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Kolben für eine Axialkolbenmaschine Eine Axialkolbenmaschine besteht
in ihren wesentlichen Teilen aus einer drehbaren Zylindertrommel, einer Treibscheibe,
die mit der Antriebswelle starr verbunden ist, und einer Anzahl von Kolben mit Kolbenstangen,
deren kugelig ausgebildete Enden in der Treibscheibe auf einem Kreis angelenkt sind.
Zwischen der Achse der Antriebswelle und der Achse der Zylindertrommel ist ein veränderlicher
Winkel eingeschlossen, dessen Größe für die Größe des Kolbenhubes und damit für
das Hubvolumen der Maschine maßgebend ist. Das sich aus der Kolbenkraft ergebende
Arbeitsdrehmoment der Maschine wird von den Kolbenstangen unmittelbar an der Treibscheibe
und damit unmittelbar an der Triebwelle erzeugt. Zusätzlich dazu wird an der Zylindertrommel
ein geringes Drehmoment zur Überwindung der Reibung an den Lagern und an der Steuerfläclieder
Zylindertrommel sowie der Massenkräfte bei Drehzahländerungen usw. benötigt.
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Die Übertragung dieses an der Zylindertrommel entstehenden Drehmoments
von der Treibscheibe her erfolgt normalerweise über die Kolbenstangen und Kolben
selbst. Die Kolbenstangen müssen bei einer solchen Anordnung gegenüber der Kolbenachse
eine Schwenkbewegung durchführen können. Beim Lauf der Axialkolbemnaschine liegen
dann die Kolbenstangen an der Innenseite des Kolbens an. Die Kolbenstangen werden
bei der Übertragung des Drehmoments auf Biegung belastet, da an ihren beiden Kugelköpfen
und in der Anlagestelle an den Kolben seitliche Kräfte angreifen.
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Die Belastung von Kolbenstange und Kolben ist naturgemäß um so kleiner,
je mehr Kolbenstangen an der Übertragung des Drehmoments gleichzeitig
beteiligt sind. Die auftretenden Kräfte können vor allem bei ungleichföriniger
Drehbewegung der Maschine (z. B. Dieselmotorantrieb) durch Massenkräfte so groß
werden, daß eine Kolbenstange allein das Drehmoment nicht mehr übertragen kann.
Es ist also notwendig, ständio, mehrere Kolbenstangen gleichzeitig an ihren Kolben
anliegen zu lassen. Das ist aber nur möglich, wenn bei allen Kolben der Maschine
die Kolbenstange bis zur Anlage am Kolbenhemd nach jeder Seite genau gleich weit
kippen kann. Die Forderung nach ständiger Aufteilung der Belastung auf mehrere Kolbenstangen
ist demnach eine Forderung nach sehr großer Fertigungsgenauigkeit.
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Die Erfindung bezweckt eine Gestaltung der Kolben und Kolbenstangen
derart, daß die erforderliche Fertigungsgenauigkeit einfacher als bisher erreicht
werden kann. Gleichzeitig wird dadurch die Anordnung gegen einige der möglichen
Fertigungsfehler unempfindlich.
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Erfindungsgemäß sind die Kolben in ihrem der Treibscheibe zugekehrten
Teil innen zylindrisch ausgedreht, während die Kolbenstangen zwischen ihren beiden
Enden einen kegehgen Teil aufweisen, dessen kleinerer Durchmesser der Treibscheibe
zugekehrt ist.
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Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt im Schnitt durch einen Kolben mit Kolbenstange
die erfindungsgemäße Ausführung; Fig. 2 zeigt im Schnitt durch einen Kolben mit
Kolbenstange eine bekannte Ausführung.
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In beiden Fällen ist die Kolbenstange 1 mit ihrem kugeligen
Ende la in einer entsprechenden Kalotte des Kolbens 2 gelagert. Um den Mittelpunkt
der Kugel la kann die Kolbenstange nach jeder Seite bis zur Anlage am Kolbenhemd
2a geschwenkt werden.
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Die Forderung besteht darin, daß der größtmögliche Schwenkwinkel a
bei einer großen Stückzahl von Kolben und Kolbenstangen unabhängig von der zufälligen
Paarung dieser Teile immer gleich ist, da sonst eine Serienfertigung unmöglich wird.
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Bei der bekannten Anordnung nach Fig. 2 liegt die Kolbenstange
1 mit einem zylindrischen Mittelteil 1 b
an einem Innenkegel
2b des Kolbens 2 an. Zur Verringerung der Flächenpressung ist eine Linienberührung
notwendig, d. h., der Innenkegel 2b des Kolbens 2 muß in seinem Durchmesser,
in seinem Winkel und in seiner Lage zur Kugelkalotte im Kolben genau stimmen. Es
ist praktisch nicht möglich, die nötige Fertigungsgenauigkeit beim Kolben einzuhalten,
da wegen der beschränkten Platzverhältnisse z. B. die gegenseitige Lage von Innenkegel
und Kugelkalotte nicht einwandfrei zu messen ist. Das gilt ganz
besonders
für kleine Kolbendurchmesser, bei denen erfahrungsgemäß auch eine besonders hohe
Genauigkeit erforderlich ist. Die Kolbenstange muß in ihrem Durchmesser am zylindrischen
Teillb so abgestimmt werden, daß der Schwenkwinkel a bei allen in einer Maschine
zusammenwirkenden Kolbenstangen gleich groß wird. Wegen der unvermeidlichen Fehler
bei der Herstellung der Innenkegel im Kolben muß man demnach die zusätzliche Arbeit
des Anpassens von Kolben und Kolbenstange durchführen.
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Bei der Anordnung nach Fig. 1 gemäß der Erfindung besitzt der
Kolben 2 eine zylindrische Ausdrehung 2c, während die Kolbenstange 1 einen
Außenkegel le trägt. Der wesentliche Vorteil liegt auf der Hand. Beim Kolben braucht
nur noch der Innendurchmesser 2c genau eingehalten zu werden, was erfahrungsgemäß
keine Schwierigkeiten bereitet. Die Lage der Kalotte 2e auf der Längsachse des Kolbens
spielt dagegen für die Kinematik der Mitnahme keine Rolle mehr. Bei der Kolbenstange
muß jetzt außer dem Abstand der beiden Kugelköpfe noch der Kegel 1
c mit sehr engen Toleranzen gefertigt werden. Das bereitet aber keine Schwierigkeiten,
weil sich die Kolbenstange durch Profilschleifen auch in hohen Stückzahlen mit sehr
hoher Genauigkeit fertigen läßt. Außerdem ist der Außenkegel wesentlich leichter
zu kontrollieren als der Innenkegel im Kolben gemäß Fig. 2.
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Die Erfindung bietet mit der Möglichkeit größerer Fertigungsgenauigkeit
weiter den Vorteil, daß der größtmögliche Schwenkwinkel a zwischen Kolben und Kolbenstange
kleiner gehalten werden kann. Damit wird das Spiel im Drehwinkel zwischen der Zylindertrommei
der Axialkolbeneinheit und der Treibscheibe kleiner, was sich sehr vorteilhaft auf
die Laufruhe und die Lebensdauer der Maschine auswirkt. Außerdem kann bei Anordnung
des Kegels auf der Kolbenstange bei gleichem Durchmesser der Kugel la an der Kolbenstange
sowie gleichem Außendurchmesser des Kolbens 2 die Wandstärke des Kolbenhemdes 2a
größer sein als bei der Anordnung des Kegels im Kolben. Diese Wandstärkenvergrößerung
beeinflußt die Belastung des Kolbenhemdes und damit ebenfalls die Lebensdauer der
Maschine günstig.