EP3857026B1 - Kolbenmaschine, modulares baukastensystem für eine kolbenmaschine sowie verfahren zur herstellung einer kolbenmaschine - Google Patents

Kolbenmaschine, modulares baukastensystem für eine kolbenmaschine sowie verfahren zur herstellung einer kolbenmaschine Download PDF

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EP3857026B1
EP3857026B1 EP19779428.2A EP19779428A EP3857026B1 EP 3857026 B1 EP3857026 B1 EP 3857026B1 EP 19779428 A EP19779428 A EP 19779428A EP 3857026 B1 EP3857026 B1 EP 3857026B1
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EP
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piston
housing
parts
piston machine
working chamber
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Manfred Max Rapp
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Rapson GmbH
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    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
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    • F01C9/002—Oscillating-piston machines or engines the piston oscillating around a fixed axis
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C21/00—Oscillating-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C21/002—Oscillating-piston pumps specially adapted for elastic fluids the piston oscillating around a fixed axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/30—Casings or housings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/70—Use of multiplicity of similar components; Modular construction

Definitions

  • the invention relates to a piston engine with a multi-part housing, a modular system for a piston engine and a method for producing a piston engine using a modular system.
  • Compressors are from the prior art, for example from DE 10 2010 036 977 B3 , DE 10 2014 208 939 A1 , DE 10 2008 040 574 B4 , DE 10 2014 214 435 A1 , WO 2015/173255 A1 , US5228414A1 and DE 199 01 110 A1 known.
  • compressors for example, there are reciprocating, scroll, rotary tooth and screw compressors.
  • compressors mentioned a distinction can also be made between oil-injected compressors and oil-free compressors. As a rule, each type of compressor must be specially designed and developed for the respective application.
  • an oscillating-piston machine comprising: a piston, a housing with a working chamber with at least one inlet opening and at least one outlet opening, wherein the piston is pivotably mounted in the working chamber about a pivot axis and wherein the Piston is operatively connected to at least one rotatably mounted shaft; wherein the working chamber is formed by a plurality of housing parts as well as a housing cover and an end wall, wherein the housing parts have at least two separate side walls for delimiting the working chamber in the direction along the pivot axis, wherein at least two separate housing parts are arranged axially one behind the other with respect to the pivot axis
  • two pistons are provided which form a common working chamber, the two pistons between a first position in which the pistons are arranged at a minimum distance from one another but without contact (preferably at operating temperature a gap between (preferably approximately) 1/100 and 5/100 mm), and a second position, in which the pistons are at a maximum distance from each other, are designed to be pivotable, the pistons in both positions being (preferably permanently) offset by 180° (full circle is 360°).
  • This is advantageous because it enables low-vibration or vibration-free operation.
  • two pistons are provided which form a common working chamber, the two pistons between a first position in which the pistons are arranged at a minimum distance from one another but without contact (preferably at operating temperature a gap between (preferably approximately) 1/100 and 5/100 mm), and a second position, in which the pistons are at a maximum distance from each other, are designed to be pivotable, the pistons being arranged offset by 180° in both positions (preferably permanently).
  • At least one cooling opening, but preferably at least two cooling openings, is preferably provided in the common working chamber in such a way that the two cooling openings are open in the second position.
  • the two cooling ports are closed in the first position.
  • three pistons and three cooling openings assigned to the respective pistons are provided, with a first piston and a second piston being arranged in a first position at a minimal distance from one another but without contact (preferably at operating temperature a gap between (preferably approximately) 1/100 and 5/100 mm), while a third piston is located at a maximum distance from the second piston in the first position, the second piston and the third piston being in a second position at a minimum Distance to each other, but are arranged without contact (preferably at operating temperature have a gap between (preferably approximately) 1/100 and 5/100 mm), while the first piston is arranged in the second position at a maximum distance from the second piston.
  • the cooling port associated with the first piston is closed in the first position while the cooling port associated with the second piston and the cooling port associated with the third piston are open, the cooling port associated with the third piston being closed in the second position while that of the second piston associated cooling opening and the cooling opening associated with the first piston are open.
  • At least two separate side walls are constructed in the same way.
  • at least all of the side walls are constructed in the same way.
  • the at least one working chamber is delimited along the pivot axis of the piston by the end wall and the housing cover.
  • the working chamber is delimited transversely to the pivot axis by a bearing shell, two separate side walls and a side wall in the shape of an arc of a circle.
  • the side walls delimiting the working chamber transversely to the pivot axis are each formed by a multiplicity of structurally identical housing parts which are each arranged axially one behind the other.
  • the at least two separate side walls are detachably connected to one another.
  • the at least two separate side walls are arranged symmetrically to a plane that extends perpendicularly to the pivot plane and along the longitudinal axis of the at least one piston in a central position.
  • all the housing parts are arranged symmetrically to a plane that extends perpendicularly to the pivot plane and along the longitudinal axis of the piston in a central position.
  • “separately” means in particular that before the housing parts are assembled to form a housing, there are individual housing parts that can be assembled and/or connected to one another to form the housing of the piston machine.
  • a piston engine in particular can be produced in a modular design.
  • the separate housing parts can be produced with significantly less effort than a one-piece, complete housing, which is associated with a significant cost reduction.
  • individual housing parts can be exchanged or combined if necessary, for example if one or more housing parts or piston parts (see below) are damaged during operation of the piston engine.
  • the individual housing parts or piston parts can each be adapted or optimized without having to produce a completely new housing each time.
  • a piston machine manufactured with the modular system according to claim 1 is therefore characterized by its modular design and can be assembled in the manner of a modular system. Overall, costs and effort for design, manufacture, storage, sales, maintenance and repair can be significantly reduced through the modular design of the piston machine.
  • the piston can also have at least two separate piston parts.
  • the piston can, for example, have piston parts that can be arranged axially one behind the other. Alternatively or additionally, the piston can also have a plurality of piston parts which can adjoin one another in the radial direction. The separate piston parts can be connected to one another.
  • the piston can be attachable to a rotary cylinder.
  • the rotary cylinder can also have a number of rotary cylinder disks which can be connected to one another in the axial direction.
  • the "piston-rotary cylinder" system comprises a plurality of one-piece axial discs.
  • a working or chamber volume of the piston machine can be varied without having to design or develop a completely new piston machine.
  • a chamber or working volume of an existing piston engine can be increased or decreased as required without having to manufacture a new piston engine.
  • a basic variant of the modular system can be defined by a specific size of the end wall and the housing cover.
  • a large part of the market for piston machines can be covered with just one machine type with a relatively small number of basic variants of the modular system (e.g. 9 or less), while in the prior art several different machine types (e.g. piston, scroll, rotary tooth and screw compressor) and several hundred variants are required.
  • the number of housing parts is preferably greater than the number of piston parts. Adjacent (permanently but detachably fixed) housing parts preferably contact each other directly. The respective contact surfaces of the housing parts are preferably (entirely) planar.
  • the piston machine is preferably designed as an oscillating piston machine. More preferably, the piston machine is designed as the piston machine as an oscillating piston compressor.
  • a pivot axis of the piston defines an axial direction below.
  • the individual housing parts can be arranged axially one behind the other.
  • the piston parts can be arranged axially one behind the other.
  • the term "can be arranged axially one behind the other” means that the components can be arranged one behind the other in the longitudinal direction of the pivot axis.
  • the term "can be arranged axially next to one another" means that the components have the same axial position in relation to the piston machine and are, for example, in the same pivoting plane, with the pivoting plane being spanned by a pivoting movement of the piston and being aligned perpendicularly to the pivoting axis.
  • the (at least one) working chamber of the piston machine is delimited on the front side by a housing cover and on the rear side by an end wall in relation to the pivot axis of the piston. Furthermore, the (at least one) working chamber of the piston machine is delimited on the upper side by a wall in the shape of a circular arc and on the lower side by a bearing shell in relation to the pivot axis of the piston. The sides of the (at least one) working chamber extending between the housing cover and the end wall are delimited by opposite side walls.
  • the preferred number of segments of said components is between 2 and 10, more preferably between 3 and 5.
  • the number of segments of said components along one of the three directions is preferably the same in each case.
  • each of the working chambers is delimited by at least two separate segments (at least one, preferably all) of the above-mentioned components, which are each arranged axially one behind the other.
  • each of the working chambers is delimited by at least two separate segments (at least one, preferably all) of the above-mentioned components, which are each arranged horizontally one behind the other.
  • each of the working chambers is delimited by at least two separate segments (at least one, preferably all) of the above-mentioned components, which are each arranged vertically one behind the other.
  • this working chamber by at least two separate segments (at least one, preferably all) of the above components arranged axially one behind the other.
  • this working chamber is delimited by at least two separate segments (at least one, preferably all) of the above-mentioned components, which are arranged horizontally one behind the other.
  • this working chamber is delimited by at least two separate segments (at least one, preferably all) of the above-mentioned components, which are arranged vertically one behind the other.
  • the housing of the piston engine manufactured using the modular system generally includes one or more or all of the housing parts mentioned above.
  • the term "housing part" can be construed by one, several or all of the housing parts mentioned above.
  • the separate housing cover is regarded as not belonging to the housing.
  • individual or all housing parts can be made of metal, ceramic and/or plastic or a combination of the above.
  • individual or all of the piston parts can be made of metal, ceramic or plastic, or a combination of metal and/or ceramic and/or plastic.
  • the end wall and the housing cover can usually be aligned parallel to one another. If provided, the side walls can generally be arranged at an angle to one another corresponding to a pivoting angle of the piston.
  • the arcuate wall, the at least one side wall and/or the bearing shell can typically be arranged axially between the housing cover and the end wall of the housing.
  • At least one housing part can be arranged between the housing cover and the end wall. It can be provided that a single, one-piece housing part can be arranged between the housing cover and the end wall. This one-piece housing part can, for example, form the arcuate wall, one or two side walls and/or the bearing shell. In a further embodiment, at least two separate housing parts can be arranged between the housing cover and the end wall.
  • the arcuate wall has at least two separate wall parts that can preferably be connected to one another.
  • the wall parts of the wall in the form of a circular arc can be arranged axially one behind the other and/or axially next to one another.
  • the bearing shell comprises at least two separate bearing shell parts that can preferably be connected to one another.
  • the bearing shell parts can typically be arranged axially one behind the other.
  • the at least one side wall comprises at least two separate side wall parts that can preferably be connected to one another.
  • the side wall parts can be arranged axially one behind the other.
  • the size of the piston machine can be varied in the axial direction.
  • the housing parts and/or the piston parts can thus be arranged one behind the other in the manner of a disk.
  • the housing parts and the piston parts can be referred to as housing disks and piston disks, respectively.
  • the end wall of the housing and the housing cover can remain the same when the housing is axially expanded or reduced, for example if several piston parts are connected axially one behind the other.
  • an equal number of wall parts, an equal number of bearing shell parts and an equal number of side wall parts can be connected axially one behind the other in the longitudinal direction of the pivot axis of the piston.
  • the piston machine manufactured with the modular system can have a single end wall, N piston parts, N wall parts of the arcuate wall, N bearing shell parts and/or N side wall parts, where N is a positive integer greater than or equal to two.
  • N can be 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 or even more.
  • a single housing cover can also be provided be.
  • the end wall and/or the housing cover can also be made in several pieces.
  • at least two of the above components (piston parts or housing parts) are structurally identical.
  • the piston parts, the wall parts of the arcuate wall, the bearing shell parts and/or the side wall parts have the same or different dimensions in the axial direction.
  • the modular system can therefore include different components with the same or different dimensions in the axial direction.
  • the modular system can also include a one-part or multi-part transmission housing.
  • the transmission housing can be arranged in contact with the front wall and can be connected to the front wall.
  • the modular system has means for fixing, joining and/or fastening the housing parts and/or piston parts.
  • the housing parts and/or the piston parts are connected to one another by means of a tongue and groove connection, pins, such as locating pins, retaining pins.
  • the piston parts and/or housing parts can be welded, glued or soldered to one another.
  • predetermined welding points, adhesive points or soldering points can be provided for the piston parts and/or housing parts.
  • the means for fixing, joining and/or fastening the housing parts and/or piston parts are preferably designed as means for reversibly fixing or reversible joining or reversible fastening of the housing parts and/or piston parts. This is advantageous because a piston machine according to the invention can be modified (varied) particularly easily in terms of its design (e.g. size of the chambers).
  • the housing parts and/or the piston parts are connected to one another in such a way that the housing parts (piston parts) are permanently but reversibly detachably connected to one another. This means that the connection can be released in a reversible manner in such a way that the housing parts (piston parts) and in particular their contact surfaces remain unchanged and can therefore be reused.
  • the modular system comprises at least one further second piston designed as a pivoting element, which can be pivoted and can be arranged in the housing.
  • the multi-piston engine are, for example, in EN 10 2010 036 977 B3 disclosed.
  • the modular system or the housing of the piston machine can have a second arcuate wall and a second bearing shell, opposite the second arcuate wall, for supporting the second piston.
  • the housing has its own working chamber for each piston, with at least two working chambers having different or the same dimensions/volumes and/or having different or the same functions.
  • the functions of the working chambers can be, for example, compressors, pumps or motors. While one working chamber of the piston machine is designed as a compressor, another working chamber of the piston machine can work as a pump, for example.
  • different compressor or pump stages can be provided by different working chambers in a single piston machine.
  • the second wall in the shape of an arc of a circle and the bearing shell can be designed, for example, as a first chamber head part.
  • the second bearing shell and the arcuate wall are designed as a second chamber head part.
  • the first chamber head part and the second chamber head part can each have the same shape or each have a different shape.
  • the chamber head part can comprise a plurality of integrally formed sections (discs) which are arranged axially one behind the other.
  • the wall in the form of a circular arc, the bearing shell, the second wall in the form of a circular arc and the second bearing shell can each be designed as separate housing parts.
  • the modular system can have a drive or output for the piston machine, which can be connected to the piston via a shaft, for example.
  • a drive or output for the piston machine which can be connected to the piston via a shaft, for example.
  • the present invention proposes a piston engine that is manufactured using the above modular system.
  • the piston machine comprises at least one component which is replaced by an identically constructed one component is interchangeable. If it turns out that a component of the piston engine is damaged, this component can be replaced with an identical component using the modular system.
  • the housing can have at least one cooling opening for convective cooling of the piston by means of a cooling fluid.
  • the cooling opening can be provided at different points on the housing.
  • the cooling hole is an opening, such as a gap, formed between two separate housing parts.
  • the housing parts can be at least partially spaced apart from one another.
  • the cooling opening can be formed by a gap between two wall parts or side wall parts that are spaced apart from one another.
  • the cooling opening can also be formed by omitting certain housing parts, wall parts or side wall parts, eg by omitting one of the side walls or omitting both side walls.
  • the cooling opening can also be provided in one of the housing parts mentioned.
  • the cooling opening can be provided in the arcuate wall, in the front wall and/or in the at least one side wall. Alternatively or additionally, the cooling opening can also be provided in the housing cover or in the end wall.
  • the cooling opening is typically different from any intake valves or exhaust valves. The person skilled in the art can obtain further details on possible cooling openings from the publication WO 2015/173255 A1 remove.
  • the aforementioned piston machine can be used as a working machine in the form of a piston pump and a piston compressor or as a prime mover in the form of a compressed gas motor or hydraulic motor for converting the pressure generated in the working chamber into motion.
  • the piston machine also allows a fundamentally oil-free mode of operation, which is particularly desirable for use as a vacuum pump, water pump or compressor.
  • the piston machine according to the invention is preferably designed as an oil-free piston machine.
  • Oil-free in the context of the present invention means that (all) the moving parts of the piston engine are oil-free.
  • the piston engine it is possible for the piston engine to work with roller bearings lubricated for life without contact with the piston or running surfaces and in principle oil-free and without a sealing function.
  • the pistons run in the chamber without contact.
  • the chamber housing can be designed in multiple parts (several segments per component) at all points.
  • the pistons can be designed in several parts laterally (horizontally) and vertically (complete modular system).
  • the pistons it is possible for the pistons to work without running surfaces and also not to be guided by a curved piece.
  • the pistons preferably work in a contact-free and oil-free manner.
  • the piston machine is designed as a 2-stroke system with intake and compression (on each side of the pistons).
  • the piston machine is designed to carry out two working strokes with a 360° rotation of the crankshaft.
  • the present invention proposes a method for producing a piston machine.
  • piston parts are arranged in the housing. Thereafter, the piston designed as a pivoting element, pivotable and arranged in the housing can be formed by the piston parts.
  • the piston parts can also be assembled outside of the housing to form the piston. The piston can then be inserted into the housing.
  • a modular system for producing a piston machine 100 comprises several separate housing parts that can be joined together to form a housing 1 of the piston machine 100, at least one designed as a pivoting element, pivotable and can be arranged in the housing 1 piston 15, and a housing cover 7 for covering the housing 1.
  • piston machines 100 are described, which are manufactured with the modular system according to the invention.
  • those from the publications DE 10 2010 036 977 B3 , DE 10 2014 214 435 A1 , DE 10 2008 040 574 B4 and WO 2015/173255 A1 known piston engines can be produced with the modular system of the present document.
  • an oscillating-piston machine 100 which comprises a housing 1 and a transmission housing 4 .
  • the housing 1 forms a working chamber 2 in which a piston 15 is arranged.
  • the chamber 2 has a cross section in the shape of a sector of a circle and, corresponding to the shape of a cylinder sector, is defined by two side walls 5, 6 arranged at an angle ⁇ of approximately 50° to 60° to one another, an end wall 10, a housing cover 7 and a wall 8 and a rotary cylinder 9 is limited.
  • a bearing shell 3 adjoins the ends of the side walls 5, 6 opposite the wall 8 in the form of a circular arc.
  • the rotary cylinder 9 is arranged in the bearing shell 3 so that it can rotate about a pivot axis 14 .
  • a piston 15 designed as a pivot plate is rigidly fastened to the rotary cylinder 9 or formed in one piece, so that the piston 15 can be pivoted about the pivot axis 14 by the pivot angle ⁇ .
  • the piston 15, which is typically designed as a hollow body, is located in the working chamber 2 and has an upper edge 26 in sealing contact with an inner surface of the arched wall 8 in the shape of a circular arc.
  • the upper edge 26 of the piston 15 is circular in cross-section.
  • inlet valves 22, 24 and outlet valves 23, 25 are formed in both side walls 5, 6 of the chamber 2.
  • a pivoting movement of the piston 15 defines a pivot plane, the end wall 10 and the housing cover 7 lying opposite the end wall 10 being aligned parallel to the pivot plane.
  • Piston machine 100 shown can also be dispensed with.
  • the transmission housing 4 is arranged parallel to the working chamber 2 and the piston 15 and parallel to the housing cover 7 and the end wall 10 .
  • a pivoting lever 16 is arranged in the transmission housing 4 and has a guide groove or loop 17 extending over its length.
  • the drive can also be designed differently.
  • the figure 5 shows a view of a cross section of another piston machine 100, which was manufactured with the modular system.
  • the piston engine 100 of figure 5 differs from that in the Figures 1-3 Piston engine 100 shown only in that the transmission housing 4 is not adjacent to the housing cover 7, but adjoins the bearing shell 3 in the radial direction.
  • the gear housing 4 has an oil sump 12 for lubricating the crank gear, ie the loop 17 and the crank pin 18 sliding in this.
  • the working chamber 2 is hermetically sealed with respect to the gear housing 4 by means of sealing strips 13 integrated in the bearing shell.
  • the piston 15 and the pivoting lever 16 are rigidly fixed diametrically opposite one another.
  • the 6 shows yet another embodiment of a piston machine 100 which is constructed with two working chambers 2 extending opposite from the rotary cylinder 9 and which was produced using the modular system.
  • the double-piston pivoting plates 15, 15' which belong to each working chamber 2 and are driven synchronously in the respective other direction, are attached to the rotary cylinder 9 opposite one another.
  • the connecting rod 16 is an integral part of the loop 17 (guide groove) formed piston 15 ', which has a correspondingly greater thickness and thus also a how 6 shows, correspondingly larger dimensions of the working chamber 2 'has.
  • the drive can also be designed differently.
  • the housing 1 and the piston 15, 15' of the piston machine 100 described above can be made of a wide variety of materials, such as a metal, a ceramic material or a plastic.
  • the piston machines 100 described above can work as a piston pump or as a piston compressor as follows, but can also function as a compressed gas engine whose function is not described here: During the rotation of the crankshaft 19, the crank pin 18 slides in the loop 17 of the pivoting lever 16, which executes a pivoting movement and transmits this pivoting movement to the pistons 15, 15'.
  • the left inlet valve 22 and the right outlet valve 25 are open, while the left outlet valve 23 and the right inlet valve 24 are closed.
  • a previously sucked in fluid is thus expelled from the chamber 2 via the right-hand outlet valve 25 .
  • a working fluid is drawn in via the left-hand inlet valve 22, which is expelled again as the piston pivots further with the left-hand inlet valve 22 closed and the left-hand outlet valve 23 open, while fluid is drawn in via the inlet valve 24 on the right-hand side.
  • the piston 15 thus works as a double piston with two working surfaces 129 and 130.
  • crank pin 18 of the crankshaft 19 to engage in a connecting rod eye of a pivoting lever which is articulated to the piston 15 .
  • drives or outputs can also be used. The drive or output of the piston engine 100 is therefore not limited to the illustrated embodiments.
  • the housing 1 of the piston machine 100 comprises at least two separate housing parts which are connected to one another.
  • the side walls 5, 6, the bearing shell 3, the arcuate wall 8 and the end wall 10 form separate housing parts, which to the in the 1 Housing 1 shown are assembled.
  • the arcuate wall 8, the side walls 5, 6 and the bearing shell 3 are each constructed in several parts.
  • the arcuate wall 8 may have a plurality of wall parts 28, the side walls 5, 6 may each have a plurality of side wall parts 29 and the bearing shell 3 may have a plurality of Bearing shell parts 30 have.
  • the number of wall parts 28, the number of side wall parts 29 and the number of bearing shell parts 30 are the same.
  • the wall parts 28, side wall parts 29 and bearing shell parts 30 can be arranged in a disc-like manner one behind the other in the axial direction.
  • the arcuate wall 8 has three separate wall parts 28, the side wall 5 comprises three separate side wall parts 29, the side wall 6 comprises three separate side wall parts (not shown) and the bearing shell 3 comprises three separate bearing shell parts 30 Figure 3a and 3b removable, the wall parts 28, the side wall parts 29 and the bearing shell parts 30 are each arranged along the pivot axis 14 in the axial direction. So there are 12 individual housing parts between the housing cover 7 and the end wall 10 .
  • the housing 1 of the piston machine 100 therefore comprises three wall parts 28, six side wall parts 29 (three from each side wall 5 and 6), three bearing shell parts 30 and an end wall 10, so that the housing 1 is made up of 13 individual parts connected to one another.
  • the number of housing parts used can vary in different embodiments and is in particular not limited to 13.
  • housing 1 Due to the modular design of the housing 1, individual housing parts can be manufactured inexpensively and replaced if necessary. Furthermore, a volume of the housing 1, in particular a volume of the chamber 2, can be reduced or increased by omitting or adding housing parts.
  • the piston 15 has at least two piston parts 20 connected to one another.
  • the number of piston parts 20 is equal to the number of wall parts 28, the number of side wall parts 29 or the number of bearing shell parts 30, the number of piston parts 20 in the exemplary embodiment shown being the Figures 1-3 is three.
  • the number of piston parts 20 can also be fewer or more than three.
  • a volume of the chamber 2 can be changed by varying the number of piston parts 20 and/or housing parts.
  • both the housing cover is formed by the segments 7, 7', 7", which extend vertically one behind the other.
  • the wall in the form of a circular arc is arranged on the upper side, in which the valves 22, 23, 24 and 25 are embedded , each divided axially and horizontally into 3 segments.
  • the (right) side wall is divided into 3 segments arranged axially and 3 vertically one behind the other, i.e. a total of 9 segments subdivided, with segments arranged vertically one behind the other being identified by the reference symbols 6, 6 ⁇ and 6''.
  • FIG. 3c shows a side view of a piston engine according to an alternative embodiment of the invention.
  • the piston engine of the variant of the 3c essentially corresponds to the piston engine according to the embodiment variant Figures 1 to 3b .
  • the piston engine of the variant includes the 3c several compressor stages 71, 71 'and 71 ", each with vertically differently extended separate side walls 6, 6 'and 6 "correspond, while the separate side walls 29 of the piston machine according to the variant of the Figures 1 to 3b are each (vertically) the same size.
  • the vertical extent of the side walls 6, 6', 6" formed axially one behind the other. It is preferred that the vertical extent of the side walls 6, 6', 6" along the axis 14, preferably from the end wall 10 to the cover 7, decreased with each segment 6, 6', 6".
  • FIG. 14 is a longitudinal sectional view of the piston 15 and the rotary cylinder 9 of FIG Figures 1 to 3 shown.
  • the piston 15 has three piston parts 20 which are joined together to form the piston 15 .
  • the rotary cylinder 9 has rotary cylinder parts 21 which are connected to the piston parts 20, respectively.
  • the rotary cylinder parts 21 are disk-like attached to each other and together form the rotary cylinder 9.
  • the pivot axis 14 is also indicated.
  • the piston parts 20 and the rotary cylinder parts 21 are arranged axially one behind the other along the pivot axis 14 .
  • each piston part 20 comprises a plurality of radial piston parts 31 which are arranged in the radial direction, the radial piston parts 31 being indicated by dashes in FIG Figure 3a are indicated.
  • the housing parts, the piston parts 20 and the rotary cylinder parts 21 have means, such as pins, tongue and groove connections or the like, for joining, fastening and fixing the components.
  • the piston parts 20 and/or housing parts can be glued, welded or soldered to one another.
  • the piston parts 20, rotary cylinder parts 21 and/or housing parts can have predetermined welding points, adhesive points or soldering points.
  • Piston machine 100 shown has at least one further piston 15" designed as a pivoting element, pivotable and arranged in the housing 1.
  • the pistons 15 and 15" are driven synchronously and in parallel, opposite directions, and a pivot axis 14' of the piston 15" runs parallel to the pivot axis 14 of the piston 15.
  • Figures 7-15 will eg on the publications DE 10 2010 036 977 B3 as well as WO 2015/173255 A1 Reference is made to the disclosure content of these publications being made part of the present application.
  • Characteristics of the piston engines 100 of Figures 1-6 can with the characteristics of the piston machines of the Figures 7-15 be combined and vice versa.
  • the housing 1 of the piston machines Figures 7-12 designed in several parts, ie the housing 1 comprises several housing parts connected to one another.
  • the housing 1 can include, among other things, bearing shell 3', side wall 5', arcuate wall 8', rotary cylinder 9', Intake valve 22', exhaust valve 23', intake valve 24' and/or exhaust valve 25'.
  • the arcuate wall 8 ′ and the bearing shell 3 are designed as the first chamber head part 60 . Furthermore, the wall 8 in the shape of a circular arc and the bearing shell 3' are designed as a second chamber head part.
  • the chamber head parts 60, 62 comprise a plurality of one-piece discs, which are analogous to the wall parts 28, side wall parts 29 and bearing shell parts 30 of Figure 3a are arranged axially one behind the other. In this case, the number of axial disks of a chamber head part 60, 62 is exactly as large as the number of piston parts 20. As can be seen from the figures, the two chamber head parts 60, 62 can have the same shape.
  • the piston 15′′ or the rotary cylinder 9′ can also be designed in multiple parts like the piston 15 or the rotary cylinder 9 ′ 4 and the corresponding description above.
  • the piston engines 100 of Figures 9 to 12b have compared to the piston engine Figures 7-8 Cooling openings 70 in the housing 1 for convective cooling of the piston or the housing 1.
  • the cooling hole 70 may be a gap in the case 1 extending in the axial direction. Housing parts can be spaced apart to form the cooling opening 70 or the gap. So includes in the 11 Piston machine shown chamber head parts 60 and 62 and spaced arcuate walls 8 'and 8, respectively, wherein the cooling openings 70 between chamber head part 62 and wall 8 or between chamber head part 60 and wall 8' are arranged.
  • the in the figures 1 , 5 and 6 Piston machines 100 shown can optionally also have one or more cooling openings.
  • the cooling hole can according to the embodiments of Figs. 9, 10 and 12b also be formed by omitting at least one of the side walls.
  • the side walls 5 and 5' are omitted in order to form cooling openings 70 and to cool the pistons 15 and 15'' laterally.
  • a working medium enters the working chamber via the inlet valve 24' and is expelled again via the outlet valve 25'.
  • the pistons 15 and 15" move between a first position in which the pistons 15 and 15" are minimally but are spaced apart without contact and a second position in which the pistons 15, 15" are at a maximum distance from one another.
  • the piston machine is designed in such a way that the pistons 15, 15" are always offset by 180° from one another.
  • cooling holes 70 Further details on the cooling holes 70 are in the publication WO2015/173255 A1 described, the disclosure content of which is made part of the present document.
  • FIGS 13 and 14 are two further examples of piston engines 100 with four pistons 15, 15', 15", 15 ⁇ ( Figure 3a ) or with three pistons 15, 15' ( 4 ) shown.
  • the piston engine 100 of 13 is here a combination of the piston machines 100 of figures 6 and 7 .
  • the piston engine 100 of 14 represents an extension of the piston engine 100 of 7 represent.
  • By the piston engines 100 of Figures 13 and 14 several working chambers A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11 can be created, each of which can work simultaneously as a pump, compressor, compressed gas engine and/or expansion engine.
  • the pistons 15, 15', 15" and 15′′′ can have different lengths, whereby working chambers A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11 with different sized volumes can be provided the piston machines can be operated as multi-stage compressors or multi-stage vacuum pumps, for example figures 13 and/or 14 each have different sizes in the axial direction.
  • housing parts 64, 66, 68 can each have a plurality of disks in the axial direction, which are connected to one another.
  • FIGS. 15a and 15b show a view of a cross-section of another piston engine with three pistons, three cooling openings and two chambers, each with different positions of the pistons 15, 15' and 15''.
  • the piston engine 100 has three pistons 15, 15' and 15" which, together with the housing parts 66, 68 and the three cooling openings 70, form two working chambers A12 and A13.
  • a first working step starting from the piston positions of Figure 15b the pistons 15 and 15' move towards one another in order to compress the working chamber A12 with the inlet valve 24 and the outlet valve 25.
  • the piston 15" pivots, starting from the piston positions of Figure 15b away from the piston 15' (ie to the right outside), so that in a middle position ( Figure 15a ) the lower cooling opening 70 is briefly closed by the piston 15 'and the right cooling opening 70 and the left cooling opening 70 are also briefly closed by the pistons 15 and 15 ".
  • the pistons 15 and 15' pivot further towards each other, so that they have a minimal Have distance from each other (end position opposite to the end position of the Figure 15b , not shown).
  • the lower cooling opening 70 and the right (or left) cooling opening 70 are opened (end position of the Figure 15b or opposite end position - not shown).
  • the working chamber A12 can be cooled particularly effectively during the compression of the working chamber A13 ( Figure 15b ) or vice versa, the working chamber A13 can be cooled particularly effectively during the compression of the working chamber A12 (not shown). Therefore, additional coolants (eg active cooling) can be dispensed with.
  • piston engines disclosed above have been described according to one aspect of the invention as multi-part piston engines, i.e. the working chamber is formed by a plurality of housing parts. According to a further aspect of the invention, however, it is possible for all of the piston machines disclosed above to have a one-piece working chamber. These may not be able to be produced using the modular system explained above; however, these piston engines can achieve the other advantages disclosed in the application.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine mit einem mehrteiligen Gehäuse, ein modulares Baukastensystem für eine Kolbenmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Kolbenmaschine mittels eines Baukastensystems.
  • Kompressoren sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus DE 10 2010 036 977 B3 , DE 10 2014 208 939 A1 , DE 10 2008 040 574 B4 , DE 10 2014 214 435 A1 , WO 2015/173255 A1 , US 5228414 A1 und DE 199 01 110 A1 bekannt. Um den Anforderungen einer spezifischen Anwendung gerecht zu werden, gibt es weltweit eine große Anzahl unterschiedlich konzipierter Kompressoren. So existieren auf dem Gebiet der Kompressoren beispielsweise Hubkolben-, Scroll-, Drehzahn- und Schraubenkompressoren. Unter den genannten Kompressoren kann außerdem zwischen öleingespritzen Kompressoren sowie ölfreien Kompressoren unterschieden werden. In der Regel muss jede Kompressorart für die jeweilige Anwendung speziell konstruiert und entwickelt werden. Durch die Feinabstimmung der Förderbereiche sind im öleingespritzten Bereich mehrere hundert Kompressorvarianten nötig. Weiter gibt es im ölfreien Bereich mehr als hundert Varianten. Insgesamt entstehen durch die große Anzahl verschiedener Kompressoren hohe Kosten in Forschung, Entwicklung, Fertigung, Lagerhaltung und Service. Eine ähnlich große Vielfalt gibt es auf dem Gebiet von Pumpen, Druckgasmotoren und Expansionsmotoren.
  • Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gesamtkosten, wie z.B.
  • Fertigungskosten und Servicekosten, und den Fertigungsaufwand von Kompressoren, Pumpen und/oder Motoren zu senken.
  • Diese Aufgabe wird durch die Kolbenmaschine gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Weiter wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Fertigung der Kolbenmaschine gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche sowie der Ausführungsbeispiele.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Schwingkolbenmaschine offenbart, umfassend: einen Kolben, ein Gehäuse mit einer Arbeitskammer mit mindestens einer Einlassöffnung und mindestens einer Auslassöffnung, wobei der Kolben in der Arbeitskammer um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert ist und wobei der Kolben mit mindestens einer drehbar gelagerten Welle wirkverbunden ist; wobei die Arbeitskammer durch eine Vielzahl von Gehäuseteilen sowie einen Gehäusedeckel und eine Stirnwand gebildet ist, wobei die Gehäuseteile in der Richtung längs zur Schwenkachse mindestens zwei separate Seitenwände zur Begrenzung der Arbeitskammer aufweisen, wobei mindestens zwei separate Gehäuseteile in Bezug auf die Schwenkachse axial hintereinander angeordnet sind
  • Gemäß einer Ausführungsvariante sind zwei Kolben vorgesehen, die eine gemeinsame Arbeitskammer ausbilden, wobei die zwei Kolben zwischen einer ersten Stellung, in der die Kolben in minimalem Abstand zueinander, jedoch berührungsfrei angeordnet sind (vorzugsweise bei Betriebstemperatur einen Spalt zwischen (bevorzugt zirka) 1/100 und 5/100 mm aufweisen), und einer zweiten Stellung, in der die Kolben maximal von einander entfernt sind, schwenkbar ausgebildet sind, wobei die Kolben in beiden Stellungen (vorzugsweise permanent) um 180° versetzt angeordnet sind (Vollkreis ist 360°). Dies ist vorteilhaft, da hierdurch ein schwingungsarmer bzw. schwingungsfreier Betrieb ermöglicht wird.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante sind zwei Kolben vorgesehen, die eine gemeinsame Arbeitskammer ausbilden, wobei die zwei Kolben zwischen einer ersten Stellung, in der die Kolben in minimalem Abstand zueinander, jedoch berührungsfrei angeordnet sind (vorzugsweise bei Betriebstemperatur einen Spalt zwischen (bevorzugt zirka) 1/100 und 5/100 mm aufweisen), und einer zweiten Stellung, in der die Kolben maximal von einander entfernt sind, schwenkbar ausgebildet sind, wobei die Kolben in beiden Stellungen (vorzugsweise permanent) um 180° versetzt angeordnet sind. Vorzugsweise ist in der gemeinsamen Arbeitskammer mindestens eine Kühlöffnung, bevorzugt jedoch mindestens zwei Kühlöffnungen derart vorgesehen, dass die zwei Kühlöffnungen in der zweiten Stellung geöffnet sind. Vorzugsweise sind die zwei Kühlöffnungen in der ersten Stellung geschlossen.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante sind drei Kolben und drei den jeweiligen Kolben zugeordnete Kühlöffnungen vorgesehen, wobei ein erster Kolben und ein zweiter Kolben in einer ersten Stellung in minimalem Abstand zueinander, jedoch berührungsfrei angeordnet sind (vorzugsweise bei Betriebstemperatur einen Spalt zwischen (bevorzugt zirka) 1/100 und 5/100 mm aufweisen), während ein dritter Kolben in der ersten Stellung maximal vom zweiten Kolben entfernt angeordnet ist, wobei der zweite Kolben und der dritte Kolben in einer zweiten Stellung in minimalem Abstand zueinander, jedoch berührungsfrei angeordnet sind (vorzugsweise bei Betriebstemperatur einen Spalt zwischen (bevorzugt zirka) 1/100 und 5/100 mm aufweisen), während der erste Kolben in der zweiten Stellung maximal vom zweiten Kolben entfernt angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist die dem ersten Kolben zugeordnete Kühlöffnung in der ersten Stellung geschlossen, während die dem zweiten Kolben zugeordnete Kühlöffnung und die dem dritten Kolben zugeordnete Kühlöffnung geöffnet sind, wobei die dem dritten Kolben zugeordnete Kühlöffnung in der zweiten Stellung geschlossen ist, während die dem zweiten Kolben zugeordnete Kühlöffnung und die dem ersten Kolben zugeordnete Kühlöffnung geöffnet sind.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante sind mindestens zwei separate Seitenwände baugleich ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsvariante sind mindestens sämtliche Seitenwände baugleich ausgebildet.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante ist die mindestens eine Arbeitskammer entlang der Schwenkachse des Kolbens durch die Stirnwand und den Gehäusedeckel begrenzt.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante ist die Arbeitskammer quer zur Schwenkachse durch eine Lagerschale, zwei separate Seitenwände sowie eine kreisbogenförmige Seitenwand begrenzt.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante sind die die Arbeitskammer quer zur Schwenkachse begrenzenden Seitenwände jeweils durch eine Vielzahl baugleicher Gehäuseteile ausgebildet, die jeweils axial hintereinander angeordnet sind.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante sind die mindestens zwei separaten Seitenwände lösbar miteinander verbunden.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante sind die mindestens zwei separaten Seitenwände symmetrisch zu einer Ebene angeordnet, die sich senkrecht zur Schwenkebene und entlang der Längsachse des mindestens einen Kolbens in einer Zentralstellung erstreckt.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante sind sämtliche Gehäuseteile symmetrisch zu einer Ebene angeordnet, die sich senkrecht zur Schwenkebene und entlang der Längsachse des Kolbens in einer Zentralstellung erstreckt.
  • Das Baukastensystem für eine Kolbenmaschine umfasst
    • mindestens zwei separate, zu einem Gehäuse der Kolbenmaschine fügbare Gehäuseteile,
    • einen als Schwenkelement ausgebildeten, schwenkbaren und in dem Gehäuse anordenbaren Kolben, und
    • einen Gehäusedeckel zum Abdecken des Gehäuses.
  • "Separat" heißt in diesem Zusammenhang insbesondere, dass vor dem Zusammenbauen der Gehäuseteile zu einem Gehäuse einzelne Gehäuseteile vorliegen, die zum Bilden des Gehäuses der Kolbenmaschine zusammenfügbar und/oder miteinander verbindbar sind. Mit dem Baukastensystem kann also insbesondere eine Kolbenmaschine in modularer Bauweise hergestellt werden. Die separaten Gehäuseteile lassen sich mit erheblich weniger Aufwand herstellen, als ein einstückiges, komplettes Gehäuse, was mit einer erheblichen Kostensenkung einhergeht. Darüber hinaus können einzelne Gehäuseteile erforderlichenfalls ausgetauscht oder kombiniert werden, beispielsweise falls ein oder mehrere Gehäuseteile oder Kolbenteile (s. unten) im Betrieb der Kolbenmaschine beschädigt werden. Außerdem können bei der Konstruktion des Gehäuses die einzelnen Gehäuseteile oder Kolbenteile jeweils angepasst oder optimiert werden, ohne dass jedes Mal ein komplett neues Gehäuse angefertigt werden muss.
  • Eine mit dem Baukastensystem nach Anspruch 1 gefertigte Kolbenmaschine ist also gekennzeichnet durch ihren modularen Aufbau und kann nach Art eines Baukastens zusammengesetzt werden. Insgesamt können Kosten und Aufwand für Konstruktion, Fertigung, Lagerung, Vertrieb, Instandhaltung und Reparatur durch den modularen Aufbau der Kolbenmaschine erheblich gesenkt werden.
  • Der Kolben kann ebenfalls mindestens zwei separate Kolbenteile aufweisen. Der Kolben kann z.B. axial hintereinander anordenbare Kolbenteile aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Kolben auch mehrere Kolbenteile aufweisen, die sich in radialer Richtung aneinander anschließen können. Die separaten Kolbenteile können miteinander verbindbar sein. Der Kolben kann an einem Drehzylinder befestigbar sein. Der Drehzylinder kann ebenfalls mehrere Drehzylinderscheiben aufweisen, die in axialer Richtung aneinander schaltbar sind. In einer Ausführungsform umfasst das System "Kolben-Drehzylinder" mehrere einstückige axiale Scheiben.
  • Durch das Vorsehen mehrerer Kolbenteile und mehrerer Gehäuseteile, kann ein Arbeits- oder Kammervolumen der Kolbenmaschine variiert werden, ohne dass dafür eine komplett neue Kolbenmaschine konstruiert oder entwickelt werden muss. So kann ein Kammer- oder Arbeitsvolumen einer existierenden Kolbenmaschine bei Bedarf vergrößert oder verkleinert werden, ohne dass eine neue Kolbenmaschine angefertigt werden muss.
  • Eine Basisvariante des Baukastensystems kann durch eine bestimmte Größe der Stirnwand und des Gehäusedeckels festgelegt sein. Durch Variation der Anzahl der Gehäuseteile und Kolbenteile zwischen Stirnwand und Gehäusedeckel kann mit einer relativ geringen Anzahl von Basisvarianten des Baukastensystems (z.B. 9 oder weniger) ein großer Teil des Marktes für Kolbenmaschinen mit nur einem Maschinentyp abgedeckt werden, während im Stand der Technik mehrere verschiedenartige Maschinentypen (z.B. Kolben-, Scroll-, Drehzahn- und Schraubenkompressor) und mehrere hundert Varianten benötigt werden.
  • Vorzugsweise ist die Anzahl der Gehäuseteile größer als die Anzahl der Kolbenteile. Vorzugsweise kontaktieren jeweils benachbarte (dauerhaft, jedoch lösbar fixierte) Gehäuseteile einander direkt. Vorzugsweise sind die jeweiligen Kontaktflächen der Gehäuseteile (vollständig) planar ausgebildet.
  • Vorzugsweise ist die Kolbenmaschine als Schwingkolbenmaschine ausgebildet ist. Weiter bevorzugt ist die Kolbenmaschine als die Kolbenmaschine als Schwingkolbenkompressor ausgebildet.
  • Eine Schwenkachse des Kolbens definiert im Folgenden eine axiale Richtung. In einer Ausgestaltung sind die einzelnen Gehäuseteile axial hintereinander anordenbar. Zusätzlich oder alternativ können die Kolbenteile axial hintereinander anordenbar sein. Der Begriff "axial hintereinander anordenbar" heißt in diesem Zusammenhang, dass die Bauteile in Längsrichtung der Schwenkachse hintereinander anordenbar sind. Der Begriff "axial nebeneinander anordenbar" soll heißen, dass die Bauteile zu der Kolbenmaschine eine gleiche axiale Position haben und beispielsweise in einer gleichen Schwenkebene liegen, wobei die Schwenkebene durch eine Schwenkbewegung des Kolbens aufgespannt wird und senkrecht zur Schwenkachse ausgerichtet ist.
  • Das Baukastensystem umfasst üblicherweise eins oder mehrere oder sämtliche der folgenden Gehäuseteile:
    • eine dem Gehäusedeckel gegenüberliegende Stirnwand,
    • eine kreisbogenförmige Wand,
    • eine der kreisbogenförmigen Wand gegenüberliegende erste Lagerschale zur Lagerung des Kolbens und/oder
    • mindestens eine Seitenwand, die einen Schwenkwinkel des Kolbens begrenzt, beispielsweise zwei einander gegenüberliegende Seitenwände, die den Schwenkwinkel des Kolbens begrenzen.
  • Gemäß der Erfindung ist es bevorzugt, dass die (mindestens eine) Arbeitskammer der Kolbenmaschine bezogen auf die Schwenkachse des Kolbens an einer Vorderseite durch einen Gehäusedeckel und an der Rückseite durch eine Stirnwand begrenzt ist. Weiterhin ist die (mindestens eine) Arbeitskammer der Kolbenmaschine bezogen auf die Schwenkachse des Kolbens an einer Oberseite durch eine kreisbogenförmige Wand und an einer Unterseite durch eine Lagerschale begrenzt. Die sich zwischen Gehäusedeckel und Stirnwand erstreckenden Seiten der (mindestens einen) Arbeitskammer sind durch sich gegenüberliegende Seitenwände begrenzt.
  • Gemäß der Erfindung ist es bevorzugt, dass eins oder mehrere oder sämtliche der folgenden Gehäuseteile:
    • Gehäusedeckel
    • Stirnwand,
    • kreisbogenförmige Wand,
    • Lagerschale und/oder
    • mindestens eine Seitenwand,
    horizontal und/oder vertikal geteilt sind, d.h. dass die genannten Komponenten aus mehreren Segmenten gefügt sind, die sich quer und/oder längs ihrer jeweiligen Erstreckungsrichtung erstrecken.
  • Im Falle von Gehäusedeckel und Stirnwand bedeutet dies, dass sich jeweils mehrere Segmente dieser Komponenten entlang einer vertikalen Richtung zwischen Lagerschale und kreisbogenförmiger Wand und/oder entlang einer horizontalen Richtung zwischen erster (linker) Seitenwand und zweiter (rechter) Seitenwand erstrecken.
  • Im Falle von Lagerschale und kreisbogenförmiger Wand bedeutet dies, dass sich jeweils mehrere Segmente dieser Komponenten entlang einer axialen Richtung entlang der Schwenkachse und/oder entlang einer horizontalen Richtung zwischen erster (linker) Seitenwand und zweiter (rechter) Seitenwand erstrecken.
  • Im Falle der Seitenwände bedeutet dies, dass sich jeweils mehrere Segmente dieser Komponenten entlang einer axialen Richtung entlang der Schwenkachse und/oder entlang einer vertikalen Richtung zwischen Lagerschale und kreisbogenförmiger Wand erstrecken.
  • Die bevorzugte Anzahl der Segmente der genannten Komponenten beträgt zwischen 2 und 10, bevorzugter zwischen 3 und 5.
  • Die Anzahl der Segmente der genannten Komponenten entlang einer der drei Richtungen (axial, vertikal, horizontal) ist vorzugsweise jeweils gleich.
  • Im Fall, dass die Kolbenmaschine mehrere Arbeitskammern aufweist, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass jede der Arbeitskammern durch mindestens zwei separate Segmente (mindestens einer, bevorzugt aller) der oben genannten Komponenten begrenzt wird, die jeweils axial hintereinander angeordnet sind.
  • Im Fall, dass die Kolbenmaschine mehrere Arbeitskammern aufweist, ist es erfindungsgemäß zusätzlich oder alternativ bevorzugt, dass jede der Arbeitskammern durch mindestens zwei separate Segmente (mindestens einer, bevorzugt aller) der oben genannten Komponenten begrenzt wird, die jeweils horizontal hintereinander angeordnet sind.
  • Im Fall, dass die Kolbenmaschine mehrere Arbeitskammern aufweist, ist es erfindungsgemäß zusätzlich oder alternativ bevorzugt, dass jede der Arbeitskammern durch mindestens zwei separate Segmente (mindestens einer, bevorzugt aller) der oben genannten Komponenten begrenzt wird, die jeweils vertikal hintereinander angeordnet sind.
  • Im Fall, dass die Kolbenmaschine genau eine Arbeitskammer aufweist, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass diese Arbeitskammer durch mindestens zwei separate Segmente (mindestens einer, bevorzugt aller) der oben genannten Komponenten begrenzt wird, die axial hintereinander angeordnet sind.
  • Im Fall, dass die Kolbenmaschine genau eine Arbeitskammer aufweist, ist es erfindungsgemäß zusätzlich oder alternativ bevorzugt, dass diese Arbeitskammer durch mindestens zwei separate Segmente (mindestens einer, bevorzugt aller) der oben genannten Komponenten begrenzt wird, die horizontal hintereinander angeordnet sind.
  • Im Fall, dass die Kolbenmaschine genau eine Arbeitskammer aufweist, ist es erfindungsgemäß zusätzlich oder alternativ bevorzugt, dass diese Arbeitskammer durch mindestens zwei separate Segmente (mindestens einer, bevorzugt aller) der oben genannten Komponenten begrenzt wird, die vertikal hintereinander angeordnet sind.
  • Mindestens zwei der oben genannten separaten Gehäuseteile können miteinander verbindbar sein. Nach Fügen der Gehäuseteile umfasst das mit dem Baukastensystem gefertigte Gehäuse der Kolbenmaschine in der Regel eins oder mehrere oder sämtliche der vorstehend genannten Gehäuseteile. In der vorliegenden Schrift kann der Begriff "Gehäuseteil" durch eins, mehrere oder sämtliche der oben genannten Gehäuseteile aufgefasst werden. Der separate Gehäusedeckel wird in der vorliegenden Schrift als nicht zum Gehäuse gehörend angesehen.
  • Je nach Anwendungsfall können einzelne oder sämtliche Gehäuseteile aus einem Metall, einer Keramik und/oder einem Kunststoff oder einer Kombination der vorgenannten gefertigt sein. Je nach Anwendung der Kolbenmaschine können einzelne oder sämtliche Kolbenteile aus einem Metall, einer Keramik oder einem Kunststoff oder einer Kombination aus Metall und/oder Keramik und/oder Kunststoff gefertigt sein.
  • Üblicherweise sind die Stirnwand und der Gehäusedeckel parallel zueinander ausrichtbar. Die Seitenwände sind, falls vorgesehen, in der Regel entsprechend einem Schwenkwinkel des Kolbens winklig zueinander anordenbar.
  • Die kreisbogenförmige Wand, die mindestens eine Seitenwand und/oder die Lagerschale sind typischerweise axial zwischen dem Gehäusedeckel und der Stirnwand des Gehäuses anordenbar.
  • In einer Ausführungsform ist zwischen dem Gehäusedeckel und der Stirnwand mindestens ein Gehäuseteil anordenbar. Es kann vorgesehen sein, dass ein einziges, einstückiges Gehäuseteil zwischen dem Gehäusedeckel und der Stirnwand anordenbar ist. Dieses einstückige Gehäuseteil kann z.B. die kreisbogenförmige Wand, eine oder zwei Seitenwände und/oder die Lagerschale bilden. In einer weiteren Ausführungsform sind zwischen dem Gehäusedeckel und der Stirnwand mindestens zwei separate Gehäuseteile anordenbar.
  • Beispielsweise weist die kreisbogenförmige Wand mindestens zwei separate, vorzugsweise miteinander verbindbare Wandteile auf. Die Wandteile der kreisbogenförmigen Wand können axial hintereinander und/oder axial nebeneinander anordenbar sein.
  • Optional umfasst die Lagerschale mindestens zwei separate, vorzugsweise miteinander verbindbare Lagerschalenteile. Die Lagerschalenteile sind typischerweise axial hintereinander anordenbar.
  • In einer Variante umfasst die mindestens eine Seitenwand mindestens zwei separate, vorzugsweise miteinander verbindbare Seitenwandteile. Die Seitenwandteile können axial hintereinander anordenbar sein.
  • Falls mehrere der vorstehend genannten Bauteile axial hintereinander angeordnet werden, kann eine Größe der Kolbenmaschine in axialer Richtung variiert werden. Die Gehäuseteile und/oder die Kolbenteile können also scheibenartig hintereinander angeordnet werden. In diesem Fall können die Gehäuseteile und die Kolbenteile als Gehäusescheiben bzw. Kolbenscheiben bezeichnet werden. Die Stirnwand des Gehäuses und der Gehäusedeckel können bei axialer Erweiterung oder Verkleinerung des Gehäuses gleich bleiben, beispielsweise wenn mehrere Kolbenteile axial hintereinander geschaltet werden. In diesem Fall können eine gleiche Anzahl von Wandteilen, eine gleiche Anzahl von Lagerschalenteilen und eine gleiche Anzahl von Seitenwandteilen in Längsrichtung der Schwenkachse des Kolbens axial hintereinander geschaltet werden.
  • In dieser Weise kann die mit dem Baukastensystem gefertigte Kolbenmaschine also eine einzige Stirnwand, N Kolbenteile, N Wandteile der kreisbogenförmigen Wand, N Lagerschalenteile und/oder N Seitenwandteile aufweisen, wobei N eine positive, ganze Zahl größer oder gleich zwei ist. N kann beispielsweise gleich 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder sogar mehr sein. Weiter kann ein einziger Gehäusedeckel vorgesehen sein. Die Stirnwand und/oder der Gehäusedeckel können auch mehrstückig ausgebildet sein. In einer Ausführungsform sind mindestens zwei der oben genannten Bauteile (Kolbenteile oder Gehäuseteile) baugleich. In einer weiteren Ausführungsform weisen die Kolbenteile, die Wandteile der kreisbogenförmigen Wand, die Lagerschalenteile und/oder die Seitenwandteile gleiche oder unterschiedliche Abmessungen in axialer Richtung auf. Das Baukastensystem kann also verschiedene Bauteile gleicher oder unterschiedlicher Abmessungen in axialer Richtung umfassen.
  • Das Baukastensystem kann weiter ein einteiliges oder mehrteiliges Getriebegehäuse umfassen. Das Getriebegehäuse kann in einer Ausgestaltung an die Stirnwand anliegend angeordnet werden und mit der Stirnwand verbunden werden.
  • In einer Ausführungsform weist das Baukastensystem Mittel zum Fixieren, Fügen und/oder Befestigen der Gehäuseteile und/oder Kolbenteile auf. Beispielsweise sind die Gehäuseteile und/oder die Kolbenteile mittels einer Feder-Nut-Verbindung, Stiften, wie z.B. Fixierstiften, Haltestiften, miteinander verbunden. Zusätzlich oder alternativ zu den genannten Verbindungsmethoden können die Kolbenteile und/oder Gehäuseteile miteinander verschweißt, verklebt oder verlötet sein. Hierfür können für die Kolbenteile und/oder Gehäuseteile vorbestimmte Schweißstellen, Klebstellen oder Lötstellen vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Mittel zum Fixieren, Fügen und/oder Befestigen der Gehäuseteile und/oder Kolbenteile als Mittel zum reversiblen Fixieren bzw. reversiblen Fügen bzw. reversiblen Befestigen der Gehäuseteile und/oder Kolbenteile ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, da eine erfindungsgemäße Kolbenmaschine in ihrer Bauart (z.B. Größe der Kammern) besonders einfach umgerüstet (variiert) werden kann.
  • Es ist besonders bevorzugt, dass (alle) die Gehäuseteile und/oder die Kolbenteile derart miteinander verbunden sind, dass die Gehäuseteile (Kolbenteile) dauerhaft, jedoch reversible lösbar miteinander verbunden sind. Dies bedeutet, dass das Auflösen der Verbindung derart reversible möglich ist, dass die Gehäuseteile (Kolbenteile) und insbesondere deren Kontaktflächen unverändert erhalten bleiben und daher wiederverwendet werden können.
  • In einer Ausgestaltung umfasst das Baukastensystem mindestens einen weiteren als Schwenkelement ausgebildeten, schwenkbaren und im Gehäuse anordenbaren zweiten Kolben. Einzelheiten zur mehrkolbigen Kolbenmaschine sind z.B. in der DE 10 2010 036 977 B3 offenbart. Das Baukastensystem, bzw. das Gehäuse der Kolbenmaschine kann in diesem Fall eine zweite kreisbogenförmige Wand und eine der zweiten kreisbogenförmigen Wand gegenüberliegende zweite Lagerschale zur Lagerung des zweiten Kolbens haben.
  • Durch den modularen Aufbau der Kolbenmaschine können verschiedenartige Arbeitskammern innerhalb einer einzigen Kolbenmaschine konzipiert werden. In einer Ausführungsform weist das Gehäuse für jeden Kolben eine eigene Arbeitskammer auf, wobei mindestens zwei Arbeitskammern unterschiedliche oder gleiche Abmessungen/Volumina haben und/oder unterschiedliche oder gleiche Funktionen haben. Hierbei kommen als Funktionen der Arbeitskammern z.B. Verdichter, Pumpe oder Motor in Frage. Während eine Arbeitskammer der Kolbenmaschine also als Verdichter ausgestaltet ist, kann eine andere Arbeitskammer der Kolbenmaschine z.B. als Pumpe arbeiten. Weiter können durch verschiedene Arbeitskammern in einer einzigen Kolbenmaschine verschiedene Verdichter- oder Pumpenstufen bereitgestellt werden.
  • Die zweite kreisbogenförmige Wand und die Lagerschale können z.B. als erstes Kammerkopfteil ausgebildet sein. Optional sind die zweite Lagerschale und die kreisbogenförmige Wand als zweites Kammerkopfteil ausgebildet. Das erste Kammerkopfteil und das zweite Kammerkopfteil können jeweils eine gleiche Form oder jeweils eine unterschiedliche Form aufweisen. Das Kammerkopfteil kann mehrere einstückig geformte Teilstücke (Scheiben) umfassen, die axial hintereinander angeordnet sind.
  • Alternativ können die kreisbogenförmige Wand, die Lagerschale, die zweite kreisbogenförmige Wand und die zweite Lagerschale jeweils als separate Gehäuseteile ausgebildet sein.
  • Das Baukastensystem kann einen Antrieb oder Abtrieb für die Kolbenmaschine aufweisen, welcher z.B. über eine Welle mit dem Kolben verbindbar sein kann. Einem Fachmann ist geläufig, dass es viele Möglichkeiten für die Konstruktion des Antriebs oder des Abtriebs gibt. Die Erfindung ist daher nicht auf einen bestimmten Antrieb oder Abtrieb beschränkt.
  • Außerdem wird mit der vorliegenden Erfindung eine Kolbenmaschine vorgeschlagen, die mit dem vorstehenden Baukastensystem hergestellt ist. Die Kolbenmaschine umfasst in einer Ausführungsform mindestens ein Bauteil, das durch ein baugleiches Bauteil austauschbar ist. Falls sich also herausstellt, dass ein Bauteil der Kolbenmaschine beschädigt ist, kann dieses Bauteil mithilfe des Baukastensystems gegen ein baugleiches Bauteil ausgetauscht werden.
  • Das Gehäuse kann zur konvektiven Kühlung des Kolbens mittels eines Kühlfluids mindestens eine Kühlöffnung aufweisen. Je nach Anwendung oder Bedarf kann die Kühlöffnung an verschiedenen Stellen des Gehäuses vorgesehen sein. In einer Ausführungsform ist die Kühlöffnung eine Öffnung, wie ein Spalt, die zwischen zwei separaten Gehäuseteilen gebildet ist. Zur Bildung der Kühlöffnung können die Gehäuseteile zumindest teilweise voneinander beabstandet sein. So kann die Kühlöffnung z.B. durch einen Spalt zwischen zwei voneinander beabstandeten Wandteilen oder Seitenwandteilen gebildet sein. Die Kühlöffnung kann auch durch weglassen bestimmter Gehäuseteile, Wandteile oder Seitenwandteile gebildet sein, z.B. durch Weglassen einer der Seitenwände oder Weglassen beider Seitenwände. Die Kühlöffnung kann alternativ oder zusätzlich auch in einem der genannten Gehäuseteile vorgesehen sein. In diesem Fall käme z.B. eine Bohrung in dem entsprechenden Gehäuseteil in Betracht. Beispielsweise kann die Kühlöffnung in der kreisbogenförmigen Wand, in der Stirnwand und/oder in der mindestens einen Seitenwand vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühlöffnung auch in dem Gehäusedeckel oder in der Stirnwand vorgesehen sein. Die Kühlöffnung unterscheidet sich typischerweise von etwaigen Einlassventilen oder Auslassventilen. Weitere Einzelheiten zu möglichen Kühlöffnungen kann der Fachmann der Veröffentlichung WO 2015/173255 A1 entnehmen.
  • Die vorstehend genannte Kolbenmaschine kann als Arbeitsmaschine in Form einer Kolbenpumpe und eines Kolbenverdichters oder als Kraftmaschine in Form eines Druckgasmotors oder Hydraulikmotors zur Umsetzung von dem Arbeitsraum erzeugten Druck in Bewegung eingesetzt werden. Die Kolbenmaschine erlaubt zudem eine grundsätzlich ölfreie Funktionsweise, welche insbesondere für eine Anwendung als Vakuumpumpe, Wasserpumpe oder Kompressor erwünscht ist.
  • Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Kolbenmaschine als ölfreie Kolbenmaschine ausgebildet. Ölfrei im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass (alle) die beweglichen Teile der Kolbenmaschine ölfrei sind.
  • Für die Eigenschaften der Kolbenteile und der Gehäuseteile der Kolbenmaschine wird auf die obigen Ausführungen zum Baukastensystem verwiesen. Merkmale die nur in Bezug auf das oben beschriebene Baukastensystem genannt wurden, können auch für die Kolbenmaschine beansprucht werden und andersherum.
  • Gemäß der Erfindung ist es möglich, mehrere Antriebsmöglichkeiten vorzusehen, beispielsweise einen Schlaufenantrieb im Kolben oder separat im Getriebe des Schwenkhebels oder als Antrieb mit Kurbelwelle über einen Pleuel zum Schwenkhebel und andere.
  • Gemäß der Erfindung ist es möglich, dass die Kolbenmaschine mit dauerfettgeschmierten Walzlagern ohne Kontakt zum Kolben oder Laufflächen und grundsätzlich ölfrei und ohne Abdichtfunktion arbeitet. Die Kolben laufen berührungsfrei in der Kammer.
  • Gemäß der Erfindung ist es möglich, dass kein Kurvenstück vorgesehen ist, wobei das Kammergehäuse an allen Stellen mehrteilig (mehrere Segmente pro Komponente) ausgeführt sein kann. Ebenso können die Kolben seitlich (horizontal) und in der Höhe (vertikal) mehrteilig ausgeführt sein (vollkommenes Baukastensystem).
  • Gemäß der Erfindung ist es möglich, dass die Kolben ohne Laufflächen arbeiten und auch nicht durch ein Kurvenstück geführt sind. Die Kolben arbeiten vorzugsweise berührungsfrei und ölfrei.
  • Gemäß der Erfindung ist es möglich, dass bei zwei oder mehr Kolben kein Walzeingriff und keine Verzahnung vorgesehen ist. Die Kolben arbeiten berührungsfrei zu den anderen Kolben und arbeiten auch berührungsfrei zu den Kammerwänden; daher ist ein ölfreier Betrieb möglich.
  • Gemäß der Erfindung ist es möglich, dass die Kolbenmaschine als 2-Taktsystem mit Ansaugen und Verdichten (auf jeder Seite der Kolben) ausgebildet ist. Die Kolbenmaschine ist ausgebildet, bei einer 360° Drehung der Kurbelwelle zwei Arbeitstakte auszuführen.
  • Außerdem wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Kolbenmaschine vorgeschlagen.
  • Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
    • Bereitstellen des zuvor beschriebenen Baukastensystems,
    • Fügen der genannten Gehäuseteile zu einem Gehäuse,
    • Einfügen des Kolbens in das Gehäuse,
    • Abschließen des Gehäuses mittels des Gehäusedeckels, und
    • Bilden der Kolbenmaschine.
  • Falls mehrere Kolbenteile vorgesehen sind, werden die Kolbenteile in dem Gehäuse angeordnet. Danach kann der als Schwenkelement ausgebildete, schwenkbare und in dem Gehäuse angeordnete Kolben durch die Kolbenteile gebildet werden. Die Kolbenteile können auch außerhalb des Gehäuses zu dem Kolben zusammengesetzt werden. Anschließend kann der Kolben in das Gehäuse eingefügt werden.
  • Für die Eigenschaften der Kolbenteile und der Gehäuseteile wird auf die obigen Ausführungen in Bezug auf das Baukastensystem und/oder die Kolbenmaschine verwiesen. Merkmale die nur in Bezug auf das oben beschriebene Baukastensystem oder die oben beschriebene Kolbenmaschine genannt wurden, können auch für das Verfahren zur Herstellung der Kolbenmaschine beansprucht werden und andersherum.
  • Insgesamt ergibt sich durch die Modularität des Baukastensystems eine Reihe von Vorteilen gegenüber den einstückigen Kolbenmaschinen-Gehäusen aus dem Stand der Technik:
    • niedrigere Entwicklungs- bzw. Geschäftsprozesskosten
    • Reduktion von Koordinations- und Kommunikationskosten;
    • Flexibilität in der Produkt- bzw. Organisationsentwicklung;
    • schnellere Produktzyklen und höhere Anpassungsfähigkeit: wenn verschiedene kompatible Module zur Verfügung stehen, die angebracht, entfernt, gewechselt oder anders gruppiert werden können, um das System an neue Bedingungen anzupassen. Eine einstückige Kolbenmaschine hingegen kann solche Anpassungen meistens nur in Form einer kostenträchtigen Strukturumwandlung bewerkstelligen.
    • Flexibilität im Angebot, größere Produktvarietät;
    • bei Mehrkammervarianten können mit einer Maschine gleichzeitig verschiedene Anwendungen genutzt werden, z.B. als Kompressor-, Vakuum-; Hydraulik- oder Wasserpumpe; wobei eine der Kammern als Druckgasmotor diese Anwendungen statt eines Elektromotors antreiben kann;
    • als Kompressor kann mehrstufig in einem Gehäuse verdichtet werden;
    • billigere Herstellung durch baugleiche Serien und einfachere Montageprozesse; und
    • kostengünstige Reparatur durch Austausch der fehlerhaften Komponente.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand beigefügter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1
    eine Vorderansicht eines Querschnitts einer Kolbenmaschine ohne Schlaufenantrieb gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung;
    Fig. 2
    eine Vorderansicht eines weiteren Querschnitts einer Kolbenmaschine mit Schlaufenantrieb gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung;
    Fig. 3a
    eine Seitenansicht der Kolbenmaschine der Figur 2 mit vertikalen und horizontalen Segmenten;
    Fig. 3b
    eine perspektivische Darstellung der Kolbenmaschine der Figur 2 mit vertikalen und horizontalen Segmenten;
    Fig. 3c
    eine Seitenansicht einer mehrstufigen Kolbenmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung mit vertikalen und horizontalen Segmenten;
    Fig. 4
    eine Ansicht auf einen Kolben der Kolbenmaschine der Figuren 2-3a mit vertikalen und horizontalen Segmenten;
    Fig. 5
    eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit Schlaufenantrieb im Gehäuse, mit Ölschmierung und einer Arbeitskammer;
    Fig. 6
    eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit Schlaufenantrieb im Kolben und zwei Arbeitskammern;
    Fig. 7
    eine Ansicht eines Querschnitts einer Kolbenmaschine mit zwei Kolben und drei Kammern in einem ersten Betriebszustand;
    Fig. 8
    eine Ansicht eines Querschnitts der Kolbenmaschine der Fig. 7 in einem zweiten Betriebszustand;
    Fig. 9
    eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit zwei Kolben, zwei seitlichen Kühlöffnungen und nur einer zentralen Kammer in einem ersten Betriebszustand;
    Fig. 10
    eine Ansicht eines Querschnitts der Kolbenmaschine der Fig. 9 in einem zweiten Betriebszustand;
    Fig. 11
    eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit zwei Kolben, zwei Kühlöffnungen und drei Kammern;
    Fig. 12a
    eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit zwei Kolben, zwei seitlichen und oberen Kühlöffnungen und einer Kammer in einem ersten Betriebszustand;
    Fig. 12b
    eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit zwei Kolben, zwei seitlichen und oberen Kühlöffnungen und einer Kammer in einem zweiten Betriebszustand;
    Fig. 13
    eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit zwei Doppelkolben und sieben Kammern;
    Fig. 14
    eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit drei Kolben und vier Kammern;
    Fig. 15a
    eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit drei Kolben, drei Kühlöffnungen und zwei Kammern in einem ersten Betriebszustand, und
    Fig. 15b
    eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit drei Kolben, drei Kühlöffnungen und zwei Kammern in einem zweiten Betriebszustand.
  • In den Figuren sind funktionsgleiche und wiederkehrende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Mit der Erfindung wird ein Baukastensystem zur Herstellung einer Kolbenmaschine 100 bereitgestellt. Das Baukastensystem umfasst hierbei mehrere separate, miteinander zu einem Gehäuse 1 der Kolbenmaschine 100 fügbare Gehäuseteile, mindestens einen als Schwenkelement ausgebildeten, schwenkbaren und in dem Gehäuse 1 anordenbaren Kolben 15, und einen Gehäusedeckel 7 zum Abdecken des Gehäuses 1. In Figuren 1-15 sowie der entsprechenden Figurenbeschreibung werden verschiedene Ausführungsformen von Kolbenmaschinen 100 beschrieben, welche mit dem erfindungsgemäßen Baukastensystem hergestellt sind. Beispielsweise können die aus den Veröffentlichungen DE 10 2010 036 977 B3 , DE 10 2014 214 435 A1 , DE 10 2008 040 574 B4 und WO 2015/173255 A1 bekannten Kolbenmaschinen mit dem Baukastensystem der vorliegenden Schrift hergestellt werden.
  • Im Folgenden wird zunächst auf die Figuren 1-3 Bezug genommen. In den Figuren 1-3 ist eine Schwingkolbenmaschine 100 gezeigt, welche ein Gehäuse 1 und ein Getriebegehäuse 4 umfasst. Das Gehäuse 1 bildet eine Arbeitskammer 2, in der ein Kolben 15 angeordnet ist. Die Kammer 2 weist einen kreissektorförmigen Querschnitt auf und wird entsprechend der Form eines Zylindersektors durch zwei in einem Winkel α von etwa 50° bis 60° zueinander angeordnete Seitenwände 5, 6, eine Stirnwand 10, einen Gehäusedeckel 7 sowie eine im Querschnitt kreisbogenförmige Wand 8 und einen Drehzylinder 9 begrenzt. An die der kreisbogenförmigen Wand 8 gegenüberliegenden Enden der Seitenwände 5, 6 schließt sich eine Lagerschale 3 an.
  • Der Drehzylinder 9 ist in der Lagerschale 3 drehbar um eine Schwenkachse 14 angeordnet. An dem Drehzylinder 9 ist ein als Schwenkplatte ausgebildeter Kolben 15 starr befestigt oder einstückig angeformt, sodass sich der Kolben 15 um die Schwenkachse 14 um den Schwenkwinkel α schwenken lässt. Der typischerweise als Hohlkörper ausgebildete Kolben 15 befindet sich in der Arbeitskammer 2 und liegt abdichtend mit einer Oberkante 26 an einer Innenfläche der gewölbten kreisbogenförmigen Wand 8 an. Die Oberkante 26 des Kolbens 15 ist im Querschnitt kreisbogenförmig. In beiden Seitenwänden 5, 6 der Kammer 2 sind jeweils Einlassventile 22, 24 und Auslassventile 23, 25 ausgebildet. Eine Schwenkbewegung des Kolbens 15 definiert eine Schwenkebene, wobei die Stirnwand 10 und der der Stirnwand 10 gegenüberliegende Gehäusedeckel 7 parallel zur Schwenkebene ausgerichtet sind. Auf eine oder beide Seitenwände 5, 6 kann in analoger Weise zu der in der Fig. 9 gezeigten Kolbenmaschine 100 auch verzichtet werden.
  • Das Getriebegehäuse 4 ist parallel zur Arbeitskammer 2 und dem Kolben 15 sowie parallel zum Gehäusedeckel 7 und zur Stirnwand 10 angeordnet. In dem Getriebegehäuse 4 ist ein Schwenkhebel 16 angeordnet, welche eine sich über dessen Länge erstreckende Führungsnut oder Schlaufe 17 aufweist. In die Schlaufe 17 greift ein Kurbelzapfen 18 einer in dem Getriebegehäuse 4 drehbar gelagerten Kurbelwelle 19 ein. Der Antrieb kann auch anders gestaltet werden.
  • Die Fig. 5 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine 100, die mit dem Baukastensystem hergestellt wurde. Die Kolbenmaschine 100 der Fig. 5 unterscheidet sich von der in den Figuren 1-3 gezeigten Kolbenmaschine 100 lediglich dadurch, dass das Getriebegehäuse 4 nicht an den Gehäusedeckel 7 angrenzt, sondern sich in radialer Richtung an die Lagerschale 3 anschließt. Das Getriebegehäuse 4 hat einen Ölsumpf 12 zur Schmierung des Kurbelgetriebes, d.h. der Schlaufe 17 und des in dieser gleitenden Kurbelzapfens 18. Die Arbeitskammer 2 ist gegenüber dem Getriebegehäuse 4 hermetisch mittels in der Lagerschale integrierter Dichtleisten 13 abgedichtet. An dem Drehzylinder 9 sind einander diametral gegenüberliegend der Kolben 15 und der Schwenkhebel 16 starr befestigt.
  • Die Fig. 6 zeigt noch eine weitere Ausführungsform einer mit zwei sich von dem Drehzylinder 9 gegenüberliegend erstreckenden Arbeitskammern 2 ausgebildeten Kolbenmaschine 100, die mit dem Baukastensystem hergestellt wurde. Die zu jeder Arbeitskammer 2 gehörenden, synchron in der jeweils anderen Richtung angetriebenen Doppelkolben-Schwenkplatten 15, 15' sind gegenüberliegend am Drehzylinder 9 angebracht. Die Pleuelstange 16 ist integraler Bestandteil des mit einer Schlaufe 17 (Führungsnut) ausgebildeten Kolbens 15`, die eine entsprechend größere Dicke aufweist und somit auch eine, wie Fig. 6 zeigt, dementsprechend größere Dimensionierung der Arbeitskammer 2' aufweist. Der Antrieb kann auch anders gestaltet werden.
  • Das Gehäuse 1 und der Kolben 15, 15' der zuvor beschriebenen Kolbenmaschinen 100 können aus verschiedensten Materialien, wie einem Metall, einem keramischen Material oder einem Kunststoff gefertigt sein.
  • Die zuvor beschriebene Kolbenmaschinen 100 können wie folgt als Kolbenpumpe oder als Kolbenverdichter arbeiten, aber auch als hier in der Funktion nicht beschriebener Druckgasmotor fungieren:
    Während der Drehbewegung der Kurbelwelle 19 gleitet der Kurbelzapfen 18 in der Schlaufe 17 des Schwenkhebels 16, die dabei eine Schwenkbewegung ausführt und diese Schwenkbewegung auf den Kolben 15, 15' überträgt.
  • Bei einer Schwenkbewegung des Kolbens 15 von der in der Fig. 1, 5 oder 6 gezeigten Position an der linken Seitenwand 5 der Kammer 2 zur rechten Seitenwand 6 sind das linke Einlassventil 22 und das rechte Auslassventil 25 geöffnet, während das linke Auslassventil 23 und das rechte Einlassventil 24 geschlossen sind. Ein zuvor angesaugtes Fluid wird somit aus der Kammer 2 über das rechte Auslassventil 25 ausgestoßen. Auf der anderen Seite wird über das linke Einlassventil 22 ein Arbeitsfluid angesaugt, das bei weiterer Schwenkbewegung des Kolbens bei geschlossenem linken Einlassventil 22 und offenem linken Auslassventil 23 wieder ausgestoßen wird, während auf der rechten Seite Fluid über Einlassventil 24 angesaugt wird. Der Kolben 15 arbeitet somit als Doppelkolben mit zwei Arbeitsflächen 129 und 130.
  • Alternativ kann z.B. vorgesehen sein, dass der Kurbelzapfen 18 der Kurbelwelle 19 in ein Pleuelauge eines gelenkig mit dem Kolben 15 verbundenen Schwenkhebels eingreift. Es können aber auch alternative Antriebe oder Abtriebe verwendet werden. Der Antrieb oder Abtrieb der Kolbenmaschine 100 ist somit nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.
  • Für die Funktionsweise der Kolbenmaschinen 100 der Fign. 1-6 wird im Übrigen beispielhaft auf die Veröffentlichungen DE 10 2010 036 977 B3 , DE 10 2014 214 435 A1 , DE 10 2008 040 574 B4 und WO 2015/173255 A1 Bezug genommen, die zum Bestandteil der vorliegenden Schrift gemacht werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Gehäuse 1 der Kolbenmaschine 100 mindestens zwei separate, miteinander verbundene Gehäuseteile.
  • In der Fig. 1 ist angedeutet, dass die Seitenwände 5, 6, die Lagerschale 3, die kreisbogenförmige Wand 8 und die Stirnwand 10 separate Gehäuseteile bilden, welche zu dem in der Fig. 1 gezeigten Gehäuse 1 zusammengesetzt sind. Außerdem sind die kreisbogenförmige Wand 8, die Seitenwände 5, 6 und die Lagerschale 3 jeweils mehrteilig aufgebaut. So kann die kreisbogenförmige Wand 8 eine Vielzahl von Wandteilen 28 aufweisen, die Seitenwände 5, 6 können jeweils eine Vielzahl von Seitenwandteilen 29 aufweisen und die Lagerschale 3 kann eine Vielzahl von Lagerschalenteilen 30 aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Anzahl der Wandteile 28, die Anzahl der Seitenwandteile 29 und die Anzahl der Lagerschalenteile 30 gleich. Wie in der Fig. 3a und 3b angedeutet, können die Wandteile 28, Seitenwandteile 29 und Lagerschalenteile 30 scheibenartig in axialer Richtung hintereinander angeordnet sein.
  • Im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 weist die kreisbogenförmige Wand 8 drei separate Wandteile 28 auf, die Seitenwand 5 umfasst drei separate Seitenwandteile 29, die Seitenwand 6 umfasst drei separate Seitenwandteile (nicht dargestellt) und die Lagerschale 3 umfasst drei separate Lagerschalenteile 30. Wie den Fig. 3a und 3b entnehmbar, sind die Wandteile 28, die Seitenwandteile 29 und die Lagerschalenteile 30 jeweils entlang der Schwenkachse 14 in axialer Richtung angeordnet. Zwischen dem Gehäusedeckel 7 und der Stirnwand 10 befinden sich also 12 einzelne Gehäuseteile.
  • Insgesamt umfasst das Gehäuse 1 der Kolbenmaschine 100 daher drei Wandteile 28, sechs Seitenwandteile 29 (jeweils drei von jeder Seitenwand 5 und 6), drei Lagerschalenteile 30 und eine Stirnwand 10, sodass das Gehäuse 1 aus 13 miteinander verbundenen Einzelteilen aufgebaut ist. Die Anzahl der verwendeten Gehäuseteilen kann in verschiedenen Ausführungsformen variieren und ist hierbei insbesondere nicht auf 13 beschränkt.
  • Durch den modularen Aufbau des Gehäuses 1 können einzelne Gehäuseteile preisgünstig gefertigt und bei Bedarf ausgetauscht werden. Weiterhin kann ein Volumen des Gehäuses 1, insbesondere ein Volumen der Kammer 2, durch Weglassen oder Hinzufügen von Gehäuseteilen verkleinert bzw. vergrößert werden.
  • Weiterhin weist der Kolben 15 gemäß einer Ausführungsform mindestens zwei miteinander verbundene Kolbenteile 20 auf.
  • Die Anzahl der Kolbenteile 20 ist in einer Ausführungsform gleich der Anzahl der Wandteile 28, der Anzahl der Seitenwandteile 29 bzw. der Anzahl der Lagerschalenteile 30, wobei die Anzahl der Kolbenteile 20 im gezeigten Ausführungsbeispiel der Figuren 1-3 drei beträgt. Die Anzahl der Kolbenteile 20 kann auch weniger oder mehr als drei betragen. Durch Variation der Anzahl der Kolbenteile 20 und/oder Gehäuseteile kann ein Volumen der Kammer 2 geändert werden.
  • In der perspektivischen Darstellung der Kolbenmaschine der Figur 3b sind weiterhin das linke Einlassventil 22, das linke Auslassventil 23, das rechte Einlassventil 24 und das rechte Auslassventil 25 erkennbar. Weiterhin ist erkennbar, dass sowohl der Gehäusedeckel durch die Segmente 7, 7', 7" gebildet ist, die sich vertikal hintereinander erstrecken. Ferner ist die auf der Oberseite angeordnete kreisbogenförmige Wand, in der die Ventile 22, 23, 24 und 25 eingelassen sind, jeweils axial und horizontal in jeweils 3 Segmente unterteilt. Gleiches gilt für die Lagerschale 3, die axial in jeweils drei Segmente 30 untereilt ist. Die (rechte) Seitenwand ist jeweils in 3 axial und 3 vertikal hintereinander angeordnete Segmente, also insgesamt in 9 Segmente unterteilt, wobei vertikal hintereinander angeordneten Segmente mit den Bezugszeichen 6, 6` und 6" gekennzeichnet sind. Gleiches gilt für die in Fig. 3b nicht gezeigte linke Seitenwand 7 in gleicher Weise.
  • Fig. 3c zeigt eine Seitenansicht einer Kolbenmaschine gemäß einer alternativen Ausführungsvariante der Erfindung. Die Kolbenmaschine der Ausführungsvariante der Fig. 3c entspricht im Wesentlichen der Kolbenmaschine gemäß Ausführungsvariante der Figuren 1 bis 3b. Jedoch umfasst die Kolbenmaschine der Ausführungsvariante der Fig. 3c mehrere Verdichterstufen 71, 71' und 71", die jeweils mit vertikal unterschiedlich ausgedehnten separaten Seitenwänden 6, 6' und 6" korrespondieren, während die separaten Seitenwände 29 der Kolbenmaschine gemäß Ausführungsvariante der Figuren 1 bis 3b jeweils (vertikal) gleich groß sind.
  • Insbesondere unterscheidet sich gemäß der Ausführungsvariante der Fig. 3c die vertikale Ausdehnung der axial hintereinander ausgebildeten Seitenwände 6, 6', 6" voneinander. Dabei ist es bevorzugt, dass sich die vertikale Ausdehnung der Seitenwände 6, 6', 6" entlang der Achse 14, bevorzugt von der Stirnwand 10 zum Deckel 7, mit jedem Segment 6, 6', 6" verringert.
  • Der Vorteil der modularen Bauweise liegt auf der Hand, da die Kolbenmaschine gemäß Ausführungsvariante der Figuren 1 bis 3b in einfacher Weise in die Kolbenmaschine der Ausführungsvariante der Fig. 3c umgebaut werden kann.
  • In der Fig. 4 ist eine Ansicht eines Längsschnitts des Kolbens 15 und des Drehzylinders 9 der Figuren 1 bis 3 gezeigt. In der Fig. 4 ist erkennbar, dass der Kolben 15 drei Kolbenteile 20 aufweist, welche miteinander verbunden sind, um den Kolben 15 zu bilden. Außerdem weist der Drehzylinder 9 Drehzylinderteile 21 auf, welche jeweils mit den Kolbenteilen 20 verbunden sind. Die Drehzylinderteile 21 sind scheibenartig aneinander befestigt und bilden zusammen den Drehzylinder 9. In der Fig. 4 ist zudem die Schwenkachse 14 angedeutet. Die Kolbenteile 20 sowie die Drehzylinderteile 21 sind axial hintereinander entlang der Schwenkachse 14 angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform umfasst jedes Kolbenteil 20 eine Vielzahl von radialen Kolbenteilen 31, die in radialer Richtung angeordnet sind, wobei die radialen Kolbenteile 31 durch Striche in der Fig. 3a angedeutet sind.
  • Die Gehäuseteile, die Kolbenteile 20 und die Drehzylinderteile 21 weisen Mittel, wie Stifte, Feder-Nut-Verbindungen oder dergleichen, zum Fügen, Befestigen und Fixieren der Bauteile auf. Zusätzlich oder alternativ zu den genannten Verbindungsmethoden können die Kolbenteile 20 und/oder Gehäuseteile miteinander verklebt, verschweißt oder verlötet sein. Hierfür können die Kolbenteile 20, Drehzylinderteile 21 und/oder Gehäuseteile vorbestimmte Schweißstellen, Klebstellen oder Lötstellen aufweisen.
  • Im Vergleich zu den Kolbenmaschinen 100 der Fig. 1-5 weisen die in den Figuren 7-15 dargestellten Kolbenmaschinen 100 mindestens einen weiteren als Schwenkelement ausgebildeten, schwenkbaren und im Gehäuse 1 angeordneten Kolben 15" auf. Die Kolben 15 und 15" werden synchron und in jeweils parallel entgegengesetzter Richtung angetrieben und eine Schwenkachse 14' des Kolbens 15" verläuft parallel zur Schwenkachse 14 des Kolbens 15. Für die Funktionsweise der mehrkolbigen Kolbenmaschinen der Figuren 7-15 wird z.B. auf die Veröffentlichungen DE 10 2010 036 977 B3 sowie WO 2015/173255 A1 Bezug genommen, wobei der Offenbarungsgehalt dieser Veröffentlichungen zum Bestandteil der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Auf Merkmale, die bereits in Zusammenhang mit den Kolbenmaschinen 100 der Figuren 1-6 erläutert wurden, wird im Folgenden zur Vermeidung von Wiederholungen nicht weiter eingegangen. Merkmale der Kolbenmaschinen 100 der Figuren 1-6 können mit den Merkmalen der Kolbenmaschinen der Figuren 7-15 kombiniert werden und andersherum.
  • Wie in den Ausführungsformen der Figuren 1-6 ist das Gehäuse 1 der Kolbenmaschinen der Figuren 7-12 mehrteilig ausgebildet, d.h. das Gehäuse 1 umfasst mehrere, miteinander verbundene Gehäuseteile.
  • Zusätzlich zu den oben genannten Gehäuseteilen kann das Gehäuse 1 unter anderem Lagerschale 3', Seitenwand 5', kreisbogenförmige Wand 8', Drehzylinder 9', Einlassventil 22', Auslassventil 23', Einlassventil 24' und/oder Auslassventil 25' umfassen.
  • Die kreisbogenförmige Wand 8' und die Lagerschale 3 sind als erstes Kammerkopfteil 60 ausgebildet. Weiterhin sind die kreisbogenförmige Wand 8 und die Lagerschale 3' als zweites Kammerkopfteil ausgebildet. Die Kammerkopfteile 60, 62 umfassen mehrere einstückige Scheiben, die analog zu den Wandteilen 28, Seitenwandteilen 29 und Lagerschalenteilen 30 der Fig. 3a axial hintereinander angeordnet sind. Hierbei ist eine Anzahl der axialen Scheiben eines Kammerkopfteils 60, 62 genau so groß wie die Anzahl der Kolbenteile 20. Wie aus den Figuren ersichtlich, können die beiden Kammerkopfteile 60, 62 eine gleiche Form aufweisen.
  • Der Kolben 15" bzw. der Drehzylinder 9' kann ebenfalls wie der Kolben 15 bzw. der Drehzylinder 9 mehrteilig ausgebildet sein. Für die Einzelheiten des mehrteiligen Kolbens 15" und des mehrteiligen Drehzylinders 9' wird auf die Fig. 4 und die entsprechende obige Beschreibung verwiesen.
  • Die Kolbenmaschinen 100 der Figuren 9 bis 12b weisen im Vergleich zur Kolbenmaschine der Fig. 7-8 Kühlöffnungen 70 im Gehäuse 1 zur konvektiven Kühlung des Kolbens oder des Gehäuses 1 auf. Die Kühlöffnung 70 kann ein Spalt im Gehäuse 1 sein, der sich in axialer Richtung erstreckt. Zur Bildung der Kühlöffnung 70 oder des Spalts können Gehäuseteile voneinander beabstandet sein. So umfasst die in der Fig. 11 gezeigte Kolbenmaschine Kammerkopfteile 60 bzw. 62 sowie davon beabstandete kreisbogenförmige Wände 8' bzw. 8, wobei die Kühlöffnungen 70 zwischen Kammerkopfteil 62 und Wand 8 bzw. zwischen Kammerkopfteil 60 und Wand 8' angeordnet sind. Die in den Figuren 1, 5 und 6 gezeigten Kolbenmaschinen 100 können optional auch eine oder mehrere Kühlöffnungen aufweisen.
  • Die Kühlöffnung kann gemäß den Ausführungsformen der Fign. 9, 10 und 12b auch durch Weglassen mindestens einer der Seitenwände gebildet sein. So wurde in der Ausführungsform der Kolbenmaschine 100 der Figuren 9 und 10 auf die Seitenwände 5 und 5' verzichtet, um Kühlöffnungen 70 zu bilden und die Kolben 15 und 15" seitlich zu kühlen. Ein Arbeitsmedium gelangt über Einlassventil 24' in die Arbeitskammer und wird über Auslassventil 25' wieder ausgestoßen.
  • Wie aus den Figuren 12a und 12b ersichtlich ist, bewegen sich die Kolben15 und 15" zwischen einer ersten Stellung, in der die Kolben15 und 15" minimal zueinander, jedoch berührungsfrei beabstandet sind und einer zweiten Stellung, in der die Kolben 15, 15" maximal von einander entfernt sind. Die Kolbenmaschine ist derart ausgebildet, dass die Kolben 15, 15" stets um 180° zueinander versetzt angeordnet sind.
  • Weitere Einzelheiten zu den Kühlöffnungen 70 sind in der Veröffentlichung WO2015/173255 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt zum Bestandteil der vorliegenden Schrift gemacht wird.
  • In den Figuren 13 und 14 sind zwei weitere Beispiele von Kolbenmaschinen 100 mit vier Kolben 15, 15', 15", 15ʺʺ (Fig. 3a) bzw. mit drei Kolben 15, 15' (Fig. 4) gezeigt.
  • Die Kolbenmaschine 100 der Fig. 13 ist hierbei eine Kombination der Kolbenmaschinen 100 der Figuren 6 und 7. Die Kolbenmaschine 100 der Fig. 14 stellt eine Erweiterung der Kolbenmaschine 100 der Fig. 7 dar. Durch die Kolbenmaschinen 100 der Figuren 13 und 14 können mehrere Arbeitskammern A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11 geschaffen werden, die jeweils als Pumpe, Verdichter, Druckgasmotor und/oder Expansionsmotor gleichzeitig arbeiten können. Die Kolben 15, 15`, 15" und 15‴ können unterschiedliche Längen aufweisen, wodurch Arbeitskammern A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11 mit verschieden großen Volumina bereitgestellt werden können. Hierdurch können die Kolbenmaschinen z.B. als Mehrstufenkompressoren oder mehrstufige Vakuumpumpen betrieben werden. Weiter können die Arbeitskammern A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11 der Kolbenmaschinen 100 der Figuren 13 und/oder 14 in axialer Richtung jeweils unterschiedlich groß sein.
  • Wie in den Figuren 13 und 14 zu erkennen ist, können verschiedenartige Gehäuseteile zu einzelnen Teilen zusammengefasst werden. So ist in der Fig. 13 ein Seitenwandteil, eine kreisbogenförmige Wand und ein Teil einer Lagerschale zu einem Gehäuseteil 64 zusammengelegt. In der Fig. 14 sind zwei kreisbogenförmige Wände und eine Lagerschale zu einem Gehäuseteil 66 zusammengefasst. Weiter sind in der Fig. 14 zwei Lagerschalen und eine kreisbogenförmige Wand zu einem Gehäuseteil 68 vereinigt. Die Gehäuseteile 64, 66, 68 können jeweils in axialer Richtung mehrere Scheiben aufweisen, welche miteinander verbunden sind.
  • Die Figuren 15a und 15b zeigen eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit drei Kolben, drei Kühlöffnungen und zwei Kammern mit jeweils unterschiedlichen Stellungen der Kolben 15, 15' und 15".
  • Die Kolbenmaschine 100 weist drei Kolben 15, 15' und 15" auf, die mit den Gehäuseteilen 66, 68 und den drei Kühlöffnungen 70 zwei Arbeitskammern A12 und A13 ausbilden. In einem ersten Arbeitsschritt ausgehend von den Kolbenstellungen der Figur 15b bewegen sich die Kolben 15 und 15' zueinander, um die Arbeitskammer A12 mit dem Einlassventil 24 und dem Auslassventil 25 zu verdichten. In diesem Schritt schwenkt der Kolben 15"ausgehend von den Kolbenstellungen der Figur 15b vom Kolben 15' weg (d.h. nach rechts außen), so dass in einer Mittelstellung (Figur 15a) die untere Kühlöffnung 70 kurzfristig durch den Kolben 15' und die rechte Kühlöffnung 70 sowie die linke Kühlöffnung 70 ebenfalls kurzfristig durch die Kolben 15 bzw. 15" verschlossen werden. Danach schwenken die Kolben 15 und 15' weiter zueinander, so dass diese einen minimalen Abstand voneinander haben (Endstellung entgegengesetzt zur Endstellung der Figur 15b, nicht dargestellt). Dabei werden die untere Kühlöffnung 70 und die rechte (bzw. linke) Kühlöffnung 70 geöffnet (Endstellung der Figur 15b bzw. entgegengesetzte Endstellung - nicht dargestellt). Dadurch kann die Arbeitskammer A12 während des Verdichtens der Arbeitskammer A13 besonders effektiv gekühlt werden (Figur 15b) bzw. umgekehrt kann die Arbeitskammer A13 während des Verdichtens der Arbeitskammer A12 besonders effektiv gekühlt werden (nicht dargestellt). Daher kann auf weitere Kühlmittel (z.B. aktive Kühlungen) verzichtet werden.
  • Die vorstehend offenbarten Kolbenmaschinen sind gemäß einem Aspekt der Erfindung als mehrteilige Kolbenmaschinen beschrieben worden, d.h. die Arbeitskammer ist durch eine Vielzahl von Gehäuseteilen ausgebildet. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es jedoch möglich, dass sämtliche vorstehend offenbarten Kolbenmaschinen eine einteilige Arbeitskammer aufweisen. Diese sind möglicherweise nicht mittels des vorstehend erläuterten Baukastensystems herstellbar; jedoch können diese Kolbenmaschinen die weiteren in der Anmeldung offenbarten Vorteile erzielen.
  • Außerdem wird mit der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der in den Figuren 1-15 gezeigten Kolbenmaschinen 100 bereitgestellt. Das Verfahren umfasst zumindest folgende Schritte:
    • Bereitstellen von mindestens zwei separaten, miteinander verbindbaren Gehäuseteilen,
    • Bereitstellen von mindestens zwei separaten, miteinander verbindbaren Kolbenteilen 20, 31,
    • Bereitstellen eines Gehäusedeckels 10,
    • Fügen der genannten Gehäuseteile zu einem Gehäuse 1,
    • Anordnen der Kolbenteile 20, 31 in dem Gehäuse 1,
    • Bilden eines als Schwenkelement ausgebildeten, schwenkbaren und in dem Gehäuse 1 angeordneten Kolbens 15 durch die Kolbenteile 20 und
    • Abschließen des Gehäuses 1 mittels des Gehäusedeckels 10 zum Bilden der Kolbenmaschine 100.
  • Weitere Schritte können hinzugefügt werden, um die spezifischen Merkmale der in den Figuren 1-15 gezeigten Kolbenmaschinen 100 herzustellen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gehäuse
    2
    Kammer
    3
    Lagerschale
    3'
    Lagerschale
    4
    Getriebegehäuse
    4'
    Getriebegehäuse(segment)
    4"
    Getriebegehäuse(segment)
    5
    Linke Seitenwand
    5'
    Seitenwand
    6
    rechte Seitenwand
    6'
    rechte Seitenwand
    6"
    rechte Seitenwand
    7
    Gehäusedeckel
    7'
    Gehäusedeckel (segment)
    7"
    Gehäusedeckel (segment)
    8
    kreisbogenförmige Wand
    8'
    kreisbogenförmige Wand
    9
    Drehzylinder
    9'
    Drehzylinder
    10
    Stirnwand
    10'
    Stirnwand
    10"
    Stirnwand
    11
    Kurbelradius
    12
    Ölsumpf
    13
    Dichtleiste
    14
    Schwenkachse
    14'
    Schwenkachse
    15
    Kolben
    15'
    Kolben
    15"
    Kolben
    15‴
    Kolben
    16
    Schwenkhebel
    17
    Schlaufe
    18
    Kurbelzapfen
    19
    Kurbelwelle
    20
    Kolbenteil
    21
    Drehzylinderteil
    22
    linkes Einlassventil
    22'
    Einlassventil
    23
    linkes Auslassventil
    23'
    Auslassventil
    24
    rechtes Einlassventil
    24'
    Einlassventil
    25
    rechtes Auslassventil
    25'
    Auslassventil
    26
    Oberkante des Kolbens
    27
    Welle
    28
    Wandteil
    29
    Seitenwandteil
    30
    Lagerschalenteil
    31
    Kolbenteil
    60
    Kammerkopfteil
    62
    Kammerkopfteil
    64
    Gehäuseteil
    66
    Gehäuseteil
    68
    Gehäuseteil
    70
    Kühlöffnung
    71
    Verdichterstufe 1
    71'
    Verdichterstufe 2
    71"
    Verdichterstufe 3
    100
    Kolbenmaschine
    129
    Arbeitsfläche
    130
    Arbeitsfläche
    α
    Schwenkwinkel
    A1
    Arbeitskammer
    A2
    Arbeitskammer
    A3
    Arbeitskammer
    A4
    Arbeitskammer
    A5
    Arbeitskammer
    A6
    Arbeitskammer
    A7
    Arbeitskammer
    A8
    Arbeitskammer
    A9
    Arbeitskammer
    A10
    Arbeitskammer
    A11
    Arbeitskammer
    A12
    Arbeitskammer
    A13
    Arbeitskammer

Claims (15)

  1. Schwingkolbenmaschine (100) in modularer Baukastenweise, umfassend:
    einen Kolben (15),
    ein Gehäuse mit einer Arbeitskammer (2) mit mindestens einer Einlassöffnung (22, 24) und mindestens einer Auslassöffnung (23, 25),
    wobei der Kolben (15) in der Arbeitskammer (2) um eine Schwenkachse (14) schwenkbar gelagert ist und wobei der Kolben (15) mit mindestens einer drehbar gelagerten Welle (19) wirkverbunden ist;
    wobei die Arbeitskammer (2) durch eine Vielzahl von Gehäuseteilen (28, 29, 30) sowie einen Gehäusedeckel (7) und eine Stirnwand (10) gebildet ist,
    wobei die Gehäuseteile (28, 29, 30) in der Richtung längs zur Schwenkachse (14) mindestens zwei separate Seitenwände (5, 6, 28, 29, 30) zur Begrenzung der Arbeitskammer (2) aufweisen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens zwei separate Gehäuseteile (28, 29, 30) in Bezug auf die Schwenkachse (14) axial hintereinander angeordnet sind.
  2. Schwingkolbenmaschine (100) nach Anspruch 1, wobei
    die Arbeitskammer (2) in Bezug auf die Schwenkachse (14) an einer Vorderseite durch den Gehäusedeckel (7) und an der Rückseite durch die Stirnwand (10), in Bezug auf die Schwenkachse (14) an einer Oberseite durch eine kreisbogenförmige Wand (8) und an einer Unterseite durch eine Lagerschale (3) begrenzt ist, wobei sich die Seitenwände (5, 6, 28, 29, 30) zwischen dem Gehäusedeckel (7), der Stirnwand (10), der kreisbogenförmigen Wand (8) und der Lagerschale (3) erstrecken, wobei der Gehäusedeckel (7), die Stirnwand (10) jeweils durch mindestens zwei separate Segmente ausgebildet sind, die jeweils in einer sich zwischen der kreisbogenförmigen Wand (8) und der Lagerschale (3) erstreckenden, vertikalen Richtung, hintereinander angeordnet sind, und wobei die kreisbogenförmige Wand (8) durch mindestens zwei separate Segmente ausgebildet ist, die jeweils axial hintereinander angeordnet sind.
  3. Schwingkolbenmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kolbenmaschine als mehrstufige Kolbenmaschine ausgebildet ist, wobei mehrere Verdichterstufen (71, 71', 71 ") vorgesehen sind, wobei sich die vertikale Ausdehnung der axial hintereinander ausgebildeten Seitenwände (6, 6', 6") jeder Verdichterstufe (71, 71', 71 ") voneinander unterscheidet.
  4. Schwingkolbenmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Kolben (15, 15") vorgesehen sind, die eine gemeinsame Arbeitskammer ausbilden, wobei die zwei Kolben (15, 15") zwischen einer ersten Stellung, in der die Kolben (15, 15") in minimalem Abstand zueinander, jedoch berührungsfrei angeordnet sind, und einer zweiten Stellung, in der die Kolben (15, 15") maximal von einander entfernt sind, schwenkbar ausgebildet sind, wobei die Kolben (15, 15") um 180° versetzt angeordnet sind.
  5. Schwingkolbenmaschine (100) nach Anspruch 4, wobei in der gemeinsamen Arbeitskammer mindestens zwei Kühlöffnungen (70) derart vorgesehen sind, dass die zwei Kühlöffnungen (70) in der zweiten Stellung geöffnet sind.
  6. Schwingkolbenmaschine (100) nach Anspruch 5, wobei die zwei Kühlöffnungen (70) in der ersten Stellung geschlossen sind.
  7. Schwingkolbenmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1-3, wobei drei Kolben (15, 15', 15") und drei den jeweiligen Kolben (15, 15', 15") zugeordnete Kühlöffnungen (70) vorgesehen sind, wobei ein erster Kolben (15) und ein zweiter Kolben (15') in einer ersten Stellung in minimalem Abstand zueinander, jedoch berührungsfrei angeordnet sind, während ein dritter Kolben (15") in der ersten Stellung maximal vom zweiten Kolben (15') entfernt angeordnet ist, und wobei der zweite Kolben (15') und der dritte Kolben (15") in einer zweiten Stellung in minimalem Abstand zueinander, jedoch berührungsfrei angeordnet sind, während der erste Kolben (15) in der zweiten Stellung maximal vom zweiten Kolben (15') entfernt angeordnet ist.
  8. Schwingkolbenmaschine (100) nach Anspruch 7, wobei die dem ersten Kolben (15) zugeordnete Kühlöffnung (70) in der ersten Stellung geschlossen ist, während die dem zweiten Kolben (15') zugeordnete Kühlöffnung (70) und die dem dritten Kolben (15") zugeordnete Kühlöffnung (70) geöffnet sind, wobei die dem dritten Kolben (15") zugeordnete Kühlöffnung (70) in der zweiten Stellung geschlossen ist, während die dem zweiten Kolben (15') zugeordnete Kühlöffnung (70) und die dem ersten Kolben (15) zugeordnete Kühlöffnung (70) geöffnet sind.
  9. Schwingkolbenmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei separate Seitenwände (28, 29, 30) baugleich ausgebildet sind.
  10. Schwingkolbenmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Arbeitskammer (2) entlang der Schwenkachse (14) des Kolbens (15) durch die Stirnwand (10) und den Gehäusedeckel (7) begrenzt ist.
  11. Schwingkolbenmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Arbeitskammer (2) quer zur Schwenkachse (14) durch eine Lagerschale (3), zwei separate Seitenwände (5, 6) sowie eine kreisbogenförmige Seitenwand (8) begrenzt ist.
  12. Schwingkolbenmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die die Arbeitskammer (2) quer zur Schwenkachse (14) begrenzenden Seitenwände (3, 5, 6, 8) jeweils durch eine Vielzahl baugleicher Gehäuseteile (28, 29, 30) ausgebildet sind, die jeweils axial hintereinander angeordnet sind.
  13. Schwingkolbenmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei separaten Seitenwände (5, 6, 28, 29, 30) lösbar miteinander verbunden sind.
  14. Schwingkolbenmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei separaten Seitenwände (5, 6, 28, 29, 30) symmetrisch zu einer Ebene angeordnet sind, die sich senkrecht zur Schwenkebene und entlang der Längsachse des Kolbens (15) in einer Zentralstellung erstreckt.
  15. Schwingkolbenmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sämtliche Gehäuseteile (5, 6, 28, 29, 30) symmetrisch zu einer Ebene angeordnet sind, die sich senkrecht zur Schwenkebene und entlang der Längsachse des Kolbens (15) in einer Zentralstellung erstreckt.
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