8 am oberen Totpunkt steht. Der Kolben 10 ist somit wie bereits beschrieben maximal aus seinem Zylinder 12 ausgefahren. Der Arbeitsraum 36 weist sein größtes Volumen auf und ist demgemäß mit einer maximalen Menge an Druckmittel befüllt. Ein Druck im Arbeitsraum ist zu diesem Zeitpunkt ein Niederdruck. Im Betrieb der Radialkolbenpumpe dreht die Welle 16 gemäß dem Pfeil im Uhrzeigersinn. Durch sie mitgenommen wird der drehfest mit ihr verbundene Innenring 14 und der daran angeordnete Kugelkopf 18 des Rotors 2. Aufgrund der Drehung der Welle 16 und der Exzentrizität der Mittelachse 22 zur Drehachse 20 erfolgt eine Verschiebung des Kolbens 10 in seinen Zylinder 12 hin zur Mittelachse 22. Während des gesamten Umlaufs der Zylinder-Kolben-Einheit 8 ist eine Mittelachse 40 des Kolbens 10 stets radial zur Mittelachse 22 des Hubrings 4 ausgerichtet und schneidet diese. Beispielhaft für diesen Zusammenhang ist in 1 die Mittelachse 40 nach rechts auf eine „2 Uhr” Position ausgeschwenkt dargestellt. Gut zu erkennen ist, dass in diesem ausgeschwenkten Zustand die Mittelachse 40 des Kolbens 10 nicht mehr die Drehachse 20 der Welle 16 schneidet. Der Kolben 10 muss folglich bezüglich der Radialrichtung der Drehachse 20 eine Kippbewegung durchführen können. Diese Kippbewegung wird durch das aber den Kugelkopf 18 und den Zylinder 12 ausgebildete Kugelgelenk ermöglicht. Der Zylinder 12 ist dabei beispielsweise über eine Bördelung am Kolbenkopf 18 befestigt beziehungsweise mit diesem verbunden. So kann er die Kippbewegung ausführen und kann jedoch in radialer Richtung weder abgezogen werden noch auf dem Innenring 14 aufsetzen.
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Gegenüber herkömmlichen Zylinder-Kolben-Einheiten mit Kippkolben gemäß dem Stand der Technik, bei denen der Arbeitsraum über Kolbenringe abgedichtet ist, haben die Zylinder-Kolben-Einheiten 8 der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine 1 den Vorteil, dass der Kolben 10 im Zylinder 12 nicht verkippt werden muss, um die Exzentrizität des Hubrings 4 auszugleichen. Folglich kann somit auch keine aus einem verkippten Kolbenboden resultierende, vom Kolben auf die Zylinderinnenfläche gerichtete, Querkraft (wie beim Kippkolben gemäß den Stand der Technik) entstehen. Auf diese Weise werden große Reibkräfte beziehungsweise große Kraftspitzen zwischen dem Kolben 10 und der Zylinderinnenfläche 32 und damit verbundene Reibungsverluste sowie schlechter Wirkungsgrad vermieden. Insbesondere im Motorbetrieb der Radialkolbenmaschine 1 verbessert dies deren Anlaufverhalten.
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Gemäß 1 ist die Radialkolbenmaschine 1 derart ausgestaltet, dass der Druck im Arbeitsraum 36 die Ausnehmung 38 des Kolbenkopfes 18 radial aufweitet. Dadurch wird sichergestellt, dass eine Außenfläche 42 des Kugelkopfes 18 einer Aufweitung des Zylinders 12 aufgrund des Drucks nachfolgt. Dadurch bleibt eine Dichtigkeit am Boden des Zylinders 12 im Bereich des Kugelkopfes 18 erhalten. Der Zylinder 12 hingegen ist über seine Wandstärke und das gewählte Material derart ausgestaltet, dass der Druck im Arbeitsraum 36 nur eine minimale Aufweitung des Zylinders 12 bewirkt. Auf diese Weise ist eine Dichtigkeit im Bereich des Kolbenbodens 34 sichergestellt.
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Eine erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine 101, wie sie gemäß 2 gezeigt wird, ist weitgehend baugleich mit dem ersten Ausführungsbeispiel der Radialkolbenmaschine 1 gemäß 1 ausgeführt. Auch in 2 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine Zylinder-Kolben-Einheit 108 dargestellt. Gleich ausgeführte Bauteile weisen in 2 die bereits eingeführten Bezugszeichen gemäß 1 auf. So sind der Hubring 4, das Gehäuse 6, die Welle 16 und der Innenring 14 gleich ausgeführt. Damit verbunden ist, dass auch die Drehachse 20 und die Mittelachse 22, sowie deren exzentrischer Versatz gleich sind. Es ergibt sich weiterhin, dass die Innenfläche 28 des Hubrings 4 gleich ausgebildet ist. Ebenso gleich geblieben ist die Mittelachse 40.
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In der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäß 2 wird lediglich auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 eingegangen. Die Abweichungen des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 2 betreffen dabei einen Rotor 102. Abgesehen davon, dass der Rotor 102 den gleichen Innenring 14 wie das erste Ausführungsbeispiel gemäß 1 aufweist, ist der Rest des Rotors 102 gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel verändert. Der Rotor 102 hat eine Zylinder-Kolben-Einheit 108 mit einem Kolben 110 und einem Zylinder 112. Der Kolben 110 ist über eine Außenfläche 126 eines Kolbenfußes 124 an der Innenfläche 28 des Hubrings 4 abgestützt. Der Kolbenfuß 124 ist über einen kreiszylindrischen Kolbenhals 125 mit einem Kugelkopf 118 des Kolbens 110 verbunden. Der Kolbenhals 125 ist dabei gegen den Kugelkopf 118 verjüngt. Dieser taucht in den Zylinder 112 ein und liegt mit seiner Außenfläche 142 eng und dichtend an einer zylindrischen Innenfläche 132 des Zylinders 112 an. Im Kugelkopf 118 ist weiterhin eine kreiszylindrische Ausnehmung 138 ausgebildet. Über den Kugelkopf 118 beziehungsweise dessen Außenfläche 142, eine Innenfläche der Ausnehmung 134, die Innenfläche 132 des Zylinders 112 und eine Außenfläche 144 des Innenrings 14 des Rotors 102 ist ein Arbeitsraum 136 begrenzt.
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Die Radialkolbenmaschine 101 gemäß 2 wird analog der Figurenbeschreibung gemäß 1 als Pumpe betrieben. Die Welle 16 dreht dabei gemäß dem symbolisierten Pfeil im Uhrzeigersinn. Dabei sei analog zur Beschreibung gemäß 1 angenommen, dass die Mittelachse 40 von einer in 2 senkrecht dargestellten mittigen Position im oberen Totpunkt der Zylinder-Kolben-Einheit 108 in eine Position auf etwa „2 Uhr” ausschwenkt. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel bereits beschrieben, muss dabei der Kolbenfuß 124 über seine Außenfläche 126 gleichbleibend an der Innenfläche 28 des Hubrings 4 abgestützt sein. Es ergibt sich, dass die Mittelachse 40 auf der „2 Uhr” Position analog zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 hin zur Mittelachse 22 des Hubrings 4 zeigt. Somit ist die Mittelachse 40 des Kolbens 110 in dieser Position gegen eine radiale Richtung der Drehachse 20 angestellt.
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Dieser Zusammenhang gilt unabhängig von den beschriebenen Ausführungsbeispielen für alle Positionen der Zylinder-Kolben-Einheiten 8; 108. Lediglich im dargestellten oberen Totpunkt und im ihm radial gegenüber angeordneten unteren Totpunkt der Zylinder-Kolben-Einheit 8; 108 ist die Mittelachse 40 nicht gegen die radiale Richtung der Drehachse 20 angestellt.
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Da der Zylinder 112 des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 2 mit dem Innenring 14 des Rotors 102 fest verbunden ist, kann der Zylinder 112 diese Anstellung der Mittelachse 40 des Kolbens 110 nicht ermöglichen. Im Gegensatz zum gemäß 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, in dem der Zylinder an dem am Innenring befestigten Kugelkopf gegen den Innenring verkippbar ist (vgl. Bezugszeichen 12, 14 und 18, 1), ist im in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Kolben 110 gegen den Zylinder 112 verkippbar. Dies ist über den Kugelkopf 118 ermöglicht, der in den Zylinder 112 eintaucht. Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 übernimmt somit der Kugelkopf 118 nicht nur die Verschwenkung der Mittelachse 40 des Kolbens 110, sondern stellt zugleich auch einen Kolbenboden des Kolbens 110 dar. Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel ergibt sich dadurch eine vorrichtungstechnische Vereinfachung, da das Verkippen der Kolbenachse 40 und die Führung des Kolbens 110 im Zylinder 112 nun anstatt über zwei Bauteile nur noch über das eine Bauteil des Kugelkopfes 118 erfüllt wird. Weiterhin vorteilhaft ist, dass der Zylinder 112 auf vorrichtungstechnisch besonders einfache Weise durch seine feste Verbindung mit dem Innenring 14 radial zur Drehachse 20 festgelegt ist.
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Ist der Druck im Arbeitsraum 136 hoch, so erfolgt eine Aufweitung der Ausnehmung 138 beziehungsweise eine Aufweitung des Kugelkopfes 118 derart, dass die Außenfläche 142 an die Innenfläche 132 des Zylinders 112 gepresst wird. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist der Zylinder 112 nun derart gestaltet, dass auch er eine gewisse Aufweitung aufgrund des im Arbeitsraum 136 herrschenden Drucks erfährt. Die Auslegung der Ausnehmung 138 des Kugelkopfes 118 sowie des Zylinders 112 bezüglich Form und Material und Wandstärke ist dabei derart aufeinander abgestimmt, dass ein Spalt zwischen der Außenfläche 142 und der Innenfläche 132 unabhängig vom Druck immer etwa gleich groß ist. Dadurch ist eine Reibkraft zwischen dem Kugelkopf 118 und dem Zylinder 112 unabhängig vom Druck etwa konstant. Dadurch dass der Spalt konstant bleibt, wird sichergestellt, dass keine überhöhte Spaltleckage auftritt.
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Die in beiden Ausführungsbeispielen gezeigte Verwendung von Rohrabschnitten als Zylinder beziehungsweise von rohrförmigen Zylindern ermöglicht, dass sich die Kolbenbohrungen, beziehungsweise die über die Innenflächen der Zylinder gebildeten zylindrischen Ausnehmungen, unter den herrschenden Betriebsdrücken gleichmäßig aufweiten und einen kreisförmigen Bohrungsquerschnitt beibehalten. Dies ist Voraussetzung für eine effektive Abdichtung mittels dem Kugelkopf und der darin eingebrachten Ausnehmung. Kolbenbohrungen eines herkömmlichen, kompakten Zylindersterns weiten sich dem gegenüber aufgrund ungleichmäßiger Materialverteilung ungleichmäßig auf. So kenn ein kreisförmiger Bohrungsquerschnitt unter Betriebsbedingungen nicht beibehalten werden, was zu erhöhter Spaltleckage und/oder Reibung und/oder Kolbenklemmen führen kann.
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Die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine kann abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen auch verstellbar ausgeführt sein.
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Ergänzend zu den gezeigten Ausführungsbeispielen kann die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine derart ausgestaltet sein, dass eine Drehrichtungsumkehr und/oder ein Wechsel eines Hochdruck- und Niederdruckanschlusses erfolgen kann.
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Eine bevorzugte Anzahl der Zylinder-Kolben-Einheiten der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine ist ungerade, beispielsweise 5, 7 oder 9. Jedoch sind auch gerade Anzahlen denkbar.
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Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen kann die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine auch mit einem mit dem Rotor mitdrehenden Hubring ausgebildet sein.
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Offenbart ist eine Radialkolbenmaschine mit zumindest einer als Teil eines Rotors um eine Drehachse drehend umlaufenden Zylinder-Kolben-Einheit, deren Kolben sich außen an einem exzentrischen Hubring abstützt. Der Zylinder der Zylinder-Kolben-Einheit ist im Wesentlichen über einen einzigen Rohr- oder Hülsenabschnitt ausgebildet, wobei über den Zylinder und ein anderes Teil ein Kugelgelenk mit einem Kugelkopf ausgebildet ist. Der Kugelkopf weist dabei eine zu einem Arbeitsraum hin offene Ausnehmung auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010013078 U1 [0003]
- US 3199460 [0005]
- US 7484939 B2 [0007]
- US 3084633 [0009]
