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Axialkolbenmaschine Zusatz zu Patent ........ (Patentanmeldung P
20 54 966.0) Das Hauptpatent ....... (Patentanmeldung P 20 54 966.0) betrifft eine
Axialkolbenmaschine, enthaltend eine Antriebswelle mit einem Triebflansch, einen
in einem Schwenkrahmen gegen die Antriebswelle verschwenkbaren Zylinderblock, Axialkolben,
die in den Zylinderblock geführt und über Kolbenstangen gelenkig mit dem Triebflansch
verbunden sind, und eine Antriebsverbindung zwischen 'Griebflansch und Zylinderblock.
Der Erfindung nach dem Hauptpatent liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine
dieser Art so auszubilden, daß eine Verschwenkung des Zylinderblocks bis zu möglichst
großen Schwenkwinkeln möglich ist und außerdem eine Verschwenkung des Zylinderblocks
um einen außerhalb der Achse der Antriebswelle liegenden :Punkt
erfolgt
und so der schädliche Raum im oberen Totpunkt der Kolben gering gehalten werden
kann. Dies wird nach dem Hauptpatent dadurch erreicht, daß die Antriebsverbindung
von einem Kegeltrieb mit Verzahnungen auf torischen Plächen gebildet wird und die
Schwenkbewegung des Schwenkrahmens bzw. des Zylinderblocks in Form einer Abrollbewegung
der torischen Flächen aufeinander erfolgt.
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Die Verschwenkung des Schwenkrahmens um große Winkel von z.B.
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450 und um einen außerhalb der Achse der Antriebswelle liegenden peripheren
Punkt bringt in der Praxis gewisse konstruktive Probleme mit sich: Es muß nämlich
dafür gesorgt werden, daß die Kolbenstangen, die ja eine endliche Dicke haben, auch
in der oberen Totpunktlage, in welcher die Kolben tief in die Zylinder eintauchen,
und bei dem maximalen Schwenkwinkel überhaupt noch in den Zylinder hineinbewegt
werden können, ohne an die Zylinderwandung anzustoßen. Ein weiteres Problem besteht
darin, die Kolbenstangen so einerseits an dem '2riebflansch und andererseits an
den Kolben anzulenken, daß die Schwenkbeweglichkeit der Kolbenstangen bis zu dem
maximalen Schwenkwinkel des Schwenkrahmens gewährleistet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine
nach dem Hauptpatent konstruktiv so auszubilden, daß die Beweglichkeit der Kolbenstangen
bis zu den maximalen Schwenkwinkeln des Schwenkrahmens von beispielsweise 450 nicht
durch die übrigen Bauteile beeinträchtigt wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß der
Schnittpunkt der Zylinderblockachse mit der Triebflanschachse
bei
maximalem Schwenkwinkel des Schwenkrahmens zylinderblockseitig vor der Ebene liegt,
in welcher die Kolbenstangen an dem Triebflansch angelenkt sind.
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Es läßt sich zeigen, daß man bei einer solchen Ausbildung der Axialkolbenmaschine
in dem kritischen Bereich der maximalen Verschwenkung geringere Neigungen der Kolbenstangen
gegen die Zylinderachsen erhält als bei Konstruktionen, bei denen die Zylinderblockachse
die Triebflanschachse in einem in der Anlenkebene liegenden Punkt schneidet. Es
können also größere Schwenkwinkel vorgesehen werden, ohne daß die Kolbenstangen
in der oberen Totpunktlage mit den Zylinderwandungen kollidieren würden.
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Um die Winkel zwischen Kolbenstangen und Triebflansch auch bei den
maximalen Schwenkwinkeln in einem günstigen Bereich zu halten, kann weiterhin der
Triebflansch zylinderblockseitig eine sphärisch konvexe Oberfläche besitzen. Die
Anlenkung der Kolbenstangen an den Triebflansch kann dabei in der Weise erfolgen,
daß Kugelfassungen für die Anlenkung der Kolbenstangen mittels Kugelgelenken in
Richtung der Flächennormale der konvexen Triebfianschoberfläche - unter einem Winkel
zur Triebflanschachse - in den Triebflansch eingebohrt und vom Äquator einer darin
aufgenommenen Gelenkkugel der Kolbenstange an mit einer Erweiterung versehen ist,
in die ein über den Kolben schiebbarer Lagermetallring eingedrückt ist.
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Die Beweglichkeit der Kolbenstangen relativ zu den Kolben kann dadurch
verbessert werden, daß der Kolben ein Blechkörper von zylindrischer Grundform ist,
der ein Paar von eingerollten Sicken auf einer am zylinderblockseitigen Ende der
Kolbenstange
vorgesehenen Gelenkkugel schwenkbar gehalten ist und
sich mit einem umgebördelten Rand an der Stirnseite der Gelenkkugel abstützt. Dabei
wirkt der Druck im wesentlichen direkt auf die Kolbenstangen, während die dünnwandigen
Blechkörper eine Verschwenkung der Kolbenstangen relativ zu den Kolben bis zu vergleichsweise
großen Winkeln erlauben. Um einen Druczausg'e ch zu schaffen und einer Druckbelastung
des umgebördelten Randes entgegenzuwirken, kann der umgebördelte Rand mit Durchbrüchen
versehen sein, Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter
Bezugnahme au, die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Figur 1 zeigt einen
Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine in maximaler Schwenklage
und Figur 2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der Erfindung.
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In einem Gehäuse 10 ist eine Antriebswelle 12 in einem Lager 14 gelagert.
Auf der Antriebswelle 12 sitzt ein Triebflansch 16, an welchem auf einem Kreisbogen
um die Achse der \elle 12 herum Kolbenstangen 18 mittels Kugelgelenken 20 angelenkt
sind. Die Kolbenstangen 18 sind mittels Kugelgelenken 22 weiterhin an Kolben 24
angelenkt, die in einem Zylinderblock 26 in axialen Zylinderbohrungen 28 geführt
sind.
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Der Zylinderblock 26 ist mittels Lagern 30 und 32 auf einem Zapfen
34 in einem Schwenkrahmen 36 gelagert. Eine Umsteuerung 38 wird durch Andruckkolben
40 von Druckfeldern 42 an den Zylinderblock 26 angedrückt.
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Der Zylinderblock 26 trägt eine Verzahnung 44 auf einer torischen
Fläche. Eine entsprechende Verzahnung auf einer torischen Fläche ist an der Triebscheibe
16 vorgesehen und mit 46 bezeichnet. Die beiden Verzahnungen sind in der Papierebene
in Figur 1 miteinander in Eingriff und bilden bei jeder Winkelstellung des Schwenkrahmens
einen Kegeltrieb, über welchen der Zylinderblock 26 von dem Triebflansch 16 angetrieben
wird. Damit in jeder Lage die Verzahnungen 44 und 46 sicher in Eingriff sind, erfolgt
die Verschwenkung des Schwenkrahmens in Form einer Abrollbewegung der torischen
Flächen, auf denen die Verzahnungen 44 und 46 vorgesehen sind, aufeinander.
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Diese Abrollbewegung wird durch ein geeignetes Getriebe 48, über welches
der Schwenkrahmen 36 mit dem Gehäuse 10 verbunden ist, erzwungen. Das Getriebe 48
ist nach Art von Piguren 1 und 2 der Hauptanmeldung P 20 54 966.0 aufgebaut.
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Die Oberfläche 50 des Triebflansches 16 ist schwach sphärisch konvex
gewölbt, und zwar bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel so, daß
die Plächennormalen in den Anlenkpunkten der Kolbenstangen 18 mit der Triebflanschachse
T einen Winkel von 5° einschließen (Figur 2). Kugelfassungen 52 sind in Richtung
dieser Flächennormalen, d.h. also unter einem Winkel von 5° zur Driebflanschachze
T in den Triebflansch 16 eingebohrt. Vom Äquator einer in der Kugelfassung
52
aufgenommenen Gelenkkugel 54 der Kolbenstange 18 an ist die Kugelfassung 52 mit
einer Erweiterung versehen, in die ein Lagermetallring 58 eingedrückt ist. Es ergibt
sich so eine sichere Anlenkung der Kolbenstange, die aber eine Verschwenkung der
Kolbenstange 18 gegen den Triebflansch 16 um die erforderlichen großen Winkel zuläßt.
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Am anderen Ende weist die Kolbenstange 18 eine Gelenkkugel 60 auf.
Über diese Gelenkkugel ist ein Kolben 24 geschoben, der aus einem relativ dünnwandigen
Blechkörper 62 von zylindrischer Grundform besteht0 Dieser Blechkörper 62 ist mittels
zweier eingerollter Sicken 64, 66 formschlüssig mit der Gelenkkugel 60 verbunden.
Das innere Ende des Blechkörpers 62 ist mit einem umgebördelten Rand 68 versehen
und stützt sich mit diesem an der Stirnseite der Gelenkkugel 60 ab.
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Der Rand ist mit Durchbrüchen 70 versehen, die einen Druckausgleich
gestatten. Der Öldruck wirkt auf diese Weise im wesentlichen unmittelbar auf die
Kolbenstange 18. Der Kolben 24 mit dem Blechkörper 62 wird nach dem Rollen der Sicken
64, 66 und dem Umbördeln des Randes 68 durch eine geeignete Vorrichtung in die richtige
zylindrische Form gepreßt.
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Wie man aus Figur 1 erkennt, gestattet diese Ausbildung und Befestigung
des Kolbens 24 an der Kolbenstange 18 eine Schwenkbewegung der Kolbenstange relativ
zu dem Kolben, die durch den Kolben 24 praktisch nicht behindert wird. Der Lagermetallring
58 kann für die Montage über den Kolben 24 geschoben werden. Die Anordnung ist so
getroffen, daß der Schnittpunkt S der Zylinderblockachse Z und der Triebflanschachse
g in der
in Figur 1 dargestellten äußersten Schwenklage des Schwenkrahmens
36 und Zylinderblocks 26 zylinderblockseitig (d.h. in Figur 1 rechts) vor der Ebene
h-B der Kolbenstangen-Anlenkpunkte liegt. Die Zylinderblockachse Z trifft diese
Ebene in einem Punkt X, der um ein Stück e gegen die Triebflanschachse versetzt
ist. Durch den Punkt S geht im übrigen auch die Winkelhalbierende W zwischen den
Achsrichtungen von Triebflansch und Zylinderblock im Berührungspunkt der Torusverzahnungen.
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Durch diese Anordnung der Zylinderblockachse Z zur Griebflanschachse
T ist in der äußersten Schwenkstellung die Ellipse, die sich als Projektion des
Kreises, auf dem die Kolbenstangen 18 am Triebflansch 16 angelenkt sind, auf den
Zylinderblock 26 ergibt, gegen den Kreis, auf dem die Achsen der Zylinder 28 liegen,
versetzt, und zwar in Richtung auf die äußere Totpunktlage der Kolben 24 hin (nach
rechts oben in Figur 1 und Figur 2). Infolgedessen ergibt sich im Bereich der inneren
Totpunktlage der Kolben 24, d.h. dort, wo Kolben 24 und Kolbenstangen 18 tief in
den Zylinderblock 26 eintauchen, ein geringerer Winkel zwischen Kolbenstange und
Zylinderachse, während der Winkel im äußeren Totpunkt dafür etwas größer ist. Dort
ist dieser Winkel aber auch nicht kritisch, da dort die Kolbenstangen 18 aus dem
Zylinder 28 herausbewegt sind. Der Winkel zwischen Zylinderachse bzw. Kolbenachse
und Kolbenstange kann dank der Blechkörperkonstruktion des Kolbens 24 hinreichend
große Werte annehmen.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein maximaler Schwenkwinkel
von 450 erreichbar. Es ergibt sich im inneren
Totpunkt (unten in
Figur 2) ein Winkel zwischen Kolbenstangen-und Triebflanschachse von 470, d.h. ein
Winkel zwischen Kolbenstange und Zylinderachse von 20. Es kann also die Kolbenstange
18 trotz ihres endlichen Durchmessers weit genug in den Zylinder eintauchen, ohne
an die Zylinderwandung zu kommen. Im äußeren Totpunkt (oben in Figur 2) beträgt
der Winkel zwischen Kolbenstangenachse und Triebflanschachse 370 d.h. der Winkel
zwischen Kolbenstange und Zylinderachse ist 80. Dieser verhältnismäßig große Winkel
stört jedoch im äußeren Totpunkt nicht und wird von dem Kugelgelenk '2 ohne weiteres
ermöglicht. Durch die sphärisch konvexe Form der Triebflanschoberfläche ergeben
sich auch günstige Winkelverhältnisse an den triebflanschseitigen Anlenkpunkten.
In der äußeren Totpunktlage ist der Winkel zwischen der Kolbenstange 18 und der
Plächennormalen 420, und der gleiche Winkel ergibt sich dank der konvexen Form der
Oberfläche in der inneren Totpunktlage unten, obwohl die Kolbenstangen 18 selbst
von der oberen zur unteren Totpunktlage um einen Winkel von 20 - (-8°) = 100 gegen
die rYriebflanschachse schwenken. In einer Zwischenlage ergeben sich maximal Neigungswinkel
zur Flächennormalen von 430, die von der beschriebenen Kugelgelenkkonstruktion ohne
weiteres zugelassen werden. Bei einer ebenen Triebflanschoberfläche ergabe sich
im äußeren Totpunkt zwar nur ein Winkel von 370 zwischen Kolbenstange und Blächennormale,
dafür wäre dieser Winkel aber im inneren (unteren) Totpunkt 470, was schwieriger
zu bewerkstelligen wäre.