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Axialkolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Axialkolbenmaschine
mit einer Verteilerplatte und mit einer umlaufenden Zylindertrommel, deren Zylinderbohrungen
um die Trommelachse herum angeordnet sind, wobei die in den Zylinderbohrungen gleitenden
Kolben über Kugelgleitschuhe gegen eine Schiefscheibe abgestützt sind. Derartige
Konstruktionen, bei welchen die Schiefscheibe in ihrer Neigung zwecks Veränderung
des übertragenen Drehmomentes verstellt werden kann, sind bereits in den verschiedensten
Ausführungen bekanntgeworden. Den meisten dieser bekannten Konstruktionen haften
jedoch Nachteile in bezug auf den Wirkungsgrad, die Lebensdauer oder die Laufeigenschaften
bzw. die Stabilität an. Durch besondere konstruktive Maßnahmen war es zwar möglich,
einzelne dieser Nachteile zu vermeiden, jedoch traten dadurch die übrigen Nachteile
meist noch stärker hervor.
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Die Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, Axialkolbenmaschinen der
oben geschilderten Art zu schaffen, welche allen an sie gestellten Anforderungen
gerecht werden. Die Erfindung besteht hierbei im wesentlichen darin, daß die Berührungsfläche
zwischen der Verteilerplatte und dem sich auf ihr abstützenden Zylinderkörper in
an sich bekannter Weise sphärisch geformt ist, daß der Zylinderkörper in an sich
bekannter Weise mit der Antriebswelle durch eine Keilverzahnung drehfest und unverschiebbar
in radialer Richtung so verbunden ist, daß dem Zylinderkörper kleine Axialverschiebungen
möglich sind, und daß der Mittelpunkt der Keilverzahnung zumindest im wesentlichen
in der von den Mittelpunkten der Kugeln der Kugelgleitschuhe gebildeten, parallel
zur Ebene der Schiefscheibe verlaufenden Ebene liegt.
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Es sind bereits Axialkolbenmaschinen bekanntgeworden, bei denen die
Verteilerplatte flach ist und bei denen es zur Erzielung einer guten Dichtung für
die Verteilung nötig ist, den Leitungen, die die Zylinder mit den Verteileröffnungen
verbinden, eine derartige Form zu geben, daß ein beträchtlicher Druck von der Trommel
auf die Verteilerplatte an der Seite der unter Druck stehenden Öffnungen ausgeübt
wird, was eine ungleichmäßige Abnutzung der Verteilerplatte verursacht. Durch die
Maßnahme, die Berührungsfläche zwischen Verteilerplatte und Zylindertrommel in konkaver
oder konvexer Form sphärisch zu gestalten, wird eine gleichmäßige Verteilung des
spezifischen, auf die Verteilerplatte wirkenden Druckes erzielt, so daß ein im Vergleich
zur Saugseite größerer Verschleiß auf der Druckseite vermieden wird. Die sphärische
Form der Berührungsfläche bewirkt nämlich, daß der Axialdruck, welcher die Tendenz
hat, die Trommel an die Verteilerplatte zu pressen, wobei der Axialdruck in bezug
auf die Rotationsachse in Richtung auf die unter Druck stehende Öffnung verlagert
und daher gegen eine gekrümmte Oberfläche gerichtet ist, in Komponenten zerlegt
wird, von denen die radiale Komponente dazu neigt, die Trommel radial zu verlagern.
Dieser Komponente wirkt die durch die sphärische Oberfläche in dem achssymmetrischen
Gegenpunkt erzeugte Gegenkraft entgegen. Die Größe dieser Gegenkraft ist eine Funktion
der genannten radialen Komponente, d. h. des Krümmungsradius der sphärischen Oberfläche.
Es ist daher durch geeignete Wahl dieses Krümmungsradius möglich, in gewissen Grenzen
eine gleichmäßigere Verteilung des Axialdruckes auf die ganze Kontaktfläche zu erreichen.
Wenn nun noch die beiden weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung erfüllt sind,
nämlich daß der Zylinderkörper mit der Antriebswelle durch eine Keilverzahnung drehfest
und unverschiebbar in radialer Richtung so verbunden ist, daß dem Zylinderkörper
kleine Axialverschiebungen möglich sind, und daß der Mittelpunkt der Keilverzahnung
zumindest im wesentlichen in der Ebene der Mittelpunkte der Kugelgleitschuhe liegt,
so wird bei gleichem Durchmesser der sphärischen Oberflächen eine größere Stabilität
der Trommel im Hinblick auf die Tendenz des Loslösens der Platte von der Auflagefläche
erzielt. Hierbei bringt die Verlegung der Keilverzahnung in den Bereich der durch
die Mittelpunkte der Kugelgleitschuhe gehenden Ebene den Vorteil mit sich, daß die
Abmessungen der Berührungsfläche nicht vergrößert werden müssen, was sonst mit Rücksicht
auf die notwendige Stabilität gegen ein Loslösen der Trommel von der Oberfläche
der Verteilerplatte notwendig wäre. Ein derartiges Loslösen kann auch durch Einflüsse,
z. B. Gewicht, Schwingungen, Stöße usw., verursacht
werden, welche
nicht unbedingt mit dem durch die Drehbewegung der Trommel erzeugten Drehmotnent
zusammenhängen.
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Es ist bereits eine Konstruktion bekanntgeworden, bei welcher zwar
ebenfalls eine sphärische Berührungsfläche zwischen Verteilerplatte und Zylindertrommel
und eine Keilverzahnung als Verbindung des Zylinderkörpers mit der Welle vorgesehen
sind, jedoch ist diese Keilverzahnung weit außerhalb des Bereiches der Ebene durch
die Mittelpunkte der Kugeln der Kugelgleitschuhe angeordnet. Es hat sich in der
Praxis gezeigt, daß hierdurch ungünstigere Beanspruchungsverhältnisse und in der
Folge eine geringere Stabilität und ein geringerer Wirkungsgrad als bei der erfindungsgemäßen
Konstruktion erreicht werden.
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Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe von Zeichnungen an Hand
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert: In der Zeichnung stellt
dar: Fig. 1 eine bekannte, als Pumpe wirkende Druckkolbenvorrichtung mit Gleitführung
und Stirnverteilung, teilweise im Schnitt, Fig. 2 die Frontansicht der Verteilerplatte,
wie in Fig. 1 dargestellt, Fig. 3 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung mit erfindungsgemäßer
sphärischer Stirnverteilerplatte, teilweise im Schnitt, Fig. 4 die Frontansicht
der sphärischen Verteilerplatte, Fig. 5 ein Detail, bei dem die Kräfteverteilung
auf der sphärischen Oberfläche eingezeichnet ist, wobei die Schnittebene rechtwinklig
zur Zeichenebene der Fig. 3 verläuft, und zwar um 90° um die Achse 8 gedreht ist.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen- zur besseren Erklärung der Wirkungsweise
der Vorrichtung eine bekannte Ausführungsform dieser Anordnung: In der zylinderförmigen
Trommel 1 sind zylindrische Bohrungen vorgesehen, in denen sich die Kolben hin-
und herbewegen, von denen zur besseren Übersichtlichkeit lediglich zwei, nämlich
5 und 5', dargestellt sind. DieTrommel 1 stützt sich gegen die ebene kreisförmige
Platte 2, die von zwei Öffnungen 3 und 4 unterbrochen wird, die die Form von Kreisbogenquerschnitten
haben und entlang eines mittleren Kreises angeordnet sind, der innerhalb der Peripherie
der Platte liegt und mit dem Kreis übereinstimmt, auf dem die Leitungen 10 und 11
liegen, die eine Verbindung der Öffnungen 3 und 4 mit den zylindrischen Bohrungen
der Trommel herstellen, wobei die Öffnungen 3 und 4 Saug- bzw. Drucköffnungen der
Vorrichtung sind und auf Crund der Drehung der Trommel in bezug auf die Platte 2
abwechselnd mit den zylindrischen Bohrungen der Trommel verbunden sind. Die Hin-
und Herbewegung der Kolben in den Zylindern bei Passieren der Öffnungen 3 und 4
erzeugt den Sog bzw. den Druck in der Flüssigkeit. Die Hin- und Herbewegung der
Kolben 5 und 5' wird durch eine Schiefscheibe 7 veranlaßt, auf die sich die Kolben
5 und 5' mit Hilfe von Kugelgleitschuhen 6 und 6' abstützen. Wenn die Trommel rotiert,
werden die Kolben, die mit ihr rotieren, einer Hin- und Herbewegung dadurch unterworfen,
daß sie den höheren bzw. niedrigeren Teil der Schiefscheibe 7 passieren. Der Aufwärtstakt
des Saugkolbens wird dadurch bewirkt, daß mit Hilfe einer zusätzlichen Pumpe in
die Saugöffnung eine Flüssigkeit gedrückt wird, deren Druck größer als der atmosphärische,
jedoch kleiner als der Arbeitsdruck ist.
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Die Trommel 1 ist mit der Welle 8 im Punkt 9 mit Hilfe einer Keilverzahnung
verbunden. Der Punkt 9 ist der Durchdringungspunkt der Welle 8 durch die Ebene,
die durch die Mittelpunkte der Kugelgelenke 6 und 6' und parallel zur Schiefscheibe
7 verläuft. Die Bohrung in der Trommel 1 zur Aufnahme der Welle 8 hat einen größeren
Durchmesser als die Welle 8, wodurch seitliche Verschiebungen der Trommel 1 ermöglicht
werden.
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In den Fig. 3 und 4, in denen die den Fig. 1 und 2 entsprechenden
Teile die gleichen Bezugszeichen führen, hat die Verteilerplatte 2 die Form einer
konvexen sphärischen Kalotte, während entsprechend die Auflagefläche der Trommel
1 die Form einer konkaven sphärischen Kalotte besitzt.
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Wie im vorstehenden beschrieben und in den Fig. 1 und 3 dargestellt,
sind die Verbindungen zwischen den Zylindern und den Verteileröffnungen so geformt,
daß die unter Druck stehende Flüssigkeit, die sich in den Zylindern befindet, einen
Axialdruck auf die Trommel 1 ausübt, der auf die Verteilerplatte 2 gerichtet ist.
Die Resultierende R (Fig. 5) des Axialdruckes, der in den einzelnen Zylindern erzeugt
wird, wird in Richtung auf die unter Druck stehende Öffnung verlagert, ist gegen
eine gekrümmte Oberfläche gerichtet und wird daher so zerlegt, daß eine in bezug
auf die Welle 8 radiale Komponente hervorgebracht wird, die dazu neigt, den Zylinderkörper
nach außen zu verlagern. Dieser Kraft s wirkt die Gegenkraft r der sphärischen Oberfläche
in dem in bezug auf die Rotationsachse symmetrischen Gegenpunkt entgegen Die Größe
der genannten Komponente ist eine Funktion des Krümmungsradius der Kontaktflächen.
Durch geeignete Wahl des Krümmungsradius ist es möglich, eine gleichmäßigere Verteilung
der Kräfte zwischen dem Angriffspunkt der Axialkraft R und dem achssymmetrischen
Gegenpunkt zu erreichen, was zu einem geringeren Verschleiß führt. Dieses Phänomen
tritt bei einer ebenen Platte nicht auf, da dort keine radiale Komponente der Resultierenden
R besteht und der gesamte Axialdruck im Berührungspunkt mit der gekuppelten Oberfläche
angreift und an diesem Punkt einen lokalisierten Verschleiß verursacht.
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Die gezeigte sphärische Form gewährt auch Vorteile im Hinblick auf
die Stabilität gegen Loslösung der Trommel von ihrer Auflagefläche, und zwar bei
gleichem Durchmesser. Wenn man beispielsweise annimmt, daß die Trommel 1 durch Drehung
um eine Achse senkrecht zur Zeichenebene und durch den Punkt 9 verlaufend eine Tendenz
besitzt, sich entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne zu drehen, wird das rechte Ende
der Trommel dazu neigen, sich dem Punkt 9 um einen Betrag zu nähern, der bei Gleichheit
des Drehwinkels dem Kosinus des Winkels a proportional ist, der durch die Gerade
gebildet wird, die das genannte rechte Ende der Trommel mit dem Punkt 9 verbindet,
und die Projektion der Auflagefläche. Im Falle einer sphärischen Oberfläche ist
der Winkel a bei gleichem Durchmesser der Trommel kleiner, der Kosinus entsprechend
größer und infolgedessen der Betrag, der auf Annäherung an den Punkt 9 wirken muß,
entsprechend größer. Mit anderen Worten, bei einer sphärischen Oberfläche tritt
den erwähnten Verlagerungen der Trommel t ein größerer Widerstand entgegen, so daß
ihre Stabilität daher größer ist.