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Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus der
EP 1 141 551 B1 ist eine Flügelzellemaschine bekannt, bei welcher die Flügel hydraulisch gegen den Kurvenring gedrückt werden, indem ein entsprechender Hinterflügelraum an eine Druckmittelquelle anschießbar ist. Wenn die Flügelzellenmaschine als Flügelzellenpumpe ausgebildet ist kann die Fluidabführleitung im laufenden Betrieb als Druckmittelquelle genutzt werden. Beim Anfahren der Flügelzellenpumpe wird aber eine gesonderte Druckmittelquelle, beispielsweise eine Zahnradpumpe, benötigt, um den erforderlichen Fluiddruck bereitzustellen.
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Aus der
DE 19 34 41 A1 ist eine Flügelzellenmaschine bekannt, bei der die Flügel mittels eines vorgespannten Federrings gegen den Kurvenring gedrückt werden. Die Hinterflügelräume sind aber nicht fluiddicht abgeschlossen, so dass es nicht möglich ist, dort einen erhöhten Fluiddruck auf die Flügel einwirken zu lassen, um diese mit einer erhöhten Kraft gegen den Kurvenring zu drücken. Die letztgenannten Flügelzellenmaschinen können daher nur mit einem geringen Betriebsdruck betrieben werden.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Flügelzellemaschine mit einem hohen Betriebsdruck betrieben werden kann. Weiter wird beim Anfahren der Flügelzellenmaschine keine gesonderte Druckmittelquelle benötigt, wobei insbesondere die Flügelzellmaschine selbst die Druckmittelquelle bilden kann.
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Gemäß dem unabhängigen Anspruch wird vorgeschlagen, dass in dem Rotor wenigstens ein Federring aufgenommen ist, welcher ringartig um die Drehachse herum verläuft, wobei er derart unter Vorspannung an allen Flügeln innen anliegt, dass diese gegen den Kurvenring gedrückt werden.
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Vorzugsweise ist ein einziger Federring vorgesehen. Die Flügel begrenzen zusammen mit dem Kurvenring, dem Rotor und einem Gehäuse vorzugsweise mehrere gesonderte Druckräume. Das Gehäuse weist vorzugsweise eine Fluidzuführleitung und eine Fluidabführleitung auf, wobei die Druckräume über einen Fluidverteiler wahlweise mit der Fluidzuführleitung oder der Fluidabführleitung verbindbar sind. Der Fluidverteiler ist vorzugsweise als gesondertes Bauteil ausgebildet, welches fest im Gehäuse aufgenommen ist. Die Innenumfangsfläche des Kurvenrings ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sich das Volumen der Druckräume ändert, wenn der Rotor gedreht wird. Höchst vorzugsweise ist die Innenumfangsfläche des Kurvenrings kreiszylindrisch ausgebildet, wobei die entsprechende Zylinderachse exzentrisch zur Drehachse des Rotors anordenbar ist.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Rotor in Richtung der Drehachse von einem Antriebsdurchbruch durchsetzt wird, wobei der Rotor eine Federnut aufweist, welche ringförmig um die Drehachse herum verläuft, wobei sie alle Hinterflügelräume durchsetzt, wobei sie zum Antriebsdurchbruch hin offen ist, wobei der Federring in der Federnut aufgenommen ist, wobei in dem Antriebsdurchbruch ein gesondertes Verschlussteil aufgenommen ist, welches die Federnut zum Antriebsdurchbruch hin fluiddicht verschließt. Damit kann der Federring auf besonders einfache Weise montiert werden. Gleichzeitig beeinträchtigt die Federnut nicht die Dichtigkeit der Hinterflügelräume, so dass die Flügel auch hydraulisch gegen den Kurvenring gedrückt werden können. Darüber hinaus stellt die Federnut eine fluidische Verbindung zwischen allen Hinterflügelräumen her, so dass sich deren Versorgung mit Druckfluid vereinfacht. Die Federnut ist in Richtung der Drehachse vorzugsweise in der Mitte des Rotors angeordnet.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Hinterflügelräume entweder mit einer Fluidabführleitung oder mit einer Fluidzuführleitung der Flügelzellenmaschine fluidisch verbunden sind. Die Flügelzellenmaschine ist vorzugsweise eine Flügelzellenpumpe, wobei die Druckmittelquelle von der Fluidabführleitung gebildet wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Verschlussteil in Form eines geschlossenen Rings ausgebildet ist. Es ist damit besonders einfach herstellbar. Darüber hinaus kann es problemlos fluiddicht an die Federnut angepasst werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass an der Innenseite des Verschlussteils Antriebsmittel vorgesehen sind. Bei den Antriebsmitteln kann es sich beispielsweise um eine Keilwellenverzahnung oder eine Passfedernut handeln. Über die Antriebsmittel kann der Rotor in Drehbewegung versetzt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Verschlussteil lösbar mit dem Rotor verbunden ist. Hierdurch vereinfachen sich die Montage und die Demontage der Flügelzellenmaschine. Es ist aber auch denkbar, dass das Verschlussteil unlösbar mit dem Rotor verbunden, beispielsweise verpresst, verschrumpft, verklebt oder vorschweißt ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Verschlussteil mit dem Rotor verschraubt ist. Eine derartige Flügelzellenmaschine ist besonders kostengünstig herstellbar, wobei gleichzeitig gewährleistet ist, dass die Federnut durch das Verschlussteil fluiddicht verschlossen ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Rotor eine in Richtung der Drehachse weisende Anschlagfläche aufweist, an welcher das Verschlussteil mit einer angepassten Gegenanschlagfläche anliegt. Der Berührkontakt zwischen der Anschlagfläche und der Gegenanschlagfläche kann auf besonders einfache Weise fluiddicht ausgebildet werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Anschlagfläche und die Gegenanschlagfläche kreiskegelförmig ausgebildet sind. Damit ergibt sich ein besonders dichter Berührkontakt zwischen der Anschlagfläche und der Gegenanschlagfläche.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Flügel jeweils eine Zentrierausnehmung aufweisen, an welcher der Federring anliegt. Hierdurch kann die Lage des Federrings relativ zum Flügel definiert eingestellt werden, so dass der Ort der Krafteinleitung definiert ist. Dieser Ort befindet sich in Richtung der Drehachse vorzugsweise in der Mitte des Flügels, so dass ein Verkanten des Flügels durch die Kraft des Federrings vermieden wird. Die Zentrierausnehmung ist vorzugsweise in Form einer Nut ausgebildet, welche sich mit einer konstanten Querschnittsform über die gesamte Dicke des betreffenden Flügels erstreckt. Die Querschnittsform der genannten Nut ist beispielsweise teilkreisförmig ausgebildet.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Federring als offener Ring ausgebildet ist, welcher um mehr als 360° um die Drehachse herum verläuft. Damit kann der Außendurchmesser des Federrings problemlos durch elastische Verformung im Durchmesser reduziert werden. Er ist dann bestrebt, sich durch elastische Kräfte im Durchmesser aufzuweiten, so dass er die gewünschte Kraft auf die Flügel ausübt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Querschnittsform des Federrings kreisrund oder rechteckig ausgebildet ist. Ein derartiger Federring ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Flügelzellenmaschine;
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2 einen Querschnitt der Flügelzellenmaschine nach 1;
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3 eine Explosionsansicht des Rotors und des Verschlussteils der Flügelzellenmaschine nach 1;
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4 eine perspektivische Ansicht des Federrings der Flügelzellenmaschine nach 1; und
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5 eine Vorderansicht eines Flügels der Flügelzellenmaschine nach 1.
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1 zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Flügelzellenmaschine 10. Die Flügelzellenmaschine 10 hat ein Gehäuse 11 mit einer Fluidzuführleitung 14 und einer Fluidabführleitung 13. Die Flügelzellenmaschine 10 ist vorliegend als Flügelzellenpumpe ausgebildet, so dass Druckfluid von der Fluidzuführleitung 14 zur Fluidabführleitung 13 gefördert wird, wobei es unter Druck gesetzt wird. Damit bildet die Fluidabführleitung 13 eine Druckmittelquelle 12. Bei dem Druckfluid handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit, höchst vorzugsweise um Hydrauliköl.
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In dem Gehäuse 11 ist ein Rotor 20 bezüglich einer Drehachse 21 drehbar aufgenommen. Der Rotor 20 ist bezüglich der Drehachse 21 drehfest mit einer gesonderten Antriebswelle 15 verbunden, welche aus dem Gehäuse herausragt, so dass sei beispielsweise mit einem Elektromotor in Drehantriebsverbindung gebracht werden kann. Die Drehlagerung des Rotors 20 erfolgt beispielsweise über Gleitlager an der Antriebswelle 15.
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Der Rotor 20 ist von einem Kurvenring 50 umgeben, welcher eine Innenumfangsfläche 55 aufweist, die beispielsweise kreiszylindrisch ausgebildet ist. Der Kurvenring 50 ist entweder fest oder quer zur Drehachse 21 verschiebbar in dem Gehäuse 11 aufgenommen. Die Zylinderachse der Innenumfangsfläche 55 ist parallel zur Drehachse 21 ausgerichtet, wobei sie in zumindest einer Stellung des Kurvenrings 50 bzw. dauernd mit Abstand zur Drehachse 21 angeordnet ist.
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In dem Rotor 20 sind mehrere Flügel 40 radial 22 zur Drehachse 21 beweglich aufgenommen. Die Flügel 40 sind in Form einer ebenen Platte mit konstanter Dicke ausgebildet, die sich jeweils parallel zur Drehachse 21 erstreckt, wobei deren Außenform mit Bezug auf 5 erläutert wird. Die Schnittebene der 1 ist so gewählt, dass ein einziger Flügel 40 in seiner Mitte geschnitten wird. Die Anordnung der übrigen Flügel ist in 2 ersichtlich.
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Die Flügel 40 werden auf zwei Arten gegen den Kurvenring 50 gedrückt. Zum Einen ist ein Federring 60 vorgesehen, der ringartig um die Drehachse 21 herum verläuft, wobei er unter Vorspannung an allen Flügeln 40 innen anliegt. Dadurch werden die Flügel 40 mit einer vergleichsweise geringen Kraft gegen den Kurvenring 50 gedrückt. Diese Kraft reicht aber aus, um beim Anlaufen der Flügelzellenpumpe 10 einen Druckaufbau in den Druckräumen 16 zu bewirken. Der entsprechende Fluiddruck wird über den Fluidverteiler 51 in die Fluidabführleitung 13 gleitet und von dort zurück, ebenfalls über den Fluidverteiler 51, in die Hinterflügelräume 23. Dort wirkt der Fluiddruck auf die radial innere Fläche (Nr. 45 in 5) des betreffenden Flügels 40 ein und drückt den Flügel 40 mit seiner radial äußeren Fläche (Nr. 44 in 5) gegen den Kurvenring 50. Die entsprechende Druckkraft ist typischerweise wesentlich höher als die Kraft, welche der Federring 60 auf die Flügel 40 auswirkt.
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Die Hinterflügelräume 23 sind ebenso wie die Druckräume 16 druckdicht abgedichtet. Zur Seite hin liegen das Gehäuse 11 und der Fluidverteiler 51 mit jeweils mit einer ebenen, senkrecht zur Drehachse 21 ausgerichteten Dichtfläche am Rotor 20, an allen Flügeln 40 und an dem Kurvenring 40 im Wesentlichen fluiddicht an. Die entsprechenden Gegendichtflächen sind ebenfalls eben ausgebildet, wobei sie senkrecht zur Drehachse 21 ausgerichtet sind. Die Federnut 24, in welcher der Federring 60 aufgenommen ist, ist nach radial innen hin durch ein gesondertes Verschlussteil 70, welches fest mit dem Rotor verbunden ist, fluiddicht verschlossen. Die Schlitze (Nr. 28 in 3) in welchen die Flügel 40 aufgenommen sind, sind im Wesentlichen fluiddicht an die Flügel 40 angepasst.
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Der Fluidverteiler 51 ist vorliegend in Form eines gesonderten Bauteils in Form einer ebenen Platte mit konstanter Dicke ausgebildet und wird deshalb auch als Steuerscheibe bezeichnet. Es ist aber genauso denkbar, den Fluidverteiler einstückig mit dem Gehäuse 11 auszubilden. Der Fluidverteiler 51 ist fest im Gehäuse 11 eingebaut. Mit einer Zuführausnehmung 51 stellt einer eine Fluidaustauschverbindung zwischen der Fluidzuführleitung 14 und den Druckräumen 40 her, welche das größte Volumen aufweisen. Mit einer Abführausnehmung 53 stellt der Fluidverteiler 51 eine Fluidaustauschverbindung zwischen den Druckräumen 40 mit dem kleinsten Volumen und der Fluidabführleitung 13 her. Die Zuführausnehmung 52 und die Abführausnehmung 53 verlaufen jeweils nierenförmig um die Drehachse 21 herum. Weiter ist auf die Flügelausnehmung 54 in dem Fluidverteiler 51 hinzuweisen, welche eine Fluidaustauschverbindung zwischen der Fluidabführleitung 14 und zumindest einem Hinterflügelraum 23 herstellt. Hierbei ist anzumerken, dass alle Hinterflügelräume 23 über die Federnut 24 fluidisch miteinander verbunden sind.
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2 zeigt einen Querschnitt der Flügelzellenmaschine 10 nach 1, wobei die Schnittebene senkrecht zur Drehachse 21 durch die Mitte der Federnut (Nr. 24 in 1) verläuft. Zu erkennen ist insbesondere, dass die Schlitze in welchen die Flügel 40 aufgenommen sind, jeweils einen Hinterflügelraum 23 bilden. Abseits der Federnut werden die Hinterflügelräume 23 durch den Roter 20 seitlich und nach radial innen hin fluiddicht begrenzt. Der Federring 60 ist in der Federnut aufgenommen, welche alle Hinterflügelräume 23 schneit. Der Federring 60 verläuft um mehr als 360° um die Drehachse 21 herum und liegt unter Vorspannung innen an den Flügeln 40 an, so dass diese nach radial außen gegen die Innenumfangsfläche 55 des Kurvenrings 50 gedrückt werden.
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Die kreiszylindrische Innenumfangsfläche 55 des Kurvenrings 50 ist mit der Exzentrizität 17 exzentrisch zur Drehachse 21 des Rotors 20 angeordnet. Die Druckräume 16, welche insbesondere durch die Flügel 40 voneinander abgegrenzt werden, haben daher ein unterschiedliches Volumen, welches sich ändert, wenn der Rotor 20 um die Drehachse 21 gedreht wird.
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3 zeigt eine Explosionsansicht des Rotors 20 und des Verschlussteils 70 der Flügelzellenmaschine 10 nach 1. Die beiden genannten Teile 20; 70 sind dabei geschnitten dargestellt, wobei die Schnittebene durch die Drehachse 21 des Rotors 20 verläuft, wobei sie einen Schlitz 28 mittig schneidet. Mit dem Verschlussteil 70 wird die Federnut 24 fluiddicht nach radial innen hin verschlossen. Der Federring (Nr. 60 in 2) wird von radial innen her in die Federnut 24 eingebaut, wobei das Verschlussteil 70 erst anschließend in den Antriebsdurchbruch 25 eingebaut wird. Der Antriebsdurchbruch 25 durchsetzt den Rotor 20 in Richtung der Drehachse 21. Der Federring ist ist dabei als geschlitzter Ring ausgebildet, so dass sein Durchmesser durch elastische Verformung so weit reduziert werden kann, dass er kleiner als der Durchmesser des Innengewindes 26 im Antriebsdurchbruch 25 ist, um ihn in die Federnut 24 einzuführen. Die Federnut 24 läuft kreisringförmig um die Drehachse 21 um und ist nach radial innen hin offen. Nach seitlich und nach radial außen hin wird die Federnut 24 abseits der Schlitze 28 durch den Rotor 20 fluiddicht begrenzt. Der Federring liegt also nach radial außen hin am Rotor 20 an, solange die Flügel nicht in den Schlitzen 28 montiert sind. Die Schlitze 28 haben ebene, parallele Seitenflächen, welche parallel zur Drehachse 21 verlaufen. Ihre Breite ist mit einem derart geringen Spiel an die Dicke der Flügel angepasst, dass nahezu keine Druckfluid durch die entsprechenden Spalte hindurchtreten kann. Die Federnut 24 ist vorliegend in der Längsmitte des Rotors 20 angeordnet, wobei sie auch außermittig angeordnet sein kann.
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Das ringförmige Verschlussteil 70 ist im Wesentlichen über seine gesamte Länge mit einem Außengewinde 71 versehen, welches vorzugsweise als Feingewinde ausgebildet ist. Das Außengewinde 71 wird in das angepasste Innengewinde 26 am Rotor 20 eingeschraubt, bis die Gegenanschlagfläche 72 am Verschlussteil 70 fluiddicht an der Anschlagfläche 27 am Rotor 20 anliegt. Die Anschlagfläche 27 und die Gegenanschlagfläche 72 sind jeweils kreiskegelförmig bezüglich der Drehachse 21 ausgebildet, wobei sie aneinander angepasst sind. An seiner Innenumfangsfläche ist das Verschlussteil 70 mit einem Antriebsmittel 73 versehen, welches vorliegend als Keilwellenverzahnung ausgebildet ist. Das Antriebsmittel 73 greift formschlüssig in die Antriebswelle (Nr. 15 in 1) ein, so dass die Antriebswelle und der Rotor 20 bezüglich Drehung um die Drehachse 21 fest miteinander verbunden sind. Das Antriebsmittel 73 erstreckt sich vorliegend nur über einen Teil der Länge des Verschlusssteils 79 in Richtung der Drehachse 21, um ein Verklemmen bei der Montage auf der Antriebswelle zu vermeiden. Die Länge des Antriebsmittels 73 in Richtung der Drehachse 21 ist so groß gewählt, dass die im Betrieb auftretenden Drehmomente sicher übertragen werden können.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Federrings 60 der Flügelzellenmaschine nach 1. Der Federring 60 ist als geschlitzter Kreisring ausgebildet. In dem in 4 dargestellten, unverformten Zustand überlappen 61 sich die beiden freien Enden des Kreisrings um beispielsweise 70°, wobei die Überlappung 61 im eingebauten Zustand größer ist, damit der vorgespannte Federring 60 die Flügel nach radial außen drückt. Der Federring 60 besteht beispielsweise aus gehärtetem Federstahl. Sein Querschnittsprofil ist vorzugsweise kreisförmig ausgebildet. Es versteht sich, dass auch andere Querschnittsprofile verwendbar sind. Es kommt einzig darauf an, dass der Federring 60 im eingebauten Zustand so vorgespannt ist, dass er das Bestreben hat sich aufzuweiten, also seinen Außendurchmesser 62 zu vergrößern. Der Außendurchmesser 62 des Federrings 60 im unverformten Zustand ist vorzugsweise größer als der Durchmesser des Nutgrunds der Federnut (Nr. 24 in 3).
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5 zeigt eine Vorderansicht eines Flügels 40 der Flügelzellenmaschine nach 1. In der Vorderansicht betrachtet ist der Flügel 40 im Wesentlichen rechteckig ausgebildet. Die beiden gegenüberliegenden Seitenflächen 43 sind eben ausgebildet und verlaufen senkrecht zur Drehachse (Nr. 21 in 1) des Rotors und senkrecht zur Vorderseite 46 des Flügels 40. Die radial äußere Fläche 44 ist konvex gekrümmt ausgebildet, wobei der entsprechende Krümmungsradius kleiner als der Krümmungsradius der Innenumfangsfläche (Nr. 55 in 1) des Kurvenrings ist.
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Vorzugsweise bildet die radial äußere Fläche einen Abschnitt eines Kreiszylinders, welcher parallel zur Drehachse (Nr. 21 in 1) des Rotors ausgerichtet ist.
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Die radial innere Fläche 45 ist größtenteils eben ausgebildet, wobei sie parallel zur Drehachse (Nr. 21 in 1) des Rotors und senkrecht zur ebenen Vorderfläche 46 des Flügels 40 verläuft. In der Mitte ist die radial innere Fläche 45 mit einer Zentrierausnehmung 41 versehen, welche sich über die gesamte Dicke des Flügels 40 erstreckt. Die Zentrierausnehmung 41 ist konkav gekrümmt ausgebildet, wobei der Federring im Wesentlichen am tiefsten Punkt der Zentrierausnehmung anliegt. Dieser befindet sich in Richtung der Drehachse (Nr. 21 in 1) vorzugsweise genau in der Mitte des Flügels 40. Auf die Zentrierausnehmung 41 kann aber auch verzichtet werden.
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Die Vorderfläche 46 und die gegenüberliegenden Hinterfläche des Flügels 40 sind eben ausgebildet, wobei sie parallel zueinander und parallel zur Drehachse (Nr. 21 in 1) des Rotors verlaufen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Flügelzellenmaschine
- 11
- Gehäuse
- 12
- Druckmittelquelle
- 13
- Fluidabführleitung
- 14
- Fluidzuführleitung
- 15
- Antriebswelle
- 16
- Druckraum
- 17
- Exzentrizität
- 20
- Rotor
- 21
- Drehachse
- 22
- radiale Richtung
- 23
- Hinterflügelraum
- 24
- Federnut
- 25
- Antriebsdurchbruch
- 26
- Innengewinde
- 27
- Anschlagfläche
- 28
- Schlitz
- 40
- Flügel
- 41
- Zentrierausnehmung
- 43
- Seitenfläche
- 44
- radial äußere Fläche
- 45
- radial innere Fläche
- 46
- Vorderfläche
- 50
- Kurvenring
- 51
- Fluidverteiler
- 52
- Zuführausnehmung
- 53
- Abführausnehmung
- 54
- Flügelausnehmung
- 55
- Innenumfangsfläche des Kurvenrings
- 60
- Federring
- 61
- Überlappung
- 62
- Außendurchmesser des Federrings
- 70
- Verschlussteil
- 71
- Außengewinde
- 72
- Gegenanschlagfläche
- 73
- Antriebsmittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1141551 B1 [0002]
- DE 193441 A1 [0003]
