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Die Erfindung geht aus von einer Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.
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Bekannte Axialkolbenmaschinen dieser Bauart besitzen eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte Zylindertrommel mit einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen mit darin längsverschiebbaren Kolben, die sich über ein Gelenk an einer Schrägscheibe abstützen, wobei ein Gelenk einen ersten Gelenkteil mit einem kugelförmigen Kopf und einen zweiten Gelenkteil mit einer kugeligen Aufnahme für den Kopf aufweist.
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Das Gelenk hat generell die Funktion, in jeder Schrägstellung der Schrägscheibe die Anlage eines Gelenkteiles an einer Lauffläche der Schrägscheibe zu gewährleisten.
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Bei gängigen Gelenkverbindungen wird der erste Gelenkteil mit einem kugelförmigen Kopf mit dem korrespondierenden zweiten Gelenkteil mit kugeliger Aufnahme nach Einführen formschlüssig verbunden, indem ein Randbereich des zweiten Gelenkteiles den ersten Gelenkteil z. B. durch Bördeln oder Fügen hintergreift. Die Herstellung eines solchen Gelenkes ist fertigungstechnisch sehr aufwendig. Die Gelenkteile sind unterschiedlichen Materials. Um einerseits ein Verformen eines Randes des Gelenkteils mit kugeliger Aufnahme zu erzielen, besteht dies meist aus weicherem Material. Um andererseits den hohen Anforderungen hinsichtlich des Verschleißes gerecht zu werden, ist der Gelenkteil mit kugelförmigem Kopf aus härterem Material gefertigt. Für das Bördeln oder Fügen sind spezielle Werkzeuge erforderlich, die den Herstellprozess sehr kostenintensiv gestalten.
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Durch das hier beschriebene Hintergreifen des kugelförmigen Kopfes ist die Gelenkverbindung irreversibel.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln, dass die Gelenkverbindung schnell, fertigungstechnisch einfach und kostengünstig erstellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird für eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff durch eine zusätzliche Ausstattung mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ist der erste Gelenkteil im zweiten Gelenkteil drehbar gehalten, indem der zweite Gelenkteil in der Innenfläche eines rohrförmigen Randes eine Ringnut aufweist, in die über eine Bohrung ein Draht eingeführt ist.
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Die erfindungsgemäße Gelenkverbindung hat mehrere Vorteile.
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Die Gelenkverbindung ist erheblich kostengünstiger, weil spezielle Umformwerkzeuge entfallen und der für die Gelenkverbindung erforderliche Materialaufwand und die fertigungstechnischen Maßnahmen zur Ringnuteinbringung und zur Bohrung einen äußerst geringen Kostenanteil verursachen.
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Die erfindungsgemäße Gelenkverbindung erlaubt eine schnelle und einfache Montage der Gelenkteile. Der erste Gelenkteil wird drehbar im zweiten Gelenkteil gehalten, indem nach Anordnung der Gelenkteile der Draht über die tangential zum Umfang der Ringnut verlaufende Bohrung in die Ringnut des zweiten Gelenkteiles eingeführt wird.
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Die Gelenkverbindung ist lösbar und mit geringem Aufwand wiederherzustellen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der erste Gelenkteil mit einem kugelförmigen Kopf am Kolben ausgebildet und der zweite Gelenkteil mit einer kugeligen Aufnahme stützt sich an der Schrägscheibe ab. Der Kolben baut wohl länger, aber der kugelförmige Kopf ist kleiner.
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Wenn sich der erste Gelenkteil an der Schrägscheibe abstützt und der zweite Gelenkteil am Kolben ausgebildet ist, baut der Kolben etwas kürzer. Der kugelförmige Kopf ist etwas größer und erwirkt somit eine umfassende hydrostatische Entlastung.
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Dadurch dass der zweite Gelenkteil eine zum ersten Gelenkteil zeigende Stirnfläche hat und die Ringnut nahe der Stirnfläche angeordnet ist, wird diese leicht und einfach bei der Herstellung des rohrförmigen Randes z. B. mit einem Drehmeisel eingearbeitet.
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Indem die Bohrung tangential zum Umfang der Ringnut verläuft, lässt sich der Draht einfach von außen in die Ringnut einbringen.
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Vorzugsweise ist der Draht ein Federdraht, der sich augrund seines hervorragenden Krümmungs- und Federvermögens besonders einfach in die Ringnut einbringen lässt. Nach vollständigem Einbringen greift der Federdraht durch seine zurückfedernde Eigenschaft in die Ringnut ein und hält verliersicher den dennoch drehbaren Kolbenkopf.
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Wenn sich der erste Gelenkteil an der Schrägscheibe abstützt und die Form einer Kugel hat, baut der Kolben am kürzesten und die Gleitschuhausbildung entfällt.
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Wenn der erste Gelenkteil ein sich an der Schrägscheibe flächig abstützender Gleitschuh ist, ist die Kontaktfläche zwischen Gelenk und Schrägscheibe größer.
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Der Gleitschuh sorgt für eine ausreichende hydrostatische Entlastung des Kontaktes zwischen Kolben und Schrägscheibe und lässt damit eine hohe Belastbarkeit des Kontaktes zu. Der kugelförmige Kopf ist dann größer und erwirkt eine umfassende hydrostatische Entlastung des Gelenkes.
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Wenn der zweite Gelenkteil ein sich an der Schrägscheibe flächig abstützender Gleitschuh ist, ist die Kontaktfläche zwischen Gelenk und Schrägscheibe größer.
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Der Gleitschuh sorgt auch bei dieser Variante für eine ausreichende hydrostatische Entlastung des Kontaktes zwischen Kolben und Schrägscheibe und lässt damit eine hohe Belastbarkeit des Kontaktes zu. Der am Kolben angeformte kugelförmige Kopf ist dann kleiner und das Gelenk schmäler.
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Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
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Es zeigen
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1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise,
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2 einen Längsschnitt durch eine Gelenkverbindung mit einem kugelförmigen Kopf und einer kugeligen Aufnahme am Kolben,
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3 einen Längsschnitt durch eine Gelenkverbindung mit einem flächig abstützenden Gleitschuh mit einem angeformten kugelförmigen Kopf und einer kugeligen Aufnahme am Kolben,
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4 einen Längsschnitt durch eine Gelenkverbindung mit einem flächig abstützenden Gleitschuh mit kugeliger Aufnahme und einem kugelförmigen Kopf am Kolben,
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5 einen Längsschnitt durch einen rohrförmigen Rand einer Gelenkverbindung,
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6 eine Draufsicht auf eine Gelenkverbindung gemäß 3 und
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7 einen Querschnitt einer Gelenkverbindung durch eine Ringnut.
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Die in 1 dargestellte Axialkolbenmaschine 1 in Schrägscheibenbauweise weist ein Triebwerk 2 auf, das in einem Gehäuse 3 angeordnet ist. Das Triebwerk 2 umfasst als wesentliche Bauteile eine drehbar gelagerte Triebwelle 4 mit einer drehfest verbundenen Zylindertrommel 5. Die Zylindertrommel 5 hat auf einem Teilkreis angeordnete, axial verlaufende Zylinderbohrungen 6, in denen Kolben 7 Längsverschiebbar angeordnet sind. Die Kolben 7 begrenzen mit der Zylindertrommel 5 jeweils einen Verdrängerraum 8. Durch die Drehbewegung der Zylindertrommel 5 wird der Verdrängerraum 8 über eine Steuerscheibe 9 abwechselnd mit einem nicht abgebildeten Druck- oder Sauganschluss verbunden.
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Die in den Zylinderbohrungen 6 längsverschiebbar geführten Kolben 7 sind vorzugsweise zylindrisch ausgeführt. Die zylindertrommelabseitigen Enden der Kolben 7 stützen sich jeweils über ein Gelenk 10 an einer Schrägscheibe 11 ab. Die Schrägscheibe 11 wird von der Triebwelle 4 durchsetzt. In dieser Figur ist nicht dargestellt, dass sie als schwenkbar gelagerte Schwenkwiege mit halbzylindrischem Querschnitt ausgebildet und in der jeweiligen Schwenkstellung durch eine Verstellvorrichtung 12 einstellbar angeordnet ist. An ihrer der Zylindertrommel 5 zugewandten Seite ist eine Lauffläche 13 ausgebildet.
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Bei einer Drehung der Triebwelle 4 dreht sich aufgrund der drehfesten Verbindung auch die Zylindertrommel 5 mitsamt den Kolben 7. Wenn durch Betätigung der Verstellvorrichtung 12 die Schrägscheibe 11 in eine Schrägstellung gegenüber der Zylindertrommel 5 verschwenkt ist, führen die Kolben 7 Hubbewegungen aus. Bei einer kompletten Drehung der Zylindertrommel 5 durchläuft jeder Kolben 7 einen Saug- und einen Kompressionshub, wobei entsprechende Ölströme erzeugt werden, deren Zu- und Abführung über nicht dargestellte Mündungskanäle, Steuerscheibe 9 und nicht dargestellten Druck- und Saugkanal erfolgen.
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Die 2, 3 und 4 zeigen nun verschiedenartig ausgebildete Gelenke 10, über die sich die zylindertrommelabseitigen Enden der Kolben 7 an der Lauffläche 13 der Schrägscheibe 11 abstützen. Jedes Gelenk 10 weist einen ersten Gelenkteil 20 mit einem kugelförmigen Kopf 21 und einen zweiten Gelenkteil 22 mit einer kugelförmigen Ausnehmung 23 sowie einem rohrförmigen Rand 30 auf. Der erste Gelenkteil 20 wird im zweiten Gelenkteil 22 gehalten, indem der zweite Gelenkteil 22 in der Innenfläche des rohrförmigen Randes 30 eine Ringnut 31 aufweist, in die über eine Bohrung 32 ein Draht 40 eingeführt ist. Die kugelförmige Ausnehmung 23 umgreift eine obere Hälfte des kugelförmigen Kopfes 21, eine untere Hälfte des Kopfes 21 taucht etwa zur Hälfte in den rohrförmigen Rand 30 ein.
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In 2 ist am zylindertrommelabseitigen Ende des Kolbens 7 der zweite Gelenkteil 22 mit der kugelförmigen Ausnehmung 23 ausgebildet. Der im zweiten Gelenkteil 22 drehbar gelagerte erste Gelenkteil hat die Form einer Kugel 25. Der Kolben 7 weist zur hydrostatischen Entlastung des Gelenkes 10 entlang der Mittelachse einen Durchgangskanal 26 auf, der vom Verdrängerraum 8 über eine radial erweiterte Öffnung 27 in die kugelförmige Ausnehmung 23 führt.
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In 3 ist am zylindertrommelabseitigen Ende des Kolbens 7 der zweite Gelenkteil 22 mit kugelförmiger Ausnehmung 23 ausgebildet. Der im zweiten Gelenkteil 22 drehbar gelagerte erste Gelenkteil 20 ist ein flächig abstützender Gleitschuh 24 mit angeflanschtem kugelförmigen Kopf 21. Entlang der Mittelachse des Gleitschuhes ist ein Durchgangskanal 28 ausgebildet, der in eine Drucktasche 29 mündet. Der Kolben 7 weist zur hydrostatischen Entlastung des Gelenkes 10 entlang der Mittelachse den Durchgangskanal 26 auf, der vom Verdrängerraum 8 über die Öffnung 27 in die kugelförmige Ausnehmung 23 führt. Über die Verbindung des Verdrängerraumes 8 über die Durchgangskanäle 26 und 28 mit der Drucktasche 29 wird die Gleitschuhfläche zur hydrostatischen Entlastung des Gleitschuhes 24 mit Hydrauliköl versorgt.
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Gemäß 4 ist am zylindertrommelabseitigen Ende des Kolbens 7 ein erster Gelenkteil 20 mit kugelförmigem Kopf 21 ausgebildet. Der kugelförmige Kopf 21 ist in der kugelförmigen Ausnehmung 23 des zweiten Gelenkteiles 22 drehbar gelagert. Das zweite Gelenkteil 22 ist ein flächig abstützender Gleitschuh 24 mit einer kugelförmigen Ausnehmung 23. Der kugelförmige Kopf 21 weist zur hydrostatischen Entlastung des Gelenkes 10 entlang der Mittelachse einen Durchgangskanal 26 auf, der vom Verdrängerraum 8 in die kugelförmige Ausnehmung 23 führt. Entlang der Mittelachse des Gleitschuhes ist ein Durchgangskanal 28 ausgebildet, der in eine Drucktasche 29 mündet und kolbenkopfseitig eine radial erweiterte Öffnung 27 hat. Über die Verbindung vom Verdrängerraum 8 über die Durchgangskanäle 26 und 28 zur Drucktasche 29 wird die Gleitschuhfläche zur hydrostatischen Entlastung des Gleitschuhes 24 mit Hydrauliköl versorgt.
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Die 5 zeigt einen Ausschnitt A aus 2. Ein kegelstumpfförmiger Übergang 33 verbindet den rohrförmigen Rand 30 mit der kugelförmigen Ausnehmung 23, sodass der Innendurchmesser des rohrförmigen Randes 30 geringfügig größer ist, als der der kugelförmigen Ausnehmung 23. Die Ringnut 31 ist auf der Innenfläche des rohrförmigen Randes 30 nahe einer Stirnfläche 34 des Randes angeordnet. Der rohrförmige Rand 30 endet mit einer zur Stirnfläche 34 hin abgerundeten und etwas kürzeren Nutflanke 35 der Ringnut 31.
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Die 6 zeigt die Draufsicht der Gelenkverbindung gemäß 3, in der am zylindertrommelabseitigen Ende des Kolbens 7 der zweite Gelenkteil 22 mit kugelförmiger Ausnehmung 23 ausgebildet und der im zweiten Gelenkteil 22 drehbar gelagerte erste Gelenkteil 20 als flächig abstützender Gleitschuh 24 mit angeflanschtem kugelförmigen Kopf 21 ausgebildet ist. Die Bohrung 32 ist nahe der Stirnfläche 34 des rohrförmigen Randes 30 angeordnet.
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7 zeigt den Querschnitt der Gelenkverbindung durch die Bohrung 32, die tangential in die Ringnut 31 führt. Der Innendurchmesser der Bohrung 32 entspricht in 7 der Breite der Ringnut 31. Der Draht 40 hält verliersicher den kugelförmigen Kopf 21 in der kugelförmigen Ausnehmung 23. Die Länge des Drahtes 40 ist geringfügig geringer als der Umfang der Ringnut 31, sodass der Draht 40 vollständig entlang der Ringnut 31 verläuft, um eine gleichmäßige Belastung des Drahtes 40 zu erwirken.
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Die Montage des Gelenkes erfolgt auf besonders einfache Art, indem nach dem Anordnen des ersten Gelenkteils 20 im zweiten Gelenkteil 22 der Draht 40, z. B. ein Federdraht, über die Bohrung 32 in die Ringnut 31 eingeführt oder auch eingeschossen wird. Der Querschnitt des Drahtes 40 ist dem Querschnitt der Ringnut 31 angepasst. Der Draht 40 wird tangential in die Ringnut eingebracht. Nach voll ständigem Einbringen greift der Draht 40 durch seine zurückfedernde Eigenschaft in die Ringnut 31 ein und hält verliersicher den dennoch drehbaren kugelförmigen Kopf 21.
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Im Besonderen die 2, 3 und 4 betreffend kann die Lauffläche 13 auch als eigenständiges Teil ausgeführt sein. Beim Gleitschuhdesign ist üblicherweise keine eigenständige Lauffläche vorhanden, die Gleitschuhe laufen direkt auf der Schrägscheibenfläche. Bei der Kugelkolbenvariante kann es aus kostentechnischer und funktionstechnischer Sicht vorteilhaft eine eigenständige Lauffläche zu integrieren da hierbei unter anderem auch Standardlagerteile verwendet werden können.
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Die Bohrung 32 im rohrförmigen Rand 30 betreffend muss deren Durchmesser nicht zwingend der Breite der Ringnut 31 entsprechen. Er muss jedoch größer sein als der Durchmesser des Drahtes 40. Der tangentiale Verlauf der Bohrung 32 ist nicht zwingend, erleichtert jedoch die Einführung des Drahtes 40. Die Bohrung 32 kann auch hinsichtlich des Außendurchmessers der Ringnut 31 geringfügig nach innen versetzt sein, sodass ein Herausrutschen des Drahtes 40 verhindert wird.
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Der Übergang 33 ist vorzugsweise kegelstumpfförmig, da dies aus fertigungstechnischer Sicht einfach zu realisieren ist. Der Übergang kann aber auch nahtlos oder radial vorspringend ausgeführt sein.
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Der Draht 40 ist vorzugsweise ein längliches, stangenförmiges Federelement, welches im entspannten Zustand geradlinig verläuft. Diese Ausführung ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Der Draht 40 kann auch ein ringförmiges Federelement sein. Es ist jedoch immer erforderlich, dass er sich im eingebauten Zustand außen anlegt, oder dass der Einbauraum für den Draht 40 durch die seitliche Zuführung derart gestaltet ist, dass der Draht 40 nicht nach vorne entweichen kann, sodass ein verliersicheres Halten des kugelförmigen Kopfes 21 gewährleistet ist.
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Der Gleitschuhdesign hat durch die seitliche Zuführung des Drahtes 40 den zusätzlichen Vorteil, dass das Spiel zwischen Kolben 7 und Gleitschuh 24 kleiner gehalten werden kann, als wenn die Zuführung von vorne erfolgt.
