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Kolbenmaschine Die -Erfindung bezieht sich auf eine -Kolbenmaschine
mit parallel zur Kurbelwelle angeordneten Zylindern und einem Taumelglied. Es sind
solche Kolbenmaschinen bekannt, bei denen der auf ein Taumelglied ausgeübte Axialdruck
auf den Maschinenrahmen mittels zweier Tragorgane mit ringförmig sich aufeinander
abwälzenden Tragflächen übertragen wird; dabei besitzen die Taumelscheibe und der
Maschinenrahmen je eine solche Fläche, und die zusammenarbeitenden Flächen sind
derart ausgebildet, daß vor allem die Winkel zwischen den- Tangentialebenen jedes
Berührungspunktes der am -Maschinenrahmen befindlichen Fläche -und der Längsachse
der 'in der .Nähe dieser Fläche zwischen dem Taumelglied und der- schrägen Kurbel
befindlichen Lagerfläche - verhältnismäßig klein sind; ferner besitzen diese bekannten
Flächeneine solche Gestalt,-daß auch radial gerichtete Komponenten -der =auf - das
Taumelglied ausgeübten Kräfte mittels der zusammenarbeitenden -Flächen .auf
den Maschinenrahmen- übertragen werden.
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Es hat sich herausgestellt, daß bei Maschinen dieser bekannten Art
sehr störende örtliche Kräfte, namentlich zwischen den zusammenarbeitenden Flächen
wirkende Klemmkräfte; auftreten können.
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Diesen Übelstand soll die Erfindung beheben.
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Gemäß der Erfindung sind die Winkel zwischen den Tangentialebenen
jedes Berührungspunktes der am Maschinenrahmen befindlichen Fläche und der in der
Nähe dieser Fläche .zwischen dem Taumelglied und der schrägen Kurbel befindlichen
Lagerfläche mindestens doppelt so groß wie der Reibungswinkel zwischen den sich
aufeinander abwälzenden Tangentialebenen im- Berührungspunkt. In der Praxis -sind
diese Winkel für sich aufeinander abwälzende Hartstahlflächen als r2°
zu
Wählen. Der Vorteil dieser Bauweise wird an Hand der Figurenbeschreibung erläutert.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung weisen die zusammenarbeitenden
Flächen je,*
zwei unter einem Winkel stehende Kege" flächen auf, die vorzugsweise
mit einer klex.; nen Abrundung ineinander übergehen. -Bei dieser Bauweise sind die
zusammenarbeitenden Flächen leicht durch Drehen herzustellen. Die Flächen sind dann
meistens Kegelflächen.
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Es hat sich aber ferner herausgestellt, daß schädliche Klemmkräfte
in geringem Maße dann noch dadurch auftreten können, daß die Tragfläche am Rahmen,
bei der obenerwähn--ten bekannten Bauweise derart ausgebildet ist, daß sie Radialkräfte
irt zwei entgegengesetzten Richtungen aufnehmen kann. Das Taumelglied wird dann
nämlich einerseits in bezug auf diese Tragfläche, andererseits aber in bezug auf
die Kurbel zentriert, deren Lage durch die Endlager der Kurbelwelle festliegt. Es
wurde nun -festgestellt, daß dieser Umstand zu störenden Klemmungen Anlaß gibt.
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Deshalb sind bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung die zusammenarbeitenden Flächen derart ausgebildet, daß sie nur solche
Radialkräfte aufnehmen können, die von der Mittellinie der Maschine nach außen gerichtet
sind.
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Bei einer praktischen Ausführung läuft dies darauf hinaus, daß die
arbeitende Fläche am Maschinengestell konvex und die mit ihr zusammenarbeitende
Fläche am Taumelgl@ed konkav ist, wobei die Tangentialebene jedes der Berührungspunkte
am Außenrand der Fläche am Maschinengestell etwa senkrecht zur Kurbelmittellinie
steht, um eben nur Kräfte aufnehmen zu könxLen, die von der Mittellinie der Maschine
radial nach außen gerichtet sind.
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In der Zeichnung zeigt:-Fig.- i die Teile der bekannten Maschine,
auf die es bei der Erfindung ankommt, Fig. 2 schematisch einen Längsschnitt einer
Maschine gemäß .der Erfindung, Fig. 3 und q. je einen Teilschnitt'der wesentlichen
Teile mit den sich aufeinander abwälzenden Flächen zweier Ausführungsformen der
Erfindung.
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Gemäß Fig. 2 liegen die Zylinder i parallel zur Kurbelwelle 2. Es
-sind z. B. fünf Zylinder gleichmäßig verteilt um die Welle herum angeordnet. Das
Taumelglied ist auf der schrägen Kurbel 3 mittels Lager 5 und 6 gelagert. Die Verbindungen
zwischen den Kolben ia und dem Taumelglied sind der Einfachheit halber nicht gezeichnet.
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Das Taumelglied q. ist mit einem Ring 7 aus hartem Stahl versehen;
der sich auf einer Fläche des am Maschinenrahmen, im vorliegenden Falle mittels
eines Zwischengliedes g, befestigten Tragorganes 8 abwälzt.
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Das Taumelglied weist auch ein Kegelrad 'ro auf, das -sich auf ein
Kegelrad i i am Ge-;'i.eIl abwälzt. Diese Räder hindern das Tautlg@ied daran, sich
in bezug auf die Maschi-`üenmittellinie zu drehen.
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Aus Fig. i geht nun hervor, daß die Ebene, welche die gekrümmte Fläche
am Organ 7 tangiert, an der mit Pfeilen markierten Stelle einen sehr kleinen Winkel
a° mit der zwischen dem Taumelglied und der Kurbel, dem Lager 6, befindlichen Lagerfläche
bildet. Dies führt aber zu einer gefährlichen Klemmwirkung. Das Taumelglied wirkt
wie ein zwischen dem Organ 8 und der Kurbel 3 befindlicher Keil.
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Das gleiche. gilt vom Teil 12. Auch dieser wirkt wie ein Keil.
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Ferner ersieht man aus Fig. i deutlich, daß der Teil 12 das Tragorgan
umfaßt. Bei dieser bekannten Ausführungsform ist also das Taumelglied mittels des
Ringes 7 durch die besondere halbkreisförmige Ausbildung der aufeinander abwälzenden
Flächen einerseits am Tragorgan B zentriert; andererseits ist eine zweite Zentrierung
des Taumelgliedes dadurch gegeben, daß es auf der Kurbelwelle 3 in den Lagern 5
und 6 fest gelagert ist. Durch diese doppelte Zentrierung treten insbesondere bei
ungünstigen Betriebsverhältnissen, wie starke Temperaturschwankungen usw., Spannungen
auf, die äußerst schädliche Klemmwju'kungen zur Folge haben.
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Gemäß Fig. 2 und 3 weist nun das Organ 8 zwei Kegelflächen 8' und
8", im allgemeinen Flächen mit geraden Erzeugenden, auf, und zwar derart, daß der
in der Fig. 3 angegebene Winkel a- nicht geringer als 12° ist, vorzugsweise etwa
15o. _ Die Fläche -8' nimmt die Kraftkomponente N (Fig. 3) der Belastung
K,. und die Fläche 8" die Komponente R " dieser Belastung auf.
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Von einer 'selbstklemmenden Keilwirkung kann nun nicht mehr die Rede
sein, da einerseits der Winkel a groß genug ist, um selbsthemmende Keilwirkungen
überhaupt zu vermeiden, und andererseits der Teil 7 der Taumelscheibe das Organ
8 nicht umfaßt, ein Klemmen zufolge einer doppelten Zentrierung des Taumelgliedes
daher nicht auftreten kann. Mit anderen Worten sind also bezüglich dieses letzten
Kennzeichens die zusammenarbeitenden Flächen derart ausgebildet, daß sie nur Kräfte
aufnehmen können, die von der Mittellinie der Maschine radial nach außen gerichtet
sind.
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Es sei mit besonderem Nachdruck darauf hingewiesen, daß die vorliegende
Erfindung nicht auf die Kombination beider Merkmale
(bestimmte Größe
des Winkels a und -Ausbildung der zusammenwirkenden Flächen, derart, daß sie nur
Kräfte aufnehmen können, die von der Mittellinie der Maschine radial nach außen
gerichtet sind) beschränkt ist. Für bestimmte Betriebsbedingungen, z. B: oftmaliges
Bremsen, kann eine Doppelzentrierung des Taumelgliedes unter Umständen günstig sein,
da sich beim Bremsen die Kräfteverhältnisse in dem Getriebe umkehren und große Kräfte
auftreten, die gegen die Mittellinie der Maschine zu radial nach innen. gerichtet
sind; allerdings werden diese Kräfte durch die in entgegengesetzter Richtung @wirkenden
Fliehkräfte der Taumelscheibe vermindert. Die noch übrigbleibenden Kräfte müssen
dann entweder von den Lagerstellen 5 und 6 oder durch die zusammenarbeitenden Flächen,
die ähnlich der Fig. i, bei 12, ausgebildet sind, aufgenommen werden. Wie jedoch
schon hervorgehoben, ist eine Doppelzentrierung aber für einen guten Gang des Getriebes
nicht unbedingt erforderlich, sondern bloß in einigen Ausnahmefällen vielleicht
von Vorteil. .Unbedingt erforderlich für einen guten Lauf des Getriebes 'ist aber
vielmehr, daß der bewußte Winkel a einen bestimmten Wert nicht unterschreitet. -Fig.
4. zeigt eine andere Ausbildung der zusammenarbeitenden Flächen; wobei diese ebenfalls
nur Kräfte, die von der Mittellinie der Maschine radial nach außen gerichtet sind,
aufnehmen können. Das genügt aber, wie schon oben ausgeführt und wie sich an Hand
von Diagrammen der Kraftwirkungen bei diesen Maschinen nachweisen läßt, vollständig
und verhindert, daß das Taumelglied auch auf das-Organ 8 zentriert wird.
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Der Winkel a zwischen der Berührungsebene S im Punkte S' und der erwähnten,
zwischen Taumelglied und schräger Kurbel befindlichen Lagerfläche ist hier wieder
etwa 12°, d. h. größer als das Doppelte des Reibungswinkels (und das ist die Bedingung
dafür, daß ein Keil selbstlösend ist), während nun die'Berührungsebenen, um die
erwähnte Zentrierung- des Taumelgliedes° in bezug auf das Organ 8 zu verhindern,
am Außenrand der am Organ 8 befindlichen Fläche etwa senkrecht zur, Kurbelmittellinie
stehen. - Dieser Winkel ist mit ß bezeichnet und in Fig-. ¢ sowie in. Fig. 2 ,eingetragen.
Es sei roch bemerkt, däß der Winkel a absichtlich auf die Lagerfläche und nicht
auf die Kurbelmittellinie bezogen wird. Die Lagerfläche kann nämlich auch unter
einem Winkel zur Kurbelmittellinie verlaufen, z. B. konisch sein.