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Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine mit wenigstens einem in einem Zylinder verschiebbaren Kolben gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Eine Radialkolbenmaschine mit Zylindern ist aus der
EP 2 206 937 A1 bekannt, innerhalb welchen Kolben in Bezug auf eine Welle radial verschiebbar sind. Die Kolben führen während der radialen Bewegung gegenüber dem Zylinder jeweils eine Kippbewegung aus.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach herstellbare und kostengünstige Radialkolbenmaschine zur Verfügung zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Radialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine ist mit wenigstens einem über einen Exzenter in Bezug auf eine Welle radial in einem gehäusefesten Zylinder verschiebbaren Kolben ausgeführt, der gegenüber dem Zylinder verkippbar ist. Die Radialkolbenmaschine weist ein Gehäuse auf, das wenigstens zwei Gehäuseteile umfasst. Die Zylinder sind in einem Ringkörper ausgebildet, der zumindest bereichsweise in einem der Gehäuseteile des Gehäuses angeordnet ist.
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Damit besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, die Radialkolbenmaschine bzw. deren Zylinder auf kostengünstige Art und Weise mit geringem Aufwand herzustellen, da die Zylinderräume mit geringem fertigungstechnischem Aufwand, beispielsweise durch Herstellen von radialen Bohrungen im Ringkörper ausgehend vom äußeren Durchmesser des Ringkörpers radial nach innen herstellbar sind. Die Zylinderbohrungen sind einfach und kostengünstig zu bearbeiten. Zusätzlich ist die Werkstoffauswahl und auch die Oberflächenbehandlung des Ringkörpers einfach auf die in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles stehende Druckbeanspruchung und das jeweils vorliegende Reibverhalten von Kolbenringen bzw. Kolben unabhängig von der weiteren Ausführung des Gehäuses der Radialkolbenmaschine optimierbar.
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Bei einer durch ein günstiges Festigkeits-Bauteilverhältnis gekennzeichneten und kostengünstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine ist der Ringkörper als ein geschlossener Zylinderring ausgebildet, dem die Zylinder als über den Umfang verteilt angeordnete und im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufende Bohrungen ausgebildet sind.
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Ist der Ringkörper wenigstens in eines der Gehäuseteile eingepresst, ist die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine konstruktiv einfach ausgebildet und mit geringem Aufwand montierbar.
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Bei einer ebenfalls kostengünstig herstellbaren und mit geringem Aufwand montierbaren Weiterbildung der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine ist die Presspassung im Bereich eines Außendurchmessers des Ringkörpers zwischen dem Ringkörper und dem Gehäuseteil dichtend ausgebildet, womit in diesem Bereich auf eine zusätzliche die Herstellkosten erhöhende Dichteinrichtung verzichtet werden kann.
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Die Gehäuseteile sind bei einer bauraumgünstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine in Umfangsrichtung zwischen den Zylindern miteinander verschraubt.
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Ist zwischen den Gehäuseteilen eine Dichteinrichtung vorgesehen, ist die Zu- und Abführleitung, die mit einem von dem Zylinder begrenzten Zylinderraum in Verbindung steht, im Bereich zwischen den Gehäuseteilen abgedichtet und die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine mit geringen Leckageverlusten betreibbar.
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Bei kostengünstigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine sind die Gehäuseteile und/oder der Zylinderring als Gussteile ausgeführt. Ist der Zylinderring aus Nitrier- oder Einsatzstahl hergestellt, ist die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine mit einer gewünscht hohen Standfestigkeit und auch mit einer guten Oberflächengüte im Bereich des Zylinders bei vergleichsweise geringen Herstellkosten zur Verfügung stellbar.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in der Beschreibung der nachfolgenden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine in einer stark schematisierten Teilschnittansicht.
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In der Figur ist eine Teilschnittansicht einer Radialkolbenmaschine 1 mit über einen Exzenter 2 in Bezug auf eine Welle 3 radial in einem gehäusefesten Zylinder 4 verschiebbaren Kolben 5 gezeigt. Die Radialkolbenmaschine 1 ist in nicht näher dargestellter Art und Weise mit mehreren über den Umfang der Welle 3 bzw. des Exzenters 2 gleichmäßig verteilt angeordnete und mit dem Exzenter 2 zusammenwirkende Kolben 5 ausgebildet, die in der am Beispiel des Kolbens 5 und des Zylinders später näher beschrieben Art und Weise wie der Kolben 5 im Zylinder 4 jeweils in einem gehäusefesten Zylinder verschiebbar angeordnet sind und jeweils gegenüber dem jeweils zugeordneten Zylinder verkippbar sind.
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Die Zylinder 4 sind über Hydraulikleitungen 11 mit einem umlaufenden Steuerschieber 12 verbunden, die eine statische Zuführung darstellen und direkt in die Zylinder 4 münden. Aufgrund dieser Ausführung ist ein Dichtaufwand bei der Radialkolbenmaschine 1 im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Radialkolbenmaschinen, bei welchen die Zylinder gemeinsam mit den Kolben verkippbar ausgeführt sind und daher die Ölzuführleitungen über Schwenklager der Zylinder bei gleichzeitig hohem Dichtungsaufwand zu führen sind, wesentlich geringer.
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Für eine Kraftübertragung steht der Kolben 5 über einen Gleitschuh 6 mit dem Exzenter 2 in Wirkverbindung. Krümmungsradien einer Gleitfläche 7 des Gleitschuhs 6 und einer der Gleitfläche 7 zuwandten Gleitfläche 8 des Exzenters 2 sind derart aufeinander abgestimmt, dass eine Wirklinie 9 einer am Kolben 5 angreifenden Hydraulikkraft F über den gesamten Betriebsbereich der Radialkolbenmaschine 1 durch den Mittelpunkt 10 des Exzenters 2 verläuft. Der Krümmungsradius der Gleitfläche 7 des Gleitschuhs 6 entspricht vorliegend im Wesentlichen dem Krümmungsradius der Gleitfläche 8 des Exzenters 2. Die Exzentrizität des Exzenters 2 ist in an sich bekannter Art und Weise verstellbar ausgeführt, wobei der vorliegend ringförmig ausgebildete Exzenter 2 hierfür in radialer Richtung gegenüber der Welle 3 verschiebbar ausgeführt ist.
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Der Kolben 5 verkippt gegenüber dem Zylinder 4 im Betrieb der Radialkolbenmaschine 1 in Abhängigkeit einer Stellung des Exzenters 2 in Bezug auf die Zeichenebene jeweils um einen konstruktiv vordefinierten positiven und negativen Winkelwert. Um Kippbewegungen der Kolben 5 um eine senkrecht zur Zeichenebene stehende und durch die Wirklinie 9 verlaufende Ebene zu vermeiden und die Kolben 5 in Bezug auf die Zylinder 4 in axialer Richtung der Welle 3 in einer definierten axialen Position halten zu können, sind die Kolben 5 in axialer Richtung der Welle 3 über eine Stützeinrichtung 13 axial festgelegt. Der Kolben 5 ist hierfür im Bereich des Gleitschuhs 6 zwischen zwei axial festgelegten Halteelementen 14, 15 angeordnet, die im Bereich von Lagereinrichtungen 16, 17 mit den Kolben 5 zusammenwirken.
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Die Halteelemente 14, 15 sind vorliegend im Querschnitt U-förmig ausgeführt, im Bereich einer Bohrung 18, 19 auf den Exzenter 2 aufgeschoben und übergreifen den Kolben 5 in axialer Richtung im Bereich des Gleitschuhs 6. Darüber hinaus sind die Halteelemente 14, 15 über auf der Welle 3 montierte Stützscheiben 20, 21 in axialer Richtung fixiert, wobei die Stützscheiben 20, 21 zwischen Lagern 22, 23 der Welle 3 und Wellenabsätzen 24, 25 der Welle 3 selbst in axialer Richtung gehalten sind. Die Stützscheiben 20 und 21 sind dabei derart dimensioniert, dass die Halteelemente 14 und 15 selbst bei maximaler Exzentrizität des Exzenters 2 gegenüber der Welle 3 von den Stützscheiben 20 und 21 in axialer Richtung gehalten sind.
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In Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Ausführungsform besteht die Möglichkeit, die Halteelemente 14 entweder drehfest mit dem Exzenter 2 oder drehfest mit dem Kolben 5 auszubilden. Vorliegend sind die Halteelemente 14 und 15 drehfest mit dem Exzenter 2 verbunden und weisen im Betrieb der Radialkolbenmaschine 1 eine Relativdrehzahl gegenüber dem Kolben 5 auf, die im Bereich der als Gleitlager ausgeführten Lagereinrichtungen 16, 17 ausgeglichen wird.
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Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, die Stützeinrichtung 13 mit Halteelementen 26, 27 auszubilden, die in der Figur lediglich stark vereinfacht gezeigt und fest mit dem Gehäuse 35 der Radialkolbenmaschine 1 bzw. dem Zylinder 4 verbunden sind. Über die gehäusefesten Halteelemente 26 und 27 wird der Kolben 5 ebenfalls in axialer Richtung der Welle 3 in Bezug auf den Zylinder 4 in einer definierten axialen Position gehalten. Die Halteelemente 26 und 27 sind dabei konstruktiv derart ausgeführt, dass die Kippbewegung des Kolbens 5 gegenüber dem Zylinder 4 behinderungsfrei möglich ist und zusätzlich der Kolben 5 in radialer Richtung im Zylinder 4 im gewünschten Umfang auf und ab bewegbar ist.
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In einem dem Gleitschuh 6 abgewandten Bereich des Kolbens 5, in dem der Kolben 5 am Zylinder 4 anliegt, ist eine Dichteinrichtung 28 vorgesehen, über die ein vom Zylinder 4 und dem Kolben 5 auf einer dem Exzenter 2 abgewandten Stirnfläche 29 des Kolbens 5 begrenzter Kolbenraum 30 von einem vom Zylinder 4 und vom Kolben 5 auf einer dem Exzenter zugewandten Fläche 31 des Kolbens 5 begrenzter weiterer Kolbenraum 32 dichtend getrennt ist. Die Dichteinrichtung 28 weist ein in einer Nut 33 des Kolbens 5 angeordnetes Dichtelement 34 auf, das in Einbaulage dichtend sowohl am Kolben 5 als auch am Zylinder 4 anliegt.
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Die Geometrie der Kolben 5 der Radialkolbenmaschine 1 ist vorliegend derart, dass eine Kippbewegung der Kolben 5 gegenüber den Zylindern 4 mit geringen Reibverlusten möglich ist und gleichzeitig die an den Kolben 5 angreifenden Kräfte übertragen werden können. Hierfür ist der Kolben 4 im Anlagebereich mit dem Zylinder 4, in dem auch die Dichteinrichtung 28 vorgesehen ist, wenigstens annähernd kugelförmig ausgebildet. Zwischen dem kugelförmigen Bereich und dem Gleitschuh 6 weist der Kolben 5 einen sich an den kugelförmigen Bereich anschließenden wenigstens annähernd kegelstumpfförmigen Bereich und einen sich wiederum daran anschließenden zylindrischen Bereich auf, der in den im Querschnitt zumindest bereichsweise zylindrisch ausgeformten Gleitschuh 6 übergeht.
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Der Kolben 5 weist eine in radialer Richtung verlaufende und den Kolbenraum 30 und den Stoßbereich zwischen dem Gleitschuh 6 und dem Exzenter 2 verbindende Ölbohrung 36 auf. Über die Ölbohrung 36 wird im Betrieb der Radialkolbenmaschine 1 bei entsprechenden Druckverhältnissen im Kolbenraum 30 Hydraulikfluid aus dem Kolbenraum 30 zwischen die Gleitflächen 7 und 8 geführt und somit eine Schmierung gewährleistet.
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Das Gehäuse 35 umfasst vorliegend zwei Gehäuseteile 37, 38, die im Bereich einer Trennebene 39 aneinander anliegen. Der Zylinder 4 ist vorliegend in einem Ringkörper 40 ausgebildet, der im zweiten Gehäuseteil 38 angeordnet ist. Der Ringkörper 40 ist als ein geschlossener Zylinderring ausgeführt, in dem die Zylinder 4 als über den Umfang verteilt angeordnete und im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufende Bohrungen ausgebildet sind. Der Ringkörper 40 ist im äußeren Umfangsbereich in das zweite Gehäuseteil 38 eingepresst, wobei die Presspassung am Außendurchmesser des Ringkörpers 40 zur Abdichtung der Zu- und Abführung von Hydraulikfluid vom Ringkörper 40 zum zweiten Gehäuseteil 38 vorgesehen ist.
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Die beiden Gehäuseteile 37 und 38 sind in Umfangsrichtung zwischen den Zylindern 4 in nicht näher dargestellter Art und Weise miteinander verschraubt, wobei die beiden Gehäuseteile 37 und 38 auch über andere geeignete Verbindungsmittel miteinander verbunden sein können, die an anderer Stelle der Radialkolbenmaschine vorgesehen sind.
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Um Leckageverluste im Bereich der Trennebene 39 auf konstruktiv einfache Art und Weise zu vermeiden, ist zwischen den beiden Gehäuseteilen 37 und 38 eine Dichteinrichtung 41 vorgesehen, über die die Hydraulikleitung 11 sowohl gegenüber der Umgebung der Radialkolbenmaschine als auch in Richtung eines Innenraumes 42 der Radialkolbenmaschine 1 in gewünschtem Umfang abgedichtet ist. Die Dichteinrichtung 41 ist vorliegend als O-Ring-Abdichtung ausgebildet und kann in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles auch eine andere konstruktive Ausführung aufweisen.
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Die Gehäuseteile 37 und 38 sind vorliegend aus Grauguss hergestellt, während der Ringkörper 40 aus hochfestem Stahl hergestellt ist. Die Werkstoffauswahl und Oberflächenbehandlung des Ringkörpers 40 erfolgt in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles und ist aufgrund der separaten Ausführung des Ringkörpers 40 vom Gehäuse 35 auf einfache Art und Weise auf die jeweils vorliegende Druckbeanspruchung und das jeweils auftretende Reibverhalten von Kolbenringen des Kolbens 4 optimiert anpassbar. Dabei besteht auch die Möglichkeit, den Ringkörper 40 bei entsprechenden Belastungen als Gussteil, vorzugszuweise aus Grauguss, auszuführen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radialkolbenmaschine
- 2
- Exzenter
- 3
- Welle
- 4
- Zylinder
- 5
- Kolben
- 6
- Gleitschuh
- 7
- Gleitfläche des Gleitschuhs
- 8
- Gleitfläche des Exzenters
- 9
- Wirklinie
- 10
- Mittelpunkt
- 11
- Hydraulikleitung
- 12
- Steuerschieber
- 13
- Stützeinrichtung
- 14
- Haltelement
- 15
- Haltelement
- 16
- Lagereinrichtung
- 17
- Lagereinrichtung
- 18
- Bohrung
- 19
- Bohrung
- 20
- Stützscheibe
- 21
- Stützscheibe
- 22
- Lager
- 23
- Lager
- 24
- Wellenabsatz
- 25
- Wellenabsatz
- 26
- gehäusefestes Halteelement
- 27
- gehäusefestes Halteelement
- 28
- Dichteinrichtung
- 29
- Stirnfläche des Kolbens
- 30
- Kolbenraum
- 31
- Fläche des Kolbens
- 32
- weiterer Kolbenraum
- 33
- Nut
- 34
- Dichtelement
- 35
- Gehäuse
- 36
- Ölbohrung
- 37
- Gehäuseteil
- 38
- Gehäuseteil
- 39
- Trennebene
- 41
- Dichteinrichtung
- 42
- Innenraum der Radialkolbenmaschine
- F
- Hydraulikkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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