DE1110479B - Piston for an axial piston machine - Google Patents

Description

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.Pistons for an axial piston machine An axial piston machine consists in its essential parts of a rotating cylinder drum, a traction sheave, which is rigidly connected to the drive shaft, and a number of pistons with piston rods, whose spherical ends are articulated in the traction sheave on a circle. There is a variable between the axis of the drive shaft and the axis of the cylinder drum Angle included, the size of which for the size of the piston stroke and thus for the stroke volume of the machine is decisive. The one resulting from the piston force The machine's working torque is provided by the piston rods directly on the traction sheave and thus generated directly on the drive shaft. In addition, on the cylinder drum a small torque to overcome the friction on the bearings and on the control surface Cylinder drum as well as the inertia forces when speed changes etc. are required.

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.The transmission of this torque generated on the cylinder drum from the traction sheave usually takes place via the piston rods and pistons itself. With such an arrangement, the piston rods must be opposite to the piston axis be able to perform a pivoting movement. Lie while the axial piston machine is running then attach the piston rods to the inside of the piston. The piston rods are when the torque is transmitted to the bending, because of their two ball heads and lateral forces act on the piston in the contact point.

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.The load of the piston rod and piston is naturally the more piston rods are involved in the transmission of torque at the same time the smaller. The forces that occur can become so great, especially in the case of uneven rotary motion of the machine (e.g. diesel engine drive), due to inertia forces that a piston rod alone can no longer transmit the torque. It is therefore necessary to have several piston rods in contact with their pistons at the same time. However, this is only possible if the piston rod of all pistons in the machine can tilt exactly the same distance to each side until it touches the piston skirt. The requirement for constant distribution of the load on several piston rods is therefore a requirement for very high manufacturing accuracy.

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.The invention aims to design the pistons and piston rods such that the required manufacturing accuracy is achieved more easily than before can be. At the same time, this renders the arrangement against some of the possible Manufacturing defects insensitive.

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.According to the invention, the pistons face the traction sheave Part turned cylindrical on the inside, while the piston rods between their two Ends have a conical part, the smaller diameter of which is the traction sheave is facing.

Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung.Further details of the invention emerge from the description an embodiment of the invention shown in the drawing.

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.Fig. 1 shows in section through a piston with piston rod, the embodiment according to the invention; Fig. 2 shows a known embodiment in section through a piston with piston rod.

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.In both cases, the piston rod 1 is mounted with its spherical end 1 a in a corresponding spherical cap of the piston 2. Around the center of the ball la, the piston rod can be pivoted to each side until it rests on the piston skirt 2a.

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.The requirement is that the largest possible pivot angle a with a large number of pistons and piston rods regardless of the random Pairing of these parts is always the same, otherwise series production will be impossible.

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.In the known arrangement of Fig. 2, the piston rod 1 is provided with a cylindrical central part 1 b at an inner cone 2b of the piston 2. In order to reduce the surface pressure, a line contact is necessary, i. This means that the inner cone 2b of the piston 2 must be exactly right in terms of its diameter, its angle and its position in relation to the spherical cap in the piston. It is practically not possible to maintain the necessary manufacturing accuracy for the piston, because due to the limited space z. B. the mutual position of the inner cone and spherical cap cannot be measured properly. This is especially true for small piston diameters, where experience has shown that a particularly high level of accuracy is required. The diameter of the piston rod on the cylindrical part b must be adjusted so that the pivot angle a is the same for all piston rods that interact in a machine. Because of the inevitable errors in the manufacture of the inner cones in the piston, one must therefore carry out the additional work of adjusting the piston and piston rod.

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.In the arrangement according to FIG. 1 according to the invention, the piston 2 has a cylindrical recess 2c, while the piston rod 1 carries an outer cone le. The main advantage is obvious. In the case of the piston, only the inner diameter 2c needs to be precisely adhered to, which experience has shown does not cause any difficulties. The position of the spherical cap 2e on the longitudinal axis of the piston, on the other hand, no longer plays a role for the kinematics of the entrainment. When the piston rod must now be made to extremely tight tolerances other than the distance between the two ball heads nor the cone 1 c. However, this does not cause any difficulties because the piston rod can be manufactured in large numbers with very high accuracy by profile grinding. In addition, the outer cone is much easier to control than the inner cone in the piston according to FIG. 2.

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.The invention offers the possibility of greater manufacturing accuracy further the advantage that the largest possible pivot angle a between piston and piston rod can be kept smaller. This increases the play in the angle of rotation between the cylinder drum the axial piston unit and the traction sheave smaller, which is very advantageous the running smoothness and the service life of the machine. In addition, when arranged of the cone on the piston rod with the same diameter of the ball la on the piston rod and the same outside diameter of the piston 2, the wall thickness of the piston skirt 2a be larger than the arrangement of the cone in the piston. This increase in wall thickness affects the load on the piston skirt and thus also the service life of the Machine cheap.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Kolben für eine Axialkolbenmaschine mit drehbarer Zylindertrommel und starr mit der Triebwelle verbundener Treibscheibe, in welcher die Kolbenstangen beweglich angelenkt sind und bei der die Mitnahme der Zylindertrommel über die Kolbenstangen und Kolben erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) in seinem der Treibscheibe zugekehrten Teil innen zylindrisch (2c) ausgedreht ist, während die in diese zylindrische Ausdrehung eingreifende Kolbenstange (1) zwischen ihren beiden Enden einen kegeligen Teil (1c) aufweist, dessen kleinerer Durchmesser der Treibscheibe zugekehrt ist. PATENT CLAIM: Piston for an axial piston machine with a rotatable cylinder drum and a drive pulley rigidly connected to the drive shaft, in which the piston rods are movably articulated and in which the cylinder drum is carried along by the piston rods and pistons, characterized in that the piston (2) is in its the The traction sheave facing part is turned inside cylindrical (2c), while the piston rod (1) engaging in this cylindrical recess has a conical part (1c) between its two ends, the smaller diameter of which faces the traction sheave.