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  • 法律状态
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    • 专利摘要:
    EineDrehkolbenmaschine hat ein Gehäuseund einen Ringkolben, der mit einer relativ zu dem Gehäuse drehbarenWelle (20) drehfest verbunden und in einem zu der Welle (20) koaxialenRingraum (38) des Gehäusesdrehbar und axial verschiebbar geführt ist, wobei die axiale Endfläche desRingraumes (38) und/oder des Ringkolbens als Wellenfläche (54)mit achsparalleler Amplitude und mindestens einem Wellenberg undeinem Wellental ausgebildet ist und wobei an dem der Wellenfläche (54)zugekehrten Stirnende des Ringkolbens oder axialen Ende des Ringraumesmindestens ein zur Anlage an der Wellenfläche (54) bestimmter Wälzkörper (52)mit radial zur Kolbenachse gerichteter Drehachse gelagert ist, somitjeweils einen Einlass- und einen Auslasskanal (18, 19) in dem Gehäuse, diemit dem zwischen dem Ringkolben (22) und der Endfläche desRingraumes (38) gebildeten Arbeitsraum der Drehkolbenmaschine inVerbindung stehen. Der mindestens eine Wälzkörper (52) ist in einer kolbenfestenoder gehäusefestenTasche frei drehbar gehalten und stützt sich auf der der Wellenfläche (54)entgegengesetzten Seite an einer Laufscheibe (58) ab, die über einWälzkörperlager(60) koaxial zur Kolbenachse drehbar an dem Ringkolben bzw. demGehäusegelagert ist.
    公开号:DE102004019373A1
    申请号:DE200410019373
    申请日:2004-04-21
    公开日:2005-11-10
    发明作者:Paul Schnabl；Peter Schnabl
    申请人:Peter Schnabl；
    IPC主号:F04B7-06
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine mit einem Gehäuse undeinem Ringkolben, der mit einer relativ zu dem Gehäuse drehbarenWelle drehfest verbunden und in einem zu der Welle koaxialen Ringraumdes Gehäusesdrehbar und axial verschiebbar geführt ist, wobei die axiale Endfläche desRingraumes und/oder des Ringkolbens als Wellenfläche mit achsparalleler Amplitudeund mindestens einem Wellenberg und einem Wellental ausgebildetist und wobei an dem der Wellenfläche zugekehrten Stirnende desKolbens oder axialen Ende des Ringraumes mindestens ein zur Anlagean der Wellenflächebestimmter Wälzkörper mitradial zur Kolbenachse gerichteter Drehachse gelagert ist, und mitjeweils einem Einlass- und einem Auslasskanal in dem Gehäuse, diemit dem zwischen dem Ringkolben und der Endfläche des Ringraumes gebildeten Arbeitsraumder Drehkolbenmaschine in Verbindung stehen.
    [0002] EineDrehkolbenmaschine der vorstehend genannten Art ist beispielsweiseaus der DE 101 56 835A1 bekannt.
    [0003] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenmaschine dervorstehend genannten Art so auszubilden, dass die Reibung zwischendem Ringkolben und dem Gehäusemöglichstgering wird.
    [0004] ZurLösungdieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der mindestenseine Wälzkörper ineiner kolbenfesten oder gehäusefestenTasche frei drehbar gehalten ist und sich auf der der Wellenfläche entgegengesetztenSeite an einer Laufscheibe abstützt,die überein Wälzkörperlager koaxialzur Kolbenachse drehbar an dem Ringkolben bzw. dem Gehäuse gelagertist.
    [0005] Durchdiese Anordnung wird sichergestellt, dass der Wälzkörper zwischen dem Ringkolbenund dem Gehäusebei einer Relativdrehung dieser beiden Teile stets rollt und damitfür einegeringe Reibung zwischen den beiden Teilen sorgt. Dies ist insbesonderedann vorteilhaft, wenn die Drehkolbenmaschine beispielsweise alsPumpe arbeitet und Fluide fördert,die keine oder nur eine sehr geringe schmierende Wirkung haben.Die Tatsache, dass der Wälzkörper ineiner Tasche gehalten ist, spielt dabei eine untergeordnete Rolle,da der Wälzkörper nurin einer Richtung parallel zur Kolbenachse und kaum in Umlaufrichtungbelastet wird, so dass die Gleitreibungskräfte zwischen dem Wälzkörper undden senkrecht zu der Umlaufrichtung gerichteten Taschenwänden vernachlässigbarsind.
    [0006] DasWälzkörperlagerist zweckmäßigerweiseein Nadellager. Um eventuelle Toleranzen ausgleichen zu können undeine Mindestlaufbelastung des Nadellagers sicherzustellen, ist eszweckmäßig, wenndas Wälzkörperlagerzwischen der Laufscheibe und einer achsnormalen Ringscheibe liegt,die gegenüberdem Ringkolben bzw. dem Gehäuseaxial gefedert ist. Die Federung kann dabei auf einfache Weise dadurcherzielt werden, dass die Ringscheibe auf einem Ring aus einem elastischenMaterial liegt.
    [0007] AusFertigungs- und Montagegründenist es zweckmäßig, wenndie Tasche in einem Ring ausgebildet ist, der drehfest mit dem Ringkolbenoder dem Gehäuseverbindbar ist und dessen axiale Abmessung geringer als der Durchmesserdes Wälzkörpers abzüglich derzweifachen Amplitude der Wellenfläche ist. In dem Ring ist auchzweckmäßigerweise mindestensein Fluidkanal ausgebildet, der sich zwischen einer an der Umfangsfläche desRinges ausgebildeten Steueröffnungund einer in den Arbeitsraum mündendenAxialöffnungerstreckt.
    [0008] Beieiner bevorzugten Ausführungsformumfasst das Gehäuseeinen äußeren Zylindermit einer Einlass- und einer Auslassöffnung sowie einen den Ringraumenthaltenden inneren Zylinder, der in dem äußeren Zylinder stationär eingesetztist und in dessen Zylinderwand zwei gegeneinander abgedichtete, nachradial außenoffene Aussparungen ausgebildet sind, die einerseits mit der Einlass- bzw. Auslassöffnung inVerbindung stehen und andererseits über jeweils mindestens eineSteueröffnungmit dem Ringraum verbunden sind. Die Aussparungen können andem inneren Zylinder ohne großenAufwand mechanisch hergestellt, z.B. ausgefräst werden. Wenn der innereZylinder in den äußeren Zylindereingesetzt wird, werden diese Aussparungen durch die Innenfläche des äußeren Zylindersabgedeckt, so dass sich geschlossene Kanäle ergeben. Diese Lösung ist einfachherzustellen und zu montieren.
    [0009] Dieerfindungsgemäße Drehkolbenmaschine kannals Pumpe oder auch als Hydromotor betrieben werden. Grundsätzlich istes möglich,entweder das Gehäusestationärzu halten und den Kolben zu drehen oder den Kolben stationär zu haltenund das Gehäusezu drehen, auch wenn letztere Lösungeinen größeren Aufwandbei dem Anschluss von Fluidleitungen erfordert. Ebenso kann dermindestens eine Wälzkörper mitseinem Lager an dem Ringkolben oder aber an der Endfläche desRingraumes angeordnet sein. Zur Kontur der Wellenfläche wirdauf die DE 101 56835 A1 verwiesen.
    [0010] Diefolgende Beschreibung erläutertin Verbindung mit den beigefügtenZeichnungen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
    [0011] 1 eineperspektivische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe,
    [0012] 2 und 3 jeweilseine perspektivische Ansicht der Drehkolbenpumpe ohne den äußeren Zylindermanteldes Gehäuses,
    [0013] 4 eineDraufsicht auf die in 1 dargestellte Drehkolbenpumpe,
    [0014] 5 einendie Achse enthaltenden Schnitt durch die Drehkolbenpumpe entlangder Linie V-V in 4,
    [0015] 6 einendie Achse enthaltenden Schnitt durch die Drehkolbenpumpe entlangder Linie VI-VI in 4,
    [0016] 7 eineperspektivische Ansicht des Ringkolbens allein,
    [0017] 8 eineaxiale Endansicht des in 7 dargestellten Ringkolbensund
    [0018] 9 einendie Achse enthaltenden Schnitt durch den Ringkolben entlang LinieIX-IX in 8.
    [0019] Diein 1 dargestellte Drehkolbenpumpe umfasst ein allgemeinmit 10 bezeichnetes Gehäuse miteinem äußeren, annähernd zylindrischenGehäuse mantel 12,der an den axialen Enden jeweils durch einen achsnormalen Deckel 14 bzw. 16 verschlossen istund zwei Öffnungen 18, 19 hat,die je nach Drehsinn der Drehkolbenpumpe wahlweise als Einlass- oderAuslassöffnungfür einzu förderndesMedium dienen. Aus dem unteren Deckel 16 ragt eine Welle 20 heraus,die mit einem allgemein mit 22 bezeichneten Ringkolben(7) drehfest verbunden ist. Der Ringkolben 22 istals Doppelkolben ausgebildet. Der detailliertere Aufbau des Ringkolbens 22 unddes Gehäuses 10 sollnun nähererläutertwerden.
    [0020] Inden äußeren Gehäusemantel 12 istein Innenzylinder 24 stationär eingesetzt (5 und 6),der an seinen axialen Enden jeweils durch einen Zylinderdeckel 26 verschlossenist. In den jeweiligen Zylinderdeckel 26 ist eine axialeHülse 28 eingesetzt.Durch die untere Hülse 28 erstrecktsich die Welle 20, die in einem in dem unteren Deckel 16 des äußeren Gehäuses 10 angeordnetenKugellager 30 drehbar gelagert ist. Die Welle 20 wirddabei durch Sprengringe 32 und 34 axial festgelegt.Das Kugellager 30 selbst und die Durchtrittsöffnung für die Welle 20 werdendurch eine Ringdichtung 36 abgedeckt, die in eine ringförmige Aussparungin dem unteren Deckel 16 eingesetzt ist, wie diese die 5 und 6 zeigen.
    [0021] Derinnere Zylinder 24 bildet zusammen mit den Hülsen 28 einenRingraum 38 zur Aufnahme des als Ringkolben ausgebildetenKolbens 22 (7). Dieser besteht aus einemMittelabschnitt 40, der über Keilnuten und darin angeordneteLaufkugeln 42 mit der Welle 20 drehfest, aberaxial gegenüberder Welle 20 beweglich gekoppelt ist. An den Mittelabschnitt 40 schließt sichjeweils ein Zwischenring 44 an, auf den zum jeweiligenaxialen Ende des Kolbens 22 hin ein Käfigring 46 folgt.Der Käfigring 46,der Zwischenring 44 und der Mittelabschnitt 40 sinddurch achsparallel verlaufende Stifte 48 drehfest miteinanderverbunden, die in der 7 gestrichelt eingezeichnet sind.
    [0022] Wiedie 7 und 8 zeigen, hat der jeweiligeKäfigring 46 dreiim Winkelabstand von 120° angeordneteTaschen 50 zur Aufnahme jeweils einer zylindrischen Rolle 52 mitradial gerichteter Achse. Die axiale Abmessung des Käfigringes 46 istso gewählt,dass die Laufrolle 52 nach beiden axialen Enden hin über denKäfigring 46 hinausragt.Die Laufrollen 52 sind zur Anlage an einer Wellenfläche 54 bestimmt,die an der jeweiligen achsnormalen Innenfläche des Zylinderdeckels 26 desinneren Gehäusezylinders 24 ausgebildetist. Jede dieser Wellenflächenumfasst drei Wellenberge und drei Wellentäler und hat eine annähernd sinusförmige Wellenkontur. ZurnäherenErläuterungder Wellenkontur wird auf die DE 101 56 835 A1 verwiesen. Die Laufrollen 52 müssen ausdem Käfigring 46 inaxialer Richtung zumindest so weit herausragen, dass der Käfigring 46 nichtan der Wellenfläche 54 anstoßen kann,wenn sich die Laufrollen in den Wellentälern befinden. Die beiden Käfigringe 46 anden axialen Enden des Ringkolbens 22 sind in Umfangsrichtungso gegeneinander versetzt, dass sich die Laufrollen 52 ameinen Ende des Ringkolbens 22 in den Tälern der ihnen zugewandtenWellenfläche 54 befinden,währenddie Laufrollen 52 am anderen Ende des Ringkolbens 22 dieWellenberge der anderen Wellenfläche 54 berühren.
    [0023] Umdie Reibung zwischen dem rotierenden Ringkolben 22 unddem Gehäuse 10 minimalzu machen und um sicherzustellen, dass die Laufrollen 52 auchtatsächlichbei einer Drehung des Kolbens auf den Wellenflächen abrollen, sind die Laufrollen 22 nichtin einem Gleitlager gelagert, sondern stützen sich an einem allgemeinmit 56 bezeichneten Axiallager ab. Dieses umfasst eineringförmigeLaufscheibe 58, die überein Nadellager 60 auf einer ringförmigen Axialscheibe 62 aufliegt,die ihrerseits in eine ringförmigeAussparung in dem Zwischenring 44 des Kolbens 22 eingebettetist. In den Boden der Aussparung ist dabei ein O-Ring 64 eingelegt,der aufgrund seiner Elastizitätdie Axialscheibe 62 in Richtung auf das Nadellager 60 drückt undsomit eine Mindestlaufbelastung des Nadellagers sicherstellt. Wennsich also der Ringkolben 22 relativ zum Gehäuse 10 dreht,laufen die Laufrollen 22 nicht nur an der jeweiligen Wellen fläche 54,sondern auch an der ihnen zugekehrten achsnormalen Ringfläche derLaufscheibe 58 ab, die ihrerseits wiederum über dasNadellager 60 sich gegenüber dem Zwischenring 44 drehen kann.Dadurch ist sichergestellt, dass die Laufrollen bei einer Drehungdes Ringkolbens 22 gegenüber dem Gehäuse 10 tatsächlich rollenund nicht schleifen, wodurch die Reibung zwischen Kolben und Gehäuse undder Verschleiß dergegeneinander bewegten Teile auf ein Minimum reduziert wird.
    [0024] Wieman in den 7 und 8 erkennt, sindin den Käfigringen 46 zwischenden Taschen 50 sektorförmigeHohlräume 66 ausgebildet,die nicht nur zu den axialen Enden des Käfigringes 46 hin offensind, sondern auch jeweils übereine Steueröffnung 68 indie Außenumfangsfläche desRingkolbens 22 münden.Die Steueröffnungen 68 wirkenmit Steueröffnungen 70 zusammen,die in dem inneren Zylinder 24 des Gehäuses 10 ausgebildetsind und die wiederum mit Aussparungen 72, 74 inVerbindung stehen, die in der Außenumfangsfläche desinneren Zylinders 24 ausgebildet sind, wie dies insbesondere die 2 und 3 zeigen.Diese Aussparungen 72, 74 bilden zusammen mitder Innenflächedes äußeren Zylindermantels 12 abgeschlosseneKanäle, diemit jeweils einer der Einlass-/Auslassöffnungen 18, 19 inVerbindung stehen. Die beiden Aussparungen 72 und 74 sinddurch eine Dichtungslippe 76 gegeneinander abgedichtet,die in eine entsprechende Nut in dem inneren Zylinder 24 eingelegtist und an der Innenflächedes äußeren Gehäusemantels 12 anliegt(5). Bei der Drehung des Ringkolbens 22 indem Gehäuse 10 tretendie Steueröffnungen 68 desRingkolbens 22 und die Steueröffnungen 70 in deminneren Zylinder 24 abwechselnd in Flucht miteinander,um so das Einströmenbzw. Ausströmen deszu pumpenden Fluides in die bzw. aus den Hohlräumen 66 in den Käfigringen 46 zusteuern. Die Pumpwirkung entsteht dabei durch die Axialbewegungdes Kolbens relativ zu dem Gehäuse.
    [0025] Dieerfindungsgemäße Drehkolbenpumpe kannaufgrund der geringen Reibung zwischen Kolben und Gehäuse mitsehr hohen Drehzahlen betrieben werden und eignet sich auch zurFörderungvon Fluiden, die keine schmierende Wirkung haben. Sie kann auf einfacheWeise zusammengebaut und auseinandergebaut werden und ist somitauch gut zu reinigen.
    权利要求:
    Claims (7)
    [1] Drehkolbenmaschine mit einem Gehäuse (10) undeinem Ringkolben (22), der mit einer relativ zu dem Gehäuse (10)drehbaren Welle (20) drehfest verbunden und in einem zuder Welle (20) koaxialen Ringraum (38) des Gehäuses (10)drehbar und axial verschiebbar geführt ist, wobei die axiale Endfläche desRingraumes (38) und/oder des Ringkolbens als Wellenfläche (54)mit achsparalleler Amplitude und mindestens einem Wellenberg undeinem Wellental ausgebildet ist und wobei an dem der Wellenfläche (54)zugekehrten Stirnende des Ringkolbens (22) oder axialenEnde des Ringraumes mindestens ein zur Anlage an der Wellenfläche (54)bestimmter Wälzkörper (52)mit radial zur Kolbenachse gerichteter Drehachse gelagert ist, undmit jeweils einem Einlass- und einem Auslasskanal in dem Gehäuse (10), diemit dem zwischen dem Ringkolben (22) und der Endfläche desRingraumes (38) gebildeten Arbeitsraum der Drehkolbenmaschinein Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestenseine Wälzkörper (52)in einer kolbenfesten oder gehäusefestenTasche (50) frei drehbar gehalten ist und sich auf derder Wellenfläche(54) entgegengesetzten Seite an einer Laufscheibe (58)abstützt,die überein Wälzkörperlager(60) koaxial zur Kolbenachse drehbar an dem Ringkolben(22) bzw. dem Gehäusegelagert ist.
    [2] Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Wälzkörperlagerein Nadellager (60) ist.
    [3] Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass das Wälzkörperlager (60)zwischen der Laufscheibe (58) und einer achsnormalen Ringscheibe(62) liegt, die gegenüberdem Ringkolben (22) bzw. dem Gehäuse axial gefedert ist.
    [4] Drehkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Ringscheibe (62) auf einem Ring (64)aus einem elastischen Material liegt.
    [5] Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasche (50) in einemRing (46) ausgebildet ist, der drehfest mit dem Ringkolben(22) oder dem Gehäuse verbundenist und dessen axiale Abmessung geringer als der Durchmesser desWälzkörpers (52)abzüglichder zweifachen Amplitude der Wellenfläche (54) ist.
    [6] Drehkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass in dem Ring (46) mindestens ein Fluidkanal (66)ausgebildet ist, der sich zwischen einer an der Umfangsfläche desRinges (46) ausgebildeten Steueröffnung (68) und einerin den Arbeitsraum mündendenAxialöffnungerstreckt.
    [7] Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) einen äußeren Zylinder(12) mit einer Einlass- und einer Auslassöffnung (18, 19)sowie einen den Ringraum (38) enthaltenden inneren Zylinder (24)umfasst, der in dem äußeren Zylinder(12) stationäreingesetzt ist und in dessen Zylinderwand zwei gegeneinander abgedichtetenach radial außenoffene Aussparungen (72, 74) ausgebildet sind,die einerseits mit der Einlass- bzw. Auslassöffnung (18, 19)in Verbindung stehen und andererseits über jeweils mindestens eineSteueröffnung(70) mit dem Ringraum (38) verbunden sind.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-07-14| R012| Request for examination validly filed|Effective date: 20110420 |
    2012-09-17| R016| Response to examination communication|
    2012-12-11| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2013-10-24| R020| Patent grant now final|Effective date: 20130719 |
    2015-05-03| R082| Change of representative|Representative=s name: SCHAUMBURG & PARTNER PATENTANWAELTE GBR, DE Representative=s name: SCHAUMBURG & PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE Representative=s name: SCHAUMBURG UND PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE |
    2015-11-03| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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