EP3987183A1 - Radial reciprocating engine having a ball piston - Google Patents

Radial reciprocating engine having a ball piston

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Publication number
EP3987183A1
EP3987183A1 EP20735095.0A EP20735095A EP3987183A1 EP 3987183 A1 EP3987183 A1 EP 3987183A1 EP 20735095 A EP20735095 A EP 20735095A EP 3987183 A1 EP3987183 A1 EP 3987183A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
spherical
radial
radial piston
piston machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20735095.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dirk Becher
Daniel FLACH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moog GmbH
Original Assignee
Moog GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moog GmbH filed Critical Moog GmbH
Publication of EP3987183A1 publication Critical patent/EP3987183A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404Details or component parts
    • F04B1/0408Pistons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404Details or component parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404Details or component parts
    • F04B1/0413Cams
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B1/04Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404Details or component parts
    • F04B1/0426Arrangements for pressing the pistons against the actuated cam; Arrangements for connecting the pistons to the actuated cam
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/10Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement the cylinders being movable, e.g. rotary
    • F04B1/107Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement the cylinders being movable, e.g. rotary with actuating or actuated elements at the outer ends of the cylinders
    • F04B1/1071Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement the cylinders being movable, e.g. rotary with actuating or actuated elements at the outer ends of the cylinders with rotary cylinder blocks

Definitions

  • the invention relates to a radial piston machine with pistons which perform a stroke movement in a cylinder.
  • radial piston machines can either be used as
  • Work machines serve, for example, as a pump, or as a motor.
  • cylinders are arranged in a rotor and a piston element is arranged in each cylinder, which is connected to a guide element, the guide element running on a sliding surface and thereby forcing the piston element to move.
  • Hydraulic displacement machines which include radial piston machines, work according to the displacement principle. They can therefore be operated both as pumps and as motors if the pressure medium flow is controlled accordingly. Pumps and motors usually have the same structural design.
  • radial piston machines In the case of radial piston machines, a distinction can then still be made between radial piston machines that are acted upon from the inside and those that are acted upon from the outside.
  • radial piston machines with internally applied pressure the working spaces of the cylinders are filled with a pressure medium and emptied from the inside, for example via a radial hollow shaft.
  • the cylinders rotate around the radial hollow shaft.
  • pistons arranged in the cylinders are supported on an outer ring, which is why they are acted upon on the inside
  • Radial piston machines are also referred to as externally supported radial piston machines.
  • the outer ring on which the working pistons are supported is in an eccentric position to the hollow shaft.
  • Radial piston machines are therefore also referred to as internally supported radial piston machines.
  • a drive shaft has a
  • a cylinder star in which a plurality of radially aligned cylinders are arranged in a star shape.
  • the cylinder star is rotatably mounted on a control pin.
  • Pistons arranged radially in the cylinders of the cylinder star are supported by hydrostatically relieved sliding shoes on a cam ring mounted eccentrically to the cylinder star.
  • the piston and sliding shoe are connected to each other by a ball joint and tied with a snap ring. Alternatively, the ball joint can also be flanged.
  • An oil flow is in fluid connection with the cylinders of the cylinder star via inlet and outlet channels in the housing.
  • EP 0 011 145 B1 discloses in particular a slide shoe for hydrostatic
  • Ring piston machines in which a shaft with a ball head is mounted in a spherical surface of a piston.
  • the spherical surface is formed in a stepped bore penetrating the piston in the longitudinal direction.
  • the piston itself is arranged in a cylinder bore located in a cylinder body.
  • a snap ring holds the piston and shoe together.
  • cylindrical pistons in particular are used.
  • the pistons In order to reduce the friction of the pistons on the inner walls of the cylinder, the pistons must be designed to be long in relation to their diameter. This increases the volume of such a radial piston machine, since the cylinder star must be designed with a correspondingly sufficient diameter in order to provide the appropriate installation space for the cylinders.
  • the object of the invention is therefore to design a radial piston machine in such a way that the friction is reduced. Another object of the invention is to increase the permissible tensile force on the piston or to extend the service life of a piston before a defect occurs.
  • the piston element is spherical at least in the region of the piston element which seals the inner walls of the cylinder during the stroke movements.
  • the spherical design of the piston element results in a sealing area which is ring-shaped, that is to say forms a closed circular line.
  • a closed circular line causes far lower frictional forces than a flat seal with a cylindrical piston.
  • the manufacturing quality of a spherical piston element can be selected to be lower than that of a longitudinal piston according to the prior art in order to achieve the same purpose.
  • the rotor diameter can be selected to be smaller with the same output, so that this results in a more compact design of the
  • Radial piston machine results. At the same time, a higher working pressure can also be selected because the weak point of the radial piston machine is no longer determined by an articulated connection.
  • the round bottom flask therefore eliminates the limitation of the internal pressure in the housing caused by the tensile, compressive and lateral forces acting on a joint.
  • piston machines with longitudinal pistons there were limitations with regard to internal housing pressures or dynamic pressures in an external leakage oil line, which were caused, for example, by the elevated position of the hydraulic tank, filters or coolers in the leakage oil line. With the elimination of such a restriction, that expands
  • the surface of the segmented spherical piston that comes into contact with the inner walls of the cylinder is a symmetrical spherical zone.
  • a spherical zone is the curved outside of a spherical disk or a spherical ring, for example.
  • a spherical disk, also known as a spherical layer, is obtained as the middle part of a solid sphere when the solid sphere is cut into three parts by two parallel planes. If the parallel planes are on different sides of the
  • a symmetrical spherical zone can also be obtained by a radial drilling through a sphere.
  • a tilt angle ⁇ of the spherical zone on both sides of approximately 9 ° resulted on the basis of the selected geometric conditions.
  • a tilt angle would be advantageous a of about 10 °, better 12 ° should be selected.
  • the ratio of the thickness of the spherical disk or the height H of the spherical disk to the diameter di ⁇ that of the spherical disk corresponds to twice the tangent function of the tilt angle a. At 12 ° on both sides, this results in a ratio of the thickness H of the spherical disk to the diameter di ⁇ of the spherical disk of approximately 0.4.
  • tilt angle a may also be required in individual cases, or a small tilt angle a may also be sufficient. Tilt angles a of up to 20 ° seem to be technically sensible or achievable.
  • the at least partially spherical piston element can advantageously be connected to the guide element via a connecting element, the
  • Connecting element is rigidly connected to the piston and / or rigidly to the sliding element. Due to the spherical section of the piston element, the spherical
  • Piston element as long as its movement is not restricted by a forced guidance, or the connecting element does not come into contact with the cylinder walls, all degrees of freedom to rotate in the cylinder, for example, to perform a pitch, yaw or roll movement.
  • the forced movement of the piston element is restricted to a nodding movement and a lifting movement.
  • Piston element can be run. The losses of the piston machine and the wear within the piston guide in the cylinder are reduced.
  • the sliding shoe has a rounded contour that is matched to the pivot angle and the inside diameter of the cylinder.
  • the contour of the sliding shoe only needs to be able to map the kinematic pivoting movement of the sliding shoe due to the design.
  • the piston according to the invention with at least partially spherical piston element can be produced, for example, by means of turning, milling or grinding. Alternatively, production, also of individual parts, is the same
  • the piston element can of course also be connected to the connecting element by a joint and / or the connecting element can be connected to the guide element by a joint.
  • Act radial piston machine or an externally loaded radial piston machine In the case of an internally acted upon radial piston machine, the guide elements run on a cam ring which is arranged eccentrically to the radial axis of the cylinder carrier. In the case of the externally loaded radial piston machine, the guide elements run on an eccentric shaft rotating in the interior of the cylinder carrier eccentrically to the center of the cylinder carrier.
  • FIG. 1 shows a radial piston machine with the round piston according to the invention
  • 3A, 3B and 3C show a section from a radial piston machine
  • the invention relates to a novel piston for a radial piston machine, wherein the radial piston machine, apart from the novel piston, can be a radial piston machine according to the prior art.
  • Due to the shape of the piston it is referred to below as a round bottom flask, although the part of the round bottom flask which comes into contact with an inner wall of a hollow cylinder, strictly speaking, only a segment of a sphere must correspond. In this sense, when a spherical shape is spoken of in the following for linguistic simplification, it is intended to mean only a section
  • FIG. 1 shows a simplified view of a radial piston machine 1 loaded on the inside and supported on the outside, partially in section.
  • this radial piston machine can be operated both as a pump and as a motor. The following is representative of both
  • Radial piston pump 1 has a housing 10 which is approximately cup-shaped and is closed by a housing cover, not shown.
  • a cam ring 12 which can be displaced in an adjustment direction 3 and which is mounted with its side faces between the shoulders of the housing bottom and the housing cover with appropriate play. Due to the sectional view, only the side surface 13 of the cam ring 12 facing the viewer is visible in FIG. 1, which when the housing 10 is closed comes to rest on the inside of the housing cover. The shoulders of the housing bottom are covered by the cam ring 12 in this illustration, or are omitted for the sake of clarity.
  • the inner circumference of the cam ring 12 forms a sliding surface 14 for sliding shoes 22, on which ball pistons 21 are supported and which are movably guided in radially extending bores 5 of a cylinder carrier. Since the cylinder carrier is set in rotary motion in this design, the cylinder carrier is referred to below as rotor 16. Due to the
  • piston bore 5 When these bores interact with the spherical pistons 21, these bores are referred to below as piston bore 5.
  • the piston bores 5 are distributed rotationally symmetrically around the radial axis 17 of the rotor 16.
  • the number of piston bores partly depends on the size of the rotor 16 or on the displacement or absorption volume of the radial piston pump 1. In the example shown here of a radial piston pump with a displacement or Displacement volume of 19 cm 3 / rev at a maximum operating pressure of 350 bar, seven piston bores 5 are provided in the rotor 16.
  • the rotor 16 is fixed in a control pin bore of the housing 10
  • control pin 18 is set in rotation by a drive shaft.
  • that generated by the spherical piston 21 is
  • the spherical piston 21 seals a working space of the
  • Radial piston machine 1 from the interior 11 of the radial piston machine 1, the working space within the piston bore 5 extending from the spherical piston 21 as an extension of the piston bore in the direction of the control pin 18 to the control pin 18.
  • the control pin bore and the drive shaft are covered in FIG. 1 by the control pin 18, or on the cut-off side of the diagram, and are therefore not visible.
  • Ball piston 21 and slide shoe 22 are connected to one another by means of a piston rod 23.
  • the piston rod 23 can also be designed as a connecting rod, that is to say the connecting rod can be movably connected to the spherical piston 21 via a joint arranged on the spherical piston 21.
  • the piston rod 23 or the connecting rod can be movably connected to the sliding shoe 22 by a joint arranged on the sliding shoe 22.
  • the spherical shape of the spherical piston 21 is used not only as a seal between the working space and the interior 11 of the radial piston machine 1, but also as the sole joint.
  • This has the particular advantage that a weakening of the combination of ball piston 21, piston rod 23 and slide shoe 22 by joints is avoided.
  • the piston rod 23 can be designed as a taper of the round bottom flask 21 such that the piston rod achieves a high level of strength.
  • the spherical shape, or the spherical segment shape, allows the spherical piston 21 to move within the piston bore 5, positively guided by the slide shoe 22 in particular to execute a limited tilting movement in or against the direction of rotation of the rotor 16 in its plane of rotation.
  • the tilting movement of the round piston 21 is limited by the piston rod 23, which can come to a stop on the piston bore walls, in particular the piston bore openings that point towards the stroke ring 12.
  • the ball piston 21 is not subjected to any lateral movements.
  • the cam ring 12 can be displaced in the interior space 11 transversely to the control pin 18 for the purpose of changing the delivery rate by means of two actuating pistons 31, 32 in the adjustment direction 3.
  • the two actuating pistons 31, 32 act at two diametrically opposite points on the
  • an eccentric, parallel to the central axis of the control pin 18 longitudinally extending first low-pressure channel 41 and a second low-pressure channel 42, each of which opens into a first circumferential groove, hereinafter referred to as low-pressure slot 45, on the control pin 21 are formed for the supply of a pressure medium. Furthermore, an eccentric, parallel to the central axis of the control pin 21, a first high-pressure channel 43 and a second one are in each case for the discharge of the pressure medium
  • High-pressure channel 44 is formed, each of which opens into a second circumferential groove, hereinafter referred to as high-pressure slot 46, on the control pin 21.
  • the low-pressure slot 45 and the high-pressure slot 46 are located in the mouth area of the piston bore 5 of the rotor 16 that accommodates the round pistons 21 a high pressure connection of the radial piston pump 1. low pressure connection and
  • the high pressure connection of the radial piston pump 1 are not visible in this drawing because they are located on the back of the housing base from the viewer.
  • two low-pressure channels 41, 42 and two high-pressure channels 43, 44 were selected because this, in conjunction with a known special geometric configuration of the control pin 18, offers advantages in terms of flow technology. To that To fulfill the basic principle of the radial piston machine 1, however, a single low-pressure channel 41 and a single high-pressure channel 43 would be sufficient.
  • the ball pistons 21 are entrained in the piston bores 5 in the direction of the rotational movement. Due to the rotary movement of the rotor 16, a centrifugal force acts on the spherical pistons 21 guided in the piston bores 5, whereby the respective spherical piston 21 is pressed radially outward in the piston bores 5 until the sliding shoes 22 of the spherical piston 21 with their ends facing away from the control pin 18 come to rest on the stroke ring 12.
  • the term "outward” denotes a direction starting from the axis of rotation 17 of the rotor 16 from the
  • the axis of rotation 17 of the rotor 16 points away, while the expression “inward” denotes a direction which points in the direction of the axis of rotation 17 of the rotor 16.
  • the term “outside” denotes a relative position of an object with a greater radial distance from the axis of rotation 17 of the rotor 16 than an object which has a radially smaller distance from the axis of rotation 17 of the rotor 16.
  • the distance D between the outside of the rotor 16 and the inside of the cam ring 12 is in each position of the Rotor 16 the same.
  • the radial distance between the spherical pistons 21 with respect to the axis of rotation 17 does not change during a rotary movement of the rotor 16, so that the spherical pistons 21 do not perform a stroke within the respective piston bore 5.
  • the distance D between the rotor 16 and the cam ring 12 is changed cyclically when the rotor 16 rotates within the cam ring 12 .
  • This change in distance has the effect that when the distance D between the cam ring 12 and the rotor 16 decreases, the sliding surface 14 of the cam ring 12 exerts a counterforce on the sliding shoes 22, which presses the spherical pistons 21 inward against the centrifugal force.
  • Compression phase is called.
  • the low-pressure slot 45 is arranged on the control pin 18 such that the low-pressure slot 45 and thus also the first and second low-pressure channels 41, 42 are in fluid connection with the respective spherical piston 21 in the expansion phase.
  • the lifting movement of the spherical piston 21 radially outward therefore generates a suction effect which sucks in the pressure medium applied to the low-pressure connection and fills the working space of the piston bore 5 with pressure medium.
  • the high-pressure slot 46 is arranged on the control pin 21 in such a way that during the compression phase the
  • High pressure slot 46 and thus also the first and second high pressure channels 43, 44 are in fluid connection with the respective spherical piston 21. The lifting movement of the
  • Ball piston 21 radially inward therefore produces a pressure effect which the im
  • Working chamber of the relevant piston bore 5 pushes accumulated pressure medium through the high-pressure slot 46 into the high-pressure channels 43, 44.
  • the cyclical stroke movement of the ball piston 21 thus forces a pressure medium flow from the low-pressure to the high-pressure channel.
  • the operating mode as a motor there is a pressure medium flow from the high pressure to the low pressure channel.
  • the radial piston machine is given a pressure energy in pumping mode by a drive torque, or pressure energy is withdrawn and converted into a motor mode
  • FIG. 2 shows a piston element 2 which comprises the spherical piston 21 and the sliding shoe 22, which are rigidly connected to one another by means of the piston rod 23.
  • a bore 29 runs through a longitudinal axis of the spherical piston 21, the piston axis 20, through which during operation of the piston machine 1 pressure medium, which is located in the piston bore 5, is pressed onto a shoe sole 26.
  • the sliding shoe sole 26 is thereby forced into a hydrostatic equilibrium, in which a friction-reducing film of pressure medium is formed between the sliding sole and sliding surface 14.
  • the sliding shoe sole 26 is adapted to the geometry of the sliding surface 14, that is to say it is curved outward. Furthermore, as shown in FIG. 3, the sliding shoe 22 has a front sliding shoe end 27 relative to its piston axis 20, viewed in the direction of rotation, and a rear sliding shoe end 28 opposite to this.
  • the spherical piston 21 could assume a completely spherical shape.
  • An ideally perfect spherical shape is required, however, only at the points of the spherical piston 21 which come into contact with the piston bore wall 51 in order to seal the piston bore space, or, to be more precise, almost come into contact.
  • the great circle of the spherical piston 21, which is perpendicular to the piston axis 20, is referred to below as the center circle 24.
  • the extension of the plane spanned by the central circle 24 cuts the piston bore beyond the central circle 24 in a cutting circle, which is referred to below as the sealing circle because it defines the working space of the piston bore 5 with respect to the interior space 11 of the piston engine 1 actually closes.
  • the sum of all sealing circles that can form during one full revolution defines a spherical zone 250, that is, the outer circumference of a spherical disk in which the at least partially spherical piston element 71 must correspond to an ideal spherical shape.
  • the diameter di ⁇ of the center circle 24 is selected to be slightly smaller than the diameter of the piston bore 5.
  • a center circle 24 that is 10 ⁇ m smaller, for example results in a central position of the center circle 24 and piston bore wall 51 all around a clearance of 5pm between working circle and center circle. This results from the viscosity of the pressure medium A sufficient seal between the working space and the interior 11 of the piston machine 1.
  • the person skilled in the art will of course select the clearance between the spherical piston 21 and the piston bore wall 51 so that it is ideally suited for the given dimensions and the particular application.
  • 3A shows the spherical piston 21 at its outer dead point, that is to say during the transition from the expansion phase to the compression phase. At the outer dead center is through the
  • the spherical piston 21 is generally aligned at its outer dead center in such a way that the piston axis 20 with the
  • Piston bore axis 50 more or less coincides.
  • the geometry of the individual elements of the annular piston machine 1 are selected so that the center circle 24 of the spherical piston 21 is close to the outer piston bore opening 52, but still sufficiently deep in the piston bore wall 51 to ensure that the piston 2 is safely guided within the piston bore 5 and a To ensure sealing between piston bore wall 51 and center circle 24.
  • the piston 2 is then rotated further by the forces acting from the piston bore wall 51 on the center circle 24 of the spherical piston 21
  • the compression phase is tilted about its center point Z opposite to the direction of rotation 15 of the rotor 16.
  • the center circle 24 rotates on the piston bore wall 51 facing away from the direction of rotation in the direction of the outer one
  • the center circle 24 of the spherical piston 21 thus loses contact with the piston bore wall 51.
  • the spherical shape of the spherical piston 21 now creates a new great circle of the
  • the center point of each sealing circle is identical to the center point Z of the spherical piston 21.
  • Compression phase i.e. at the transition from outer dead center AT to inner
  • Dead center IT reverses these relationships and the tilt angle a hurries
  • Tilting movement has its greatest extent on the one hand, as shown in FIG. 3B, in approximately half of the movement between inner dead center IT and outer dead center AT of piston 2, or in approximately half of the movement of piston 2 between the outer ones
  • FIG. 3C shows the spherical piston 2 at its inner dead center when the distance between the cam ring 12 and the rotor 16 has reached a minimum distance D min .
  • a piston head 210 which adjoins the partially spherical piston 21 on the side facing away from the piston rod 23, is essentially frusto-spherical, so that the piston head 210 at the inner dead center IT largely adjoins a funnel-shaped transition from the piston bore 5 can adapt to the control pin 18. This advantageously minimizes the dead volume in the inner dead center IT.
  • this angle a is also equal to the angle a between the plane of the sealing circle and the plane of the center circle.
  • the spherical piston 21 is designed symmetrically so that the spherical section or the spherical zone 250, as shown in FIG. 2, comprises at least an angle between -a and + a. Furthermore, depending on the selected geometry of the round piston machine 1 and the piston 2, the tapering at the position of the piston rod 23 is to be selected so that the piston rod does not come into contact with the piston bore walls 51 or the rotor 16 during operation to prevent damage to the piston bore rod 23 , or rotor 16 and piston bore walls 51 to avoid.
  • Fig. 4 shows the basic structure of an internally supported radial piston machine 6, in which
  • Low-pressure channels and high-pressure channels are arranged on the outside 66 of a piston carrier 61, which in this case is stationary.
  • the formation of the low pressure channels and high pressure channels in an internally supported radial piston machine 6 are the
  • the piston carrier 61 forms a receptacle for a plurality of piston bores 5, which are arranged radially around a center point 60 of the piston carrier 61 at the same distance from one another, so that the extensions of the longitudinal axes 50 of the piston bores 5 intersect at the center point 60 of the piston carrier 61.
  • piston carrier 61 is designed as a cavity in which an eccentric shaft 63 rotates about the piston carrier center point 60.
  • the eccentric center point E is located at a distance D from the piston carrier center point 60, as a result of which the eccentric center point E rotates on a circular path 64 around the piston carrier center point 60.
  • a round piston according to the invention is arranged, which is essentially formed from a spherical piston element 71, a piston rod 73 and a sliding shoe 72.
  • Each round bottom flask is served by one each
  • the restoring element which in this exemplary embodiment are designed as helical springs 74, is pressed in the direction of the eccentric shaft 63 or the eccentric center point E, that is to say into the interior of the radial piston machine.
  • Radial piston machine 6 seals the at least partially spherical
  • Piston element 71 from the working space of the radial piston machine 6 inwards.
  • the working space in which the pressure medium is supplied or discharged is thus the part of the piston bore 5 that extends between the outer periphery 66 of the
  • Piston carrier 61 and the at least partially spherical piston element 71 extends.
  • the outer circumference of the eccentric shaft 63 forms a sliding surface 65 on which the sliding shoes 72 of the round pistons 7 are supported with sliding soles 76. Since the sliding surface 65 of the eccentric shaft is convex in this embodiment, the
  • Shoe soles 76 correspondingly concave. During one full revolution of the eccentric shaft 63, two periodic stroke movements are forced on the ball piston 7 by the sliding shoes 72 sliding on the eccentric shaft 63, a first one
  • the round pistons 7 lead in the expansion and Compression phases from a tilting movement. Due to the piston element 71, which is at least partially spherical, a circular sealing circle between an inner wall 51 of the piston bore 5 and a spherical zone 75 of the round piston 7 is maintained at all times. In this exemplary embodiment, too, a play between the ball piston 7 and the piston bore wall 51 prevents the ball piston 7 from jamming.

Abstract

The invention relates to a radial reciprocating engine (1) having cylinders (5) arranged in a cylinder carrier (16) and a piston element (21) arranged in every cylinder (6), which piston element is connected to a guide element (22), wherein the guide element (22) runs on a sliding surface (14), as a result of which a stroke movement is imposed on the piston element (21). Because the piston element (21) is spherical, at least in the region of the piston element (21) which effects a seal during the stroke movements on inner walls (51) of the cylinder (5), a linear seal is created which allows a more compact design compared to radial pumps having cylindrical piston elements.

Description

Radialkolbenmaschine mit einem Kugelkolben Radial piston machine with a spherical piston
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine mit Kolben die in einem Zylinder eine Hubbewegung ausführen. Solche Radialkolbenmaschinen können entweder als The invention relates to a radial piston machine with pistons which perform a stroke movement in a cylinder. Such radial piston machines can either be used as
Arbeitsmaschinen dienen, zum Beispiel als Pumpe, oder auch als Motor. Gemeinsam ist allen Radialkolbenmaschinen dass in einem Rotor Zylinder angeordnet sind und einem in jedem Zylinder ein Kolbenelement angeordnet ist, welches mit einem Führungselement verbunden ist, wobei das Führungselement auf einer Gleitfläche abläuft und hierdurch dem Kolbenelement eine Hubbewegung aufzwingt. Work machines serve, for example, as a pump, or as a motor. Common to all radial piston machines is that cylinders are arranged in a rotor and a piston element is arranged in each cylinder, which is connected to a guide element, the guide element running on a sliding surface and thereby forcing the piston element to move.
Bei Radialkolbenmaschinen sind Zylinder mit ihren Längsachsen radial in einem Rotor angeordnet. Hydraulische Verdrängermaschinen, zu denen die Radialkolbenmaschinen zählen, arbeiten nach dem Verdrängerprinzip. Sie können daher sowohl als Pumpen als auch als Motoren betrieben werden, wenn der Druckmittelstrom entsprechend gesteuert wird. Pumpen und Motoren haben in der Regel den gleichen konstruktiven Aufbau. In radial piston machines, cylinders are arranged with their longitudinal axes radially in a rotor. Hydraulic displacement machines, which include radial piston machines, work according to the displacement principle. They can therefore be operated both as pumps and as motors if the pressure medium flow is controlled accordingly. Pumps and motors usually have the same structural design.
Bei Radialkolbenmaschinen kann man dann noch weiterhin unterscheiden zwischen innen beaufschlagten und außen beaufschlagten Radialkolbenmaschinen. Bei den innen beaufschlagten Radialkolbenmaschinen werden Arbeitsräume der Zylinder von innen, also zum Beispiel über eine radiale Hohlwelle mit einem Druckmittel befüllt und entleert. Die Zylinder rotieren hierbei um die radiale Hohlwelle. Hierbei stützen sich in den Zylindern angeordnete Kolben an einem äußeren Ring ab, weshalb innen beaufschlagte In the case of radial piston machines, a distinction can then still be made between radial piston machines that are acted upon from the inside and those that are acted upon from the outside. In radial piston machines with internally applied pressure, the working spaces of the cylinders are filled with a pressure medium and emptied from the inside, for example via a radial hollow shaft. The cylinders rotate around the radial hollow shaft. In this case, pistons arranged in the cylinders are supported on an outer ring, which is why they are acted upon on the inside
Radialkolbenmaschinen auch als außen abgestützte Radialkolbenmaschinen bezeichnet werden. Der äußere Ring, an dem sich die Arbeitskolben abstützen, befindet sich in exzentrischer Lage zu der Hohlwelle. Radial piston machines are also referred to as externally supported radial piston machines. The outer ring on which the working pistons are supported is in an eccentric position to the hollow shaft.
Im Gegensatz hierzu wird bei außen beaufschlagten Radialkolbenmaschinen das Druckmittel den Zylindern radial von außen zugeführt, wobei die in den Zylindern angeordneten Kolben sich auf einer mittig angeordneten Exzenterwelle abstützen. Außen beaufschlagte In contrast to this, in the case of radial piston machines acted on from the outside, the pressure medium is fed to the cylinders radially from the outside, the pistons arranged in the cylinders being supported on a centrally arranged eccentric shaft. Outside applied
Radialkolbenmaschinen werden daher auch als innen abgestützte Radialkolbenmaschinen bezeichnet. Bei einer handelsüblichen Radialkolbenpumpe wird von einer Antriebswelle ein Radial piston machines are therefore also referred to as internally supported radial piston machines. In a commercially available radial piston pump, a drive shaft has a
Antriebsmoment auf einen Zylinderstern übertragen, in welchem eine Mehrzahl von radial ausgerichteten Zylindern sternförmig angeordnet ist. Der Zylinderstern ist auf einem Steuerzapfen drehbar gelagert. Radial in den Zylindern des Zylindersterns angeordnete Kolben stützen sich über hydrostatisch entlastete Gleitschuhe auf einem exzentrisch zum Zylinderstern gelagerten Hubring ab. Kolben und Gleitschuh sind über ein Kugelgelenk miteinander verbunden und durch einen Sprengring gefesselt. Alternativ kann auch eine Bördelung des Kugelgelenkes vorgesehen sein. Ein Ölstrom ist über zu- und abführende Kanäle im Gehäuse in Fluidverbindung mit den Zylindern des Zylindersterns. Bei Rotation des Zylindersterns führen die Kolben infolge der exzentrischen Lage des Hubrings eine Hubbewegung aus und saugen dabei in einer Expansionsphase das Öl von den zuführenden Kanälen an und schieben das Öl in einer Kompressionsphase in die abführenden Kanäle. Transferring drive torque to a cylinder star in which a plurality of radially aligned cylinders are arranged in a star shape. The cylinder star is rotatably mounted on a control pin. Pistons arranged radially in the cylinders of the cylinder star are supported by hydrostatically relieved sliding shoes on a cam ring mounted eccentrically to the cylinder star. The piston and sliding shoe are connected to each other by a ball joint and tied with a snap ring. Alternatively, the ball joint can also be flanged. An oil flow is in fluid connection with the cylinders of the cylinder star via inlet and outlet channels in the housing. When the cylinder star rotates, the pistons perform a stroke movement due to the eccentric position of the cam ring, sucking in the oil from the supply ducts in an expansion phase and pushing the oil into the discharging ducts in a compression phase.
EP 0 011 145 Bl offenbart insbesondere einen Gleitschuh für hydrostatische EP 0 011 145 B1 discloses in particular a slide shoe for hydrostatic
Ringkolbenmaschinen bei welchem ein Schaft mit einem Kugelkopf in einer Kugelfläche eines Kolben gelagert ist. Die Kugelfläche ist hierbei in einer den Kolben in Längsrichtung durchdringenden Stufenbohrung ausgebildet. Der Kolben selbst ist in einer in einem Zylinderkörper befindlichen Zylinderbohrung angeordnet. Ein Sprengring hält Kolben und Gleitschuh zusammen. Ring piston machines in which a shaft with a ball head is mounted in a spherical surface of a piston. The spherical surface is formed in a stepped bore penetrating the piston in the longitudinal direction. The piston itself is arranged in a cylinder bore located in a cylinder body. A snap ring holds the piston and shoe together.
Bei Radialkolbenmaschinen kommen insbesondere zylinderförmige Kolben zum Einsatz. Um die Reibung der Kolben an den Zylinderinnenwänden zu vermindern, müssen die Kolben in Relation zu ihrem Durchmesser entsprechend lang ausgestaltet sein. Das vergrößert das Volumen einer solchen Radialkolbenmaschine, da der Zylinderstern mit entsprechend ausreichendem Durchmesser ausgeführt sein muss, um entsprechenden Bauraum für die Zylinder vorzuhalten. In radial piston machines, cylindrical pistons in particular are used. In order to reduce the friction of the pistons on the inner walls of the cylinder, the pistons must be designed to be long in relation to their diameter. This increases the volume of such a radial piston machine, since the cylinder star must be designed with a correspondingly sufficient diameter in order to provide the appropriate installation space for the cylinders.
Da die beschriebenen Kolbenmaschinen durch ihre Bauart dazu bestimmt sind Drücke bis über 300 bar auszuüben, sind die Gelenkstellen zwischen Kolben und Gleitschuh hohen Wechselbelastungen ausgesetzt. Insbesondere kann das Gelenk nur einer bestimmten maximalen Zugkraft selbst standhalten. Wird diese Kraft überschritten, dann wird das Gelenk getrennt, was zu einem Ausfall der Kolbenmaschine führt. Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Radialkolbenmaschine so auszugestalten, dass die Reibung reduziert wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die zulässige Zugkraft am Kolben zu erhöhen, beziehungsweise die Lebensdauer eines Kolbens zu verlängern bevor ein Defekt auftritt. Since the piston machines described are designed to exert pressures of over 300 bar due to their design, the joints between the piston and the sliding block are exposed to high alternating loads. In particular, the joint can only withstand a certain maximum tensile force itself. If this force is exceeded, the joint is separated, which leads to a failure of the piston machine. The object of the invention is therefore to design a radial piston machine in such a way that the friction is reduced. Another object of the invention is to increase the permissible tensile force on the piston or to extend the service life of a piston before a defect occurs.
Diese Aufgabe wird bei einer Radialkolbenmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Kolbenelement zumindest in dem Bereich des Kolbenelements, welches während der Hubbewegungen an Innenwänden des Zylinders eine Abdichtung bewirkt, kugelförmig ausgebildet ist. Durch die kugelförmige Ausbildung des Kolbenelements ergibt sich ein Abdichtungsbereich, welcher ringförmig ist, also eine geschlossene Kreislinie bildet. Eine geschlossene Kreislinie verursacht weit geringere Reibungskräfte als eine flächenartige Abdichtung durch einen zylinderförmigen Kolben. Bei einer Drehung, bzw. Kippbewegung des kugelförmigen Kolbenelements, verändert sich zwar die Position der kreisförmigen Dichtlinie auf der Oberfläche des zumindest abschnittsweise kugelförmigen Kolbens, da aber der Durchmesser der Dichtkreislinie durch die Kugelform konstant ist und auch der In a radial piston machine of the type mentioned at the outset, this object is achieved in that the piston element is spherical at least in the region of the piston element which seals the inner walls of the cylinder during the stroke movements. The spherical design of the piston element results in a sealing area which is ring-shaped, that is to say forms a closed circular line. A closed circular line causes far lower frictional forces than a flat seal with a cylindrical piston. With a rotation or tilting movement of the spherical piston element, the position of the circular sealing line changes on the surface of the at least partially spherical piston, but the diameter of the circular sealing line is constant due to the spherical shape and also the
Innendurchmesser des Zylinders konstant ist, ergibt sich unabhängig von der Position des kugelförmigen Kolbenelements im Zylinder und unabhängig von dem Kippwinkel des kugelförmigen Kolbenelements, immer genau das gleiche Spiel zwischen Zylinderinnenwand und kugelförmigen Kolbenelements. Kostenintensive reibungsvermindernde Inside diameter of the cylinder is constant, there is always exactly the same play between the inner wall of the cylinder and the spherical piston element regardless of the position of the spherical piston element in the cylinder and regardless of the tilt angle of the spherical piston element. Cost-intensive friction-reducing
Beschichtungen oder auch tribologische Konturen im Außenmantel eines Kolbens können hierdurch entfallen. Ebenso ist der technische Aufwand eine ausreichend perfekte This means that coatings or tribological contours in the outer jacket of a piston can be dispensed with. Likewise, the technical effort is sufficiently perfect
Kugelform zu fertigen weit geringer als einen herkömmlichen Längskolben bei Spherical shape to manufacture far less than a conventional longitudinal piston
vergleichbarem Leistungsverhalten mit ausreichender Perfektion zu fertigen; oder mit anderen Worten die Fertigungsgüte eines kugelförmigen Kolbenelements kann geringer gewählt werden als bei einem Längskolben nach dem Stand der Technik um denselben Zweck zu erreichen. to produce comparable performance with sufficient perfection; or in other words the manufacturing quality of a spherical piston element can be selected to be lower than that of a longitudinal piston according to the prior art in order to achieve the same purpose.
Da bei einer Kugel der Durchmesser eines Großkreises jedoch egal in welche Richtung die Kugel gedreht wird, konstant ist, kann das Kolbenelement sich bei der Hubbewegung auch nicht im Zylinder verklemmen, weil der Durchmesser von der jeweils dichtenden Kreislinie im Vergleich zum Durchmesser des Zylinders unverändert bleibt. Das zumindest abschnittsweise kugelförmige Kolbenelement ist durch den flächig anliegenden Druck auch selbstständig mittenzentrierend. Die Verluste der Kolbenmaschine und der Verschleiß innerhalb der Kolbenführung im Zylinder werden somit reduziert. However, since the diameter of a great circle of a ball is constant regardless of the direction in which the ball is rotated, the piston element cannot get jammed in the cylinder during the stroke movement, because the diameter of the respective sealing circle remains unchanged compared to the diameter of the cylinder . At least that The partially spherical piston element is also center-centering independently due to the pressure applied over a large area. The losses of the piston machine and the wear within the piston guide in the cylinder are thus reduced.
Da die zumindest abschnittsweise Kugelform des Kugelkolbens die Gesamtlänge des Kolbens in der Kolbenachse reduziert, kann der Rotordurchmesser bei gleicher Leistung kleiner gewählt werden, so dass sich hierdurch eine kompaktere Bauform der Since the at least partially spherical shape of the spherical piston reduces the overall length of the piston in the piston axis, the rotor diameter can be selected to be smaller with the same output, so that this results in a more compact design of the
Radialkolbenmaschine ergibt. Gleichzeitig kann auch ein höherer Arbeitsdruck gewählt werden, weil die Schwachstelle der Radialkolbenmaschine nicht mehr länger durch eine Gelenkverbindung bestimmt wird. Der Rundkolben beseitigt daher die Beschränkung des Gehäuseinnendruckes durch die an einem Gelenk wirkenden Zug-, Druck und Querkräften. Bei Kolbenmaschinen mit Längskolben ergaben sich Beschränkungen im Hinblick auf Gehäuseinnendrücke bzw. Staudrücken in einer externen Leckölleitung, die beispielsweise durch erhöhte Lage des Hydrauliktanks, Filtern oder Kühlern in der Leckölleitung verursacht wurden. Mit dem Wegfall einer solchen Beschränkung erweitert sich das Radial piston machine results. At the same time, a higher working pressure can also be selected because the weak point of the radial piston machine is no longer determined by an articulated connection. The round bottom flask therefore eliminates the limitation of the internal pressure in the housing caused by the tensile, compressive and lateral forces acting on a joint. In piston machines with longitudinal pistons, there were limitations with regard to internal housing pressures or dynamic pressures in an external leakage oil line, which were caused, for example, by the elevated position of the hydraulic tank, filters or coolers in the leakage oil line. With the elimination of such a restriction, that expands
Anwendungsspektrum der Kolbenmaschinen in solchen Applikationen oder macht bestimmte Applikationen erst möglich. The range of applications for piston machines in such applications or makes certain applications possible in the first place.
Mathematisch gesehen ist die Oberfläche des abschnittsweisen kugelförmigen Kolbens, die mit den Innenwänden des Zylinders in Kontakt tritt, eine symmetrische Kugelzone. Eine Kugelzone ist die gekrümmte Außenseite beispielsweise einer Kugelscheibe oder eines Kugelrings. Eine Kugelscheibe, oder auch Kugelschicht genannt, erhält man als den Mittelteil einer Vollkugel, wenn die Vollkugel von zwei parallelen Ebenen in drei Teile geschnitten wird. Wenn die parallelen Ebenen hierbei auf unterschiedlichen Seiten des From a mathematical point of view, the surface of the segmented spherical piston that comes into contact with the inner walls of the cylinder is a symmetrical spherical zone. A spherical zone is the curved outside of a spherical disk or a spherical ring, for example. A spherical disk, also known as a spherical layer, is obtained as the middle part of a solid sphere when the solid sphere is cut into three parts by two parallel planes. If the parallel planes are on different sides of the
Kugelmittelpunktes liegen und zugleich gleichen Abstand zum Kugelmittelpunkt haben, dann handelt es sich um eine symmetrische Kugelscheibe, deren Außenfläche eben eine symmetrische Kugelzone ergibt. Eine symmetrische Kugelzone erhält man aber auch durch eine radiale Bohrung durch eine Kugel. The center of the sphere and at the same time have the same distance from the center of the sphere, then it is a symmetrical spherical disk, the outer surface of which results in a symmetrical spherical zone. A symmetrical spherical zone can also be obtained by a radial drilling through a sphere.
Bei einem Prototypen einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe ergab sich auf Grund der gewählten geometrischen Gegebenheiten ein Kippwinkel a der Kugelzone nach beiden Seiten von in etwa 9°. Mit entsprechender Toleranz wäre vorteilhafterweise ein Kippwinkel a von circa 10°, besser 12° zu wählen. Das Verhältnis von Dicke der Kugelscheibe, beziehungsweise Höhe H der Kugelscheibe zum Durchmesser di< der der Kugelscheibe entspricht dem zweifachen der Tangens Funktion des Kippwinkels a. Bei 12° nach beiden Seiten ergibt dies dann ein Verhältnis von Dicke H der Kugelscheibe zum Durchmesser di< der Kugelscheibe von circa 0,4. Dem Fachmann ist natürlich klar dass dies nur ein Anhaltspunkt sein kann. Je nach geometrischen Abmessungen der Radialkolbenmaschine können im Einzelfall auch größere Werte für den Kippwinkel a erforderlich sein oder auch ein kleiner Kippwinkel a ausreichend sein. Technisch sinnvoll, bzw. erzielbar scheinen Kippwinkel a von bis zu 20° sein. In a prototype of a radial piston pump according to the invention, a tilt angle α of the spherical zone on both sides of approximately 9 ° resulted on the basis of the selected geometric conditions. With an appropriate tolerance, a tilt angle would be advantageous a of about 10 °, better 12 ° should be selected. The ratio of the thickness of the spherical disk or the height H of the spherical disk to the diameter di <that of the spherical disk corresponds to twice the tangent function of the tilt angle a. At 12 ° on both sides, this results in a ratio of the thickness H of the spherical disk to the diameter di <of the spherical disk of approximately 0.4. It is of course clear to the person skilled in the art that this can only be a guide. Depending on the geometric dimensions of the radial piston machine, larger values for the tilt angle a may also be required in individual cases, or a small tilt angle a may also be sufficient. Tilt angles a of up to 20 ° seem to be technically sensible or achievable.
Vorteilhafterweise kann das zumindest abschnittsweise kugelförmige Kolbenelement mit dem Führungselement über ein Verbindungselement verbunden ist, wobei das The at least partially spherical piston element can advantageously be connected to the guide element via a connecting element, the
Verbindungselement starr mit dem Kolben und/oder starr mit dem Gleitelement verbunden ist. Durch den kugelförmigen Abschnitt des Kolbenelements hat das kugelförmige Connecting element is rigidly connected to the piston and / or rigidly to the sliding element. Due to the spherical section of the piston element, the spherical
Kolbenelement, soweit seine Bewegung nicht durch eine Zwangsführung eingeschränkt ist, beziehungsweise das Verbindungselement nicht mit den Zylinderwänden in Kontakt tritt, alle Freiheitsgrade sich im Zylinder zu drehen um beispielsweise eine Nick, Gier oder Rollbewegung auszuführen. Im Allgemeinen ist die Bewegung des Kolbenelements durch Zwangsführung auf eine Nickbewegung und eine Hubbewegung beschränkt. Hierdurch ist es in den meisten Anwendungsfällen nicht mehr erforderlich das Gleitelement oder das Kolbenelement beweglich miteinander zu verbinden, da die erforderlichen Piston element, as long as its movement is not restricted by a forced guidance, or the connecting element does not come into contact with the cylinder walls, all degrees of freedom to rotate in the cylinder, for example, to perform a pitch, yaw or roll movement. In general, the forced movement of the piston element is restricted to a nodding movement and a lifting movement. As a result, in most applications it is no longer necessary to connect the sliding element or the piston element movably to one another, since the required
Drehbewegungen durch das zumindest abschnittsweise kugelförmig ausgebildete Rotational movements through the at least partially spherical
Kolbenelement ausgeführt werden können. Die Verluste der Kolbenmaschine und der Verschleiß innerhalb der Kolbenführung im Zylinder werden hierbei reduziert. Piston element can be run. The losses of the piston machine and the wear within the piston guide in the cylinder are reduced.
Länge und Durchmesser des Verbindungselements wird der Fachmann hierbei entsprechend der gewünschten Kinematik und des gewünschten Kippwinkels a wählen. Insbesondere bei Radialkolbenmaschinen weist der Gleitschuh eine abgerundete und auf den Schwenkwinkel und Zylinderinnendurchmesser abgestimmte Kontur auf. Die Kontur des Gleitschuhs muss lediglich die bauartbedingte kinematische Schwenkbewegung des Gleitschuhs abbilden können. Der erfindungsgemäße Kolben mit zumindest abschnittsweisen kugelförmigen Kolbenelements kann beispielsweise mittels Dreh-, Fräs- oder Schleifbearbeitung hergestellt werden. Alternativ ist eine Fertigung, auch von Einzelteilen die entsprechend The person skilled in the art will select the length and diameter of the connecting element in accordance with the desired kinematics and the desired tilt angle α. In the case of radial piston machines in particular, the sliding shoe has a rounded contour that is matched to the pivot angle and the inside diameter of the cylinder. The contour of the sliding shoe only needs to be able to map the kinematic pivoting movement of the sliding shoe due to the design. The piston according to the invention with at least partially spherical piston element can be produced, for example, by means of turning, milling or grinding. Alternatively, production, also of individual parts, is the same
zusammengesetzt werden, mittels Gießen, Additive Manufacturing, MIM Technologie, Sintern oder auch die Verwendung von Umformteilen möglich. can be put together by means of casting, additive manufacturing, MIM technology, sintering or the use of formed parts.
In besonderen Anwendungsfällen kann natürlich weiterhin das Kolbenelement auch mit einem Gelenk mit dem Verbindungselement und/oder das Verbindungselement durch ein Gelenk mit dem Führungselement verbunden sein. In special applications, the piston element can of course also be connected to the connecting element by a joint and / or the connecting element can be connected to the guide element by a joint.
Bei der Radialkolbenmaschine kann es sich hierbei um eine innen beaufschlagte In the case of the radial piston machine, this can be an internally acted upon
Radialkolbenmaschine oder eine außen beaufschlagte Radialkolbenmaschine handeln. Im Fall einer innen beaufschlagten Radialkolbenmaschine laufen die Führungselemente hierbei auf einem zur Radialachse des Zylinderträgers exzentrisch angeordneten Hubring ab. Im Fall der außen beaufschlagten Radialkolbenmaschine laufen die Führungselemente auf einer im inneren des Zylinderträgers exzentrisch zum Mittelpunkt des Zylinderträgers rotierenden Exzenterwelle ab. Act radial piston machine or an externally loaded radial piston machine. In the case of an internally acted upon radial piston machine, the guide elements run on a cam ring which is arranged eccentrically to the radial axis of the cylinder carrier. In the case of the externally loaded radial piston machine, the guide elements run on an eccentric shaft rotating in the interior of the cylinder carrier eccentrically to the center of the cylinder carrier.
Die Erfindung wird nun anhand von in den Zeichnungen abgebildeten The invention will now be illustrated with reference to in the drawings
Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen: Embodiments described and explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine Radialkolbenmaschine mit den erfindungsgemäßen Rundkolben 1 shows a radial piston machine with the round piston according to the invention
Fig. 2 einen Rundkolben gemäß der Erfindung 2 shows a round bottom flask according to the invention
Fig. 3A, 3B und 3C einen Ausschnitt aus einer Radialkolbenmaschine 3A, 3B and 3C show a section from a radial piston machine
Fig. 4 eine außen abgestützte Rotationskolbenmaschine mit einem erfindungsgemäßen 4 shows an externally supported rotary piston machine with one according to the invention
Rundkolben Round bottom flask
Die Erfindung betrifft einen neuartigen Kolben für eine Radialkolbenmaschine, wobei die Radialkolbenmaschine, abgesehen von dem neuartigen Kolben eine Radialkolbenmaschine nach dem Stand der Technik sein kann. Aufgrund der Form des Kolbens wird dieser im Folgenden als Rundkolben bezeichnet, obwohl der Teil des Rundkolbens, welcher mit einer Innenwand eines Hohlzylinders in Kontakt tritt, genau genommen nur einem Kugelabschnitt entsprechen muss. In diesem Sinne, wenn im Folgenden aus sprachlicher Vereinfachung von einer Kugelform gesprochen wird, so soll damit auch eine lediglich abschnittsweise The invention relates to a novel piston for a radial piston machine, wherein the radial piston machine, apart from the novel piston, can be a radial piston machine according to the prior art. Due to the shape of the piston, it is referred to below as a round bottom flask, although the part of the round bottom flask which comes into contact with an inner wall of a hollow cylinder, strictly speaking, only a segment of a sphere must correspond. In this sense, when a spherical shape is spoken of in the following for linguistic simplification, it is intended to mean only a section
Kugelform mit umfasst sein. Spherical shape to be included.
Figur 1 zeigt eine vereinfachte Ansicht einer innen beaufschlagten und außen abgestützten Radialkolbenmaschine 1, teilweise im Schnitt. Im Allgemeinen, wenn keine konstruktiven Besonderheiten dies verhindern, kann diese Radialkolbenmaschine sowohl als Pumpe als auch als Motor betrieben werden. Im Folgenden wird stellvertretend für beide FIG. 1 shows a simplified view of a radial piston machine 1 loaded on the inside and supported on the outside, partially in section. In general, if no special design features prevent this, this radial piston machine can be operated both as a pump and as a motor. The following is representative of both
Betriebsarten die Betriebsart als Pumpe beschrieben. Das Prinzip einer derartigen Operating modes the operating mode is described as a pump. The principle of such
Radialkolbenpumpe ist dem Fachmann bekannt, so dass hier nur die wesentlichen Teile beschrieben sind, soweit sie zum Verständnis der Erfindung erforderlich sind. Die Radial piston pump is known to the person skilled in the art, so that only the essential parts are described here insofar as they are necessary for understanding the invention. The
Radialkolbenpumpe 1 weist ein Gehäuse 10 auf, welches etwa topfförmig ausgebildet ist und durch einen nicht dargestellten Gehäusedeckel verschlossen wird. Im Innenraum 11 des Gehäuses 10 ist ein in einer Verstellrichtung 3 verschiebbarer Hubring 12 gelagert, welcher mit seinen Seitenflächen zwischen Schultern des Gehäusebodens und des Gehäusedeckels mit entsprechendem Spiel gelagert ist. Aufgrund des Schnittbilds ist in Figur 1 nur die dem Betrachter zugewandte Seitenfläche 13 des Hubrings 12 sichtbar, welche bei geschlossenem Gehäuse 10 auf der Innenseite des Gehäusedeckels zum Liegen kommt. Die Schultern des Gehäusebodens sind durch den Hubring 12 in dieser Darstellung verdeckt, beziehungsweise der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Radial piston pump 1 has a housing 10 which is approximately cup-shaped and is closed by a housing cover, not shown. In the interior 11 of the housing 10 there is mounted a cam ring 12 which can be displaced in an adjustment direction 3 and which is mounted with its side faces between the shoulders of the housing bottom and the housing cover with appropriate play. Due to the sectional view, only the side surface 13 of the cam ring 12 facing the viewer is visible in FIG. 1, which when the housing 10 is closed comes to rest on the inside of the housing cover. The shoulders of the housing bottom are covered by the cam ring 12 in this illustration, or are omitted for the sake of clarity.
Der Innenumfang des Hubrings 12 bildet eine Gleitfläche 14 für Gleitschuhe 22, auf welchen sich Kugelkolben 21 abstützen, die in radial verlaufenden Bohrungen 5 eines Zylinderträgers beweglich geführt sind. Da bei dieser Bauart der Zylinderträger in Drehbewegung versetzt wird, wird der Zylinderträger im Folgenden als Rotor 16 bezeichnet. Auf Grund des The inner circumference of the cam ring 12 forms a sliding surface 14 for sliding shoes 22, on which ball pistons 21 are supported and which are movably guided in radially extending bores 5 of a cylinder carrier. Since the cylinder carrier is set in rotary motion in this design, the cylinder carrier is referred to below as rotor 16. Due to the
Zusammenwirkens dieser Bohrungen mit den Kugelkolben 21, werden diese Bohrungen im Folgenden als Kolbenbohrung 5 bezeichnet. When these bores interact with the spherical pistons 21, these bores are referred to below as piston bore 5.
Die Kolbenbohrungen 5 sind rotationssymmetrisch um die Radialachse 17 des Rotors 16 verteilt. Die Anzahl der Kolbenbohrungen hängt teilweise von der Größe des Rotors 16, beziehungsweise von dem Verdrängungs- bzw. Schluckvolumen der Radialkolbenpumpe 1 ab. In dem hier gezeigten Beispiel einer Radialkolbenpumpe mit einem Verdrängungs- bzw. Schluckvolumen von 19 cm3/U bei einem maximalen Betriebsdruck von 350 bar sind im Rotor 16 sieben Kolbenbohrungen 5 vorgesehen. The piston bores 5 are distributed rotationally symmetrically around the radial axis 17 of the rotor 16. The number of piston bores partly depends on the size of the rotor 16 or on the displacement or absorption volume of the radial piston pump 1. In the example shown here of a radial piston pump with a displacement or Displacement volume of 19 cm 3 / rev at a maximum operating pressure of 350 bar, seven piston bores 5 are provided in the rotor 16.
Der Rotor 16 ist auf einem fest in einer Steuerzapfenbohrung des Gehäuses 10 The rotor 16 is fixed in a control pin bore of the housing 10
angeordneten Steuerzapfens 18 angeordnet und wird durch eine Antriebswelle in Rotation versetzt. In der Betriebsart als Motor wird das von den Kugelkolben 21 erzeugte arranged control pin 18 and is set in rotation by a drive shaft. In the operating mode as a motor, that generated by the spherical piston 21 is
Drehmoment auf die Antriebswelle übertragen, die nun technisch korrekt als Abtriebswelle zu bezeichnen ist. Der Kugelkolben 21 dichtet hierbei einen Arbeitsraum der Transferring torque to the drive shaft, which is now technically correctly referred to as the output shaft. The spherical piston 21 seals a working space of the
Radialkolbenmaschine 1 gegenüber dem Innenraum 11 der Radialkolbenmaschine 1 ab, wobei sich der Arbeitsraums innerhalb der Kolbenbohrung 5 von dem Kugelkolben 21 in Verlängerung der Kolbenbohrung in Richtung des Steuerzapfens 18 bis zu dem Steuerzapfen 18 erstreckt. Die Steuerzapfenbohrung und die Antriebswelle sind in Figur 1 durch den Steuerzapfen 18 verdeckt, bzw. auf der abgeschnittenen Seite des Schemas, und daher nicht sichtbar. Radial piston machine 1 from the interior 11 of the radial piston machine 1, the working space within the piston bore 5 extending from the spherical piston 21 as an extension of the piston bore in the direction of the control pin 18 to the control pin 18. The control pin bore and the drive shaft are covered in FIG. 1 by the control pin 18, or on the cut-off side of the diagram, and are therefore not visible.
Kugelkolben 21 und Gleitschuh 22 sind mittels einer Kolbenstange 23 miteinander verbunden. Die Kolbenstange 23 kann hierbei auch als Pleuel ausgestaltet sein, das heißt das Pleuel kann über ein am Kugelkolben 21 angeordneten Gelenk beweglich mit dem Kugelkolben 21 verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Kolbenstange 23, beziehungsweise das Pleuel mit einem am Gleitschuh 22 angeordneten Gelenk beweglich mit dem Gleitschuh 22 verbunden sein. Ein synergetischer Effekt ergibt sich jedoch insbesondere dann, wenn die Kolbenstange 23 sowohl starr mit dem Kugelkolben 21 als auch starr mit dem Gleitschuh 22 verbunden ist. In diesem Fall wird die Kugelform des Kugelkolbens 21 nicht nur als Abdichtung zwischen Arbeitsraum und Innenraum 11 der Radialkolbenmaschine 1, sondern auch als alleiniges Gelenk genutzt. Das hat insbesondere den Vorteil, dass eine Schwächung der Kombination Kugelkolben 21, Kolbenstange 23 und Gleitschuh 22 durch Gelenke vermieden wird. Insbesondere bei einer starren Verbindung von Rundkolben 21 und Gleitschuh 22 kann die Kolbenstange 23 als Verjüngung des Rundkolbens 21 so ausgeführt sein, dass die Kolbenstange eine hohe Festigkeit erreicht. Ball piston 21 and slide shoe 22 are connected to one another by means of a piston rod 23. The piston rod 23 can also be designed as a connecting rod, that is to say the connecting rod can be movably connected to the spherical piston 21 via a joint arranged on the spherical piston 21. Alternatively or in addition, the piston rod 23 or the connecting rod can be movably connected to the sliding shoe 22 by a joint arranged on the sliding shoe 22. A synergetic effect results, however, in particular when the piston rod 23 is connected both rigidly to the spherical piston 21 and rigidly to the slide shoe 22. In this case, the spherical shape of the spherical piston 21 is used not only as a seal between the working space and the interior 11 of the radial piston machine 1, but also as the sole joint. This has the particular advantage that a weakening of the combination of ball piston 21, piston rod 23 and slide shoe 22 by joints is avoided. Particularly in the case of a rigid connection between the round bottom flask 21 and the slide shoe 22, the piston rod 23 can be designed as a taper of the round bottom flask 21 such that the piston rod achieves a high level of strength.
Die Kugelform, beziehungswiese die Kugelabschnittsform erlaubt es dem Kugelkolben 21 sich innerhalb des Kolbenbohrung 5, zwangsgeführt durch den Gleitschuh 22 insbesondere in seiner Rotationsebene eine begrenzte Kippbewegung in oder entgegen der Rotationsrichtung des Rotors 16 auszuführen. Die Kippbewegung des Rundkolbens 21 wird hierbei begrenzt durch die Kolbenstange 23, die an den Kolbenbohrungswänden, insbesondere den Kolbenbohrungsöffnungen die zum Hubring 12 zeigen, zum Anschlag kommen kann. Durch eine beiderseitige Zwangsführung der Gleitschuhe 22 zwischen nicht dargestellten Ringleisten an der Innenseite des Hubrings 12 ist der Kugelkolbens 21 keinen seitlichen Bewegungen unterworfen. The spherical shape, or the spherical segment shape, allows the spherical piston 21 to move within the piston bore 5, positively guided by the slide shoe 22 in particular to execute a limited tilting movement in or against the direction of rotation of the rotor 16 in its plane of rotation. The tilting movement of the round piston 21 is limited by the piston rod 23, which can come to a stop on the piston bore walls, in particular the piston bore openings that point towards the stroke ring 12. As a result of the positive guidance of the sliding blocks 22 on both sides between ring strips (not shown) on the inside of the cam ring 12, the ball piston 21 is not subjected to any lateral movements.
Der Hubring 12 ist im Innenraum 11 quer zum Steuerzapfen 18 zwecks Änderung der Fördermenge durch zwei Stellkolben 31, 32 in der Verstellrichtung 3 verschiebbar. Die zwei Stellkolben 31, 32 wirken an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen auf den The cam ring 12 can be displaced in the interior space 11 transversely to the control pin 18 for the purpose of changing the delivery rate by means of two actuating pistons 31, 32 in the adjustment direction 3. The two actuating pistons 31, 32 act at two diametrically opposite points on the
Außenumfang des Hubrings 12 mit zwei Verstellgleitsteinen 33, 34 ein. Outer circumference of the stroke ring 12 with two adjustable sliding blocks 33, 34.
Im Steuerzapfen 18 ist für die Zuführung eines Druckmittels jeweils ein exzentrisch, parallel zur Mittelachse des Steuerzapfens 18 längsverlaufender erster Niederdruckkanal 41 und ein zweiter Niederdruckkanal 42 ausgebildet, welcher jeweils in eine erste Umfangsnut, im Folgenden als Niederdruckschlitz 45 bezeichnet, am Steuerzapfen 21 mündet. Des Weiteren ist für die Abführung des Druckmittels jeweils ein exzentrisch, parallel zur Mittelachse des Steuerzapfens 21 längsverlaufender ersterer Hochdruckkanal 43 und ein zweiter In the control pin 18, an eccentric, parallel to the central axis of the control pin 18 longitudinally extending first low-pressure channel 41 and a second low-pressure channel 42, each of which opens into a first circumferential groove, hereinafter referred to as low-pressure slot 45, on the control pin 21 are formed for the supply of a pressure medium. Furthermore, an eccentric, parallel to the central axis of the control pin 21, a first high-pressure channel 43 and a second one are in each case for the discharge of the pressure medium
Hochdruckkanal 44 ausgebildet, welcher jeweils in eine zweite Umfangsnut, im Folgenden als Hochdruckschlitz 46 bezeichnet, am Steuerzapfen 21 mündet. Der Niederdruckschlitz 45 und der Hochdruckschlitz 46 befinden sich im Mündungsbereich der die Rundkolben 21 aufnehmenden Kolbenbohrung 5 des Rotors 16. Der erste Niederdruckkanal 41 und der zweite Niederdruckkanal 42 enden in einem Niederdruckanschluss der Radialkolbenpumpe 1 und der erste Hochdruckkanal 43 und der zweite Hochdruckkanal 44 enden in einem Hochdruckanschluss der Radialkolbenpumpe 1. Niederdruckanschluss und High-pressure channel 44 is formed, each of which opens into a second circumferential groove, hereinafter referred to as high-pressure slot 46, on the control pin 21. The low-pressure slot 45 and the high-pressure slot 46 are located in the mouth area of the piston bore 5 of the rotor 16 that accommodates the round pistons 21 a high pressure connection of the radial piston pump 1. low pressure connection and
Hochdruckanschluss der Radialkolbenpumpe 1 sind in dieser Zeichnung nicht sichtbar, weil sie sich vom Betrachter aus auf der Rückseite des Gehäusebodens befinden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurden zwei Niederdruckkanäle 41, 42 und zwei Hochdruckkanäle 43, 44 gewählt, weil dies im Zusammenspiel mit einer bekannten besonderen geometrischen Ausgestaltung des Steuerzapfens 18 strömungstechnische Vorteile bietet. Um das Grundprinzip der Radialkolbenmaschine 1 zu erfüllen, wären jedoch bereits ein einziger Niederdruckkanal 41, und ein einziger Hochdruckkanal 43 ausreichend. The high pressure connection of the radial piston pump 1 are not visible in this drawing because they are located on the back of the housing base from the viewer. In this exemplary embodiment, two low-pressure channels 41, 42 and two high-pressure channels 43, 44 were selected because this, in conjunction with a known special geometric configuration of the control pin 18, offers advantages in terms of flow technology. To that To fulfill the basic principle of the radial piston machine 1, however, a single low-pressure channel 41 and a single high-pressure channel 43 would be sufficient.
Im Betrieb der Radialkolbenpumpe 1, das heißt wenn der Rotor 16 in Drehung versetzt ist, werden die Kugelkolben 21 in den Kolbenbohrungen 5 in Richtung der Drehbewegung mitgenommen. Auf Grund der Drehbewegung des Rotors 16 wirkt dabei auf die in den Kolbenbohrungen 5 geführten Kugelkolben 21 eine Fliehkraft, wodurch der jeweilige Kugelkolben 21 in den Kolbenbohrungen 5 radial nach Außen gedrückt werden, bis die Gleitschuhe 22 des Kugelkolbens 21 mit ihren vom Steuerzapfen 18 abgewandten Enden am Hubring 12 zum Anliegen kommen. Im Folgenden bezeichnet der Ausdruck "nach Außen" eine Richtung, die ausgehend von der Rotationsachse 17 des Rotors 16 von der During operation of the radial piston pump 1, that is to say when the rotor 16 is set in rotation, the ball pistons 21 are entrained in the piston bores 5 in the direction of the rotational movement. Due to the rotary movement of the rotor 16, a centrifugal force acts on the spherical pistons 21 guided in the piston bores 5, whereby the respective spherical piston 21 is pressed radially outward in the piston bores 5 until the sliding shoes 22 of the spherical piston 21 with their ends facing away from the control pin 18 come to rest on the stroke ring 12. In the following, the term "outward" denotes a direction starting from the axis of rotation 17 of the rotor 16 from the
Rotationsachse 17 des Rotors 16 weg zeigt, während der Ausdruck "nach Innen" eine Richtung bezeichnet, die in Richtung zu der Rotationsachse 17 des Rotors 16 hinzeigt. The axis of rotation 17 of the rotor 16 points away, while the expression “inward” denotes a direction which points in the direction of the axis of rotation 17 of the rotor 16.
Gleichermaßen bezeichnet der Begriff "Außen" eine relative Lage eines Objekts mit größerem radialem Abstand zu der Rotationsachse 17 des Rotors 16 als ein Objekt welches einen radial geringeren Abstand zu der Rotationsachse 17 des Rotors 16 aufweist. Equally, the term “outside” denotes a relative position of an object with a greater radial distance from the axis of rotation 17 of the rotor 16 than an object which has a radially smaller distance from the axis of rotation 17 of the rotor 16.
Im Falle dass die Position des Hubring 12 so eingestellt ist, dass die imaginäre Achse des Hubrings 12 identisch zu der Rotationsachse 17 des Rotors 16 angeordnet ist, ist der Abstand D zwischen der Außenseite des Rotors 16 und der Innenseite des Hubrings 12 in jeder Position des Rotors 16 gleich. In diesem Fall verändert sich der radiale Abstand der Kugelkolben 21 in Bezug auf die Rotationsachse 17 während einer Drehbewegung des Rotors 16 nicht, so dass die Kugelkolben 21 innerhalb der jeweiligen Kolbenbohrung 5 keinen Hub ausführen. In the event that the position of the cam ring 12 is set such that the imaginary axis of the cam ring 12 is arranged identically to the axis of rotation 17 of the rotor 16, the distance D between the outside of the rotor 16 and the inside of the cam ring 12 is in each position of the Rotor 16 the same. In this case, the radial distance between the spherical pistons 21 with respect to the axis of rotation 17 does not change during a rotary movement of the rotor 16, so that the spherical pistons 21 do not perform a stroke within the respective piston bore 5.
Wenn der Hubring 12 so verstellt wird, dass die imaginäre Achse 19 des Hubrings 12 nicht länger identisch mit der Rotationsachse 17 des Rotors 16 ist, wird bei einem Umlauf des Rotors 16 innerhalb des Hubrings 12 der Abstand D zwischen Rotor 16 und Hubring 12 zyklisch verändert. Diese Abstandsänderung bewirkt, dass bei sich verringerndem Abstand D zwischen Hubring 12 und Rotor 16 die Gleitfläche 14 des Hubrings 12 auf die Gleitschuhe 22 eine Gegenkraft ausübt, die die Kugelkolben 21 entgegen der Fliehkraft nach innen drückt. Bei sich vergrößernden Abstand D zwischen Hubring 12 und Rotor 16 hingegen entlastet der Hubring 12 den Gleitschuh 22 des betreffenden Kugelkolbens 21 und der Kugelkolben 21 wird durch die Zentrifugalkraft als auch durch eine Druckkraft radial nach außen gedrückt, so dass der betreffende Gleitschuh 22 den Kontakt zur Gleitfläche 14 des Hubrings 12 nicht verliert. Dementsprechend werden den Kugelkolben 21 während einer If the cam ring 12 is adjusted so that the imaginary axis 19 of the cam ring 12 is no longer identical to the axis of rotation 17 of the rotor 16, the distance D between the rotor 16 and the cam ring 12 is changed cyclically when the rotor 16 rotates within the cam ring 12 . This change in distance has the effect that when the distance D between the cam ring 12 and the rotor 16 decreases, the sliding surface 14 of the cam ring 12 exerts a counterforce on the sliding shoes 22, which presses the spherical pistons 21 inward against the centrifugal force. In contrast, when the distance D between the cam ring 12 and the rotor 16 increases the cam ring 12, the sliding shoe 22 of the respective spherical piston 21 and the spherical piston 21 are pressed radially outward by the centrifugal force as well as by a compressive force, so that the sliding shoe 22 in question does not lose contact with the sliding surface 14 of the cam ring 12. Accordingly, the ball piston 21 during a
Vollumdrehung des Rotors 16 zwei periodische Hubbewegungen aufgezwungen, eine erste Hubbewegung radial nach außen, bei der sich das Volumen des Arbeitsraums stetig vergrößert und die deshalb im Folgenden als Expansionsphase bezeichnet wird, und eine zweite Hubbewegung radial nach innen, in Richtung des Steuerzapfens 18, bei der sich das Volumen des Arbeitsraums stetig verkleinert, und die deshalb im Folgenden als Full rotation of the rotor 16 imposes two periodic stroke movements, a first stroke movement radially outward, in which the volume of the working space increases steadily and which is therefore referred to below as the expansion phase, and a second stroke movement radially inward, in the direction of the control pin 18, at which the volume of the working space is steadily decreasing, and which is therefore referred to below as
Kompressionsphase bezeichnet wird. Compression phase is called.
Der Niederdruckschlitz 45 ist hierbei auf dem Steuerzapfen 18 so angeordnet, dass in der Expansionsphase der Niederdruckschlitz 45 und damit auch der erste und der zweite Niederdruckkanal 41, 42 mit dem jeweiligen Kugelkolben 21 in Fluidverbindung stehen. Die Hubbewegung des Kugelkolbens 21 radial nach außen erzeugt daher eine Saugwirkung, welche das am Niederdruckanschluss anliegende Druckmittel ansaugt und den Arbeitsraum der Kolbenbohrung 5 mit Druckmittel füllt. Des Weiteren ist der Hochdruckschlitz 46 hierbei so auf dem Steuerzapfen 21 angeordnet, dass bei der Kompressionsphase der The low-pressure slot 45 is arranged on the control pin 18 such that the low-pressure slot 45 and thus also the first and second low-pressure channels 41, 42 are in fluid connection with the respective spherical piston 21 in the expansion phase. The lifting movement of the spherical piston 21 radially outward therefore generates a suction effect which sucks in the pressure medium applied to the low-pressure connection and fills the working space of the piston bore 5 with pressure medium. Furthermore, the high-pressure slot 46 is arranged on the control pin 21 in such a way that during the compression phase the
Hochdruckschlitz 46 und damit auch der erste und der zweite Hochdruckkanal 43, 44 mit dem jeweiligen Kugelkolben 21 in Fluidverbindung stehen. Die Hubbewegung des High pressure slot 46 and thus also the first and second high pressure channels 43, 44 are in fluid connection with the respective spherical piston 21. The lifting movement of the
Kugelkolbens 21 radial nach innen erzeugt daher eine Druckwirkung, welche das im Ball piston 21 radially inward therefore produces a pressure effect which the im
Arbeitsraum des betreffenden Kolbenbohrung 5 angesammelte Druckmittel über den Hochdruckschlitz 46 in die Hochdruckkanäle 43, 44 ausschiebt. Working chamber of the relevant piston bore 5 pushes accumulated pressure medium through the high-pressure slot 46 into the high-pressure channels 43, 44.
Die zyklische Hubbewegung der Kugelkolben 21 erzwingt so in der Betriebsart als Pumpe eine Druckmittelströmung vom Niederdruck- zum Hochdruckkanal. In der Betriebsart als Motor hingegen erfolgt eine Druckmittelströmung vom Hochdruck- zum Niederdruckkanal In Abhängigkeit der Betriebsart der Radialkolbenmaschine 1 als Pumpe oder als Motor wird der Radialkolbenmaschine im Pumpbetrieb durch ein Antriebsmoment eine Druckenergie erteilt beziehungsweise im Motorbetrieb eine Druckenergie entzogen und in ein In the operating mode as a pump, the cyclical stroke movement of the ball piston 21 thus forces a pressure medium flow from the low-pressure to the high-pressure channel. In the operating mode as a motor, however, there is a pressure medium flow from the high pressure to the low pressure channel.Depending on the operating mode of the radial piston machine 1 as a pump or as a motor, the radial piston machine is given a pressure energy in pumping mode by a drive torque, or pressure energy is withdrawn and converted into a motor mode
Abtriebsmoment umgewandelt. Fig. 2 zeigt ein Kolbenelement 2, welches den Kugelkolben 21 und den Gleitschuh 22 umfasst, welche mittels der Kolbenstange 23 starr miteinander verbunden sind. Durch eine Längsachse des Kugelkolbens 21, der Kolbenachse 20 verläuft eine Bohrung 29 durch welche im Betrieb der Kolbenmaschine 1 Druckmittel, welches sich in der Kolbenbohrung 5 befindet, auf eine Gleitschuhsohle 26 gedrückt wird. Die Gleitschuhsohle 26 wird hierdurch in ein hydrostatisches Gleichwicht gezwungen, bei welchem sich zwischen Gleitsohle und Gleitfläche 14 ein reibungsvermindernder Druckmittelfilm ausbildet. Bei einer Output torque converted. FIG. 2 shows a piston element 2 which comprises the spherical piston 21 and the sliding shoe 22, which are rigidly connected to one another by means of the piston rod 23. A bore 29 runs through a longitudinal axis of the spherical piston 21, the piston axis 20, through which during operation of the piston machine 1 pressure medium, which is located in the piston bore 5, is pressed onto a shoe sole 26. The sliding shoe sole 26 is thereby forced into a hydrostatic equilibrium, in which a friction-reducing film of pressure medium is formed between the sliding sole and sliding surface 14. At a
Radialkolbenmaschine 1 ist die Gleitschuhsohle 26 an die Geometrie der Gleitfläche 14 angepasst, ist also nach außen gewölbt. Des Weiteren, wie in den Figuren 3 gezeigt, hat der Gleitschuh 22 relativ zu seiner Kolbenachse 20 in Drehrichtung gesehen ein vorderes Gleitschuhende 27 und entgegengesetzt dazu, ein hinteres Gleitschuhende 28. Radial piston machine 1, the sliding shoe sole 26 is adapted to the geometry of the sliding surface 14, that is to say it is curved outward. Furthermore, as shown in FIG. 3, the sliding shoe 22 has a front sliding shoe end 27 relative to its piston axis 20, viewed in the direction of rotation, and a rear sliding shoe end 28 opposite to this.
Im Prinzip könnte der Kugelkolben 21, abgesehen von der Kolbenstange 23, vollständig eine Kugelform einnehmen. Benötigt wird eine idealerweise perfekte Kugelform jedoch nur an den Stellen des Kugelkolbens 21, die zur Abdichtung des Kolbenbohrungsraums mit der Kolbenbohrungswand 51 in Berührung kommen, oder genaugenommen, so gut wie in Berührung kommen. Der Großkreis des Kugelkolbens 21, welcher senkrecht zur Kolbenachse 20 steht, wird im Folgenden als Mittelkreis 24 bezeichnet. Wenn die Kolbenachse 20 mit der Kolbenbohrungsachse 50 übereinstimmt, dann schneidet die Verlängerung der Ebene, die vom Mittelkreis 24 aufgespannt wird, über den Mittelkreis 24 hinaus die Kolbenbohrung in einem Schnittkreis, welcher im Folgenden als Dichtkreis bezeichnet wird, weil er den Arbeitsraum der Kolbenbohrung 5 gegenüber dem Innenraum 11 der Kolbenmaschine 1 faktisch abschließt. Die Summe aller Dichtkreise die sich bei einer Vollumdrehung ausbilden können, definiert hierbei eine Kugelzone 250, also den äußeren Umfang einer Kugelscheibe in welchen das zumindest abschnittsweise kugelförmige Kolbenelement 71 einer idealen Kugelform entsprechen muss. In principle, apart from the piston rod 23, the spherical piston 21 could assume a completely spherical shape. An ideally perfect spherical shape is required, however, only at the points of the spherical piston 21 which come into contact with the piston bore wall 51 in order to seal the piston bore space, or, to be more precise, almost come into contact. The great circle of the spherical piston 21, which is perpendicular to the piston axis 20, is referred to below as the center circle 24. If the piston axis 20 coincides with the piston bore axis 50, then the extension of the plane spanned by the central circle 24 cuts the piston bore beyond the central circle 24 in a cutting circle, which is referred to below as the sealing circle because it defines the working space of the piston bore 5 with respect to the interior space 11 of the piston engine 1 actually closes. The sum of all sealing circles that can form during one full revolution defines a spherical zone 250, that is, the outer circumference of a spherical disk in which the at least partially spherical piston element 71 must correspond to an ideal spherical shape.
Um zu verhindern, dass sich der Kugelkolben 21 in der Kolbenbohrung 5 verklemmt, ist der Durchmesser di< des Mittelkreises 24 geringfügig kleiner gewählt als der Durchmesser der Kolbenbohrung 5. Mit einem beispielsweise um 10 pm kleineren Mittelkreis 24 ergibt sich bei zentrischer Lage von Mittelkreis 24 und Kolbenbohrungswand 51 rundum ein Spiel von 5pm zwischen Arbeitskreis und Mittelkreis. Durch die Viskosität des Druckmittels ergibt dies eine ausreichende Abdichtung zwischen Arbeitsraum und Innenraum 11 der Kolbenmaschine 1. Der Fachmann wird natürlich das Spiel zwischen Kugelkolben 21 und Kolbenbohrungswand 51 so wählen, dass es unter den gegebenen Abmessungen und dem jeweiligen Einsatzzweck bestens geeignet ist. In order to prevent the spherical piston 21 from jamming in the piston bore 5, the diameter di <of the center circle 24 is selected to be slightly smaller than the diameter of the piston bore 5. With a center circle 24 that is 10 μm smaller, for example, results in a central position of the center circle 24 and piston bore wall 51 all around a clearance of 5pm between working circle and center circle. This results from the viscosity of the pressure medium A sufficient seal between the working space and the interior 11 of the piston machine 1. The person skilled in the art will of course select the clearance between the spherical piston 21 and the piston bore wall 51 so that it is ideally suited for the given dimensions and the particular application.
Fig. 3A zeigt den Kugelkolben 21 an seinem Äußeren Totpunkt, das heißt beim Übergang von der Expansionsphase in die Kompressionsphase. Am Äußeren Totpunkt ist durch die 3A shows the spherical piston 21 at its outer dead point, that is to say during the transition from the expansion phase to the compression phase. At the outer dead center is through the
Exzenterstellung des Hubrings 12 der Abstand zwischen Rotor 16 und der Gleitfläche 14 des Hubrings 12 auf einem Maximalabstand Dmax. Durch die Fliehkraft, beziehungsweise Eccentric position of the cam ring 12, the distance between the rotor 16 and the sliding surface 14 of the cam ring 12 at a maximum distance D m ax. By centrifugal force, respectively
Ringleisten, Niederhalter sowie andere Druckkräfte richtet sich der Kugelkolben 21 an seinem Äußeren Totpunkt im Allgemeinen so aus, dass die Kolbenachse 20 mit der The spherical piston 21 is generally aligned at its outer dead center in such a way that the piston axis 20 with the
Kolbenbohrungsachse 50 mehr oder weniger übereinstimmt. Die Geometrie der einzelnen Elemente der Ringkolbenmaschine 1 sind so gewählt, dass sich hierbei der Mittelkreis 24 des Kugelkolbens 21 nahe der äußeren Kolbenbohrungsöffnung 52 befinden, aber immer noch ausreichend tief in der Kolbenbohrungswand 51 um eine sichere Führung des Kolbens 2 innerhalb der Kolbenbohrung 5 sowie eine Abdichtung zwischen Kolbenbohrungswand 51 und Mittelkreis 24 zu gewährleisten. Piston bore axis 50 more or less coincides. The geometry of the individual elements of the annular piston machine 1 are selected so that the center circle 24 of the spherical piston 21 is close to the outer piston bore opening 52, but still sufficiently deep in the piston bore wall 51 to ensure that the piston 2 is safely guided within the piston bore 5 and a To ensure sealing between piston bore wall 51 and center circle 24.
Vom Äußeren Totpunkt wird der Kolben 2 beim Weiterdrehen dann durch die Kräfte die von der Kolbenbohrungswand 51 auf den Mittelkreis 24 des Kugelkolbens 21 wirken, in From the outer dead center, the piston 2 is then rotated further by the forces acting from the piston bore wall 51 on the center circle 24 of the spherical piston 21
Drehrichtung 15 des Rotors 16 mitgenommen. Da sich in der Kompressionsphase der Abstand zwischen Hubring 12 und Rotor 16 zunehmend verringert, wird der Kolben 2 tiefer nach innen in den betreffende Kolbenbohrung 5 geführt. Bedingt durch die Exzentrizität zwischen Hubring 12 und Rotor 16 ist der Abstand zwischen Hubring 12 und Rotor 16 an der Position des vorderen Gleitschuhendes 27 unterschiedlich zum Abstand zwischen Hubring 12 und Rotor 16 an der Position des hinteren Gleitschuhendes 27. Hierdurch baut sich eine Kraft auf, die in der Kompressionsphase, vom vorderen Gleitschuhende 27 zum hinteren Gleitschuhende 28 wirkt. Hierdurch wird der Kolben 2 des Kugelkolbens 21 in der Direction of rotation 15 of rotor 16 taken along. Since the distance between the stroke ring 12 and the rotor 16 decreases increasingly in the compression phase, the piston 2 is guided deeper inward into the relevant piston bore 5. Due to the eccentricity between cam ring 12 and rotor 16, the distance between cam ring 12 and rotor 16 at the position of the front shoe end 27 is different from the distance between cam ring 12 and rotor 16 at the position of the rear shoe end 27. This creates a force, which acts in the compression phase from the front shoe end 27 to the rear shoe end 28. As a result, the piston 2 of the spherical piston 21 in the
Kompressionsphase um seinen Mittelpunkt Z entgegengesetzt zur Drehrichtung 15 des Rotors 16 verkippt. Durch diese Kippbewegung dreht sich der Mittelkreis 24 an der der Rotationsrichtung abgewandten Kolbenbohrungswand 51 in Richtung der äußeren The compression phase is tilted about its center point Z opposite to the direction of rotation 15 of the rotor 16. As a result of this tilting movement, the center circle 24 rotates on the piston bore wall 51 facing away from the direction of rotation in the direction of the outer one
Kolbenbohrungsöffnung 52 und an der an der der Rotationsrichtung zugewandten Kolbenbohrungswand 51 in Richtung der inneren Kolbenbohrungsöffnung 53. Der Piston bore opening 52 and at the one facing the direction of rotation Piston bore wall 51 in the direction of the inner piston bore opening 53. The
Mittelkreis 24 des Kugelkolbens 21 verliert dadurch die Berührung zur Kolbenbohrungswand 51. Durch die Kugelform des Kugelkolbens 21 wird nun ein neuer Großkreis des The center circle 24 of the spherical piston 21 thus loses contact with the piston bore wall 51. The spherical shape of the spherical piston 21 now creates a new great circle of the
Kugelkolbens 21 zum Dichtkreis 25, und zwar derjenige Großkreis der in einer jeweiligen Position des Kugelkolbens 21 in der Kolbenbohrung 5 senkrecht zur Kolbenbohrungachse 50 zum Liegen kommt. Als geometrische Konsequenz ist der Mittelpunkt jedes Dichtkreises identisch mit dem Kugelmittelpunkt Z des Kugelkolbens 21. Ball piston 21 to the sealing circle 25, specifically that great circle which comes to lie in a respective position of the ball piston 21 in the piston bore 5 perpendicular to the piston bore axis 50. As a geometric consequence, the center point of each sealing circle is identical to the center point Z of the spherical piston 21.
Beim Übergang von Inneren Totpunkt IT zu Äußeren Totpunkt AT des Kolbens 2, also in der Expansionsphase, vergrößert sich der Abstand zwischen der Außenseite des Rotors 16 und der Innenseite des Hubrings 12 stetig von Dmin auf Dmax. In der Expansionsphase ist daher der Abstand D am vorderen Gleitschuhende 27, immer grösser als am hinteren In the transition from inner dead center to exterior IT AT dead center of the piston 2, that is in the expansion phase, the distance between the outer side of the rotor 16 and the inner side of the cam ring 12 is increased steadily from D to D m in m ax. In the expansion phase, the distance D at the front shoe end 27 is therefore always greater than at the rear
Gleitschuhende 28. Hierdurch ist die Gegenkraftkomponente die vom Hubring 12 auf den Kolben 2 ausgeübt wird am vorderen Gleitschuhende 27 geringer als am hinteren Sliding shoe end 28. As a result, the counterforce component exerted by the stroke ring 12 on the piston 2 is lower at the front sliding shoe end 27 than at the rear
Gleitschuhende 28. Folglich weicht der Kolben 2 in Richtung des vorderen Gleitschuhendes 27, als in Richtung der Drehrichtung 15 des Rotors 16 aus. So gesehen eilt in der Slide shoe end 28. Consequently, the piston 2 deviates in the direction of the front slide shoe end 27 than in the direction of the direction of rotation 15 of the rotor 16. Seen in this way, the
Expansionsphase der Kippwinkel a der Rotationsbewegung 15 voraus. In der Expansion phase of the tilt angle a of the rotational movement 15 ahead. In the
Kompressionsphase, also beim Übergang zwischen Äußeren Totpunkt AT zu Inneren Compression phase, i.e. at the transition from outer dead center AT to inner
Totpunkt IT drehen sich diese Verhältnisse um und der Kippwinkel a eilt der Dead center IT reverses these relationships and the tilt angle a hurries
Rotationsbewegung 15 des Rotors 16 nach. Durch diese Kippbewegung ist die Kolbenachse 20 um einen Winkel a gegenüber der Kolbenbohrungsachse 50 verkippt. Diese Rotational movement 15 of the rotor 16 after. As a result of this tilting movement, the piston axis 20 is tilted by an angle α with respect to the piston bore axis 50. These
Kippbewegung hat ihr größtes Ausmaß zum einen, wie in Figur 3B gezeigt, in etwa in der Hälfte der Bewegung zwischen Inneren Totpunkt IT und Äußeren Totpunkt AT des Kolbens 2, beziehungsweise in etwa der Hälfte der Bewegung des Kolbens 2 zwischen Äußeren Tilting movement has its greatest extent on the one hand, as shown in FIG. 3B, in approximately half of the movement between inner dead center IT and outer dead center AT of piston 2, or in approximately half of the movement of piston 2 between the outer ones
Totpunkt AT und Innerem Totpunkt IT. Dead center AT and inner dead center IT.
Figur 3C zeigt schließlich den Kugelkolben 2 an seinem Inneren Totpunkt wenn der Abstand zwischen Hubring 12 und Rotor 16 einen minimalen Abstand Dmin erreicht hat. Wie man sehen kann, ist ein Kolbenboden 210, welcher sich an den abschnittsweise kugelförmig ausgestalteten Kolben 21 auf der der Kolbenstange 23 abgewandten Seite anschließt, im Wesentlichen kugelstumpfförmig ausgestaltet, so dass der Kolbenboden 210 im inneren Totpunkt IT sich weitestgehend an einen trichterförmigen Übergang von Kolbenbohrung 5 zum Steuerzapfen 18 anpassen kann. Hierdurch wird in vorteilhafterweise das Totvolumen im inneren Totpunkt IT minimiert. Finally, FIG. 3C shows the spherical piston 2 at its inner dead center when the distance between the cam ring 12 and the rotor 16 has reached a minimum distance D min . As can be seen, a piston head 210, which adjoins the partially spherical piston 21 on the side facing away from the piston rod 23, is essentially frusto-spherical, so that the piston head 210 at the inner dead center IT largely adjoins a funnel-shaped transition from the piston bore 5 can adapt to the control pin 18. This advantageously minimizes the dead volume in the inner dead center IT.
Geometrischen Gesetzen zur Folge ist dieser Winkel a auch gleich dem Winkel a zwischen Dichtkreisebene und Mittelkreisebene. Aus fertigungstechnischen Gründen, aber auch wegen einer möglichen Drehrichtungsänderung wird man die Kugeloberfläche des According to geometric laws, this angle a is also equal to the angle a between the plane of the sealing circle and the plane of the center circle. For manufacturing reasons, but also because of a possible change in the direction of rotation, the spherical surface of the
Kugelkolbens 21 symmetrisch ausführen so dass der Kugelabschnitt, beziehungsweise die Kugelzone 250 wie in Fig. 2 gezeigt mindestens einen Winkel zwischen -a und +a umfasst. Des Weiteren ist abhängig von der gewählten Geometrie des Rundkolbenmaschine 1 und des Kolbens 2 die Verjüngung an der Position der Kolbenstange 23 so zu wählen, dass die Kolbenstange im Betrieb nicht mit den Kolbenbohrungswänden 51 oder dem Rotor 16 zum Anliegen kommt um eine Beschädigung von Kolbenbohrungsstange 23, beziehungsweise Rotor 16 und Kolbenbohrungswände 51 zu vermeiden. The spherical piston 21 is designed symmetrically so that the spherical section or the spherical zone 250, as shown in FIG. 2, comprises at least an angle between -a and + a. Furthermore, depending on the selected geometry of the round piston machine 1 and the piston 2, the tapering at the position of the piston rod 23 is to be selected so that the piston rod does not come into contact with the piston bore walls 51 or the rotor 16 during operation to prevent damage to the piston bore rod 23 , or rotor 16 and piston bore walls 51 to avoid.
Die Erfindung eignet sich auch für innenabgestützte Radialkolbenmaschinen. Fig. 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer innenabgestützte Radialkolbenmaschine 6, bei welcher The invention is also suitable for internally supported radial piston machines. Fig. 4 shows the basic structure of an internally supported radial piston machine 6, in which
Niederdruckkanäle und Hochdruckkanäle an der Außenseite 66 eines, in diesem Fall feststehenden Kolbenträgers 61 angeordnet sind. Die Ausbildung der Niederdruckkanäle und Hochdruckkanäle bei einer innenabgestützte Radialkolbenmaschine 6 sind dem Low-pressure channels and high-pressure channels are arranged on the outside 66 of a piston carrier 61, which in this case is stationary. The formation of the low pressure channels and high pressure channels in an internally supported radial piston machine 6 are the
Fachmann geläufig, so dass sie der Übersichtlichkeit halber in der Zeichnung Fig. 4 nicht explizit eingezeichnet sind. Known to those skilled in the art, so that, for the sake of clarity, they are not explicitly shown in FIG. 4.
Der Kolbenträger 61 bildet eine Aufnahme für eine Mehrzahl von Kolbenbohrungen 5, welche radial um einen Mittelpunkt 60 des Kolbenträgers 61 mit gleichen Abstand untereinander angeordnet sind, so dass die Verlängerungen der Längsachsen 50 der Kolbenbohrungen 5 sich im Mittelpunkt 60 des Kolbenträgers 61 schneiden. Der The piston carrier 61 forms a receptacle for a plurality of piston bores 5, which are arranged radially around a center point 60 of the piston carrier 61 at the same distance from one another, so that the extensions of the longitudinal axes 50 of the piston bores 5 intersect at the center point 60 of the piston carrier 61. The
Übersichtlichkeit halber sind in der Zeichnung Fig. 4 nur drei Kolbenbohrungen 5 dargestellt. Üblich ist eine ungerade Anzahl zwischen drei und neun, aber je nach Größe und Leistung der Radialkolbenpumpe wird der Fachmann eine geeignete Anzahl von Kolbenbohrungen wählen. Das Innere des Kolbenträgers 61 ist als Hohlraum ausgebildet, in welchen eine Exzenterwelle 63 um den Kolbenträgermittelpunkt 60 rotiert. Der Exzentermittelpunkt E befindet sich in einem Abstand D zum Kolbenträgermittelpunkt 60, in Folge dessen der Exzentermittelpunkt E auf einer Kreisbahn 64 um den Kolbenträgermittelpunkt 60 rotiert.For the sake of clarity, only three piston bores 5 are shown in the drawing FIG. An odd number between three and nine is common, but the person skilled in the art will select a suitable number of piston bores depending on the size and performance of the radial piston pump. The interior of the piston carrier 61 is designed as a cavity in which an eccentric shaft 63 rotates about the piston carrier center point 60. The eccentric center point E is located at a distance D from the piston carrier center point 60, as a result of which the eccentric center point E rotates on a circular path 64 around the piston carrier center point 60.
In jeder der Kolbenbohrungen 5 ist ein erfindungsgemäßer Rundkolben angeordnet, welcher im Wesentlichen aus einem kugelförmigen Kolbenelement 71, einer Kolbenstange 73 und einem Gleitschuh 72 gebildet wird. Jeder Rundkolben wird durch jeweils ein In each of the piston bores 5, a round piston according to the invention is arranged, which is essentially formed from a spherical piston element 71, a piston rod 73 and a sliding shoe 72. Each round bottom flask is served by one each
Rückstellelement, welche in diesem Ausführungbeispiel als Schraubenfedern 74 ausgebildet sind, in Richtung der Exzenterwelle 63, beziehungsweise des Exzentermittelpunktes E , also in das Innere der Radialkolbenmaschine gedrückt wird. Bei der innenabgestützten The restoring element, which in this exemplary embodiment are designed as helical springs 74, is pressed in the direction of the eccentric shaft 63 or the eccentric center point E, that is to say into the interior of the radial piston machine. With the internally supported
Radialkolbenmaschine 6 dichtet das das zumindest abschnittsweise kugelförmige Radial piston machine 6 seals the at least partially spherical
Kolbenelement 71 den Arbeitsraum der Radialkolbenmaschine 6 nach innen ab. Der Arbeitsraum, in welchem das Druckmittel zugeführt beziehungsweise abgeführt wird, ist somit der Teil der Kolbenbohrung 5, die sich zwischen dem äußeren Umfang 66 des Piston element 71 from the working space of the radial piston machine 6 inwards. The working space in which the pressure medium is supplied or discharged is thus the part of the piston bore 5 that extends between the outer periphery 66 of the
Kolbenträgers 61 und dem zumindest abschnittsweise kugelförmigen Kolbenelementes 71 erstreckt. Piston carrier 61 and the at least partially spherical piston element 71 extends.
Der äußere Umfang der Exzenterwelle 63 bildet eine Gleitfläche 65 auf welcher sich die Gleitschuhe 72 der Rundkolben 7 sich mit Gleitsohlen 76 abstützen. Da die Gleitfläche 65 der Exzenterwelle bei diesem Ausführungsbeispiel konvex geformt ist, sind die The outer circumference of the eccentric shaft 63 forms a sliding surface 65 on which the sliding shoes 72 of the round pistons 7 are supported with sliding soles 76. Since the sliding surface 65 of the eccentric shaft is convex in this embodiment, the
Gleitschuhsohlen 76 entsprechend konkav geformt. Während einer Vollumdrehung der Exzenterwelle 63 werden den Kugelkolben 7 durch Abgleiten der Gleitschuhe 72 auf der Exzenterwelle 63 zwei periodische Hubbewegungen aufgezwungen, eine erste Shoe soles 76 correspondingly concave. During one full revolution of the eccentric shaft 63, two periodic stroke movements are forced on the ball piston 7 by the sliding shoes 72 sliding on the eccentric shaft 63, a first one
Hubbewegung radial nach außen, bei der sich das Volumen des Arbeitsraums stetig verkleinert und die deshalb im Folgenden als Kompressionsphase bezeichnet wird, und eine zweite Hubbewegung radial nach innen, in Richtung des Kolbenträgermittelpunktes 60, bei der sich das Volumen des Arbeitsraums stetig vergrößert, und die deshalb im Folgenden als Expansionsphase bezeichnet wird. Der Abstand D zwischen Exzentermittelpunkt E und Kolbenträgermittelpunkt 60 bestimmt hierbei die Amplitude des Kolbenhubs. Lifting movement radially outwards, in which the volume of the working space is steadily reduced and which is therefore referred to below as the compression phase, and a second lifting movement radially inwards, in the direction of the piston carrier center point 60, in which the volume of the working space steadily increases, and the therefore it is referred to as the expansion phase in the following. The distance D between the eccentric center point E and the piston carrier center point 60 determines the amplitude of the piston stroke.
Wie auch bei der in dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen außen abgestützten Radialkolbenmaschine 1 führen die Rundkolben 7 bei den Expansion- und Kompressionsphasen eine Kippbewegung aus. Durch das zumindest abschnittsweise kugelförmig ausgebildete Kolbenelement 71 wird auch hier jederzeit ein kreislinienförmiger Dichtkreis zwischen einer Innenwand 51 der Kolbenbohrung 5 und einer Kugelzone 75 des Rundkolben 7 eingehalten. Auch in diesem Ausführungsbeispiel verhindert ein Spiel zwischen Kugelkolben 7 und Kolbenbohrungswand 51, dass der Kugelkolben 7 nicht verklemmen kann. As with the externally supported radial piston machine 1 described in the first embodiment, the round pistons 7 lead in the expansion and Compression phases from a tilting movement. Due to the piston element 71, which is at least partially spherical, a circular sealing circle between an inner wall 51 of the piston bore 5 and a spherical zone 75 of the round piston 7 is maintained at all times. In this exemplary embodiment, too, a play between the ball piston 7 and the piston bore wall 51 prevents the ball piston 7 from jamming.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Radialkolbenmaschine (1) mit in einem Zylinderträger (16) angeordneten Zylindern (5) und einem in jedem Zylinder (5) angeordneten Kolbenelement (21) welches mit einem Führungselement (22) verbunden ist, wobei das Führungselement (22) auf einer Gleitfläche (14) abläuft, wodurch dem Kolbenelement (21) eine Hubbewegung aufgezwungen wird dadurch gekennzeichnet, dass 1. Radial piston machine (1) with cylinders (5) arranged in a cylinder carrier (16) and a piston element (21) arranged in each cylinder (5) which is connected to a guide element (22), the guide element (22) on a sliding surface (14) expires, whereby the piston element (21) is forced into a stroke movement, characterized in that
das Kolbenelement (21) zumindest in dem Bereich des Kolbenelements (21), welches während der Hubbewegungen an Innenwänden (51) des Zylinders (5) eine Abdichtung bewirkt, kugelförmig ausgebildet ist. the piston element (21) is spherical at least in the area of the piston element (21) which seals the inner walls (51) of the cylinder (5) during the stroke movements.
2. Radialkolbenmaschine (1) nach Anspruch 1, 2. Radial piston machine (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Kolbenelement (21) mit dem Führungselement (22) über ein Verbindungselement (23) verbunden ist, wobei das Verbindungselement (22) starr mit dem Kolbenelement (21) verbunden ist. the piston element (21) is connected to the guide element (22) via a connecting element (23), the connecting element (22) being rigidly connected to the piston element (21).
3. Radialkolbenmaschine (1) nach Anspruch 1, 3. Radial piston machine (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Kolbenelement (21) mit dem Führungselement (22) über ein Verbindungselement (23) verbunden ist, wobei das Verbindungselement (23) starr mit dem Führungselement (22) verbunden ist. the piston element (21) is connected to the guide element (22) via a connecting element (23), the connecting element (23) being rigidly connected to the guide element (22).
4. Radialkolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1, 2, oder 3 4. Radial piston machine (1) according to one of claims 1, 2 or 3
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Führungselement ein Gleitschuh (22) ist, welcher auf einer Gleitfläche (14) abläuft. the guide element is a sliding shoe (22) which runs on a sliding surface (14).
5. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 4, 5. Radial piston machine according to one of claims 1 - 4,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Radialkolbenschiene eine außen abgestützte Radialkolbenmaschine ist. the radial piston rail is an externally supported radial piston machine.
6. Radialkolbenmaschine (1) nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass 6. Radial piston machine (1) according to claim 5 characterized in that
die Radialkolbenmaschine eine Radialkolbenmaschine ist bei der die Führungselemente (22) auf einem Hubring (12) ablaufen. the radial piston machine is a radial piston machine in which the guide elements (22) run on a cam ring (12).
7. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 4, 7. Radial piston machine according to one of claims 1 - 4,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Radialkolbenschiene eine innen abgestützte Radialkolbenmaschine ist. the radial piston rail is an internally supported radial piston machine.
8. Radialkolbenmaschine (1) nach Anspruch 7 8. Radial piston machine (1) according to claim 7
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
bei der innen abgestützten Radialkolbenmaschine die Führungselemente (22) auf einer Exzenterwelle (63) ablaufen. in the internally supported radial piston machine, the guide elements (22) run on an eccentric shaft (63).
9. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 8, 9. Radial piston machine according to one of claims 1 - 8,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der Bereich des Kolbenelements (21), welches zumindest in dem Bereich des the area of the piston element (21), which at least in the area of the
Kolbenelements (21), welches während der Hubbewegungen an Innenwänden (51) des Zylinders (5) eine Abdichtung bewirkt, eine symmetrische Kugelzone (250) ist. Piston element (21), which during the stroke movements on the inner walls (51) of the cylinder (5) causes a seal, is a symmetrical spherical zone (250).
10. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 9, 10. Radial piston machine according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet dass die symmetrische Kugelzone wenigsten einen Kippbereich von jeweils 20° nach beiden Seiten umfasst. characterized in that the symmetrical spherical zone comprises at least a tilting range of 20 ° to both sides.
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