DE10154599A1 - Hubkolbenmaschine - Google Patents
HubkolbenmaschineInfo
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Abstract
Hubkolbenmaschine mit einer in ihrer Neigung zur Maschinenwelle verstellbaren, von der Maschinenwelle angetriebenen Schwenkscheibe, indem sie sowohl mit einer auf der Maschinenwelle in axialer Richtung wirksamen Führungsvorrichtung als auch mit Abstand von der Maschinenwelle mit einem die Antriebskraft übertragenden Mitnehmer gelenkig verbunden ist, wobei die Kolben jeweils eine Gelenkanordndung aufweisen, an der die Schwenkscheibe im Gleiteingriff steht, wobei die Schwenkscheibe die Form einer Ringscheibe hat und an einer Stelle ihres Umfanges einen zumindest radial nach innen offenen Eingriffsraum aufweist, in den der Kopf eines mit der Maschinenwelle fest verbundenen Mitnehmers eingreift.
Description
Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit einer in ihrer Neigung zur
Maschinenwelle verstellbaren, von der Maschinenwelle angetriebenen
Schwenkscheibe, indem sie sowohl mit einer auf der Maschinenwelle in axialer
Richtung wirksamen Führungsvorrichtung als auch mit Abstand von der
Maschinenwelle mit einem die Antriebskraft übertragenden Mitnehmer gelenkig
verbunden ist, wobei die Kolben jeweils eine Gelenkanordnung aufweisen, an
der die Schwenkscheibe im Gleiteingriff steht, wobei die Schwenkscheibe die
Form einer Ringscheibe hat und an einer Stelle ihres Umfanges einen zumindest
radial nach innen offenen Eingriffsraum aufweist, in den der Kopf eines mit der
Maschinenwelle fest verbundenen Mitnehmers eingreift.
Eine Hubkolbenmaschine in dieser Art ist bekannt durch die DE 197 49 727 A1.
Bei dieser Maschine hat der Mitnehmer einen kugelförmigen Mitnehmerkopf,
der in eine zylindrische Aussparung, auch als Eingriffsraum bezeichnet, der
Schwenkscheibe eingreift. Es handelt sich also bei dieser Maschine im Bereich
der Berührfläche des Mitnehmers, auch als Drehmomentstütze bezeichnet, und
der Schwenkscheibe, auch als Schwenkring bezeichnet, um eine Abstützung
über einen Zylinder-Kugelkontakt nach dem Prinzip der größtmöglichen
Kontaktbereiche. Nachteilig bei dieser Maschine ist, daß dieses Kontaktprinzip
ein ungleichmäßiges Verformungsverhalten der Schwenkringlaufseiten bewirkt,
welches in der Folge zu ungünstigem Laufverhalten der Gleitschuhe auf dem
Schwenkring führt. Im Bereich der zylindrischen Bohrung des Schwenkrings, in
der sich die kugelförmige Fläche der Drehmomentstütze abstützt, kommt es
durch die prinzipbedingt sehr kleine Restwandstärke des Schwenkrings zu einer
starken Verformung in diesem Bereich. Dadurch werden die Laufeigenschaften
der Gleitschuhe auf dem Schwenkring verschlechtert.
Aufgabe der Erfindung ist es also, das Verformungsverhalten der
Schwenkringlaufseiten zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hubkolbenmaschine mit einer in ihrer
Neigung zur Maschinenwelle verstellbaren, von der Maschinenwelle
angetriebenen Schwenkscheibe, indem sie sowohl mit einer auf der
Maschinenwelle in axialer Richtung wirksamen Führungsvorrichtung als auch in
Abstand von der Maschinenwelle mit einem die Antriebskraft übertragenen
Mitnehmer gelenkig verbunden ist, wobei die Kolben jeweils eine
Gelenkanordnung aufweisen, an der die Schwenkscheibe in Gleiteingriff steht,
wobei die Schwenkscheibe die Form einer Ringscheibe hat und an einer Stelle
ihres Umfanges einen zumindest radial nach innen offenen Eingriffsraum
aufweist, in dem der Kopf eines mit der Maschinenwelle fest verbundenen
Mitnehmers eingreift, wobei hier erfindungsgemäß der Bereich der Wirklinien der
Krafteinleitung der Axialkräfte von der Schwenkscheibe auf den Mitnehmer nicht
im Bereich der in Längsaxialrichtung der Hubkolbenmaschine geringsten
Wandstärke des Eingriffsraumes in der Schwenkscheibe angeordnet ist,
sondern seitlich rechts und links davon weiter nach hinten verlagert in Bereiche
größerer Wandstärken des Eingriffsraumes.
Eine erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine zeichnet sich dadurch aus, daß der
ansonsten kugelförmige Kopf des Mitnehmers im vorderen Bereich eine
Abflachung quer zur Längsaxialrichtung der Hubkolbenmaschine oder in Aufsicht
einen quer ausgerichteten ovalen Querschnitt aufweist und der Eingriffsraum im
Schwenkring zylindrisch, also im Querschnitt kreisförmig ist.
Das führt dazu, daß durch die Abflachung oder das Oval die Berührpunkte des
Mitnehmerkopfes im kreisförmigen Eingriffsraumquerschnitt rechts und links von
der Mitte des Eingriffraumes liegen und von der dünnsten Wandstärke des
Eingriffraumes weg nach hinten in Bereiche größerer Wandstärken verlagert
sind.
Eine weitere erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine zeichnet sich dadurch aus,
daß der Eingriffsraum im Schwenkring in Längsaxialrichtung der
Hubkolbenmaschine einen eiförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweist und
in diesem Fall der Kopf des Mitnehmers kugelförmig ist, also in der Ebene der
Berührpunkte einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Das führt ebenfalls zu
einer Verlagerung der Berührpunkte, durch die die Axialkräfte übertragen
werden, in Bereiche größerer Schwenkring-Wandstärken.
Bevorzugt wird eine Hubkolbenmaschine, bei der eine Flächenpressung in
Axialrichtung der Maschine, im Bereich der Berührfläche zwischen Mitnehmer
und Schwenkring im Bereich größerer Wandstärken vorliegt. Weiterhin wird eine
Hubkolbenmaschine bevorzugt, welche ein geringeres, verbessertes
Verformungsverhalten der Schwenkringlaufseite in axialer Richtung besitzt, da
sich die Verformung im Bereich größerer Wandstärken befindet.
Dadurch werden bei einer erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine die
dünnwandigen Bereiche im Eingriffsraum des Schwenkrings entlastet.
Weiterhin wird eine Hubkolbenmaschine bevorzugt, bei der die vordere
Wandstärke des Schwenkringes im Bereich der Berührfläche zwischen
Mitnehmer und Schwenkring größer als die hintere Wandstärke ist.
Die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine wird nun anhand der Figuren in
einigen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1a und 1b einen Mitnehmer und einen Schwenkring einer
bekannten und einer erfindungsgemäßen Ausführung im Querschnitt.
Fig. 2a und Fig. 2b zeigen jeweils eine dreidimensionale Darstellung einer
Welle mit Mitnehmer und Schwenkring einer bekannten und einer
erfindungsgemäßen Ausführung.
Fig. 3a und Fig. 3b zeigen jeweils in Aufsicht Schwenkring und
Drehmomentenstütze einer bekannten und einer erfindungsgemäßen
Ausführung.
Fig. 4 zeigt mehrere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Mitnehmern
und Eingriffsräumen in Aufsicht.
In Fig. 1a ist im Querschnitt eine Welle 1 einer Hubkolbenmaschine zu sehen,
bei welcher in einer Öffnung 2 ein Mitnehmer 3 befestigt ist, der auch als
Drehmomentstütze bezeichnet wird. Der Mitnehmer 3 hat an seinem aus der
Welle herausragenden Ende eine Verjüngung, an die sich ein kugelförmiger
Kopf 4 anschließt. In der hier ebenfalls im Querschnitt dargestellten
Schwenkscheibe 5 ist im Bereich des Kugelkopfes 4 eine zylindrische
Ausnehmung 6 vorhanden, in die der Kugelkopf 4 eingreift, was dazu führt, daß
eine relativ dünne Wandstärke 7 der Schwenkscheibe 5 gerade in dem Bereich
vorhanden ist, in dem die axialen Kräfte 8, welche durch die Kolben auf die
Schwenkscheibe wirken, angreifen. Weiterhin ist eine axiale
Führungsvorrichtung 9 auf der Welle 1 dargestellt, die aus der DE 197 49 727
bekannt ist und auf die hier nicht weiter eingegangen werden soll. Bei der
erfindungsgemäßen Ausführung des Mitnehmers und der Schwenkscheibe in
Fig. 1b wird deutlich, daß der Kugelkopf 4 an seinem vorderen Ende 10
abgeplattet ist, wodurch sich die Wandstärke in den Berührungspunkten des
Schwenkrings zusätzlich zu der schon vorhandenen Wandstärke 7 noch um die
Wandstärke 11 vergrößern kann, so daß eine größere Wandstärke im
Angriffsbereich der axialen Kräfte 8 vorhanden ist und somit diese Wandstärke
unter Einwirkung der axialen Kräfte eine geringere Verformung erfährt.
Fig. 2a zeigt den Schwenkring und die Drehmomentstütze der bekannten
Hubkolbenmaschine. In der perspektivischen Darstellung ist der Schwenkring 5
zu erkennen, der im Bereich des Eingriffsraumes 6, in dem das obere Ende des
Kugelkopfes 4 gerade noch zu erkennen ist, in diesem Bereich eine dünne
Wandstärke 7 aufweist. Der Mitnehmer 3 ist mit seinem anderen Ende in der
Welle 1 befestigt. Auf der Welle 1 ist weiterhin die axiale Führungsvorrichtung 9
dargestellt, welche mit zwei Armen 12, welche über bolzenartige Enden 13
drehbar im Schwenkring 5 befestigt sind, die axiale Führung des Schwenkrings
auf der Welle sicherstellen. Bei Drehung der Welle wird das Drehmoment über
den Mitnehmer 3 mittels des Eingriffraumes 6 auf den Schwenkring 5
übertragen. In der Fig. 2b ist eine erfindungsgemäße Ausführung der
Schwenkringscheibe und des Mitnehmerarmes dargestellt. Man erkennt, daß im
Bereich der Berührungspunkte des Eingriffraumes 6 mit dem Mitnehmer 3 die
Wandstärke 7 durch eine zusätzliche Wandstärke 11 vergrößert wird, da der
ursprünglich kugelförmige Mitnehmerkopf 4 an seiner vorderen Seite jetzt
abgeplattet ist.
Fig. 3a zeigt die bekannte Hubkolbenmaschine mit ihren Teilen 5, dem
Schwenkring und ihrer Drehmomentstütze 4 in einer Aufsicht. Die auf den
Schwenkring axial wirkenden Kräfte 8 führen dazu, daß im Bereich der dünnen
Wandstärke 7 des Eingriffsraumes 6 eine Verformung stattfindet, die durch die
Verformungslinie 20 angedeutet wird. Das führt dazu, daß auf dem Schwenkring
laufende Gleitschuhe der Kolben an dieser Stelle eine ungewollte Hubbewegung
und damit einen unruhigen Laut erfahren.
Die verbesserte Ausführung in Fig. 3b, in welcher die Wandstärke 7 des
Eingriffsraumes 6 durch die zusätzliche Wandstärke 11 in den Berührpunkten
vergrößert wurde, die aufgrund der Abplattung 10 des
Drehmomentstützenkopfes 4 gewonnen werden konnte, führt dazu, daß die
Verformung durch die axialen Kräfte verlagert und auf ein unwesentliches Maß
reduziert wird und damit die hier nicht dargestellten Gleitschuhe der Kolben auf
diesem Schwenkring ruhig laufen können.
Das Problem der zu kleinen Restwandstärken des Schwenkring wird also
dadurch gelöst, daß die ursprünglich kugelförmige Oberfläche der
Drehmomentenstütze eine Abplattung im Bereich der Wirklinie der
Krafteinleitung der Axialkräfte vom Schwenkring erhält. Dadurch wird ein
Kraftfluß eingestellt, der die dünnwandigen Bereiche im Schwenkring entlastet
und dadurch die Verformung verringert.
In der Folge ergeben sich deutlich bessere Laufeigenschaften der Gleitschuhe,
bei gleichzeitiger weiterer Vergrößerung der Restwandstärke in den
Berührungspunkten am Schwenkring. Ist die Vergrößerung der Wandstärke am
Schwenkring nicht erforderlich, da der Kraftfluß an sich schon zu einer
geringeren Belastung führen kann, kann durch eine zusätzliche Verringerung der
Restwandstärke in der entsprechenden Maschine Bauraum gespart werden.
Gegebenenfalls wird eine geringere oder auch gleichmäßigere Flächenpressung
im Bereich der Berührfläche zwischen Drehmomentenstütze und Schwenkring
erzeugt. Die Erfindung hat damit die Vorteile, daß das Laufverhalten der
Gleitschuhe auf dem Schwenkring verbessert wird, daß die Wandstärke im
Axialkrafteinwirkungsbereich verstärkt werden kann, was zu geringeren
Verformungen führt, oder gegebenenfalls verringert werden kann, was zur
Bauraumeinsparung führt. Die Bauraumersparung ermöglicht wiederum größere
Schwenkwinkel der Schwenkscheibe. Außerdem entfallen durch die Erfindung
Sekundärmaßnahmen zur Verbesserung des Laufverhaltens am Schwenkring,
wie zum Beispiel teure Hartstoffbeschichtungen wie Balinit.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist, den Eingriffsraum 6 exzentrisch
zur Dickenmittellinie des Schwenkrings nach hinten zu verlagern, das heißt von
der Angriffsseite der Axialkräfte 8 weg, sodaß auch hier die vordere Wandstärke
11 vergrößert wird.
Fig. 4 zeigt Ausführungen des Kugelkopfes und des Eingriffsraumes von oben
in Detailansicht. So zeigt Fig. 4a den Mitnehmerkopf mit der Abplattung 10,
welche an den Enden zur Bildung von stetigen Übergängen abgerundet ist. Eine
ovale Mitnehmerkopfausführung wie in Fig. 4b dargestellt ergibt ebenfalls eine
vorteilhafte Krafteinleitung gegenüber einem kugelförmigen Mitnehmerkopf in
einem zylindrischen Eingriffsraum.
Man erkennt deutlich, daß in Zusammenwirken mit dem kreisförmigen Quer
schnitt des Eingriffraumes 6 sich rechts und links von der Mittelachse zwei Be
rührpunkte zur Krafteinleitung bilden, die auch nach hinten in Bereiche größerer
Wandstärken des Eingriffsraumes 6 verlagert sind.
Die Fig. 4c und 4d zeigen in Aufsicht einen kugelförmigen Mitnehmerkopf 4
in Zusammenwirken mit einem eiförmigen Querschnitt (Fig. 4c) des Eingriffs
raumes 6 und mit einem elliptischen Querschnitt (Fig. 4d). Auch hier wird deut
lich erkennbar, daß sich gegenüber nur einem Berührpunkt, der sich bei einen
kreisförmigen Eingriffsraum ergeben würde, zwei Berührpunkte zur Krafteinlei
tung ergeben, die in Bereiche größerer Wandstärken verlagert sind.
Der Schwenkring selbst könnte in seiner Gestaltung außerhalb des Eingriffrau
mes 6 und der Axialführungsvorrichtungen 12 und 13 mit eingegossenen Kühl
lamellen in der Art einer innenbelüfteten Scheibenbremse versehen sein, sodaß
die durch die Reibung der Gleitschuhe erzeugte Wärme aus dem Schwenkring
abgeführt werden kann. Derartige Lamellen ermöglichen zusätzlich Aufnahme
und Durchlaß von Schmiermitteln, welche somit im Bereich Schwenkring, Gleit
schuhen, Drehmomentstütze und Axialführung intensiver wirksam werden.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor
schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die
Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung
und/oder den Zeichnungen offenbarte Merkmalskombinationen zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Aus
bildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des
jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung
eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen
der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik
am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die
Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Tei
lungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindun
gen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteran
sprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verste
hen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abän
derungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente
und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination
oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Be
schreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und
in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrens
schritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar
sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu
neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie
Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.
Claims (8)
1. Hubkolbenmaschine mit einer in ihrer Neigung zur Maschinenwelle ver
stellbaren, von der Maschinenwelle angetriebenen Schwenkscheibe, in
dem sie sowohl mit einer auf der Maschinenwelle in axialer Richtung wirk
samen Führungsvorrichtung als auch mit Abstand von der Maschinenwelle
mit einem die Antriebskraft übertragenden Mitnehmer gelenkig verbunden
ist, wobei die Kolben jeweils eine Gelenkanordnung aufweisen, an der die
Schwenkscheibe im Gleiteingriff steht, wobei die Schwenkscheibe die Form
einer Ringscheibe hat und an einer Stelle ihres Umfanges einen zumindest
radial nach innen offenen Eingriffsraum aufweist, in den der Kopf eines mit
der Maschinenwelle fest verbundenen Mitnehmers eingreift, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Bereich der Wirklinien der Krafteinleitung der Axial
kräfte von der Schwenkscheibe auf den Mitnehmer nicht im Bereich der in
Längsaxialrichtung der Hubkolbenmaschine geringsten Wandstärke des
Eingriffsraumes in der Schwenkscheibe angeordnet ist, sondern seitlich
rechts und links davon weiter nach hinten gelagert in Bereiche größerer
Wandstärken des Eingriffsraumes.
2. Hubkolbenmaschine, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der ansonsten kugelförmige Kopf des Mitnehmers im vorde
ren Bereich eine Abflachung quer zur Längsaxialrichtung der Hubkolben
maschine oder in Aufsicht einen quer ausgerichteten ovalen Querschnitt
aufweist und der Eingriffsraum im Schwenkring zylindrisch, also im Quer
schnitt kreisförmig ist.
3. Hubkolbenmaschine, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Eingriffsraum im Schwenkring in Längsaxialrichtung der
Hubkolbenmaschine einen eiförmigen oder elliptischen Querschnitt auf
weist und der Kopf des Mitnehmers kugelförmig ist, also in der Ebene der
Berührungspunkte einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
4. Hubkolbenmaschine, insbesondere nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flächenpressung in axialer
Richtung der Maschine im Bereich der Berührfläche von Mitnehmer und
Schwenkscheibe im Bereich größerer Wandstärken vorliegt.
5. Hubkolbenmaschine, insbesondere nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein geringeres, verbessertes Ver
formungsverhalten der Schwenkringlaufseiten im Bereich größerer Wand
stärken in axialer Richtung vorliegt.
6. Hubkolbenmaschine, insbesondere nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnwandigen Bereiche im
Eingriffsraum des Schwenkrings entlastet werden.
7. Hubkolbenmaschine, insbesondere nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Wandstärke des
Schwenkrings im Bereich der Berührfläche Mitnehmer-Schwenkring größer
ist als die hintere Wandstärke.
8. Hubkolbenmaschine, mit einer in ihrer Neigung zur Maschinenwelle ver
stellbaren, von der Maschinenwelle angetriebenen Schwenkscheibe, indem
sie sowohl mit einer auf der Maschinenwelle in axialer Richtung wirksamen
Führungsvorrichtung als auch mit Abstand von der Maschinenwelle mit ei
nem die Antriebskraft überragenden Mitnehmer gelenkig verbunden ist,
wobei die Kolben jeweils eine Gelenkanordnung aufweisen, an der die
Schwenkscheibe im Gleiteingriff steht, wobei die Schwenkscheibe die Form
einer Ringscheibe hat, gekennzeichnet durch mindestens ein in den An
meldeunterlagen offenbartes erfinderisches Merkmal.
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