EP2561229A1 - Kolben für eine radialkolbenmaschine - Google Patents

Kolben für eine radialkolbenmaschine

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Publication number
EP2561229A1
EP2561229A1 EP11708990A EP11708990A EP2561229A1 EP 2561229 A1 EP2561229 A1 EP 2561229A1 EP 11708990 A EP11708990 A EP 11708990A EP 11708990 A EP11708990 A EP 11708990A EP 2561229 A1 EP2561229 A1 EP 2561229A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
sheath
piston according
main portion
core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11708990A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Brian Kane
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2561229A1 publication Critical patent/EP2561229A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/01—Pistons; Trunk pistons; Plungers characterised by the use of particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/14—Pistons, piston-rods or piston-rod connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/04—Composite, e.g. fibre-reinforced
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/12—Coating

Definitions

  • the invention relates to a piston for a radial piston machine according to the preamble of patent claim 1.
  • Radial piston engines have radially or radially arranged cylinder-piston units, wherein an oscillating movement of the pistons relative to the associated cylinder, e.g. is generated by an external wave-shaped lifting curve.
  • On the lift curve roll cylindrical rolling bodies, on each of which a piston is mounted. The pistons are received in a central cylinder body. The number of cams on the circumference of the lift curve determines the number of strokes of each piston during one revolution of the machine.
  • the pistons of such radial piston machines are made of metal according to the prior art.
  • the document DE 40 37 455 C1 shows a radial piston machine, wherein in a recess of each piston in the contact area to the associated cylindrical rolling body, a bearing shell is shown, which supports the piston relative to the cylindrical roller body.
  • abutment areas of the piston are metallic on the respective associated cylinder.
  • the disadvantage of this are the high point loads that arise between the piston and the associated cylinder.
  • a high production cost is necessary.
  • the invention is based on the object to provide a piston for a radial piston machine, in which the point loads against the associated cylinder and the manufacturing cost of the piston are reduced.
  • the piston according to the invention for a radial piston machine has a metallic core, which is essentially provided with a sheath made of plastic.
  • a metallic core which is essentially provided with a sheath made of plastic.
  • the casing is sprayed onto the core.
  • the core has a metallic main section, on which a recess for receiving a roller body is provided.
  • a bearing shell made of plastic is arranged on a roller body facing wall of the recess for reducing wear.
  • a voltage applied to the roller body surface of the bearing shell on at least a small recess for receiving pressure medium, which is connected via a channel with an end face of the piston or the core facing a working or pressure chamber of the cylinder is.
  • pressure medium which is subjected to high pressure via the channel and thus serves for pressure force compensation in the contact area, collects in the depression (s).
  • a hydrodynamic bearing is given from a certain speed.
  • a circumferential surface of the main section is provided with a sheath made of plastic, this serves to compensate for manufacturing inaccuracies or tolerances between the piston and cylinder.
  • the sheath of the lateral surface of the main portion has a circumferential sealing lip or a circumferential O-ring, which may be formed integrally with the sheath, and which rests in the installed state on the cylinder. This creates a seal between the working or pressure chamber of the cylinder and the low-pressure region of the radial piston machine with minimal manufacturing effort.
  • the piston according to the invention is a stepped piston, wherein at the main portion of the core, a radially stepped back centric metallic pin portion is attached.
  • a guide of the piston is given along its stroke direction.
  • a circulating e.g. approximately cylindrical surface of the journal portion is provided with a sheath made of plastic, this serves to compensate for manufacturing inaccuracies or tolerances between the journal portion and the guide portion of the cylinder.
  • the pin portion and / or the sheath of the journal portion are provided with flats or radial depressions or grooves.
  • the sheath of the main portion and the sheath of the pin portion may be formed integrally.
  • the piston may also be integrally formed with the casing of the main portion and with the casing of the journal portion.
  • the sheath of the main section and the sheath of the pin section are connected via an intermediate section. This has the pressure surface of the piston.
  • Figure 1 shows a detail of a radial piston machine with piston according to a first embodiment in a sectional view
  • Figure 2 shows a jacket of a piston according to the invention according to the first embodiment in a sectional view
  • FIGS. 3 a-c show a jacket of a piston according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment in various representations
  • Figure 4 shows a detail of a bearing shell of the piston according to the invention according to the first and according to the second embodiment
  • Figures 5 a-c a core of the piston according to the invention according to the first and according to the second embodiment in different representations;
  • Figure 6 ac a sheath of a piston according to the invention according to a third embodiment in various representations; and Figures 7 ac a core of the piston according to the invention according to the third embodiment in different representations.
  • Figure 1 shows a section of a radial piston machine in a sectional view. It has an encircling wave-shaped lifting curve 1 and eight cylinder-piston units, of which only three are completely and two more partially shown in FIG.
  • the cylinders are arranged radially or star-shaped in a revolving rotor 2, while the lifting cam 1 is formed on a stationary lifting disk 4.
  • the rotation of the rotor 2 is transmitted to a shaft 5 (motor) or vice versa from the shaft 5 to the rotor 2 (pump).
  • Each cylinder has a main portion 6 and on its side facing the shaft 5 a radially stepped back guide portion. 8
  • Each cylinder-piston unit has a roller body 10, which rolls upon rotation of the rotor 2 along the lifting curve 1 and in relation to a longitudinal axis 12 carries out an oscillating lifting movement.
  • a piston is mounted on each roller body 10.
  • Each piston has a main portion, of which only one sheath 14a is shown in Figure 1, and a pin portion, of which in Figure 1 also only one sheath 16a is shown.
  • the main portion of the piston bears against the roller body 10 and is received in the main portion 6 of the cylinder, while the journal portion of the piston is received in the guide portion 8 of the cylinder.
  • Figure 2 shows a one-piece made of PEEK sheath 14a, 16a of the piston according to the invention according to the first embodiment in a sectional view. It comprises a main portion 14b and a pin portion 16b of a metal-made core (not shown in FIG. 2).
  • a bearing shell 18, which serves as a sliding bearing for the roller body 10, is formed integrally with the casing 14a, 16a.
  • an intermediate portion 20 of the sheath is formed between the sheath of the main portion 14a and the sheath of the pin portion 16a.
  • an approximately annular pressure surface 22 is formed, which from a likewise integrally integrated in the casing lip or integrated O-ring 24 is included.
  • a groove 26 is arranged between the O-ring 24 and the casing of the main portion 14a.
  • the sheath of the piston integrally formed of PEEK thus comprises the sheath of the pin portion 16a, the intermediate portion 20, the O-ring 24, the sheath of the main portion 14a and finally the bearing shell 18.
  • the interior of the sheath shown is a in the figures 5a-c shown core of steel arranged.
  • Figures 3a-c show a jacket of a piston according to the invention according to a second embodiment.
  • Figure 3a shows the casing in a sectional side view
  • Figure 3b in a side view
  • Figure 3c in a perspective view.
  • the sheath shown according to the second embodiment corresponds largely to that of the first embodiment.
  • An intermediate portion 120 integrally connects the sheath of the pin portion 16a to the sheath of the main portion 14a, with an approximately annular pressure surface 122 formed on its upper side (in Figures 3a-c).
  • a sealing lip 124 is integrally provided on the intermediate section 120 or on the sheathing of the main section 14a to seal the corresponding pressure chamber.
  • the sealing lip 124 extends substantially along a cylinder wall in the direction of the pressure chamber.
  • the sheathing of the pin portion 16a has in the first embodiment according to Figure 2 and the second embodiment according to Figures 3a-c two laterally disposed opposite flats or depressions, of which in Figures 3b and 3c, only one recess 28 is shown. They represent a fluid connection between the arranged in the main portion 6 of the cylinder annular pressure chamber and a pressure chamber formed in the guide section 8.
  • the approximately annular pressure surface 22, 122 and one (in the figures) upper End face 34 of the piston according to the invention equally charged with working pressure.
  • Figure 4 shows a section of the bearing shell 18 of the first and the second embodiment. It has two shallow recesses 30, which are connected via a channel 32 with the upper end face 34 of the piston according to the invention.
  • working pressure or high pressure prevails in the two depressions 30, so that the piston according to the invention is mounted in a pressure-relieved and hydrodynamic manner relative to the associated roller body 10. Because of the hydrodynamic bearing, the depression is very small.
  • Figures 5a-c show a core of the piston according to the invention according to the first and the second embodiment, wherein Figure 5a shows a longitudinal section, Figure 5b shows a side view and Figure 5c shows a perspective view.
  • the core is made of steel and is designed in such a way that the sheathing 16a, 14a and the bearing shell 18 can be formed in accordance with the two first exemplary embodiments (see FIGS. 2 and 3a) by substantially uniform encapsulation with PEEK.
  • FIG. 5a shows the channel 32, which extends along the longitudinal axis 12 and connects the recesses 30 of the bearing shell 18 (compare FIG. 4) with the upper end face 34 of the core or of the piston for pressure relief.
  • FIG. 6a-c show a casing of a piston according to the invention according to a third embodiment, wherein FIG. 6a shows the casing in a view from below, FIG. 6b in a lateral section and FIG. 6c in a lateral view. looks show.
  • the casing of the third embodiment corresponds in part to that of the first embodiment according to FIG. 2.
  • a casing 216a of the spigot portion is likewise essentially circular-cylindrical.
  • an O-ring 224 is formed as a seal.
  • a shell 214a of the main portion and a bearing shell 218 have a stretched shape in which a dimension along a roller body longitudinal axis 236 is greater than transverse thereto or perpendicular thereto.
  • a pressure surface 222 along the roller body longitudinal axis 236 relative to the above-described embodiments is extended or increased.
  • Figures 7a-c show a core of the piston according to the invention according to the third embodiment, wherein Figure 7a shows the core in a view from below, Figure 7b shows a side sectional view and Figure 7c shows a side view.
  • the piston according to the invention according to the third embodiment is thus composed of the core shown in Figures 7a-c and the sheath shown in Figures 6a-c. It is used in a radial piston machine in which the respective main section of the cylinder has a cross section which corresponds to the outer contour of the casing 214a shown in FIG. 6a.
  • the volume of the cylinder is increased, whereby the displacement or delivery volume of the radial piston machine is increased.
  • the piston with extended main section can also have a sealing lip 124 according to the second exemplary embodiment (see FIGS. 3a-c) instead of the integrally formed O-ring 224.
  • a piston for a radial piston machine with a metallic core, which is provided substantially with a sheath made of plastic.
  • the sheath may be formed integrally with a bearing shell made of PEEK and / or be sprayed onto the core.

Abstract

Offenbart ist ein Kolben für eine Radialkolbenmaschine mit einem metallischen Kern, der im Wesentlichen mit einer Ummantelung aus Kunststoff versehen ist. Die Ummantelung kann einstückig mit einer Lagerschale aus PEEK gebildet und auf den Kern aufgespritzt sein.

Description

Beschreibung
Kolben für eine Radialkolbenmaschine
Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Radialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Radialkolbenmaschinen haben radial bzw. sternförmig angeordnete Zylinder- Kolben-Einheiten, wobei eine oszillierende Bewegung der Kolben gegenüber dem zugeordneten Zylinder z.B. durch eine außen liegende wellenförmige Hubkurve erzeugt wird. Auf der Hubkurve rollen zylindrische Rollkörper, an denen je ein Kolben gelagert ist. Die Kolben sind dabei in einem mittleren Zylinderkörper aufgenommen. Durch die Anzahl der Nocken am Umfang der Hubkurve wird die Anzahl der Hübe jedes Kolbens bei einer Umdrehung der Maschine bestimmt.
Die Kolben derartiger Radialkolbenmaschinen sind gemäß dem Stand der Technik aus Metall gefertigt.
Die Druckschrift DE 40 37 455 C1 zeigt eine Radialkolbenmaschine, wobei in einer Ausnehmung jedes Kolbens im Anlagebereich zum zugeordneten zylindrischen Rollkörper eine Lagerschale gezeigt ist, die den Kolben gegenüber dem zylindrischen Rollenkörper lagert.
In der Druckschrift DE 39 26 185 C2 ist ein Kolben für eine Radialkolbenmaschine mit einer Lagerschale gezeigt, die eine Kunststoffschicht aufweist, die am zylindrischen Rollkörper anliegt.
Gemäß dem Stand der Technik sind Anlagebereiche des Kolbens am jeweils zugeordneten Zylinder metallisch. Nachteilig daran sind die hohen Punktbelastungen, die zwischen den Kolben und dem zugeordneten Zylinder entstehen. Um die erforderliche Oberflächenbeschaffenheit bzw. -Güte zu erreichen ist ein hoher Fertigungsaufwand nötig. Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Kolben für eine Radialkolbenmaschine zu schaffen, bei dem die Punktbelastungen gegen den zugeordneten Zylinder und die Fertigungskosten des Kolbens verringert sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kolben für eine Radialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Der erfindungsgemäße Kolben für eine Radialkolbenmaschine hat einen metallischen Kern, der im Wesentlichen mit einer Ummantelung aus Kunststoff versehen ist. Dadurch sind die Punktbelastungen des Kolbens gegen den zugeordneten Zylinder verringert, da die Kräfte durch Verformung des Kunststoffs der Ummantelung am Zylinder verteilt werden. Somit sind bei Radialkolbenmaschinen mit erfindungsgemäßen Kolben höhere Drücke realisierbar, als mit denen das Standes der Technik. Weiterhin ist bei zunehmender Dicke der Ummantelung und entsprechend verringertem Durchmesser des Kerns eine Gewichtsreduzierung des Kolbens gegeben. Somit verringern sich die zu beschleunigenden Massen im Betrieb der Radialkolbenmaschinen, wodurch einen Wirkungsgradoptimierung - insbesondere bei zunehmenden Drehzahlen - gegeben ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Zur Verringerung des Fertigungsaufwandes des erfindungsgemäßen Kolbens wird es bevorzugt, wenn die Ummantelung auf den Kern aufgespritzt ist.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kolbens hat der Kern einen metallischen Hauptabschnitt, an dem eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Rollenkörpers vorgesehen ist. Dabei ist an einer dem Rollenkörper zugewandten Wandung der Ausnehmung zur Verschleißreduzierung eine Lagerschale aus Kunststoff angeordnet.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist eine am Rollenkörper anliegende Oberfläche der Lagerschale zumindest eine geringe Vertiefung zur Aufnahme von Druckmittel auf, die über einen Kanal mit einer Stirnfläche des Kolbens oder des Kerns verbunden ist, die einem Arbeits- oder Druckraum des Zylinders zugewandt ist. In der bzw. den Vertiefungen sammelt sich im Betrieb Druckmittel, das über den Kanal mit Hochdruck beaufschlagt ist und so zur Druckkraftkompensation im Anlagebereich dient. Über diese Vertiefung ist ab einer gewissen Drehzahl eine hydrodynamische Lagerung gegeben.
Wenn eine umlaufende Mantelfläche des Hauptabschnitts mit einer Ummantelung aus Kunststoff versehen ist, dient diese als Ausgleich für Fertigungsungenauigkeiten bzw. -toleranzen zwischen Kolben und Zylinder.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung hat die Ummantelung der Mantelfläche des Hauptabschnitts eine umlaufende Dichtlippe oder einen umlaufenden O-Ring, die bzw. der einstückig mit der Ummantelung gebildet sein kann, und die bzw. der im eingebauten Zustand am Zylinder anliegt. Damit ist mit minimalem Fertigungsaufwand eine Dichtung zwischen dem Arbeits- oder Druckraum des Zylinders und dem Niederdruckbereich der Radialkolbenmaschine geschaffen.
Wenn der Hauptabschnitt entlang dem Rollenkörper größer ist als senkrecht dazu, entsteht eine Verlängerung bzw. Vergrößerung des Kolbens und somit seiner Druckfläche. Wenn der entsprechende Zylinder an diese Form angepasst ist, entsteht eine Zylinder-Kolben-Einheit mit vergrößerten Volumen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist der erfindungsgemäße Kolben ein Stufenkolben, wobei am Hauptabschnitt des Kerns ein radial zurückgestufter zentrischer metallischer Zapfenabschnitt angebracht ist. Wenn der Zapfenabschnitt in einen entsprechend radial zurückgestuften Führungsabschnitt des Zylinders eintaucht, ist eine Führung des Kolbens entlang seiner Hubrichtung gegeben.
Wenn eine umlaufende z.B. etwa zylindrische Mantelfläche des Zapfenabschnitts mit einer Ummantelung aus Kunststoff versehen ist, dient diese als Ausgleich für Fertigungsungenauigkeiten bzw. -toleranzen zwischen Zapfenabschnitt und dem Führungsabschnitt des Zylinders.
Zum Druckausgleich zwischen dem Führungsabschnitt und dem Hauptabschnitt des Zylinders wird es bevorzugt, wenn der Zapfenabschnitt und/oder die Ummantelung des Zapfenabschnitts mit Abflachungen oder radialen Vertiefungen oder Nuten versehen sind.
Zur Verringerung des Fertigungsaufwandes können die Ummantelung des Hauptabschnitts und die Ummantelung des Zapfenabschnitts einstückig gebildet sein.
Wenn der Koben eine Lagerschale aus Kunststoff hat, kann darüber hinausgehend auch diese mit der Ummantelung des Hauptabschnitts und mit der Ummantelung des Zapfenabschnitts einstückig gebildet sein.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Stufenkolbens sind die Ummantelung des Hauptabschnitts und die Ummantelung des Zapfenabschnitts über einen Zwischenabschnitt verbunden. Dieser weist die Druckfläche des Kolbens aufweisen.
Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiede Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 einen Ausschnitt einer Radialkolbenmaschine mit Kolben gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer geschnittenen Darstellung;
Figur 2 eine Ummantelung eines erfindungsgemäßen Kolbens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer geschnittenen Darstellung;
Figuren 3 a-c eine Ummantelung eines erfindungsgemäßen Kolbens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Darstellungen;
Figur 4 einen Ausschnitt einer Lagerschale des erfindungsgemäßen Kolbens gemäß dem ersten und gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
Figuren 5 a-c einen Kern des erfindungsgemäßen Kolbens gemäß dem ersten und gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Darstellungen;
Figur 6 a-c eine Ummantelung eines erfindungsgemäßen Kolbens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Darstellungen; und Figuren 7 a-c einen Kern des erfindungsgemäßen Kolbens gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Darstellungen.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Radialkolbenmaschine in einer geschnittenen Darstellung. Sie hat eine umlaufende wellenförmige Hubkurve 1 und acht Zylinder- Kolben-Einheiten, von denen in Figur 1 nur drei komplett und zwei weitere teilweise dargestellt sind. Die Zylinder sind radial bzw. sternförmig in einem umlaufenden Rotor 2 angeordnet, während die Hubkurve 1 an einer ortsfesten Hubscheibe 4 ausgebildet ist. Je nach Maschinentyp wird die Rotation des Rotors 2 an eine Welle 5 (Motor) oder umgekehrt von der Welle 5 an den Rotor 2 (Pumpe) übertragen.
Jeder Zylinder hat einen Hauptabschnitt 6 und an seiner der Welle 5 zugewandten Seite einen radial zurückgestuften Führungsabschnitt 8.
Jede Zylinder-Kolben-Einheit hat einen Rollenkörper 10, der bei Rotation des Rotors 2 entlang der Hubkurve 1 rollt und dabei bezogen auf eine Längsachse 12 eine oszillierende Hubbewegung ausführt. Dabei ist an jedem Rollenkörper 10 ein Kolben gelagert. Jeder Kolben hat einen Hauptabschnitt, von dem in Figur 1 nur eine Ummantelung 14a dargestellt ist, und einen Zapfenabschnitt, von dem in Figur 1 ebenfalls nur eine Ummantelung 16a dargestellt ist. Der Hauptabschnitt des Kolbens liegt am Rollenkörper 10 an und ist im Hauptabschnitt 6 des Zylinders aufgenommen, während der Zapfenabschnitt des Kolbens im Führungsabschnitt 8 des Zylinders aufgenommen ist.
Figur 2 zeigt eine einstückig aus PEEK gefertigte Ummantelung 14a, 16a des erfindungsgemäßen Kolbens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer geschnittenen Darstellung. Sie umfasst bzw. umgibt einen Hauptabschnitt 14b und einen Zapfenabschnitt 16b eines aus Metall gefertigten (in Figur 2 nicht gezeigten) Kerns. Eine Lagerschale 18, die als Gleitlager für den Rollenkörper 10 dient, ist einstückig mit der Ummantelung 14a, 16a gebildet. Weiterhin ist zwischen der Ummantelung des Hauptabschnitts 14a und der Ummantelung des Zapfenabschnitts 16a ein Zwischenabschnitt 20 der Ummantelung gebildet. An der (in Figur 2) oberen Seite des Zwischenabschnitts 20 der Ummantelung ist eine etwa ringförmige Druckfläche 22 gebildet, die von einer ebenfalls einstückig in die Ummantelung integrierten Lippe bzw. integrierten O-Ring 24 umfasst ist. Er liegt im Betrieb der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine am Hauptabschnitt 6 des Zylinders an und dichtet einen entsprechenden ringförmigen Druckraum (vgl. Bezugszeichen 6 der Figur 1 ) gegen einen Niederdruckbereich ab. Zwischen dem O-Ring 24 und der Ummantelung des Hauptabschnitts 14a ist eine Nut 26 angeordnet.
Die einstückig aus PEEK gebildete Ummantelung des Kolbens umfasst somit die Ummantelung des Zapfenabschnitts 16a, den Zwischenabschnitt 20, den O-Ring 24, die Ummantelung des Hauptabschnitts 14a und schließlich die Lagerschale 18. Im Innern der gezeigten Ummantelung ist ein in den Figuren 5a-c gezeigter Kern aus Stahl angeordnet.
Figuren 3a-c zeigen eine Ummantelung eines erfindungsgemäßen Kolbens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Figur 3a zeigt die Ummantelung in einer geschnittenen seitlichen Ansicht, Figur 3b in einer seitlichen Ansicht und Figur 3c in einer perspektivischen Ansicht. Die gezeigte Ummantelung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Ein Zwischenabschnitt 120 verbindet einstückig die Ummantelung des Zapfenabschnitts 16a mit der Ummantelung des Hauptabschnitts 14a, wobei an seiner (in den Figuren 3a-c) oberen Seite eine etwa ringförmige Druckfläche 122 ausgebildet ist. Dabei ist zur Abdichtung des entsprechenden Druckraums statt des O-Rings 24 eine Dichtlippe 124 einstückig am Zwischenabschnitt 120 bzw. an der Ummantelung des Hauptabschnitts 14a vorgesehen. Die Dichtlippe 124 erstreckt sich im Wesentlichen entlang einer Zylinderwandung in Richtung zum Druckraum.
Die Ummantelung des Zapfenabschnitts 16a hat beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 und beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 3a-c zwei seitlich angeordnete einander gegenüber liegende Abflachungen bzw. Vertiefungen, von denen in den Figuren 3b und 3c nur eine Vertiefung 28 gezeigt ist. Sie stellen eine Druckmittelverbindung zwischen dem im Hauptabschnitt 6 des Zylinders angeordneten ringförmigen Druckraum und einem im Führungsabschnitt 8 gebildeten Druckraum dar. Somit ist die etwa ringförmige Druckfläche 22, 122 und eine (in den Figuren) oberen Stirnfläche 34 des erfindungsgemäßen Kolbens gleichermaßen mit Arbeitsdruck beaufschlagt.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt der Lagerschale 18 des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels. Sie weist zwei flache Vertiefungen 30 auf, die über einen Kanal 32 mit der oberen Stirnfläche 34 des erfindungsgemäßen Kolbens verbunden sind. Damit herrscht in den beiden Vertiefungen 30 Arbeitsdruck bzw. Hochdruck, so dass der erfindungsgemäße Kolben gegenüber dem zugeordneten Rollenkörper 10 druckentlastet und hydrodynamisch gelagert ist. Wegen der hydrodynamischen Lagerung ist die Vertiefung sehr gering.
Im Betrieb der Maschine entsteht eine maximale Pressung zwischen dem Rollenkörper 10 und der Lagerschale 18 seitlich (z.B. in Figur 4 nach links) versetzt. Somit erfolgt im Bereich der einen (bei diesem Beispiel der linken) Vertiefung 30 die entsprechende hydrodynamischen Lagerung, während an der anderen (bei diesem Beispiel der rechten) Vertiefung 30 Leckage entstehen kann. Um diese zu minimieren ist zwischen den beiden Vertiefungen 30 eine Passage vorgesehen, in die der Kanal 32 mündet.
Figuren 5a-c zeigen einen Kern des erfindungsgemäßen Kolbens gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei Figur 5a einen Längsschnitt, Figur 5b eine seitliche Ansicht und Figur 5c eine perspektivische Ansicht zeigen. Der Kern besteht aus Stahl und ist derart ausgebildet, dass durch im Wesentlichen gleichmäßiges Umspritzen mit PEEK die Ummantelung 16a, 14a und der Lagerschale 18 gemäß den beiden ersten Ausführungsbeispielen (vgl. Figuren 2 und 3a) gebildet werden können.
Figur 5a zeigt den Kanal 32, der sich entlang der Längsachse 12 erstreckt und die Ausnehmungen 30 der Lagerschale 18 (vgl. Figur 4) mit der oberen Stirnfläche 34 des Kerns bzw. des Kolbens zur Druckentlastung verbindet.
Figuren 6a-c zeigen eine Ummantelung eines erfindungsgemäßen Kolbens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, wobei Figur 6a die Ummantelung in einer Ansicht von unten, Figur 6b in einem seitlichen Schnitt und Figur 6c in einer seitlichen An- sieht zeigen. Die Ummantelung des dritten Ausführungsbeispiels entspricht teilweise derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2. Eine Ummantelung 216a des Zapfenabschnitts ist ebenfalls im Wesentlichen kreiszylindrisch. An einem Zwischenabschnitt 220 ist als Dichtung ein O-Ring 224 ausgebildet.
Anders als die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele haben eine Ummantelung 214a des Hauptabschnitts und eine Lagerschale 218 eine gestreckte Form, bei der eine Abmessung entlang einer Rollenkörper-Längsachse 236 größer ist, als quer bzw. senkrecht dazu. Damit ist eine Druckfläche 222 entlang der Rollenkörper-Längsachse 236 gegenüber den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen verlängert bzw. vergrößert.
Figuren 7a-c zeigen einen Kern des erfindungsgemäßen Kolbens gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, wobei Figur 7a den Kern in einer Ansicht von unten, Figur 7b eine seitliche geschnittene Darstellung und Figur 7c eine seitliche Ansicht zeigen.
In Figur 7a ist gezeigt, dass auch der Hauptabschnitt 214b des Kerns entlang der Rollenkörper-Längsachse 236 gegenüber den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen vergrößert bzw. verlängert ist.
Der erfindungsgemäße Kolben gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel setzt sich somit zusammen aus dem in den Figuren 7a-c gezeigten Kern und der in den Figuren 6a-c gezeigten Ummantelung. Er wird in eine Radialkolbenmaschine eingesetzt, bei der der jeweilige Hauptabschnitt des Zylinders einen Querschnitt aufweisen, der der in Figur 6a gezeigten Außenkontur der Ummantelung 214a entspricht. Damit ist das Volumen des Zylinders vergrößert, wodurch das Schluck- bzw. Fördervolumen der Radialkolbenmaschine vergrößert ist.
Abweichend vom dritten Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 6a-c kann der Kolben mit verlängertem Hauptabschnitt statt des einstückig gebildeten O-Rings 224 auch eine Dichtlippe 124 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (vgl. Figuren 3a-c) aufweisen.
Offenbart ist ein Kolben für eine Radialkolbenmaschine mit einem metallischen Kern, der im Wesentlichen mit einer Ummantelung aus Kunststoff versehen ist. Die Ummantelung kann einstückig mit einer Lagerschale aus PEEK gebildet und/oder auf den Kern aufgespritzt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Kolben für eine Radialkolbenmaschine dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben einen metallischen Kern (14b, 16b; 214b, 216b) hat, der im Wesentlichen mit einer Ummantelung (14a, 16a, 20; 120; 214a, 216a, 220) aus Kunststoff versehen ist.
2. Kolben nach Patentanspruch 1 , wobei die Ummantelung (14a, 16a, 20; 120;
214a, 216a, 220) auf den Kern (14b, 16b; 214b, 216b) aufgespritzt ist.
3. Kolben nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Kern (14b, 16b; 214b, 216b) einen metallischen Hauptabschnitt (14b; 214b) hat, der eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Rollenkörpers (10) hat, wobei an einer dem Rollenkörper (10) zugewandten Wandung der Ausnehmung eine Lagerschale (18; 218) aus Kunststoff angeordnet ist.
4. Kolben nach Patentanspruch 3 wobei eine am Rollenkörper (10) anliegende Oberfläche der Lagerschale (18; 218) eine Vertiefung (30; 230) aufweist, die über einen Kanal (32; 232) mit einer einem Arbeitsraum zugewandten Stirnfläche (34; 234) des Kolbens verbunden ist.
5. Kolben nach Patentanspruch 3 oder 4, wobei eine Mantelfläche des Hauptabschnitts (14b; 214b) mit einer Ummantelung (14a; 214a) aus Kunststoff versehen ist.
6. Kolben nach Patentanspruch 5, wobei die Ummantelung (14a; 214a) eine umlaufende Dichtlippe (124) oder einen umlaufenden O-Ring (24; 224) aufweist, die oder der in Anlage mit dem Zylinder bringbar ist.
7. Kolben nach Patentanspruch 3, wobei der Hauptabschnitt (214b) entlang dem Rollenkörper (10) größer ist als senkrecht dazu.
8. Kolben nach Patentanspruch 3, der ein Stufenkolben ist, wobei am Hauptabschnitt (14b; 214b) ein radial zurückgestufter metallischer Zapfenabschnitt (16b; 216b) angebracht ist.
9. Kolben nach Patentanspruch 8, wobei eine Mantelfläche des Zapfenabschnitts (16b; 216b) mit einer Ummantelung (16a; 216a) aus Kunststoff versehen ist.
10. Kolben nach Patentanspruch 8 oder 9, wobei der Zapfenabschnitt (16b; 216b) und/oder die Ummantelung (16a; 216a) des Zapfenabschnitts mit Abflachungen oder radialen Vertiefungen (28; 228) versehen sind.
11. Kolben nach Patentanspruch 5 und 9, wobei die Ummantelung (14a; 214a) des Hauptabschnitts (14b; 214b) und die Ummantelung (16b; 216b) des Zapfenabschnitts (16a; 216a) einstückig gebildet sind.
12. Kolben nach Patentansprüchen 3, 5 und 9, wobei die Ummantelung (14a;
214a) des Hauptabschnitts (14b; 214b) und die Ummantelung (16b; 216b) des Zapfenabschnitts (16a; 216a) mit der Lagerschale (18; 218) einstückig gebildet sind.
13. Kolben nach Patentanspruch 5 und 9, wobei die Ummantelung (14a; 214a) des Hauptabschnitts (14b; 214b) und die Ummantelung (16b; 216b) des Zapfenabschnitts (16a; 216a) über einen Zwischenabschnitt (20; 120; 220) verbunden sind.
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