Hubkolbengetriebe. Die Erfindung betrifft ein räumlich am beitendes Flubkolbengetriebe, das einen meh rere Zylinderbohrungen enthaltenden Zylin derblock und eine Triebscheibe besitzt. Der Zylinderblock ist um seine Längsachse dreh bar gelagert. Diese Längsachse ist gegen die Umlaufachse der Triebscheibe geneigt. Die Neigung kann zur Änderung der Förder menge veränderlich oder auch, wenn stets gleichbleibende Mengen gefördert werden sollen, unveränderlich sein.
An der Trieb scheibe sind die Kolbenstangen der einzelnen in den Zylinderbohrungen laufenden Kolben angelenkt. Die bekannten Hubkolbengetriebe dieser Art sind mit einem Kardan aus gerüstet, das in einigen Fällen dazu dient, den Zylinderblock von der Triebscheibe her mitzunehmen und in andern Fällen gleich zeitig die Aufgabe hat, das Antriebsmoment auf den Zylinderblock zu übertragen.
Der Erfindung gemäss wird ein solches Kardan fortgelassen, wodurch -die Herstel- lung. des Getriebes vereinfacht werden kann.
Es dienen nämlich die Kolbenstangen selbst zur Mitnahme des Zylinderblocks oder der Triebscheibe, wobei dafür gesorgt wird, dass das Spiel zwischen Kolben und Kolbenstange praktisch auf das für die Kinematik notwen dige Spiel beschränkt wird, in dem also ein allfälliges, den Herstellungs- und Montage ungenauigkeiten Rechnung tragendes zusätz liches Spiel mit inbegriffen ist. Dieses zu sätzliche Spiel soll natürlich möglichst klein gehalten werden.
Je kleiner dieses zusätzliche Spiel ist, desto weniger eilt beim Antrieb von der Seite der Triebscheibe her der Zylin derblock nach und desto kleiner ist damit der störende Einfluss einer Nacheilung, der darin legt, dass beim Nacheilen die Kolbenstangen auf den Zylinderblock Drehkräfte entgegen der Mitnahmerichtung ausüben.
Dabei ist es grundsätzlich gleichgültig, wie im einzelnen das Getriebe dimensioniert ist, wie gross also im einzelnen die für die Kinematik unbedingt notwendige Bewegungsfreiheit zwischen Kol benstange und Kolben ist.
Zweckmässig ist es, die Abmessungen des den Kolbenhub er gebenden Gelenkviereckes, welches von Trieb scheibe, Kolbenstange mit Kolben, Zylinder block und mittlerer Verbindungslinie des Zy linderblocks zur Triebscheibe gebildet wird, so zu wählen, dass die Kolbenstange gegen über dem Kolben die praktisch kleinstmögli chen Winkelausschläge ausführt. Auf diese Weise wird Raum zur Verstärkung des Kol bens und der Kolbenstange gewonnen, was für die kardanlose Mitnahme von besonderer Bedeutung ist.
Um trotz der kardanlosen Mitnahme des Zylinderblocks (oder der Triebscheibe) auch bei hohen Leistungen (hohen Drücken) einer Überbeanspruchung des Kolbens oder der Kolbenstangen wirksam zu begegnen, emp fiehlt es sich, die Kolbenstangen und die innere Wandung des Kolbens in bezug auf einander so zu gestalten, dass die Kolben stange beim Anlegen an die Kolbenwand diese linienförmig, vorzugsweise längs einer Erzeugenden der Kolbenstange, berührt. Bei zylindrischer Form der Kolbeninnenwandung wäre zum Beispiel die Kolbenstange kegelig zu gestalten.
Die kardanlose Ausführung gemäss der Erfindung kann hinsichtlich der trotz Fort fall des Kardangelenkes notwendigen Zen trierung und damit Sicherung gegen Relativ drehung zwischen Triebscheibe und Zylinder block noch verbessert werden, wenn ein be sonderes Zentrierungsglied vorgesehen wird, <I>das</I> Triebscheibe und Zylinderblock aneinan der zwangläufig zentrisch zum Mittelpunkt der wirksamen Triebscheibenebene führt.
(Dabei ist unter diesem Mittelpunkt derjenige zu verstehen, in welchem die Triebscheiben achse diejenige Ebene schneidet, in welcher die Anlenkpunkte der Kolbenstangen an der Triebscheibe liegen).
Auf diese Weise ergibt sich ein weiterer Vorteil, der darin liegt, dass bei Getrieben, bei welchen die Neigung zwi schen Zylinderblockachse und Triebseheiben- achse zur Veränderung des Kolbenhubes ver änderlich ist, die Schwenkachse für diese Neigungsänderung von der wirksamen Trieb scheibenebene kleine Abweichungen haben darf, was im Hinblick auf Montageschwierig keiten und Verlagerungen durch Kräfte sehr erwünscht ist.
Wesentlich ist ferner, dass ausser einer Fixierung durch die Steuerfläche - eine weitere Lagerung des Zylinderblocks im Schwenkrahmen entfallen kann, wodurch naturgemäss der Aufbau des Getriebes zu sätzlich vereinfacht wird.
Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen standes, und zwar zeigt: Fig. 1 die für die Erfindung wesentlichen Teile eines kardanlosen Hubkolbengetriebes, Fig. 2 ein Diagramm, das zur Erläuterung der für die Erfindung wesentlichen Über legungen dient, Fig. 3 einen Schnitt durch Kolben und Kolbenstange,
Fig. 4 und 5 zwei Ausführungsbeispiele für ein Getriebe mit besonderem Zentrie- rungsglied und Fig. 6 die Ausbildung des am Zylinder block vorgesehenen Steuerspiegels für die Ausführung nach Fig. 4, Fig. 1 veranschaulicht schematisch ein Hubkolbengetriebe, bei dem in einem Zylin derblock 1 um dessen Umlaufachse 2 herum mehrere Zylinderbohrungen 3 vorgesehen sind.
In jeder Bohrung ist ein Kolben 4 ein gesetzt, dessen Kolbenstange 5 am äussern Ende unter Vermittlung einer Kugel 6 mit einer Triebscheibe 7 gelenkig verbunden ist. Die Umlaufachse 8 der Triebscheibe 7 ist ge gen die Zylinderblockachse 2 um den Winkel a geneigt. Dieser Neigungswinkel kann zur Änderung der Förderleistung in bekannter Weise geändert werden.
Der Erfindung gemäss wird das Getriebe so ausgeführt, dass das bisher übliche Kardan zwischen Triebscheibe 7 und Zylinderblock 1 entfällt, indem dieser durch die Kolben stangen 5 selbst mitgenommen wird.
Eine genaue Untersuchung der kinemati schen Verhältnisse an Hand der Fig. 2 er klärt, warum zur kardanlosen Mitnahme die eingangserwähnten Massnahmen wesentlich sind. Fig. 2 zeigt einen Blick in Richtung des Pfeils x (Fig. 1) auf einen Viertelkreis des Zylinderblocks 1. Dieser hat 13 Zylinder bohrungen, so dass auf ungefähr den Viertel kreis vier Kolben<I>4a, 4b,</I> 4e,<I>4d</I> erscheinen und in diesen die zugehörigen Kolbenstangen 5a, 5b, 5e, 5d.
Die Mittelpunkte der Kolben <I>4a</I> bis<I>4d</I> liegen auf dem Zylinderkreis 9 mit dem Durchmesser dz. Die Mittelpunkte der Kugeln 6 (Fig. 1) liegen auf dem sogenann- ten Triebkreis 10 mit dem Durchmesser dt. Bei der Blickrichtung x erscheint der Trieb kreis 10 als Ellipse 11, deren beide Halb achsen die Grössen 0,5 dz <I>- a</I> und 0,5 dz -I- <I>a</I> haben,
so dass zwischen dem Triebkreisdurch- messer und dem Zylinderkreisdurchmesser folgende Beziehung besteht: dt <I>=</I> dz -I-- <I>2a.</I>
Die Kugeln 6 der Kolbenstangen 5 wan dern bei der Umlaufbewegung des Zylinder blocks 1 gegenüber diesem, wie ohne weiteres einzusehen ist, auf der Ellipse 11. Dabei füh ren die Kolbenstangen innerhalb des Kolbens eine im Mittelpunkt der Kugel 6 den Ra dius a aufweisende Kreisbewegung um die Kolbenlängsachse aus, wie an Hand der Ab bildung zuerkennen ist.
Anzustreben ist eine Verminderung des Zusatzspiels zwischen Kolben und Kolbenstange bis auf Null, das heisst eine Ausführung, bei welcher die Kol benstange bei ihrer Umlaufbewegung am Kolben ständig Anlage an diesem hat. Aus praktischen Gründen, z. B. aus Gründen von unvermeidlichen Montagefehlern und Iler- stel'lungsungenauigkeiten, wird es aber im allgemeinen notwendig sein, ein kleines Zu satzspiel vorzusehen, um solche Ungenauig keiten auszugleichen.
Dieses Spiel kann durch entsprechende Wahl der Abmessungen von Kolben oder Kolbenstange, das heisst also z. B. dadurch herbeigeführt werden, dass die Stärke der Kolbenstangen (die Kreise 5a, 5b, 5c, 5d) verringert wird. Es bleibt dann zunächst bei der Umlaufbewegung der Triebscheibe 7 der Zylinderblock 1 zurück, so lange, bis die Kol benstangen 5b und 5c, .das heisst gerade jene Kolbenstangen sich anlegen, die für die Mit nahme die günstigste Stellung haben.
Die andern Kolbenstangen 5a und 5b haben, wie aus Fig. 2 hervorgeht, dann keine Anlage an ihrem Kolben. Daraus erklärt sich, dass das: Zusatzspiel eine Ungleichförmigkeit der Mitnahme und damit auch des Umlaufes des Zylinderblocks. zur Folge hat.
Das Zusatzspiel bedingt weiter, dass der Zylinderblock gegenüber der Triebscheibe nacheilt und daher alle Kolbenstangen derart in bezug auf den Zylinderblock geneigt sind, dass sie auf diesen ein Rückdrehmoment aus üben. Dieses Drehmoment verursacht seiner seits eine beträchtliche Mehrbelastung zwi schen Kolben und Kolbenstange. Es ist des halb das Zusatzspiel so klein wie möglich zu halten, und zu diesem Zwecke sind Herstel lungsfehler und Montagefehler soweit wie möglich zu vermeiden.
Auf Grund der Fig. 2 kann auch verhält nismässig einfach die Beziehung ermittelt werden, die bestehen muss, damit die Be- wegungsfreiheit der Kolbenstangen im Kol ben so klein wie möglich wird. Wie schon oben erwähnt, wird davon ausgegangen, dass bei dem grössten Neigungswinkel a (Fig. 1) die dem Triebkreis dt entsprechende Ellipse 11 an der Stelle ihrer beiden Halbachsen um das gleiche Mass a von dem Zylinderkreis 9 abweicht.
Bei dieser Voraussetzung macht die Kolbenstange die kleinstmöglichen Winkel ausschläge im Kolben; denn z. B. bei klei nerem Triebkreisdurchmesser dt wird beim kleineren Ellipsendurchmesser die Ellipse von dem Zylinderkreis 9 einen grösseren Ab stand haben als wie an der Stelle des grösseren Ellipeendurchmessers. Das Spiel wäre also in diesem Falle unsymmetrisch verteilt und infolgedessen müssten die Kolbenstangen nach dem grösseren Winkelausschlag
dimensioniert werden.
Da nun. der Wert a abhängig ist von dem Winkel a, so kann rechnerisch die Beziehung zwischen den beiden Durchmessern dt und dz auf den Neigungswinkel a zurückbezogen werden. Es ergibt sich dann folgende Be ziehung:
EMI0003.0098
An dieser Beziehung ist besonders der Um stand interessant, dass der kleinstmö(Tliehc, Ausschlag der Kolbenstange im Kolben un abhängig von der Kolbenzahl ist, das heisst also, dass der durch diese Beziehung gege benen Bedingung Rechnung getragen werden kann und trotzdem bezüglich der Kolbenzahl und der mit dieser im Zusammenhang stehen den Momente der Konstrukteur noch voll ständig freie Hand hat.
Fig. 3 zeigt eine Ausführung, bei welcher die Kolbenstange 5 bei zylindrischer Innen wandung des rohrförmigen Kolbens 4 ke- gelig ist, und zwar derart, dass die Kolben stange bei ihrem Ausschlag auf ein be trächtliches Stück am Kolben zur Anlage kommt. Bei der Ausführung nach Fig. 3, bei welcher der- Innendurchmesser des rechten Teils des Kolbens 4 gleich dem Durchmesser des Kugelteils. 12 ist, werden der Kugelteil 12 und der Stangenkegel 5 in bezug aufeinan der so gewählt, dass die Kegelerzeugende der Stange 5 den Kugelteil 12 tangiert und die Stange längs einer Erzeugenden desselben am Kolben zur Anlage kommt.
Auf diese Weise kann unter Wahrung der Verbesserung der kardanlosen Mitnahme die Herstellung ver einfacht werden.
Die Fig. 4 bis 6 behandeln ein Getriebe. das mit einem. besonderen Zentrierungsglied zur Erhöhung der Sicherheit des Ablaufes der Mitnahmevorgänge zwischen Triebscheibe und Zylinderblock ausgerüstet ist. Der Auf bau ist hier zunächst grundsätzlich der glei che wie bei dem oben geschilderten Beispiel. Es ist also der Zylinderblock 1 um seine Längsachse drehbar gelagert und enthält im Kreise um diese Achse herum die Zylinder bohrungen 3. Die Kolbenstangen 5 der Kol ben 4 sind auch hier je mittels einer Kugel 6 an die Triebscheibe 7 angelenkt, deren Um laufachse mit 8 bezeichnet ist.
Die Zylinder blockachse 2 und die Achse 8 können in ihrer Neigung gegeneinander zur Veränderung des Kolbenhubes verändert, das heisst der Win kel a (Fig. 1) geändert werden. Die Schwenk achse 9 (die in Fig. 1 senkrecht zu der Zeichenebene steht) geht möglichst durch den Schnittpunkt der beiden Achsen 2 und 8, fällt also mit derjenigen Ebene zusammen, in welcher die Mittelpunkte der Kugeln 6 lie gen. An der Achse. 9 ist schwenkbar ein Rahmen 10 gelagert, der einen Steuerspiegel 11 aufweist. An diesem liegt der Zylinder block 1 mit seiner äussern Stirnfläche an.
Beim dargestellten Beispiel sind die bei den Leitungen 13a und 13b für die Zu- und Ableitung der Flüssigkeit zur Schwenkachse 9 geführt. Ein zur zusätzlichen Zentrierung bei diesem Beispiel vorgesehenes Zentrie- rungsglied ist als Kugelfassung ausgebildet, deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der wirksamen Triebscheibenebene, das heisst mit dem Schnittpunkt der beiden Achsen 8 und 9 zusammenfällt. Bei dem Beispiel nach Fig. 4 ist die Kugel 14 am Zylinderblock 1 angeord net, während die zugehörige Kugelfassung 15, welche die Kugel 14 umgreift, an der Triebscheibe 7 angebracht ist.
Der Zylinder block 1 ist in diesem Falle mittels eines an der Kugel 14 befindlichen Zapfens, der in einer zentrischen Bohrung 16 des Zylinder blocks 1 gelagert ist, geführt und wird mit tels einer Feder 17 in kraftschlüssiger Anlage am Steuerspiegel 11 gehalten.
Selbstverständlich können die Kugel und ihre Fassung hinsichtlich ihrer Anordnung auch miteinander vertauscht, das heisst die Kugel an der Triebsebeibe und die Fassung am Zylinderblock angeordnet werden. Dann ist es möglich, die Kugel fest mit der Trieb scheibe zu verbinden. Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist dafür Sorge zu tragen, da.ss trotz etwaiger Abweichungen der Schwenk achse 9 von der Triebseheibenebene der Ku gelmittelpunkt in dieser Ebene verbleibt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Zapfen der Kugel 14 axial verschiebbar am Zylinder block 1 angeordnet ist.
Anderseits sorgt die Feder 17 dafür, dass die äussere Stirnfläche des Zylinderblocks 1 stets Anlage am Steuer spiegel 11 hat. Es kommt hier grundsätzlich auf eine solche Ausbildung der Kugelfassung und des von ihr gefassten Teils an, dass der Zylinderblock in Längsrichtung Bewegungs möglichkeit hat, um ein notwendiges Anlie- gen der Steuerfläche zu gewährleisten und im übrigen auch etwaige Abweichungen der Schwenkachse 9 von der Triebseheibenebene wirkungslos auf das zusätzliche Zentrierungs- glied zu machen.
Die Ausführung nach Fig. 5 unterschei- det sich von derjenigen nach Fig. 4 dadurch, dass der Steuerspiegel 11 in Abweichung von der bisher üblichen Konstruktion dem Zy- linderbloek konvex zugebogen ist und Kugel flächenform hat.
Dies: bringt mehrere grund sätzliche Vorteile, die sich aus. folgenden Überlegungen ergeben: Auf den Block X wirken: 1. die Kraft Pk, die durch die Kolben ver ursacht wird, 2. die Kraft P0, die sich durch den im Steuerschlitz 18 herrschenden Förderdruck ergibt.
Damit nun der Zylinderblock 1 am Steuer spiegel 11 in Anlage bleibt, muss die Kraft Pk (mit :dem grösseren Hebelarm a) grösser als die Kraft P8 (mit dem kleineren Hebelarm b) sein. Die Grösse der Kraft P8 hängt nun in hohem Masse davon ab, wie der Druck zwi- schen den dichtenden Flächen des Steuer spiegels 11 und des Zylinderblocks, 1 (um den Steuerschlitz herum) abfällt.
Infolge dessen liegt die Kraft P8 nicht genau fest, so dass man auf hydraulischem Wege eine Zu satzkraft P, schafft, welche die Aufgabe hat, Schwankungen der Kraft P$ auszugleichen. Die Kraft P, wird dadurch erzeugt, dass im. Zylinderblock am äussern Rande in konzen trischer Anordnung zur Achse des Zylinder blocks Entlastungskammern 19 vorgesehen werden.
Der Druck in diesen Kammern wird in Abhängigkeit von der Spaltdicke zwischen Steuerspiegel und Zylinderblock gesteuert.
Die Kraft P, muss nun so an dem Zylin derblock 1 angreifen, dass sie das resultierende Moment der beiden Kräfte P6 und P$ auf nimmt. Das bedeutet beim dargestellten Bei spiel, dass der Hebelarm c eine bestimmte Länge hat. Diese muss um so grösser sein, je kleiner der Hebelarm b der Kraft P" im Ver- hältnis, zum Hebelarm a der Kraft Pk ist.
Daraus ergibt sich bei dem bekannten ebenen Steuerspiegel die Notwendigkeit, nach einem Kompromiss zu suchen zwischen der Grösse des Hebelarmes c und der des Hebelarmes b;
denn c soll nicht die üblichen Abmessungen des Zylinderblocks 1 beeinflussen. Anderseits besteht das Bestreben, den Hebelarm b mög lichst klein zu halten, um der Steueröffnung 18 unter Wahrung des notwendigen Strö- mungsquersehnittes und unter Beachtung eines genügenden Abstandes von den Steuer öffnungen 18 der benachbarten Zylinder bohrung Kreisform zu geben.
Man ist wegen des Verhältnisses der Hebelarme b und c zu einander beim ebenen Steuerspiegel genötigt, auf die erwähnte Kreis-form zu verzichten und der Steueröffnung 18 die aus Fig. 6 er sichtliche Form zu geben.
Der hierin begründeten Schwierigkeiten kann man bei einem kugelflächenförmigen Steuerspiegel nach Fig. 4 ohne weiteres Herr werden, weil sich die erläuterten Kraft- verhältnisse in diesem Falle günstiger ge stalten lassen.
Unter Beibehaltung des Mo mentes Pk. a kann. das Moment P" <I>.</I> b1 bei gleichbleibender Kraft P" wesentlich kleiner gemacht werden. Das.
aus beiden Momenten resultierende Drehmoment auf den Zylinder blook, das um die Kugel 14 sich auswirkt, wird bei geeignetem Kugelradius durch ein Moment aus einer Kraft P1 und dem Hebel arm e aufgehoben. Die Kraft PI- entsteht dank der kugelflächenförmig ausgebildeten Steuer flächen.
Wie früher ist eine zusätzliche Kraft P, auf den Steuerflächen notwendig, die der im Zylinderblock entstehenden Kraft Pk ent gegenwirkt. Erzeugt wird diese Kraft P, da durch, dass den Entlastungskammern über Drosselnuten von der Druckseite des: Getrie ben her Drucköl zugeführt wird.
Da die Mo mente, wie oben bewiesen, ohne Hilfe der Kraft P, aufgenommen worden: sind, kann diese Kraft Pr jetzt in der Achse 2 des Zylin derblocks zur Wirkung gebracht werden.
Sie ,erfordert daher keine auf einem. relativ grossen Durchmesser liegenden Entlastungs- kammern, was sich auch hinsichtlich der Rei bungsverluste günstig auswirkt, es kann viel mehr eine zentrale Entlastungskammer vor- gesehen werden, der über Drosselnuten von der Druckseite des Getriebes her Drucköl zu geführt wird.
Herstellungsmässig ist in diesem Zusam menhang noch wesentlich, dass die Steuer öffnungen 18 trotz ihrer Schräglage im Zy linderblock senkrecht zum Steuerspiegel ge bohrt werden können.
Die Kugelflächenform des Steuerspiegels bringt auch eine Verminderung des Durch messers d der Lauffläche des Zylinderblocks, was nicht nur hinsichtlich der Reibungs verluste günstig ist, sondern auch den Vor teil hat, da.ss die Zylinderbohrungen über die gesamte Länge des Zylinderblocks hindurch gehen können, in welchem Falle sie nach träglich am einen Ende durch Stopfen 20 oder dergleichen verschlossen werden. Diese liegen ausserhalb der Steuerspiegelfläche und können daher deren Güte nicht beeinträch tigen.