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.
DESCRIPTION
The invention relates to axial piston machine of the swivel head type, which are used in fluid technology as hydrostatic pumps and motors. In this type, the cylinder block with the cylinder bores is mounted in a swivel body and the working pistons are connected to a drive flange on the drive shaft via piston rods, with a large and a small ball head at the ends of the piston rod generating the necessary movement of the piston.
The synchronization between the drive flange and the cylinder block is important, i.e. aligning the angle of rotation between these two components in order to keep lateral forces small. According to the prior art, universal joints, bevel gears or the piston rods themselves are used for this. In the latter solution, the piston rods are usually in contact with the piston skirt.
The synchronization with universal joints is space-consuming, as can be seen from the example of DAS 1 041 798, as is the synchronization with bevel gears, which can practically only be carried out for fixed swivel angles. The synchronization, which is advantageous in itself, by means of piston rods requires a very thin diameter thereof, since the cylinder radius is to be divided up between the piston rod, the kinematic play and the thickness of the piston skirt.
Thicker and therefore stronger piston rods are possible when they come into contact with the cylinder bore, as e.g. is known from DSP 2 262 026. Due to the arrangement of the piston rods, however, the cylinder barrel is slightly damaged, which is why, according to DOS 2619005, a special use in the cylinder and a coating of a part of the cylinder with a larger diameter with a suitable material is proposed. Other solutions provide a synchronization star, which is enclosed by an outer ring to reinforce the spokes; see DOS 3 125 204.
In this prior art, the invention creates a synchronization by means of piston rods of relatively large diameter, similar to the contact with the cylinder bore. A plate for synchronization, synchro plate for short, made of hard material and with holes for contact with the piston rods would have the difficulty that the rods also touch the cylinder wall and thus damage it. With small bores, the piston rods with pistons can no longer be installed.
To remedy this, the bores of the synchro plate have a somewhat smaller diameter than the cylinder bores, so that contact with the piston rod is just avoided. For assembly, the large ball head has a slightly smaller diameter so that it fits through the synchro holes. The synchro plate thus has complete bores and is not weakened by slots for assembly. The difference in the diameters is not very big, for example, for a cylinder bore of 25 mm, the synchro holes could be made with 24 mm and the ball heads with 23 mm.
When they come into contact with the holes in the synchro plate, the piston rods perform a longitudinal movement that is to be kept as small as possible. In a further embodiment of the invention, the bores are therefore slightly conical, by 2 "-3" corresponding to the kinematic movement of the piston until contact, while the corresponding contact point of the piston rod is cylindrical. As a result, the piston rods come into contact only in the vicinity of the inner dead center, that is to say at a low longitudinal speed. In addition, the bending moment on the piston rod, given the torsion between the cylinder block and the drive flange, is considerably smaller than in the case of contact closer to the outer dead center.
For a good working of the synchronization by means of piston rods, an exact guidance of the cylinder block is advantageous, which is known to be done by easily movable mounting on a central pin, which in turn is mounted in the drive flange and in the distributor body. Movable storage is carried out using soft, non-metallic materials, for which the elastomers (rubber-like materials) are particularly suitable. The latter can be installed in a closed cavity between the center pin, cylinder block and synchro plate, which prevents extrusion. A division of the walls of the cavity between the synchro plate and the cylinder block allows easy assembly. The inner wall of the cavity is formed by the central pin.
Figures 1 and 2 show embodiments of the invention.
Figure 1 is a cross section through an axial piston machine with cylinder block (1), distributor (2), working piston (3) and drive flange (4), which are mounted in a fixed housing. The working pistons (3) are actuated by piston rods (12) with large ball heads (11) in the drive flange and small ball heads (13) in the working piston. The stroke of the working pistons is known to result from pivoting the cylinder block and the distributor body about the vertical axis. Both are either housed in a swivel head or in a sector-shaped housing, which in addition to the swivel device also has devices such as slots for transferring the working fluid.
The cylinder block is guided on a central pin (5) which is mounted at least slightly transversely in the drive flange at (6) and in the distributor body at (7). With the usual odd number of cylinders, only one cylinder is visible in cross section.
Important for the invention is the synchro plate (21), which in contact with the central part of the piston rod, called contact point (23), ensures the synchronization. The piston rods run through the bore (22) of the synchro plate (21) and the contact points lie against their walls when rotation begins, which prevents further rotation.
However, the contact points should not touch the cylinder race to avoid damage, which is why the bores (22) have a slightly smaller diameter than the working pistons (4). So that the piston rods (12) can be assembled together with the working piston already attached to the small ball head (13), the large ball head (11) is given a slightly smaller diameter than the bore (22).
The piston rods can rotate through small angles, usually 2 "-4", until they rest against the bores (22), for which the small ball (13) is used. To ensure the best possible osculation, the contact point or the holes will be conical.
It is surprisingly cheap to design the contact point (23a) cylindrical and the bore (22a) conical according to Figure 2. Then there is contact at the beginning of the rotation first in the vicinity of the inner dead center, i. H. with the piston largely immersed. The piston speed is low there, which leads to a lower longitudinal speed between the bore and the contact point and thus to greater robustness. The other names in Figure 2 correspond to Figure 1.
The cylinder block is guided in a manner known per se on the central pin in a manner that is easy to move, the guidance being carried out here by a non-metallic, at least approximately ring-shaped component (31). Elastomers are preferably used for this. The component (31) is mounted in a cylindrical extension (32) of the synchro plate (21). The walls of the cavity are formed on the inside by the central pin and on the outside by a flange (34) on the synchro plate and by the cylinder block (1), which prevents extrusion of the component (31).