BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Axialkolbenmaschine des Schwenkkopftypes, die in der Fluidtechnik als hydrostatische Pumpen und Motoren verwendet sind. Bei diesem Typ ist der Zylinderblock mit den Zylinderbohrungen in einem Schwenkkörper gelagert und die Arbeitskolben sind über Kolbenstangen mit einem Triebflansch auf der Triebwelle verbunden, wobei ein grosser und ein kleiner Kugelkopf an den Enden der Kolbenstange die notwendige Bewegung der Kolben erzeugen.
Wichtig ist die Synchronisation zwischen Triebflansch und Zylinderblock, d.h. das Ausrichten des Drehwinkels zwischen diesen beiden Bauteilen um Seitenkräfte klein zu halten. Nach dem Stand der Technik werden hierfür Kardangelenke, Kegelzahnräder oder auch die Kolbenstangen selbst verwendet. Meist stehen bei letzterer Lösung die Kolbenstangen in Kontakt mit dem Kolbenhemd.
Die Synchronisation mit Kardangelenken ist platzaufwendig, wie man am Beispiel der DAS 1 041 798 erkennt, ebenso wie die Synchronisation die durch Kegelzahnräder, die sich praktisch nur für feste Schwenkwinkel ausführen lässt. Die an sich vorteilhafte Synchronisation durch Kolbenstangen verlangt recht dünne Durchmesser derselben, da der Zylinderradius auf Kolbenstange, kinematisches Spiel und Dicke des Kolbenhemdes aufzuteilen ist.
Dickere und damit stärkere Kolbenstangen sind bei Kontakt mit der Zylinderbohrung möglich, wie dies z.B. aus der DSP 2 262 026 bekannt ist. Durch die Anlage der Kolbenstangen wird aber die Zylinderlaufbahn leicht beschädigt, weshalb nach der DOS 2619005 ein spezieller Einsatz in den Zylinder und eine Beschichtung eines Teiles des Zylinders mit grösserem Durchmesser mit geeignetem Material vorgeschlagen wird. Andere Lösungen sehen einen Synchronisationsstern vor, der zur Verstärkung der Speichen von einem äusseren Ring umschlossen ist; siehe DOS 3 125 204.
Bei diesem Stand der Technik schafft die Erfindung eine Synchronisation durch Kolbenstangen verhältnismässig grossem Durchmesser, ähnlich wie bei Kontakt mit der Zylinderbohrung. Eine Platte zur Synchronisation, kurz Synchroplatte genannt, aus hartem Material und mit Bohrungen für den Kontakt mit den Kolbenstangen hätte die Schwierigkeit, dass die Stangen auch die Zylinderwand berühren und damit beschädigen. Bei kleinen Bohrungen lassen sich die Kolbenstangen mit Kolben nicht mehr montieren.
Zur Abhilfe haben nach der Erfindung die Bohrungen der Synchroplatte einen etwas kleineren Durchmesser als die Zylinderbohrungen, so dass der Kontakt mit der Kolbenstange gerade vermieden wird. Für die Montage hat der grosse Kugelkopf einen noch etwas kleineren Durchmesser, so dass er durch die Synchrobohrungen hindurchpasst. Die Synchroplatte weist somit vollständige Bohrungen auf und wird nicht durch Schlitze zur Montage geschwächt. Der Unterschied der Durchmesser ist nicht sehr gross, beispielsweise könnte man für eine Zylinderbohrung von 25 mm die Synchrobohrungen mit 24 mm und die Kugelköpfe mit 23 mm ausführen.
Die Kolbenstangen führen beim Kontakt mit den Boh- rungen in der Synchroplatte eine Längsbewegung aus, die möglichst klein zu halten ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind deshalb die Bohrungen leicht konisch, um 2"-3" entsprechend der kinematischen Bewegung des Kolbens bis zum Kontakt, während die entsprechende Kontaktstelle der Kolbenstange zylindrisch ist. Dadurch kommen die Kolbenstangen nur in der Nähe des inneren Totpunktes, also bei geringer Längsgeschwindigkeit zum Kontakt. Ausserdem ist dann das Biegemoment auf die Kolbenstange, bei gegebener Verdrehung zwischen Zylinderblock und Triebflansch, wesentlich kleiner als bei Kontakt näher am äusseren Totpunkt.
Für ein gutes Arbeiten der Synchronisation durch Kolbenstangen ist eine genaue Führung des Zylinderblockes vorteilhaft, die bekannterweise durch leichtbewegliche Lagerung auf einem Mittelzapfen erfolgt, der seinerseits im Triebflansch und im Verteilerkörper gelagert ist. Die bewegliche Lagerung erfolgt durch weiche, nichtmetallische Werkstoffe, wozu sich besonders die Elastomere (gummiartige Werkstoffe) eignen. Letzterer kann in einem geschlossenen Hohlraum zwischen Mittelzapfen, Zylinderblock und Synchroplatte angebracht werden was eine Extrusion vermeidet. Ein Aufteilen der Wände des Hohlraumes zwischen Synchroplatte und Zylinderblock erlaubt eine einfache Montage. Die innere Wand des Hohlraumes wird dabei durch den Mittelzapfen gebildet.
Bilder 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Bild 1 ist ein Querschnitt durch eine Axialkolbenmaschine mit Zylinderblock (1), Verteilerstück (2), Arbeitskolben (3) und Triebflansch (4), die in einem festen Gehäuse gelagert sind. Die Arbeitskolben (3) sind durch Kolbenstangen (12) mit grossen Kugelköpfen (11) im Triebflansch und kleinen Kugelköpfen (13) im Arbeitskolben betätigt. Der Hub der Arbeitskolben ergibt sich in bekannterweise durch Schwenken des Zylinderblockes und des Verteilerkörpers um die vertikale Achse. Beide sind entweder in einem Schwenkkopf oder in einem sektorförmigen Gehäuse untergebracht, was neben der Schwenkeinrichtung auch noch Vorrichtung wie Schlitze für die Überleitung der Arbeitsflüssigkeit besitzt.
Der Zylinderblock ist auf einem Mittelzapfen (5) geführt, der im Triebflansch bei (6) und im Verteilerkörper bei (7) wenigstens leicht querbeweglich gelagert ist. Bei der üblichen ungeraden Zylinderzahl ist im Querschnitt nur ein Zylinder sichtbar.
Wichtig für die Erfindung ist die Synchroplatte (21), die im Kontakt mit dem mittleren Teil der Kolbenstange, Kontaktstelle (23) genannt, die Synchronisation besorgt. Die Kolbenstangen laufen durch die Bohrung (22) der Synchroplatte (21) und die Kontaktstellen legen sich bei beginnender Verdrehung an ihre Wände an, was weitere Verdrehung verhindert.
Die Kontaktstellen sollen sich aber nicht an die Zylinderlaufbahn anlegen, um Beschädigungen zu vermeiden, weshalb die Bohrungen (22) einen etwas kleineren Durchmesser haben als die Arbeitskolben (4). Damit die Kolbenstangen (12) zusammen mit dem schon am kleinen Kugelkopf (13) befestigten Arbeitskolben montiert werden kann, bekommt der grosse Kugelkopf (11) noch einen etwas kleineren Durchmesser als die Bohrung (22).
Die Kolbenstangen können sich bis zur Anlage an den Bohrungen (22) um kleine Winkel, üblicherweise 2"-4", drehen, wozu die kleine Kugel (13) dient. Für eine möglichst gute Schmiegung wird man daher die Kontaktstelle oder die Bohrungen entsprechend konisch ausführen.
Überraschend günstig ist, nach Bild 2 die Kontaktstelle (23a) zylindrisch und die Bohrung (22a) konisch auszuführen. Dann ergibt sich ein Kontakt bei Beginn der Verdrehung zuerst in der Nähe des inneren Totpunktes, d. h. bei weitgehend eingetauchtem Kolben. Dort ist die Kolbengeschwindigkeit klein, was zu kleiner Längsgeschwindigkeit zwischen Bohrung und Kontaktstelle und damit zu grösserer Robustheit führt. Die übrigen Bezeichnungen von Bild 2 entsprechen Bild 1.
Der Zylinderblock ist in an sich bekannter Weise leicht beweglich auf dem Mittelzapfen geführt, wobei die Führung hier durch ein nichtmetallisches, wenigstens annähernd ring- förmiges Bauteil (31) erfolgt. Vorzugsweise werden dafür Elastomere verwendet. Das Bauteil (31) ist in einer zylindrischen Fortsetzung (32) der Synchroplatte (21) angebracht. Die Wände des Hohlraumes sind innen durch den Mittelzapfen gebildet und aussen durch einen Flansch (34) an der Synchroplatte und durch den Zylinderblock (1), was eine Extrusion des Bauteiles (31) vermeidet.