Kolbenmaschine, modulares Baukastensystem für eine Kolbenmaschine sowie Verfahren zur Herstellung einer Kolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine mit einem mehrteiligen Gehäuse, ein modulares Baukastensystem für eine Kolbenmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Kolbenmaschine mittels eines Baukastensystems.

Kompressoren sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus DE 10 2010 036 977 B3, DE 10 2014 208 939 A1 , DE 10 2008 040 574 B4, DE 10 2014 214 435 A1 , WO 2015/173255 A1 und DE 199 01 110 A1 bekannt.

Um den Anforderungen einer spezifischen Anwendung gerecht zu werden, gibt es weltweit eine große Anzahl unterschiedlich konzipierter Kompressoren. So existieren auf dem Gebiet der Kompressoren beispielsweise Hubkolben-, Scroll-, Drehzahn- und Schraubenkompressoren. Unter den genannten Kompressoren kann außerdem zwischen öleingespritzen Kompressoren sowie ölfreien Kompressoren unterschieden werden. In der Regel muss jede Kompressorart für die jeweilige Anwendung speziell konstruiert und entwickelt werden. Durch die Feinabstimmung der Förderbereiche sind im öleingespritzten Bereich mehrere hundert Kompressorvarianten nötig. Weiter gibt es im ölfreien Bereich mehr als hundert Varianten. Insgesamt entstehen durch die große Anzahl verschiedener Kompressoren hohe Kosten in Forschung,

Entwicklung, Fertigung, Lagerhaltung und Service. Eine ähnlich große Vielfalt gibt es auf dem Gebiet von Pumpen, Druckgasmotoren und Expansionsmotoren.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gesamtkosten, wie z.B. Fertigungskosten und Servicekosten, und den Fertigungsaufwand von

Kompressoren, Pumpen und/oder Motoren zu senken.

Diese Aufgabe wird durch die Kolbenmaschine gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Weiter wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Fertigung der Kolbenmaschine gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich mit den Merkmalen der

Unteransprüche sowie der Ausführungsbeispiele.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Kolbenmaschine offenbart,

umfassend: einen Kolben, der in einer Arbeitskammer mit mindestens einer

Einlassventilöffnung (bevorzugt mit einem Einlassventil) und mindestens einer Auslassventilöffnung (bevorzugt mit einem Auslassventil) um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert ist; wobei der Kolben mit mindestens einer drehbar gelagerten Welle wirkverbunden ist, (bevorzugt derart, dass die Drehbewegung der Welle mittels eines Schwenkhebels in eine Schwenkbewegung des Kolbens überführt wird); wobei die Arbeitskammer durch eine Vielzahl von Gehäuseteilen gebildet ist, wobei die Arbeitskammer quer zur Schwenkachse durch mindestens zwei separate

Seitenwände begrenzt wird.

Gemäß einer Ausführungsvariante sind mindestens zwei separate Seitenwände axial hintereinander angeordnet.

Gemäß einer Ausführungsvariante ist die Kolbenmaschine als

Schwingkolbenmaschine ausgebildet ist.

Gemäß einer Ausführungsvariante sind zwei Kolben vorgesehen, die eine

gemeinsame Arbeitskammer ausbilden, wobei die zwei Kolben zwischen einer ersten Stellung, in der die Kolben in minimalem Abstand zueinander, jedoch berührungsfrei angeordnet sind (vorzugsweise bei Betriebstemperatur einen Spalt zwischen

(bevorzugt zirka) 1/100 und 5/100 mm aufweisen), und einer zweiten Stellung, in der die Kolben maximal von einander entfernt sind, schwenkbar ausgebildet sind, wobei die Kolben in beiden Stellungen (vorzugsweise permanent) um 180° versetzt angeordnet sind (Vollkreis ist 360°). Dies ist vorteilhaft, da hierdurch ein

schwingungsarmer bzw. schwingungsfreier Betrieb ermöglicht wird.

Gemäß einer Ausführungsvariante sind zwei Kolben vorgesehen, die eine

gemeinsame Arbeitskammer ausbilden, wobei die zwei Kolben zwischen einer ersten Stellung, in der die Kolben in minimalem Abstand zueinander, jedoch berührungsfrei angeordnet sind (vorzugsweise bei Betriebstemperatur einen Spalt zwischen

(bevorzugt zirka) 1/100 und 5/100 mm aufweisen), und einer zweiten Stellung, in der die Kolben maximal von einander entfernt sind, schwenkbar ausgebildet sind, wobei die Kolben in beiden Stellungen (vorzugsweise permanent) um 180° versetzt angeordnet sind. Vorzugsweise ist in der gemeinsamen Arbeitskammer mindestens eine Kühlöffnung, bevorzugt jedoch mindestens zwei Kühlöffnungen derart vorgesehen, dass die zwei Kühlöffnungen in der zweiten Stellung geöffnet sind.

Vorzugsweise sind die zwei Kühlöffnungen in der ersten Stellung geschlossen.

Gemäß einer Ausführungsvariante sind drei Kolben und drei den jeweiligen Kolben zugeordnete Kühlöffnungen vorgesehen, wobei ein erster Kolben und ein zweiter Kolben in einer ersten Stellung in minimalem Abstand zueinander, jedoch berührungsfrei angeordnet sind (vorzugsweise bei Betriebstemperatur einen Spalt zwischen (bevorzugt zirka) 1/100 und 5/100 mm aufweisen), während ein dritter Kolben in der ersten Stellung maximal vom zweiten Kolben entfernt angeordnet ist, wobei der zweite Kolben und der dritte Kolben in einer zweiten Stellung in minimalem Abstand zueinander, jedoch berührungsfrei angeordnet sind (vorzugsweise bei Betriebstemperatur einen Spalt zwischen (bevorzugt zirka) 1/100 und 5/100 mm aufweisen), während der erste Kolben in der zweiten Stellung maximal vom zweiten Kolben entfernt angeordnet ist.

Vorzugsweise ist die dem ersten Kolben zugeordnete Kühlöffnung in der ersten Stellung geschlossen, während die dem zweiten Kolben zugeordnete Kühlöffnung und die dem dritten Kolben zugeordnete Kühlöffnung geöffnet sind, wobei die dem dritten Kolben zugeordnete Kühlöffnung in der zweiten Stellung geschlossen ist, während die dem zweiten Kolben zugeordnete Kühlöffnung und die dem ersten Kolben zugeordnete Kühlöffnung geöffnet sind.

Gemäß einer Ausführungsvariante sind mindestens zwei separate Seitenwände baugleich ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsvariante sind mindestens sämtliche Seitenwände baugleich ausgebildet.

Gemäß einer Ausführungsvariante ist die mindestens eine Arbeitskammer entlang der Schwenkachse des Kolbens durch eine Stirnwand und einen Deckel begrenzt.

Gemäß einer Ausführungsvariante ist die Arbeitskammer quer zur Schwenkachse durch eine Lagerschale, zwei separate Seitenwände sowie eine kreisbogenförmige Seitenwand begrenzt.

Gemäß einer Ausführungsvariante sind die die Arbeitskammer quer zur

Schwenkachse begrenzenden Seitenwände jeweils durch eine Vielzahl baugleicher Gehäuseteile ausgebildet, die jeweils axial hintereinander angeordnet sind.

Gemäß einer Ausführungsvariante sind die mindestens zwei separaten Seitenwände lösbar miteinander verbunden.

Gemäß einer Ausführungsvariante sind die mindestens zwei separaten Seitenwände symmetrisch zu einer Ebene angeordnet, die sich senkrecht zur Schwenkebene und entlang der Längsachse des mindestens einen Kolbens in einer Zentralstellung erstreckt. Gemäß einer Ausführungsvariante sind sämtliche Gehäuseteile symmetrisch zu einer Ebene angeordnet, die sich senkrecht zur Schwenkebene und entlang der

Längsachse des Kolbens in einer Zentralstellung erstreckt.

Das Baukastensystem für eine Kolbenmaschine umfasst

- mindestens zwei separate, zu einem Gehäuse der Kolbenmaschine fügbare Gehäuseteile,

- einen als Schwenkelement ausgebildeten, schwenkbaren und in dem

Gehäuse anordenbaren Kolben, und

- einen Gehäusedeckel zum Abdecken des Gehäuses.

„Separat“ heißt in diesem Zusammenhang insbesondere, dass vor dem

Zusammenbauen der Gehäuseteile zu einem Gehäuse einzelne Gehäuseteile vorliegen, die zum Bilden des Gehäuses der Kolbenmaschine zusammenfügbar und/oder miteinander verbindbar sind. Mit dem Baukastensystem kann also insbesondere eine Kolbenmaschine in modularer Bauweise hergestellt werden. Die separaten Gehäuseteile lassen sich mit erheblich weniger Aufwand hersteilen, als ein einstückiges, komplettes Gehäuse, was mit einer erheblichen Kostensenkung einhergeht. Darüber hinaus können einzelne Gehäuseteile erforderlichenfalls ausgetauscht oder kombiniert werden, beispielsweise falls ein oder mehrere

Gehäuseteile oder Kolbenteile (s. unten) im Betrieb der Kolbenmaschine beschädigt werden. Außerdem können bei der Konstruktion des Gehäuses die einzelnen

Gehäuseteile oder Kolbenteile jeweils angepasst oder optimiert werden, ohne dass jedes Mal ein komplett neues Gehäuse angefertigt werden muss.

Eine mit dem Baukastensystem nach Anspruch 1 gefertigte Kolbenmaschine ist also gekennzeichnet durch ihren modularen Aufbau und kann nach Art eines Baukastens zusammengesetzt werden. Insgesamt können Kosten und Aufwand für Konstruktion, Fertigung, Lagerung, Vertrieb, Instandhaltung und Reparatur durch den modularen Aufbau der Kolbenmaschine erheblich gesenkt werden.

Der Kolben kann ebenfalls mindestens zwei separate Kolbenteile aufweisen. Der Kolben kann z.B. axial hintereinander anordenbare Kolbenteile aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Kolben auch mehrere Kolbenteile aufweisen, die sich in radialer Richtung aneinander anschließen können. Die separaten Kolbenteile können miteinander verbindbar sein. Der Kolben kann an einem Drehzylinder befestigbar sein. Der Drehzylinder kann ebenfalls mehrere Drehzylinderscheiben aufweisen, die in axialer Richtung aneinander schaltbar sind. In einer Ausführungsform umfasst das System„Kolben-Drehzylinder“ mehrere einstückige axiale Scheiben.

Durch das Vorsehen mehrerer Kolbenteile und mehrerer Gehäuseteile, kann ein Arbeits- oder Kammervolumen der Kolbenmaschine variiert werden, ohne dass dafür eine komplett neue Kolbenmaschine konstruiert oder entwickelt werden muss. So kann ein Kammer- oder Arbeitsvolumen einer existierenden Kolbenmaschine bei Bedarf vergrößert oder verkleinert werden, ohne dass eine neue Kolbenmaschine angefertigt werden muss.

Eine Basisvariante des Baukastensystems kann durch eine bestimmte Größe der Stirnwand und des Gehäusedeckels festgelegt sein. Durch Variation der Anzahl der Gehäuseteile und Kolbenteile zwischen Stirnwand und Gehäusedeckel kann mit einer relativ geringen Anzahl von Basisvarianten des Baukastensystems (z.B. 9 oder weniger) ein großer Teil des Marktes für Kolbenmaschinen mit nur einem

Maschinentyp abgedeckt werden, während im Stand der Technik mehrere

verschiedenartige Maschinentypen (z.B. Kolben-, Scroll-, Drehzahn- und

Schraubenkompressor) und mehrere hundert Varianten benötigt werden.

Vorzugsweise ist die Anzahl der Gehäuseteile größer als die Anzahl der Kolbenteile.

Vorzugsweise kontaktieren jeweils benachbarte (dauerhaft, jedoch lösbar fixierte) Gehäuseteile einander direkt. Vorzugsweise sind die jeweiligen Kontaktflächen der Gehäuseteile (vollständig) planar ausgebildet.

Vorzugsweise ist die Kolbenmaschine als Schwingkolbenmaschine ausgebildet ist. Weiter bevorzugt ist die Kolbenmaschine als die Kolbenmaschine als

Schwingkolbenkompressor ausgebildet.

Eine Schwenkachse des Kolbens definiert im Folgenden eine axiale Richtung. In einer Ausgestaltung sind die einzelnen Gehäuseteile axial hintereinander

anordenbar. Zusätzlich oder alternativ können die Kolbenteile axial hintereinander anordenbar sein. Der Begriff„axial hintereinander anordenbar“ heißt in diesem Zusammenhang, dass die Bauteile in Längsrichtung der Schwenkachse

hintereinander anordenbar sind. Der Begriff„axial nebeneinander anordenbar“ soll heißen, dass die Bauteile zu der Kolbenmaschine eine gleiche axiale Position haben und beispielsweise in einer gleichen Schwenkebene liegen, wobei die Schwenkebene durch eine Schwenkbewegung des Kolbens aufgespannt wird und senkrecht zur Schwenkachse ausgerichtet ist.

Das Baukastensystem umfasst üblicherweise eins oder mehrere oder sämtliche der folgenden Gehäuseteile:

- eine dem Gehäusedeckel gegenüberliegende Stirnwand,

- eine kreisbogenförmige Wand,

- eine der kreisbogenförmigen Wand gegenüberliegende erste Lagerschale zur Lagerung des Kolbens und/oder

- mindestens eine Seitenwand, die einen Schwenkwinkel des Kolbens begrenzt, beispielsweise zwei einander gegenüberliegende Seitenwände, die den Schwenkwinkel des Kolbens begrenzen.

Gemäß der Erfindung ist es bevorzugt, dass die (mindestens eine) Arbeitskammer der Kolbenmaschine bezogen auf die Schwenkachse des Kolbens an einer

Vorderseite durch einen Gehäusedeckel und an der Rückseite durch eine Stirnwand begrenzt ist. Weiterhin ist die (mindestens eine) Arbeitskammer der Kolbenmaschine bezogen auf die Schwenkachse des Kolbens an einer Oberseite durch eine kreisbogenförmige Wand und an einer Unterseite durch eine Lagerschale begrenzt. Die sich zwischen Gehäusedeckel und Stirnwand erstreckenden Seiten der

(mindestens einen) Arbeitskammer sind durch sich gegenüberliegende Seitenwände begrenzt.

Gemäß der Erfindung ist es bevorzugt, dass eins oder mehrere oder sämtliche der folgenden Gehäuseteile:

- Gehäusedeckel

- Stirnwand,

- kreisbogenförmige Wand,

- Lagerschale und/oder

- mindestens eine Seitenwand,

horizontal und/oder vertikal geteilt sind, d.h. dass die genannten Komponenten aus mehreren Segmenten gefügt sind, die sich quer und/oder längs ihrer jeweiligen Erstreckungsrichtung erstrecken. Im Falle von Gehäusedeckel und Stirnwand bedeutet dies, dass sich jeweils mehrere Segmente dieser Komponenten entlang einer vertikalen Richtung zwischen

Lagerschale und kreisbogenförmiger Wand und/oder entlang einer horizontalen Richtung zwischen erster (linker) Seitenwand und zweiter (rechter) Seitenwand erstrecken.

Im Falle von Lagerschale und kreisbogenförmiger Wand bedeutet dies, dass sich jeweils mehrere Segmente dieser Komponenten entlang einer axialen Richtung entlang der Schwenkachse und/oder entlang einer horizontalen Richtung zwischen erster (linker) Seitenwand und zweiter (rechter) Seitenwand erstrecken.

Im Falle der Seitenwände bedeutet dies, dass sich jeweils mehrere Segmente dieser Komponenten entlang einer axialen Richtung entlang der Schwenkachse und/oder entlang einer vertikalen Richtung zwischen Lagerschale und kreisbogenförmiger Wand erstrecken.

Die bevorzugte Anzahl der Segmente der genannten Komponenten beträgt zwischen 2 und 10, bevorzugter zwischen 3 und 5.

Die Anzahl der Segmente der genannten Komponenten entlang einer der drei Richtungen (axial, vertikal, horizontal) ist vorzugsweise jeweils gleich.

Im Fall, dass die Kolbenmaschine mehrere Arbeitskammern aufweist, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass jede der Arbeitskammern durch mindestens zwei separate Segmente (mindestens einer, bevorzugt aller) der oben genannten

Komponenten begrenzt wird, die jeweils axial hintereinander angeordnet sind.

Im Fall, dass die Kolbenmaschine mehrere Arbeitskammern aufweist, ist es erfindungsgemäß zusätzlich oder alternativ bevorzugt, dass jede der

Arbeitskammern durch mindestens zwei separate Segmente (mindestens einer, bevorzugt aller) der oben genannten Komponenten begrenzt wird, die jeweils horizontal hintereinander angeordnet sind.

Im Fall, dass die Kolbenmaschine mehrere Arbeitskammern aufweist, ist es erfindungsgemäß zusätzlich oder alternativ bevorzugt, dass jede der

Arbeitskammern durch mindestens zwei separate Segmente (mindestens einer, bevorzugt aller) der oben genannten Komponenten begrenzt wird, die jeweils vertikal hintereinander angeordnet sind. Im Fall, dass die Kolbenmaschine genau eine Arbeitskammer aufweist, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass diese Arbeitskammer durch mindestens zwei separate Segmente (mindestens einer, bevorzugt aller) der oben genannten

Komponenten begrenzt wird, die axial hintereinander angeordnet sind.

Im Fall, dass die Kolbenmaschine genau eine Arbeitskammer aufweist, ist es erfindungsgemäß zusätzlich oder alternativ bevorzugt, dass diese Arbeitskammer durch mindestens zwei separate Segmente (mindestens einer, bevorzugt aller) der oben genannten Komponenten begrenzt wird, die horizontal hintereinander angeordnet sind.

Im Fall, dass die Kolbenmaschine genau eine Arbeitskammer aufweist, ist es erfindungsgemäß zusätzlich oder alternativ bevorzugt, dass diese Arbeitskammer durch mindestens zwei separate Segmente (mindestens einer, bevorzugt aller) der oben genannten Komponenten begrenzt wird, die vertikal hintereinander angeordnet sind.

Mindestens zwei der oben genannten separaten Gehäuseteile können miteinander verbindbar sein. Nach Fügen der Gehäuseteile umfasst das mit dem

Baukastensystem gefertigte Gehäuse der Kolbenmaschine in der Regel eins oder mehrere oder sämtliche der vorstehend genannten Gehäuseteile. In der vorliegenden Schrift kann der Begriff„Gehäuseteil“ durch eins, mehrere oder sämtliche der oben genannten Gehäuseteile aufgefasst werden. Der separate Gehäusedeckel wird in der vorliegenden Schrift als nicht zum Gehäuse gehörend angesehen.

Je nach Anwendungsfall können einzelne oder sämtliche Gehäuseteile aus einem Metall, einer Keramik und/oder einem Kunststoff oder einer Kombination der vorgenannten gefertigt sein. Je nach Anwendung der Kolbenmaschine können einzelne oder sämtliche Kolbenteile aus einem Metall, einer Keramik oder einem Kunststoff oder einer Kombination aus Metall und/oder Keramik und/oder Kunststoff gefertigt sein.

Üblicherweise sind die Stirnwand und der Gehäusedeckel parallel zueinander ausrichtbar. Die Seitenwände sind, falls vorgesehen, in der Regel entsprechend einem Schwenkwinkel des Kolbens winklig zueinander anordenbar. Die kreisbogenförmige Wand, die mindestens eine Seitenwand und/oder die

Lagerschale sind typischerweise axial zwischen dem Gehäusedeckel und der Stirnwand des Gehäuses anordenbar.

In einer Ausführungsform ist zwischen dem Gehäusedeckel und der Stirnwand mindestens ein Gehäuseteil anordenbar. Es kann vorgesehen sein, dass ein einziges, einstückiges Gehäuseteil zwischen dem Gehäusedeckel und der Stirnwand anordenbar ist. Dieses einstückige Gehäuseteil kann z.B. die kreisbogenförmige Wand, eine oder zwei Seitenwände und/oder die Lagerschale bilden. In einer weiteren Ausführungsform sind zwischen dem Gehäusedeckel und der Stirnwand mindestens zwei separate Gehäuseteile anordenbar.

Beispielsweise weist die kreisbogenförmige Wand mindestens zwei separate, vorzugsweise miteinander verbindbare Wandteile auf. Die Wandteile der

kreisbogenförmigen Wand können axial hintereinander und/oder axial nebeneinander anordenbar sein.

Optional umfasst die Lagerschale mindestens zwei separate, vorzugsweise miteinander verbindbare Lagerschalenteile. Die Lagerschalenteile sind

typischerweise axial hintereinander anordenbar.

In einer Variante umfasst die mindestens eine Seitenwand mindestens zwei separate, vorzugsweise miteinander verbindbare Seitenwandteile. Die

Seitenwandteile können axial hintereinander anordenbar sein.

Falls mehrere der vorstehend genannten Bauteile axial hintereinander angeordnet werden, kann eine Größe der Kolbenmaschine in axialer Richtung variiert werden.

Die Gehäuseteile und/oder die Kolbenteile können also scheibenartig hintereinander angeordnet werden. In diesem Fall können die Gehäuseteile und die Kolbenteile als Gehäusescheiben bzw. Kolbenscheiben bezeichnet werden. Die Stirnwand des Gehäuses und der Gehäusedeckel können bei axialer Erweiterung oder

Verkleinerung des Gehäuses gleich bleiben, beispielsweise wenn mehrere

Kolbenteile axial hintereinander geschaltet werden. In diesem Fall können eine gleiche Anzahl von Wandteilen, eine gleiche Anzahl von Lagerschalenteilen und eine gleiche Anzahl von Seitenwandteilen in Längsrichtung der Schwenkachse des Kolbens axial hintereinander geschaltet werden. In dieser Weise kann die mit dem Baukastensystem gefertigte Kolbenmaschine also eine einzige Stirnwand, N Kolbenteile, N Wandteile der kreisbogenförmigen Wand, N Lagerschalenteile und/oder N Seitenwandteile aufweisen, wobei N eine positive, ganze Zahl größer oder gleich zwei ist. N kann beispielsweise gleich 2, 3, 4, 5, 6, 7,

8, 9, 10 oder sogar mehr sein. Weiter kann ein einziger Gehäusedeckel vorgesehen sein. Die Stirnwand und/oder der Gehäusedeckel können auch mehrstückig ausgebildet sein. In einer Ausführungsform sind mindestens zwei der oben genannten Bauteile (Kolbenteile oder Gehäuseteile) baugleich. In einer weiteren Ausführungsform weisen die Kolbenteile, die Wandteile der kreisbogenförmigen Wand, die Lagerschalenteile und/oder die Seitenwandteile gleiche oder

unterschiedliche Abmessungen in axialer Richtung auf. Das Baukastensystem kann also verschiedene Bauteile gleicher oder unterschiedlicher Abmessungen in axialer Richtung umfassen.

Das Baukastensystem kann weiter ein einteiliges oder mehrteiliges Getriebegehäuse umfassen. Das Getriebegehäuse kann in einer Ausgestaltung an die Stirnwand anliegend angeordnet werden und mit der Stirnwand verbunden werden.

In einer Ausführungsform weist das Baukastensystem Mittel zum Fixieren, Fügen und/oder Befestigen der Gehäuseteile und/oder Kolbenteile auf. Beispielsweise sind die Gehäuseteile und/oder die Kolbenteile mittels einer Feder-Nut-Verbindung, Stiften, wie z.B. Fixierstiften, Haltestiften, miteinander verbunden. Zusätzlich oder alternativ zu den genannten Verbindungsmethoden können die Kolbenteile und/oder Gehäuseteile miteinander verschweißt, verklebt oder verlötet sein. Hierfür können für die Kolbenteile und/oder Gehäuseteile vorbestimmte Schweißstellen, Klebstellen oder Lötstellen vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Mittel zum Fixieren, Fügen und/oder Befestigen der Gehäuseteile und/oder Kolbenteile als Mittel zum

reversiblen Fixieren bzw. reversiblen Fügen bzw. reversiblen Befestigen der

Gehäuseteile und/oder Kolbenteile ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, da eine erfindungsgemäße Kolbenmaschine in ihrer Bauart (z.B. Größe der Kammern) besonders einfach umgerüstet (variiert) werden kann.

Es ist besonders bevorzugt, dass (alle) die Gehäuseteile und/oder die Kolbenteile derart miteinander verbunden sind, dass die Gehäuseteile (Kolbenteile) dauerhaft, jedoch reversible lösbar miteinander verbunden sind. Dies bedeutet, dass das Auflösen der Verbindung derart reversible möglich ist, dass die Gehäuseteile (Kolbenteile) und insbesondere deren Kontaktflächen unverändert erhalten bleiben und daher wiederverwendet werden können.

In einer Ausgestaltung umfasst das Baukastensystem mindestens einen weiteren als Schwenkelement ausgebildeten, schwenkbaren und im Gehäuse anordenbaren zweiten Kolben. Einzelheiten zur mehrkolbigen Kolbenmaschine sind z.B. in der DE 10 2010 036 977 B3 offenbart. Das Baukastensystem, bzw. das Gehäuse der Kolbenmaschine kann in diesem Fall eine zweite kreisbogenförmige Wand und eine der zweiten kreisbogenförmigen Wand gegenüberliegende zweite Lagerschale zur Lagerung des zweiten Kolbens haben.

Durch den modularen Aufbau der Kolbenmaschine können verschiedenartige Arbeitskammern innerhalb einer einzigen Kolbenmaschine konzipiert werden. In einer Ausführungsform weist das Gehäuse für jeden Kolben eine eigene

Arbeitskammer auf, wobei mindestens zwei Arbeitskammern unterschiedliche oder gleiche AbmessungenA/olumina haben und/oder unterschiedliche oder gleiche Funktionen haben. Hierbei kommen als Funktionen der Arbeitskammern z.B.

Verdichter, Pumpe oder Motor in Frage. Während eine Arbeitskammer der

Kolbenmaschine also als Verdichter ausgestaltet ist, kann eine andere

Arbeitskammer der Kolbenmaschine z.B. als Pumpe arbeiten. Weiter können durch verschiedene Arbeitskammern in einer einzigen Kolbenmaschine verschiedene Verdichter- oder Pumpenstufen bereitgestellt werden.

Die zweite kreisbogenförmige Wand und die Lagerschale können z.B. als erstes Kammerkopfteil ausgebildet sein. Optional sind die zweite Lagerschale und die kreisbogenförmige Wand als zweites Kammerkopfteil ausgebildet. Das erste

Kammerkopfteil und das zweite Kammerkopfteil können jeweils eine gleiche Form oder jeweils eine unterschiedliche Form aufweisen. Das Kammerkopfteil kann mehrere einstückig geformte Teilstücke (Scheiben) umfassen, die axial

hintereinander angeordnet sind.

Alternativ können die kreisbogenförmige Wand, die Lagerschale, die zweite kreisbogenförmige Wand und die zweite Lagerschale jeweils als separate

Gehäuseteile ausgebildet sein.

Das Baukastensystem kann einen Antrieb oder Abtrieb für die Kolbenmaschine aufweisen, welcher z.B. über eine Welle mit dem Kolben verbindbar sein kann.

Einem Fachmann ist geläufig, dass es viele Möglichkeiten für die Konstruktion des Antriebs oder des Abtriebs gibt. Die Erfindung ist daher nicht auf einen bestimmten Antrieb oder Abtrieb beschränkt.

Außerdem wird mit der vorliegenden Erfindung eine Kolbenmaschine vorgeschlagen, die mit dem vorstehenden Baukastensystem hergestellt ist. Die Kolbenmaschine umfasst in einer Ausführungsform mindestens ein Bauteil, das durch ein baugleiches Bauteil austauschbar ist. Falls sich also herausstellt, dass ein Bauteil der

Kolbenmaschine beschädigt ist, kann dieses Bauteil mithilfe des Baukastensystems gegen ein baugleiches Bauteil ausgetauscht werden.

Das Gehäuse kann zur konvektiven Kühlung des Kolbens mittels eines Kühlfluids mindestens eine Kühlöffnung aufweisen. Je nach Anwendung oder Bedarf kann die Kühlöffnung an verschiedenen Stellen des Gehäuses vorgesehen sein. In einer Ausführungsform ist die Kühlöffnung eine Öffnung, wie ein Spalt, die zwischen zwei separaten Gehäuseteilen gebildet ist. Zur Bildung der Kühlöffnung können die

Gehäuseteile zumindest teilweise voneinander beabstandet sein. So kann die

Kühlöffnung z.B. durch einen Spalt zwischen zwei voneinander beabstandeten Wandteilen oder Seitenwandteilen gebildet sein. Die Kühlöffnung kann auch durch weglassen bestimmter Gehäuseteile, Wandteile oder Seitenwandteile gebildet sein, z.B. durch Weglassen einer der Seitenwände oder Weglassen beider Seitenwände. Die Kühlöffnung kann alternativ oder zusätzlich auch in einem der genannten

Gehäuseteile vorgesehen sein. In diesem Fall käme z.B. eine Bohrung in dem entsprechenden Gehäuseteil in Betracht. Beispielsweise kann die Kühlöffnung in der kreisbogenförmigen Wand, in der Stirnwand und/oder in der mindestens einen Seitenwand vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühlöffnung auch in dem Gehäusedeckel oder in der Stirnwand vorgesehen sein. Die Kühlöffnung unterscheidet sich typischerweise von etwaigen Einlassventilen oder Auslassventilen. Weitere Einzelheiten zu möglichen Kühlöffnungen kann der Fachmann der

Veröffentlichung WO 2015/173255 A1 entnehmen.

Die vorstehend genannte Kolbenmaschine kann als Arbeitsmaschine in Form einer Kolbenpumpe und eines Kolbenverdichters oder als Kraftmaschine in Form eines Druckgasmotors oder Flydraulikmotors zur Umsetzung von dem Arbeitsraum erzeugten Druck in Bewegung eingesetzt werden. Die Kolbenmaschine erlaubt zudem eine grundsätzlich ölfreie Funktionsweise, welche insbesondere für eine Anwendung als Vakuumpumpe, Wasserpumpe oder Kompressor erwünscht ist. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Kolbenmaschine als ölfreie Kolbenmaschine ausgebildet. Ölfrei im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass (alle) die beweglichen Teile der Kolbenmaschine ölfrei sind.

Für die Eigenschaften der Kolbenteile und der Gehäuseteile der Kolbenmaschine wird auf die obigen Ausführungen zum Baukastensystem verwiesen. Merkmale die nur in Bezug auf das oben beschriebene Baukastensystem genannt wurden, können auch für die Kolbenmaschine beansprucht werden und andersherum.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, mehrere Antriebsmöglichkeiten vorzusehen, beispielsweise einen Schlaufenantrieb im Kolben oder separat im Getriebe des Schwenkhebels oder als Antrieb mit Kurbelwelle über einen Pleuel zum

Schwenkhebel und andere.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, dass die Kolbenmaschine mit

dauerfettgeschmierten Walzlagern ohne Kontakt zum Kolben oder Laufflächen und grundsätzlich ölfrei und ohne Abdichtfunktion arbeitet. Die Kolben laufen

berührungsfrei in der Kammer.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, dass kein Kurvenstück vorgesehen ist, wobei das Kammergehäuse an allen Stellen mehrteilig (mehrere Segmente pro

Komponente) ausgeführt sein kann. Ebenso können die Kolben seitlich (horizontal) und in der Höhe (vertikal) mehrteilig ausgeführt sein (vollkommenes

Baukastensystem).

Gemäß der Erfindung ist es möglich, dass die Kolben ohne Laufflächen arbeiten und auch nicht durch ein Kurvenstück geführt sind. Die Kolben arbeiten vorzugsweise berührungsfrei und ölfrei.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, dass bei zwei oder mehr Kolben kein

Walzeingriff und keine Verzahnung vorgesehen ist. Die Kolben arbeiten

berührungsfrei zu den anderen Kolben und arbeiten auch berührungsfrei zu den Kammerwänden; daher ist ein ölfreier Betrieb möglich.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, dass die Kolbenmaschine als 2-Taksystem mit Ansaugen und Verdichten (auf jeder Seite der Kolben) ausgebildet ist. Die

Kolbenmaschine ist ausgebildet, bei einer 360° Drehung der Kurbelwelle zwei Arbeitstakte auszuführen. Außerdem wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Kolbenmaschine vorgeschlagen.

Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:

- Bereitstellen des zuvor beschriebenen Baukastensystems,

- Fügen der genannten Gehäuseteile zu einem Gehäuse,

- Einfügen des Kolbens in das Gehäuse,

- Abschließen des Gehäuses mittels des Gehäusedeckels, und

- Bilden der Kolbenmaschine.

Falls mehrere Kolbenteile vorgesehen sind, werden die Kolbenteile in dem Gehäuse angeordnet. Danach kann der als Schwenkelement ausgebildete, schwenkbare und in dem Gehäuse angeordnete Kolben durch die Kolbenteile gebildet werden. Die Kolbenteile können auch außerhalb des Gehäuses zu dem Kolben

zusammengesetzt werden. Anschließend kann der Kolben in das Gehäuse eingefügt werden.

Für die Eigenschaften der Kolbenteile und der Gehäuseteile wird auf die obigen Ausführungen in Bezug auf das Baukastensystem und/oder die Kolbenmaschine verwiesen. Merkmale die nur in Bezug auf das oben beschriebene Baukastensystem oder die oben beschriebene Kolbenmaschine genannt wurden, können auch für das Verfahren zur Herstellung der Kolbenmaschine beansprucht werden und

andersherum.

Insgesamt ergibt sich durch die Modularität des Baukastensystems eine Reihe von Vorteilen gegenüber den einstückigen Kolbenmaschinen-Gehäusen aus dem Stand der Technik:

- niedrigere Entwicklungs- bzw. Geschäftsprozesskosten

- Reduktion von Koordinations- und Kommunikationskosten;

- Flexibilität in der Produkt- bzw. Organisationsentwicklung;

- schnellere Produktzyklen und höhere Anpassungsfähigkeit: wenn

verschiedene kompatible Module zur Verfügung stehen, die angebracht, entfernt, gewechselt oder anders gruppiert werden können, um das System an neue Bedingungen anzupassen. Eine einstückige Kolbenmaschine hingegen kann solche Anpassungen meistens nur in Form einer kostenträchtigen Strukturumwandlung bewerkstelligen.

- Flexibilität im Angebot, größere Produktvarietät;

- bei Mehrkammervarianten können mit einer Maschine gleichzeitig

verschiedene Anwendungen genutzt werden, z.B. als Kompressor-, Vakuum-; Hydraulik- oder Wasserpumpe; wobei eine der Kammern als Druckgasmotor diese Anwendungen statt eines Elektromotors antreiben kann;

- als Kompressor kann mehrstufig in einem Gehäuse verdichtet werden;

- billigere Fierstellung durch baugleiche Serien und einfachere

Montageprozesse; und

- kostengünstige Reparatur durch Austausch der fehlerhaften Komponente.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand beigefügter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Querschnitts einer Kolbenmaschine ohne

Schlaufenantrieb gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung;

Fig. 2 eine Vorderansicht eines weiteren Querschnitts einer Kolbenmaschine mit Schlaufenantrieb gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung;

Fig. 3a eine Seitenansicht der Kolbenmaschine der Figur 2 mit vertikalen und horizontalen Segmenten;

Fig. 3b eine perspektivische Darstellung der Kolbenmaschine der Figur 2 mit vertikalen und horizontalen Segmenten;

Fig. 3c eine Seitenansicht einer mehrstufigen Kolbenmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung mit vertikalen und horizontalen Segmenten;

Fig. 4 eine Ansicht auf einen Kolben der Kolbenmaschine der Figuren 2-3a mit vertikalen und horizontalen Segmenten; Fig. 5 eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit Schlaufenantrieb im Gehäuse, mit Ölschmierung und einer Arbeitskammer;

Fig. 6 eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit

Schlaufenantrieb im Kolben und zwei Arbeitskammern;

Fig. 7 eine Ansicht eines Querschnitts einer Kolbenmaschine mit zwei Kolben und drei Kammern in einem ersten Betriebszustand;

Fig. 8 eine Ansicht eines Querschnitts der Kolbenmaschine der Fig. 7 in

einem zweiten Betriebszustand;

Fig. 9 eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit zwei Kolben, zwei seitlichen Kühlöffnungen und nur einer zentralen Kammer in einem ersten Betriebszustand;

Fig. 10 eine Ansicht eines Querschnitts der Kolbenmaschine der Fig. 9 in

einem zweiten Betriebszustand;

Fig. 11 eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit zwei Kolben, zwei Kühlöffnungen und drei Kammern;

Fig. 12a eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit zwei Kolben, zwei seitlichen und oberen Kühlöffnungen und einer Kammer in einem ersten Betriebszustand;

Fig. 12b eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit zwei Kolben, zwei seitlichen und oberen Kühlöffnungen und einer Kammer in einem zweiten Betriebszustand;

Fig. 13 eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit zwei Doppelkolben und sieben Kammern;

Fig. 14 eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit drei

Kolben und vier Kammern;

Fig. 15a eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit drei

Kolben, drei Kühlöffnungen und zwei Kammern in einem ersten

Betriebszustand, und Fig. 15b eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit drei Kolben, drei Kühlöffnungen und zwei Kammern in einem zweiten Betriebszustand.

In den Figuren sind funktionsgleiche und wiederkehrende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.

Mit der Erfindung wird ein Baukastensystem zur Herstellung einer Kolbenmaschine 100 bereitgestellt. Das Baukastensystem umfasst hierbei mehrere separate, miteinander zu einem Gehäuse 1 der Kolbenmaschine 100 fügbare Gehäuseteile, mindestens einen als Schwenkelement ausgebildeten, schwenkbaren und in dem Gehäuse 1 anordenbaren Kolben 15, und einen Gehäusedeckel 7 zum Abdecken des Gehäuses 1. In Figuren 1-15 sowie der entsprechenden Figurenbeschreibung werden verschiedene Ausführungsformen von Kolbenmaschinen 100 beschrieben, welche mit dem erfindungsgemäßen Baukastensystem hergestellt sind.

Beispielsweise können die aus den Veröffentlichungen DE 10 2010 036 977 B3, DE 10 2014 214 435 A1 , DE 10 2008 040 574 B4 und WO 2015/173255 A1 bekannten Kolbenmaschinen mit dem Baukastensystem der vorliegenden Schrift hergestellt werden.

Im Folgenden wird zunächst auf die Figuren 1-3 Bezug genommen. In den Figuren 1 - 3 ist eine Schwingkolbenmaschine 100 gezeigt, welche ein Gehäuse 1 und ein Getriebegehäuse 4 umfasst. Das Gehäuse 1 bildet eine Arbeitskammer 2, in der ein Kolben 15 angeordnet ist. Die Kammer 2 weist einen kreissektorförmigen Querschnitt auf und wird entsprechend der Form eines Zylindersektors durch zwei in einem Winkel a von etwa 50° bis 60° zueinander angeordnete Seitenwände 5, 6, eine Stirnwand 10, einen Gehäusedeckel 7 sowie eine im Querschnitt kreisbogenförmige Wand 8 und einen Drehzylinder 9 begrenzt. An die der kreisbogenförmigen Wand 8 gegenüberliegenden Enden der Seitenwände 5, 6 schließt sich eine Lagerschale 3 an.

Der Drehzylinder 9 ist in der Lagerschale 3 drehbar um eine Schwenkachse 14 angeordnet. An dem Drehzylinder 9 ist ein als Schwenkplatte ausgebildeter Kolben 15 starr befestigt oder einstückig angeformt, sodass sich der Kolben 15 um die Schwenkachse 14 um den Schwenkwinkel a schwenken lässt. Der typischerweise als Hohlkörper ausgebildete Kolben 15 befindet sich in der Arbeitskammer 2 und liegt abdichtend mit einer Oberkante 26 an einer Innenfläche der gewölbten kreisbogenförmigen Wand 8 an. Die Oberkante 26 des Kolbens 15 ist im Querschnitt kreisbogenförmig. In beiden Seitenwänden 5, 6 der Kammer 2 sind jeweils

Einlassventile 22, 24 und Auslassventile 23, 25 ausgebildet. Eine Schwenkbewegung des Kolbens 15 definiert eine Schwenkebene, wobei die Stirnwand 10 und der der Stirnwand 10 gegenüberliegende Gehäusedeckel 7 parallel zur Schwenkebene ausgerichtet sind. Auf eine oder beide Seitenwände 5, 6 kann in analoger Weise zu der in der Fig. 9 gezeigten Kolbenmaschine 100 auch verzichtet werden.

Das Getriebegehäuse 4 ist parallel zur Arbeitskammer 2 und dem Kolben 15 sowie parallel zum Gehäusedeckel 7 und zur Stirnwand 10 angeordnet. In dem

Getriebegehäuse 4 ist ein Schwenkhebel 16 angeordnet, welche eine sich über dessen Länge erstreckende Führungsnut oder Schlaufe 17 aufweist. In die Schlaufe 17 greift ein Kurbelzapfen 18 einer in dem Getriebegehäuse 4 drehbar gelagerten Kurbelwelle 19 ein. Der Antrieb kann auch anders gestaltet werden.

Die Fig. 5 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine 100, die mit dem Baukastensystem hergestellt wurde. Die Kolbenmaschine 100 der Fig. 5 unterscheidet sich von der in den Figuren 1-3 gezeigten Kolbenmaschine 100 lediglich dadurch, dass das Getriebegehäuse 4 nicht an den Gehäusedeckel 7 angrenzt, sondern sich in radialer Richtung an die Lagerschale 3 anschließt. Das Getriebegehäuse 4 hat einen Ölsumpf 12 zur Schmierung des Kurbelgetriebes, d.h. der Schlaufe 17 und des in dieser gleitenden Kurbelzapfens 18. Die Arbeitskammer 2 ist gegenüber dem Getriebegehäuse 4 hermetisch mittels in der Lagerschale integrierter Dichtleisten 13 abgedichtet. An dem Drehzylinder 9 sind einander diametral gegenüberliegend der Kolben 15 und der Schwenkhebel 16 starr befestigt.

Die Fig. 6 zeigt noch eine weitere Ausführungsform einer mit zwei sich von dem Drehzylinder 9 gegenüberliegend erstreckenden Arbeitskammern 2 ausgebildeten Kolbenmaschine 100, die mit dem Baukastensystem hergestellt wurde. Die zu jeder Arbeitskammer 2 gehörenden, synchron in der jeweils anderen Richtung

angetriebenen Doppelkolben-Schwenkplatten 15, 15‘ sind gegenüberliegend am Drehzylinder 9 angebracht. Die Pleuelstange 16 ist integraler Bestandteil des mit einer Schlaufe 17 (Führungsnut) ausgebildeten Kolbens 15‘, die eine entsprechend größere Dicke aufweist und somit auch eine, wie Fig. 6 zeigt, dementsprechend größere Dimensionierung der Arbeitskammer 2‘ aufweist. Der Antrieb kann auch anders gestaltet werden.

Das Gehäuse 1 und der Kolben 15, 15‘ der zuvor beschriebenen Kolbenmaschinen 100 können aus verschiedensten Materialien, wie einem Metall, einem keramischen Material oder einem Kunststoff gefertigt sein.

Die zuvor beschriebene Kolbenmaschinen 100 können wie folgt als Kolbenpumpe oder als Kolbenverdichter arbeiten, aber auch als hier in der Funktion nicht beschriebener Druckgasmotor fungieren:

Während der Drehbewegung der Kurbelwelle 19 gleitet der Kurbelzapfen 18 in der Schlaufe 17 des Schwenkhebels 16, die dabei eine Schwenkbewegung ausführt und diese Schwenkbewegung auf den Kolben 15, 15‘ überträgt.

Bei einer Schwenkbewegung des Kolbens 15 von der in der Fig. 1 , 5 oder 6 gezeigten Position an der linken Seitenwand 5 der Kammer 2 zur rechten

Seitenwand 6 sind das linke Einlassventil 22 und das rechte Auslassventil 25 geöffnet, während das linke Auslassventil 23 und das rechte Einlassventil 24 geschlossen sind. Ein zuvor angesaugtes Fluid wird somit aus der Kammer 2 über das rechte Auslassventil 25 ausgestoßen. Auf der anderen Seite wird über das linke Einlassventil 22 ein Arbeitsfluid angesaugt, das bei weiterer Schwenkbewegung des Kolbens bei geschlossenem linken Einlassventil 22 und offenem linken Auslassventil

23 wieder ausgestoßen wird, während auf der rechten Seite Fluid über Einlassventil

24 angesaugt wird. Der Kolben 15 arbeitet somit als Doppelkolben mit zwei

Arbeitsflächen 129 und 130.

Alternativ kann z.B. vorgesehen sein, dass der Kurbelzapfen 18 der Kurbelwelle 19 in ein Pleuelauge eines gelenkig mit dem Kolben 15 verbundenen Schwenkhebels eingreift. Es können aber auch alternative Antriebe oder Abtriebe verwendet werden. Der Antrieb oder Abtrieb der Kolbenmaschine 100 ist somit nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.

Für die Funktionsweise der Kolbenmaschinen 100 der Fign. 1 -6 wird im Übrigen beispielhaft auf die Veröffentlichungen DE 10 2010 036 977 B3, DE 10 2014 214 435 A1 , DE 10 2008 040 574 B4 und WO 2015/173255 A1 Bezug genommen, die zum Bestandteil der vorliegenden Schrift gemacht werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Gehäuse 1 der Kolbenmaschine 100 mindestens zwei separate, miteinander verbundene

Gehäuseteile.

In der Fig. 1 ist angedeutet, dass die Seitenwände 5, 6, die Lagerschale 3, die kreisbogenförmige Wand 8 und die Stirnwand 10 separate Gehäuseteile bilden, welche zu dem in der Fig. 1 gezeigten Gehäuse 1 zusammengesetzt sind. Außerdem sind die kreisbogenförmige Wand 8, die Seitenwände 5, 6 und die Lagerschale 3 jeweils mehrteilig aufgebaut. So kann die kreisbogenförmige Wand 8 eine Vielzahl von Wandteilen 28 aufweisen, die Seitenwände 5, 6 können jeweils eine Vielzahl von Seitenwandteilen 29 aufweisen und die Lagerschale 3 kann eine Vielzahl von Lagerschalenteilen 30 aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Anzahl der Wandteile 28, die Anzahl der Seitenwandteile 29 und die Anzahl der Lagerschalenteile 30 gleich. Wie in der Fig. 3a und 3bangedeutet, können die Wandteile 28, Seitenwandteile 29 und Lagerschalenteile 30 scheibenartig in axialer Richtung hintereinander angeordnet sein.

Im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 weist die kreisbogenförmige Wand 8 drei separate Wandteile 28 auf, die Seitenwand 5 umfasst drei separate Seitenwandteile 29, die Seitenwand 6 umfasst drei separate Seitenwandteile (nicht dargestellt) und die Lagerschale 3 umfasst drei separate Lagerschalenteile 30. Wie den Fig. 3a und 3b entnehmbar, sind die Wandteile 28, die Seitenwandteile 29 und die

Lagerschalenteile 30 jeweils entlang der Schwenkachse 14 in axialer Richtung angeordnet. Zwischen dem Gehäusedeckel 7 und der Stirnwand 10 befinden sich also 12 einzelne Gehäuseteile.

Insgesamt umfasst das Gehäuse 1 der Kolbenmaschine 100 daher drei Wandteile 28, sechs Seitenwandteile 29 (jeweils drei von jeder Seitenwand 5 und 6), drei Lagerschalenteile 30 und eine Stirnwand 10, sodass das Gehäuse 1 aus 13 miteinander verbundenen Einzelteilen aufgebaut ist. Die Anzahl der verwendeten Gehäuseteilen kann in verschiedenen Ausführungsformen variieren und ist hierbei insbesondere nicht auf 13 beschränkt.

Durch den modularen Aufbau des Gehäuses 1 können einzelne Gehäuseteile preisgünstig gefertigt und bei Bedarf ausgetauscht werden. Weiterhin kann ein Volumen des Gehäuses 1 , insbesondere ein Volumen der Kammer 2, durch

Weglassen oder Hinzufügen von Gehäuseteilen verkleinert bzw. vergrößert werden. Weiterhin weist der Kolben 15 gemäß einer Ausführungsform mindestens zwei miteinander verbundene Kolbenteile 20 auf.

Die Anzahl der Kolbenteile 20 ist in einer Ausführungsform gleich der Anzahl der Wandteile 28, der Anzahl der Seitenwandteile 29 bzw. der Anzahl der

Lagerschalenteile 30, wobei die Anzahl der Kolbenteile 20 im gezeigten

Ausführungsbeispiel der Figuren 1 -3 drei beträgt. Die Anzahl der Kolbenteile 20 kann auch weniger oder mehr als drei betragen. Durch Variation der Anzahl der

Kolbenteile 20 und/oder Gehäuseteile kann ein Volumen der Kammer 2 geändert werden.

In der perspektivischen Darstellung der Kolbenmaschine der Figur 3b sind weiterhin das linke Einlassventil 22, das linke Auslassventil 23, das rechte Einlassventil 24 und das rechte Auslassventil 25 erkennbar. Weiterhin ist erkennbar, dass sowohl der Gehäusedeckel durch die Segmente 7, 7‘, 7“ gebildet ist, die sich vertikal

hintereinander erstrecken. Ferner ist die auf der Oberseite angeordnete

kreisbogenförmige Wand, in der die Ventile 22, 23, 24 und 25 eingelassen sind, jeweils axial und horizontal in jeweils 3 Segmente unterteilt. Gleiches gilt für die Lagerschale 3, die axial in jeweils drei Segmente 30 untereilt ist. Die (rechte) Seitenwand ist jeweils in 3 axial und 3 vertikal hintereinander angeordnete

Segmente, also insgesamt in 9 Segmente unterteilt, wobei vertikal hintereinander angeordneten Segmente mit den Bezugszeichen 6, 6‘ und 6“ gekennzeichnet sind. Gleiches gilt für die in Fig. 3b nicht gezeigte linke Seitenwand 7 in gleicher Weise.

Fig. 3c zeigt eine Seitenansicht einer Kolbenmaschine gemäß einer alternativen Ausführungsvariante der Erfindung. Die Kolbenmaschine der Ausführungsvariante der Fig. 3c entspricht im Wesentlichen der Kolbenmaschine gemäß

Ausführungsvariante der Figuren 1 bis 3b. Jedoch umfasst die Kolbenmaschine der Ausführungsvariante der Fig. 3c mehrere Verdichterstufen 71 , 71‘ und 71“, die jeweils mit vertikal unterschiedlich ausgedehnten separaten Seitenwänden 6, 6‘ und 6“ korrespondieren, während die separaten Seitenwände 29 der Kolbenmaschine gemäß Ausführungsvariante der Figuren 1 bis 3b jeweils (vertikal) gleich groß sind.

Insbesondere unterscheidet sich gemäß der Ausführungsvariante der Fig. 3c die vertikale Ausdehnung der axial hintereinander ausgebildeten Seitenwände 6, 6‘, 6“ voneinander. Dabei ist es bevorzugt, dass sich die vertikale Ausdehnung der Seitenwände 6, 6‘, 6“ entlang der Achse 14, bevorzugt von der Stirnwand 10 zum Deckel 7, mit jedem Segment 6, 6‘, 6“ verringert.

Der Vorteil der modularen Bauweise liegt auf der Hand, da die Kolbenmaschine gemäß Ausführungsvariante der Figuren 1 bis 3b in einfacher Weise in die

Kolbenmaschine der Ausführungsvariante der Fig. 3c umgebaut werden kann.

In der Fig. 4 ist eine Ansicht eines Längsschnitts des Kolbens 15 und des

Drehzylinders 9 der Figuren 1 bis 3 gezeigt. In der Fig. 4 ist erkennbar, dass der Kolben 15 drei Kolbenteile 20 aufweist, welche miteinander verbunden sind, um den Kolben 15 zu bilden. Außerdem weist der Drehzylinder 9 Drehzylinderteile 21 auf, welche jeweils mit den Kolbenteilen 20 verbunden sind. Die Drehzylinderteile 21 sind scheibenartig aneinander befestigt und bilden zusammen den Drehzylinder 9. In der Fig. 4 ist zudem die Schwenkachse 14 angedeutet. Die Kolbenteile 20 sowie die Drehzylinderteile 21 sind axial hintereinander entlang der Schwenkachse 14 angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform umfasst jedes Kolbenteil 20 eine Vielzahl von radialen Kolbenteilen 31 , die in radialer Richtung angeordnet sind, wobei die radialen Kolbenteile 31 durch Striche in der Fig. 3a angedeutet sind.

Die Gehäuseteile, die Kolbenteile 20 und die Drehzylinderteile 21 weisen Mittel, wie Stifte, Feder-Nut-Verbindungen oder dergleichen, zum Fügen, Befestigen und

Fixieren der Bauteile auf. Zusätzlich oder alternativ zu den genannten

Verbindungsmethoden können die Kolbenteile 20 und/oder Gehäuseteile miteinander verklebt, verschweißt oder verlötet sein. Hierfür können die Kolbenteile 20,

Drehzylinderteile 21 und/oder Gehäuseteile vorbestimmte Schweißstellen,

Klebstellen oder Lötstellen aufweisen.

Im Vergleich zu den Kolbenmaschinen 100 der Fig. 1-5 weisen die in den Figuren 7- 15 dargestellten Kolbenmaschinen 100 mindestens einen weiteren als

Schwenkelement ausgebildeten, schwenkbaren und im Gehäuse 1 angeordneten Kolben 15“ auf. Die Kolben 15 und 15” werden synchron und in jeweils parallel entgegengesetzter Richtung angetrieben und eine Schwenkachse 14’ des Kolbens 15” verläuft parallel zur Schwenkachse 14 des Kolbens 15. Für die Funktionsweise der mehrkolbigen Kolbenmaschinen der Figuren 7-15 wird z.B. auf die

Veröffentlichungen DE 10 2010 036 977 B3 sowie WO 2015/173255 A1 Bezug genommen, wobei der Offenbarungsgehalt dieser Veröffentlichungen zum

Bestandteil der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Auf Merkmale, die bereits in Zusammenhang mit den Kolbenmaschinen 100 der Figuren 1 -6 erläutert wurden, wird im Folgenden zur Vermeidung von Wiederholungen nicht weiter eingegangen. Merkmale der Kolbenmaschinen 100 der Figuren 1 -6 können mit den Merkmalen der Kolbenmaschinen der Figuren 7-15 kombiniert werden und andersherum.

Wie in den Ausführungsformen der Figuren 1-6 ist das Gehäuse 1 der

Kolbenmaschinen der Figuren 7-12 mehrteilig ausgebildet, d.h. das Gehäuse 1 umfasst mehrere, miteinander verbundene Gehäuseteile.

Zusätzlich zu den oben genannten Gehäuseteilen kann das Gehäuse 1 unter anderem Lagerschale 3’, Seitenwand 5’, kreisbogenförmige Wand 8’, Drehzylinder 9’, Einlassventil 22’, Auslassventil 23’, Einlassventil 24’ und/oder Auslassventil 25’ umfassen.

Die kreisbogenförmige Wand 8’ und die Lagerschale 3 sind als erstes

Kammerkopfteil 60 ausgebildet. Weiterhin sind die kreisbogenförmige Wand 8 und die Lagerschale 3’ als zweites Kammerkopfteil ausgebildet. Die Kammerkopfteile 60, 62 umfassen mehrere einstückige Scheiben, die analog zu den Wandteilen 28, Seitenwandteilen 29 und Lagerschalenteilen 30 der Fig. 3a axial hintereinander angeordnet sind. Hierbei ist eine Anzahl der axialen Scheiben eines Kammerkopfteils 60, 62 genau so groß wie die Anzahl der Kolbenteile 20. Wie aus den Figuren ersichtlich, können die beiden Kammerkopfteile 60, 62 eine gleiche Form aufweisen.

Der Kolben 15” bzw. der Drehzylinder 9’ kann ebenfalls wie der Kolben 15 bzw. der Drehzylinder 9 mehrteilig ausgebildet sein. Für die Einzelheiten des mehrteiligen Kolbens 15” und des mehrteiligen Drehzylinders 9’ wird auf die Fig. 4 und die entsprechende obige Beschreibung verwiesen.

Die Kolbenmaschinen 100 der Figuren 9 bis 12b weisen im Vergleich zur

Kolbenmaschine der Fig. 7-8 Kühlöffnungen 70 im Gehäuse 1 zur konvektiven Kühlung des Kolbens oder des Gehäuses 1 auf. Die Kühlöffnung 70 kann ein Spalt im Gehäuse 1 sein, der sich in axialer Richtung erstreckt. Zur Bildung der

Kühlöffnung 70 oder des Spalts können Gehäuseteile voneinander beabstandet sein. So umfasst die in der Fig. 11 gezeigte Kolbenmaschine Kammerkopfteile 60 bzw. 62 sowie davon beabstandete kreisbogenförmige Wände 8’ bzw. 8, wobei die

Kühlöffnungen 70 zwischen Kammerkopfteil 62 und Wand 8 bzw. zwischen

Kammerkopfteil 60 und Wand 8’ angeordnet sind. Die in den Figuren 1 , 5 und 6 gezeigten Kolbenmaschinen 100 können optional auch eine oder mehrere Kühlöffnungen aufweisen.

Die Kühlöffnung kann gemäß den Ausführungsformen der Fign. 9, 10 und 12b auch durch Weglassen mindestens einer der Seitenwände gebildet sein. So wurde in der Ausführungsform der Kolbenmaschine 100 der Figuren 9 und 10 auf die

Seitenwände 5 und 5’ verzichtet, um Kühlöffnungen 70 zu bilden und die Kolben 15 und 15” seitlich zu kühlen. Ein Arbeitsmedium gelangt über Einlassventil 24’ in die Arbeitskammer und wird über Auslassventil 25’ wieder ausgestoßen.

Wie aus den Figuren 12a und 12b ersichtlich ist, bewegen sich die Kolben15 und 15“ zwischen einer ersten Stellung, in der die Kolben15 und 15“ minimal zueinander, jedoch berührungsfrei beabstandet sind und einer zweiten Stellung, in der die Kolben 15, 15“ maximal von einander entfernt sind. Die Kolbenmaschine ist derart ausgebildet, dass die Kolben 15, 15“ stets um 180° zueinander versetzt angeordnet sind.

Weitere Einzelheiten zu den Kühlöffnungen 70 sind in der Veröffentlichung

WO2015/173255 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt zum Bestandteil der vorliegenden Schrift gemacht wird.

In den Figuren 13 und 14 sind zwei weitere Beispiele von Kolbenmaschinen 100 mit vier Kolben 15, 15‘, 15“, 15““ (Fig. 3a) bzw. mit drei Kolben 15, 15‘ (Fig. 4) gezeigt. Die Kolbenmaschine 100 der Fig. 13 ist hierbei eine Kombination der

Kolbenmaschinen 100 der Figuren 6 und 7. Die Kolbenmaschine 100 der Fig. 14 stellt eine Erweiterung der Kolbenmaschine 100 der Fig. 7 dar. Durch die

Kolbenmaschinen 100 der Figuren 13 und 14 können mehrere Arbeitskammern A1 , A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11 geschaffen werden, die jeweils als Pumpe, Verdichter, Druckgasmotor und/oder Expansionsmotor gleichzeitig arbeiten können. Die Kolben 15, 15‘, 15“ und 15‘“ können unterschiedliche Längen aufweisen, wodurch Arbeitskammern A1 , A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11 mit verschieden großen Volumina bereitgestellt werden können. Hierdurch können die Kolbenmaschinen z.B. als Mehrstufenkompressoren oder mehrstufige

Vakuumpumpen betrieben werden. Weiter können die Arbeitskammern A1 , A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11 der Kolbenmaschinen 100 der Figuren 13 und/oder 14 in axialer Richtung jeweils unterschiedlich groß sein. Wie in den Figuren 13 und 14 zu erkennen ist, können verschiedenartige Gehäuseteile zu einzelnen Teilen zusammengefasst werden. So ist in der Fig. 13 ein Seitenwandteil, eine kreisbogenförmige Wand und ein Teil einer Lagerschale zu einem Gehäuseteil 64 zusammengelegt. In der Fig. 14 sind zwei kreisbogenförmige Wände und eine Lagerschale zu einem Gehäuseteil 66 zusammengefasst. Weiter sind in der Fig. 14 zwei Lagerschalen und eine kreisbogenförmige Wand zu einem Gehäuseteil 68 vereinigt. Die Gehäuseteile 64, 66, 68 können jeweils in axialer Richtung mehrere Scheiben aufweisen, welche miteinander verbunden sind.

Die Figuren 15a und 15b zeigen eine Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Kolbenmaschine mit drei Kolben, drei Kühlöffnungen und zwei Kammern mit jeweils unterschiedlichen Stellungen der Kolben 15, 15‘ und 15“.

Die Kolbenmaschine 100 weist drei Kolben 15, 15‘ und 15“ auf, die mit den

Gehäuseteilen 66, 68 und den drei Kühlöffnungen 70 zwei Arbeitskammern A12 und A13 ausbilden. In einem ersten Arbeitsschritt ausgehend von den Kolbenstellungen der Figur 15b bewegen sich die Kolben 15 und 15‘ zueinander, um die

Arbeitskammer A12 mit dem Einlassventil 24 und dem Auslassventil 25 zu

verdichten. In diesem Schritt schwenkt der Kolben 15“ausgehend von den

Kolbenstellungen der Figur 15b vom Kolben 15‘ weg (d.h. nach rechts außen), so dass in einer Mittelstellung (Figur 15a) die untere Kühlöffnung 70 kurzfristig durch den Kolben 15‘ und die rechte Kühlöffnung 70 sowie die linke Kühlöffnung 70 ebenfalls kurzfristig durch die Kolben 15 bzw. 15“ verschlossen werden. Danach schwenken die Kolben 15 und 15‘ weiter zueinander, so dass diese einen minimalen Abstand voneinander haben (Endstellung entgegengesetzt zur Endstellung der Figur 15b, nicht dargestellt). Dabei werden die untere Kühlöffnung 70 und die rechte (bzw. linke) Kühlöffnung 70 geöffnet (Endstellung der Figur 15b bzw. entgegengesetzte Endstellung - nicht dargestellt). Dadurch kann die Arbeitskammer A12 während des Verdichtens der Arbeitskammer A13 besonders effektiv gekühlt werden (Figur 15b) bzw. umgekehrt kann die Arbeitskammer A13 während des Verdichtens der

Arbeitskammer A12 besonders effektiv gekühlt werden (nicht dargestellt). Daher kann auf weitere Kühlmittel (z.B. aktive Kühlungen) verzichtet werden.

Die vorstehend offenbarten Kolbenmaschinen sind gemäß einem Aspekt der

Erfindung als mehrteilige Kolbenmaschinen beschrieben worden, d.h. die

Arbeitskammer ist durch eine Vielzahl von Gehäuseteilen ausgebildet. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es jedoch möglich, dass sämtliche vorstehend offenbarten Kolbenmaschinen eine einteilige Arbeitskammer aufweisen. Diese sind möglicherweise nicht mittels des vorstehend erläuterten Baukastensystems herstellbar; jedoch können diese Kolbenmaschinen die weiteren in der Anmeldung offenbarten Vorteile erzielen.

Außerdem wird mit der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der in den Figuren 1 - 15 gezeigten Kolbenmaschinen 100 bereitgestellt. Das Verfahren umfasst zumindest folgende Schritte:

Bereitstellen von mindestens zwei separaten, miteinander verbindbaren Gehäuseteilen,

Bereitstellen von mindestens zwei separaten, miteinander verbindbaren Kolbenteilen 20, 31 ,

Bereitstellen eines Gehäusedeckels 10,

Fügen der genannten Gehäuseteile zu einem Gehäuse 1 ,

Anordnen der Kolbenteile 20, 31 in dem Gehäuse 1 ,

Bilden eines als Schwenkelement ausgebildeten, schwenkbaren und in dem Gehäuse 1 angeordneten Kolbens 15 durch die Kolbenteile 20 und

Abschließen des Gehäuses 1 mittels des Gehäusedeckels 10 zum Bilden der Kolbenmaschine 100.

Weitere Schritte können hinzugefügt werden, um die spezifischen Merkmale der in den Figuren 1 -15 gezeigten Kolbenmaschinen 100 herzustellen.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse

2 Kammer

3 Lagerschale

3’ Lagerschale

4 Getriebegehäuse

4‘ Getriebegehäuse(segment) 4“ Getriebegehäuse(segment)

5 Linke Seitenwand

5’ Seitenwand

6 rechte Seitenwand

6‘ rechte Seitenwand

6“ rechte Seitenwand

7 Gehäusedeckel

7‘ Gehäusedeckel (segment)

7“ Gehäusedeckel (segment)

8 kreisbogenförmige Wand

8’ kreisbogenförmige Wand

9 Drehzylinder

9’ Drehzylinder

10 Stirnwand

10‘ Stirnwand

10“ Stirnwand

11 Kurbelradius

12 Ölsumpf

13 Dichtleiste

14 Schwenkachse

14’ Schwenkachse

15 Kolben

15‘ Kolben

15” Kolben

15‘“ Kolben

16 Schwenkhebel

17 Schlaufe 18 Kurbelzapfen

19 Kurbelwelle

20 Kolbenteil

21 Drehzylinderteil

22 linkes Einlassventil

22 Einlassventil

23 linkes Auslassventil

23’ Auslassventil

24 rechtes Einlassventil

24’ Einlassventil

25 rechtes Auslassventil

25’ Auslassventil

26 Oberkante des Kolbens

27 Welle

28 Wandteil

29 Seitenwandteil

30 Lagerschalenteil

31 Kolbenteil

60 Kammerkopfteil

62 Kammerkopfteil

64 Gehäuseteil

66 Gehäuseteil

68 Gehäuseteil

70 Kühlöffnung

71 Verdichterstufe 1

71‘ Verdichterstufe 2

71“ Verdichterstufe 3

100 Kolbenmaschine

129 Arbeitsfläche

130 Arbeitsfläche a Schwenkwinkel

A1 Arbeitskammer

A2 Arbeitskammer

A3 Arbeitskammer

A4 Arbeitskammer

A5 Arbeitskammer A6 Arbeitskammer A 7 Arbeitskammer A8 Arbeitskammer A9 Arbeitskammer A10 Arbeitskammer A11 Arbeitskammer A12 Arbeitskammer A13 Arbeitskammer