DE10194852B4

DE10194852B4 - Hubkolbenmaschine

Info

Publication number: DE10194852B4
Application number: DE10194852T
Authority: DE
Inventors: Willi Parsch
Original assignee: Ixetic Mac GmbH
Current assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2010-03-11
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: US20040007126A1; FR2816670B1; FR2816670A1; DE10154599A1; ITMI20012376A1; JP2004512468A; US6928919B2; JP4838485B2; DE10194852D2; WO2002038959A1; AU2002213826A1

Abstract

Hubkolbenmaschine mit einer in ihrer Neigung zur Maschinenwelle verstellbaren, von der Maschinenwelle angetriebenen Schwenkscheibe, in-dem sie sowohl mit einer auf der Maschinenwelle in axialer Richtung wirksamen Führungsvorrichtung als auch mit Abstand von der Maschinenwelle mit einem die Antriebskraft übertragenden Mitnehmer gelenkig verbunden ist, wobei die Kolben jeweils eine Gelenkanordnung aufweisen, an der die Schwenkscheibe im Gleiteingriff steht, wobei die Schwenkscheibe die Form einer Ringscheibe hat und an einer Stelle ihres Umfanges einen zumindest radial nach innen offenen Eingriffsraum aufweist, in den der Kopf eines mit der Maschinenwelle fest verbundenen Mitnehmers eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Wirklinien der Krafteinleitung der Axialkräfte von der Schwenkscheibe auf den Mitnehmer nicht im Bereich der in Längsaxialrichtung der Hubkolbenmaschine geringsten Wandstärke des Eingriffsraumes in der Schwenkscheibe angeordnet ist, sondern seitlich rechts und links davon weiter nach hinten gelagert in Bereiche größerer Wandstärken des Eingriffsraumes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit einer in ihrer Neigung zur Maschinenwelle verstellbaren, von der Maschinenwelle angetriebenen Schwenkscheibe, indem sie sowohl mit einer auf der Maschinenwelle in axialer Richtung wirksamen Führungsvorrichtung als auch mit Abstand von der Maschinenwelle mit einem die Antriebskraft übertragenden Mitnehmer gelenkig verbunden ist, wobei die Kolben jeweils eine Gelenkanordnung aufweisen, an der die Schwenkscheibe im Gleiteingriff steht, wobei die Schwenkscheibe die Form einer Ringscheibe hat und an einer Stelle ihres Umfanges einen zumindest radial nach innen offenen Eingriffsraum aufweist, in den der Kopf eines mit der Maschinenwelle fest verbundenen Mitnehmers eingreift.
Eine Hubkolbenmaschine in dieser Art ist bekannt durch die DE 197 49727 A1 . Bei dieser Maschine hat der Mitnehmer einen kugelförmigen Mitnehmerkopf, der in eine zylindrische Aussparung, auch als Eingriffsraum bezeichnet, der Schwenkscheibe eingreift. Es handelt sich also bei dieser Maschine im Bereich der Berührfläche des Mitnehmers, auch als Drehmomentstütze bezeichnet, und der Schwenkscheibe, auch als Schwenkring bezeichnet, um eine Abstützung über einen Zylinder-Kugelkontakt nach dem Prinzip der größtmöglichen Kontaktbereiche. Nachteilig bei dieser Maschine ist, dass dieses Kontaktprinzip ein ungleichmäßiges Verformungsverhalten der Schwenkringlaufseiten bewirkt, welches in der Folge zu ungünstigem Laufverhalten der Gleitschuhe auf dem Schwenkring führt. Im Bereich der zylindrischen Bohrung des Schwenkrings, in der sich die kugelförmige Fläche der Drehmomentstütze abstützt, kommt es durch die prinzipbedingt sehr kleine Restwandstärke des Schwenkrings zu einer starken Verformung in diesem Bereich. Dadurch werden die Laufeigenschaften der Gleitschuhe auf dem Schwenkring verschlechtert.
Aufgabe der Erfindung ist es also, das Verformungsverhalten der Schwenkringlaufseiten zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hubkolbenmaschine mit einer in ihrer Neigung zur Maschinenwelle verstellbaren, von der Maschinenwelle angetriebenen Schwenkscheibe, indem sie sowohl mit einer auf der Maschinenwelle in axialer Richtung wirksamen Führungsvorrichtung als auch in Abstand von der Maschinenwelle mit einem die Antriebskraft übertragenen Mitnehmer gelenkig verbunden ist, wobei die Kolben jeweils eine Gelenkanordnung aufweisen, an der die Schwenkscheibe in Gleiteingriff steht, wobei die Schwenkscheibe die Form einer Ringscheibe hat und an einer Stelle ihres Umfanges einen zumindest radial nach innen offenen Eingriffsraum aufweist, in dem der Kopf eines mit der Maschinenwelle fest verbundenen Mitnehmers eingreift, wobei hier erfindungsgemäß der Bereich der Wirklinien der Krafteinleitung der Axialkräfte von der Schwenkscheibe auf den Mitnehmer nicht im Bereich der in Längsaxialrichtung der Hubkolbenmaschine geringsten Wandstärke des Eingriffsraumes in der Schwenkscheibe angeordnet ist, sondern seitlich rechts und links davon weiter nach hinten verlagert in Bereiche größerer Wandstärken des Eingriffsraumes.
Eine erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass der ansonsten kugelförmige Kopf des Mitnehmers im vorderen Bereich eine Abflachung quer zur Längsaxialrichtung der Hubkolbenmaschine oder in Aufsicht einen quer ausgerichteten ovalen Querschnitt aufweist und der Eingriffsraum im Schwenkring zylindrisch, also im Querschnitt kreisförmig ist.
Das führt dazu, dass durch die Abflachung oder das Oval die Berührpunkte des Mitnehmerkopfes im kreisförmigen Eingriffsraumquerschnitt rechts und links von der Mitte des Eingriffraumes liegen und von der dünnsten Wandstärke des Eingriffraumes weg nach hinten in Bereiche größerer Wandstärken verlagert sind.
Eine weitere erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass der Eingriffsraum im Schwenkring in Längsaxialrichtung der Hubkolbenmaschine einen eiförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweist und in diesem Fall der Kopf des Mitnehmers kugelförmig ist, also in der Ebene der Berührpunkte einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Das führt ebenfalls zu einer Verlagerung der Berührpunkte, durch die die Axialkräfte übertragen werden, in Bereiche größerer Schwenkring-Wandstärken.
Bevorzugt wird eine Hubkolbenmaschine, bei der eine Flächenpressung in Axialrichtung der Maschine, im Bereich der Berührfläche zwischen Mitnehmer und Schwenkring im Bereich größerer Wandstärken vorliegt. Weiterhin wird eine Hubkolbenmaschine bevorzugt, welche ein geringeres, verbessertes Verformungsverhalten der Schwenkringlaufseite in axialer Richtung besitzt, da sich die Verformung im Bereich größerer Wandstärken befindet.
Dadurch werden bei einer erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine die dünnwandigen Bereiche im Eingriffsraum des Schwenkrings entlastet.
Weiterhin wird eine Hubkolbenmaschine bevorzugt, bei der die vordere Wandstärke des Schwenkringes im Bereich der Berührfläche zwischen Mitnehmer und Schwenkring größer als die hintere Wandstärke ist.
Die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine wird nun anhand der Figuren in einigen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben,
Es zeigen 1a und 1b einen Mitnehmer und einen Schwenkring einer bekannten und einer erfindungsgemäßen Ausführung im Querschnitt,
2a und 2b zeigen jeweils eine dreidimensionale Darstellung einer Welle mit Mitnehmer und Schwenkring einer bekannten und einer erfindungsgemäßen Ausführung.
3a und 3b zeigen jeweils in Aufsicht Schwenkring und Drehmomentenstütze einer bekannten und einer erfindungsgemäßen Ausführung, und
4 zeigt mehrere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Mitnehmern und Eingriffsräumen in Aufsicht.
In 1a ist im Querschnitt eine Welle 1 einer Hubkolbenmaschine zu sehen, bei welcher in einer Öffnung 2 ein Mitnehmer 3 befestigt ist, der auch als Drehmomentstütze bezeichnet wird. Der Mitnehmer 3 hat an seinem aus der Welle herausragenden Ende eine Verjüngung, an die sich ein kugelförmiger Kopf 4 anschließt. In der hier ebenfalls im Querschnitt dargestellten Schwenkscheibe 5 ist im Bereich des Kugelkopfes 4 eine zylindrische Ausnehmung 6 vorhanden, in die der Kugelkopf 4 eingreift, was dazu führt, daß eine relativ dünne Wandstärke 7 der Schwenkscheibe 5 gerade in dem Bereich vorhanden ist, in dem die axialen Kräfte 8, welche durch die Kolben auf die Schwenkscheibe wirken, angreifen. Weiterhin ist eine axiale Führungsvorrichtung 9 auf der Welle 1 dargestellt, die aus der DE 197 49 727 A bekannt ist und auf die hier nicht weiter eingegangen werden soll. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Mitnehmers und der Schwenkscheibe in 1b wird deutlich, dass der Kugelkopf 4 an seinem vorderen Ende 10 abgeplattet ist, wodurch sich die Wandstärke in den Berührungspunkten des Schwenkrings zusätzlich zu der schon vorhandenen Wandstärke 7 noch um die Wandstärke 11 vergrößern kann, so dass eine größere Wandstärke im Angriffsbereich der axialen Kräfte 8 vorhanden ist und somit diese Wandstärke unter Einwirkung der axialen Kräfte eine geringere Verformung erfährt.
2a zeigt den Schwenkring und die Drehmomentstütze der bekannten Hubkolbenmaschine. In der perspektivischen Darstellung ist der Schwenkring 5 zu erkennen, der im Bereich des Eingriffsraumes 6, in dem das obere Ende des Kugelkopfes 4 gerade noch zu erkennen ist, in diesem Bereich eine dünne Wandstärke 7 aufweist. Der Mitnehmer 3 ist mit seinem anderen Ende in der Welle 1 befestigt. Auf der Welle 1 ist weiterhin die axiale Führungsvorrichtung 9 dargestellt, welche mit zwei Armen 12, welche über bolzenartige Enden 13 drehbar im Schwenkring 5 befestigt sind, die axiale Führung des Schwenkrings auf der Welle sicherstellen. Bei Drehung der Welle wird das Drehmoment über den Mitnehmer 3 mittels des Eingriffraumes 6 auf den Schwenkring 5 übertragen. In der 2b ist eine erfindungsgemäße Ausführung der Schwenkringscheibe und des Mitnehmerarmes dargestellt. Man erkennt, dass im Bereich der Berührungspunkte des Eingriffraumes 6 mit dem Mitnehmer 3 die Wandstärke 7 durch eine zusätzliche Wandstärke 11 vergrößert wird, da der ursprünglich kugelförmige Mitnehmerkopf 4 an seiner vorderen Seite jetzt abgeplattet ist.
3a zeigt die bekannte Hubkolbenmaschine mit ihren Teilen 5, dem Schwenkring und ihrer Drehmomentstütze 4 in einer Aufsicht. Die auf den Schwenkring axial wirkenden Kräfte 8 führen dazu, dass im Bereich der dünnen Wandstärke 7 des Eingriffsraumes 6 eine Verformung stattfindet, die durch die Verformungslinie 20 angedeutet wird. Das führt dazu, dass auf dem Schwenkring laufende Gleitschuhe der Kolben an dieser Stelle eine ungewollte Hubbewegung und damit einen unruhigen Lauf erfahren.
Die verbesserte Ausführung in 3b, in welcher die Wandstärke 7 des Eingriffsraumes 6 durch die zusätzliche Wandstärke 11 in den Berührpunkten vergrößert wurde, die aufgrund der Abplattung 10 des Drehmomentstützenkopfes 4 gewonnen werden konnte, führt dazu, dass die Verformung durch die axialen Kräfte verlagert und auf ein unwesentliches Maß reduziert wird und damit die hier nicht dargestellten Gleitschuhe der Kolben auf diesem Schwenkring ruhig laufen können.
Das Problem der zu kleinen Restwandstärken des Schwenkring wird also dadurch gelöst, dass die ursprünglich kugelförmige Oberfläche der Drehmomentenstütze eine Abplattung im Bereich der Wirklinie der Krafteinleitung der Axialkräfte vom Schwenkring erhält. Dadurch wird ein Kraftfluß eingestellt, der die dünnwandigen Bereiche im Schwenkring entlastet und dadurch die Verformung verringert.
In der Folge ergeben sich deutlich bessere Laufeigenschaften der Gleitschuhe, bei gleichzeitiger weiterer Vergrößerung der Restwandstärke in den Berührungspunkten am Schwenkring. Ist die Vergrößerung der Wandstärke am Schwenkring nicht erforderlich, da der Kraftfluß an sich schon zu einer geringeren Belastung führen kann, kann durch eine zusätzliche Verringerung der Restwandstärke in der entsprechenden Maschine Bauraum gespart werden. Gegebenenfalls wird eine geringere oder auch gleichmäßigere Flächenpressung im Bereich der Berührfläche zwischen Drehmomentenstütze und Schwenkring erzeugt. Die Erfindung hat damit die Vorteile, dass das Laufverhalten der Gleitschuhe auf dem Schwenkring verbessert wird, dass die Wandstärke im Axialkrafteinwirkungsbereich verstärkt werden kann, was zu geringeren Verformungen führt, oder gegebenenfalls verringert werden kann, was zur Bauraumeinsparung führt. Die Bauraumersparung ermöglicht wiederum größere Schwenkwinkel der Schwenkscheibe. Außerdem entfallen durch die Erfindung Sekundärmaßnahmen zur Verbesserung des Laufverhaltens am Schwenkring, wie zum Beispiel teure Hartstoffbeschichtungen wie Balinit.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist, den Eingriffsraum 6 exzentrisch zur Dickenmittellinie des Schwenkrings nach hinten zu verlagern, das heißt von der Angriffsseite der Axialkräfte 8 weg, sodass auch hier die vordere Wandstärke 11 vergrößert wird.
4 zeigt Ausführungen des Kugelkopfes und des Eingriffsraumes von oben in Detailansicht. So zeigt 4a den Mitnehmerkopf mit der Abplattung 10, welche an den Enden zur Bildung von stetigen Übergängen abgerundet ist. Eine ovale Mitnehmerkopfausführung wie in 4b dargestellt ergibt ebenfalls eine vorteilhafte Krafteinleitung gegenüber einem kugelförmigen Mitnehmerkopf in einem zylindrischen Eingriffsraum.
Man erkennt deutlich, dass in Zusammenwirken mit dem kreisförmigen Querschnitt des Eingriffraumes 6 sich rechts und links von der Mittelachse zwei Berührpunkte zur Krafteinleitung bilden, die auch nach hinten in Bereiche größerer Wandstärken des Eingriffsraumes 6 verlagert sind.
Die 4c und 4d zeigen in Aufsicht einen kugelförmigen Mitnehmerkopf 4 in Zusammenwirken mit einem eiförmigen Querschnitt (4c) des Eingriffsraumes 6 und mit einem elliptischen Querschnitt (4d). Auch hier wird deutlich erkennbar, dass sich gegenüber nur einem Berührpunkt, der sich bei einen kreisförmigen Eingriffsraum ergeben würde, zwei Berührpunkte zur Krafteinleitung ergeben, die in Bereiche größerer Wandstärken verlagert sind.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder den Zeichnungen offenbarte Merkmalkombinationen zu beanspruchen.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

Hubkolbenmaschine mit einer in ihrer Neigung zur Maschinenwelle verstellbaren, von der Maschinenwelle angetriebenen Schwenkscheibe, in-dem sie sowohl mit einer auf der Maschinenwelle in axialer Richtung wirksamen Führungsvorrichtung als auch mit Abstand von der Maschinenwelle mit einem die Antriebskraft übertragenden Mitnehmer gelenkig verbunden ist, wobei die Kolben jeweils eine Gelenkanordnung aufweisen, an der die Schwenkscheibe im Gleiteingriff steht, wobei die Schwenkscheibe die Form einer Ringscheibe hat und an einer Stelle ihres Umfanges einen zumindest radial nach innen offenen Eingriffsraum aufweist, in den der Kopf eines mit der Maschinenwelle fest verbundenen Mitnehmers eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Wirklinien der Krafteinleitung der Axialkräfte von der Schwenkscheibe auf den Mitnehmer nicht im Bereich der in Längsaxialrichtung der Hubkolbenmaschine geringsten Wandstärke des Eingriffsraumes in der Schwenkscheibe angeordnet ist, sondern seitlich rechts und links davon weiter nach hinten gelagert in Bereiche größerer Wandstärken des Eingriffsraumes.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ansonsten kugelförmige Kopf des Mitnehmers im vorderen Bereich eine Abflachung quer zur Längsaxialrichtung der Hubkolbenmaschine oder in Aufsicht einen quer ausgerichteten ovalen Querschnitt aufweist und der Eingriffsraum im Schwenkring zylindrisch, also im Querschnitt kreisförmig ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriffsraum im Schwenkring in Längsaxialrichtung der Hubkolbenmaschine einen eiförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweist und der Kopf des Mitnehmers kugelförmig ist, also in der Ebene der Berührungspunkte einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flächenpressung in axialer Richtung der Maschine im Bereich der Berührfläche von Mitnehmer und Schwenkscheibe im Bereich größerer Wandstärken vorliegt.
Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein geringeres, verbessertes Verformungsverhalten der Schwenkringlaufseiten im Bereich größerer Wandstärken in axialer Richtung vorliegt.
Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dünnwandigen Bereiche im Eingriffsraum des Schwenkrings entlastet werden.
Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Wandstärke des Schwenkrings im Bereich der Berührfläche Mitnehmer-Schwenkring größer ist als die hintere Wandstärke.