DE1232025B

DE1232025B - Anordnung zum UEbertragen von Drehmoment-Querkraeften an einer Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE1232025B
Application number: DEG30842A
Authority: DE
Inventors: Otmar Kaup
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1960-11-02
Filing date: 1960-11-02
Publication date: 1967-01-05
Also published as: GB915498A; CH395667A

Description

Anordnung zum übertragen von Drehmoment-Querkräften an einer Axialkolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum übertragen von Drehmoment-Querkräften, d. h. aus dem Drehmoment herrührenden Umfangskräften, zwischen den Pleuelstangen und den Kolben einer Axialkolbenmaschine, wobei es gleichgültig ist, ob diese Axialkolbenmaschine eine Pumpe oder ein Motor ist.
Bei einem Kolben, in dem die Pleuelstange mittels eines Kugelkopfes gelagert ist, ist eine solche Anordnung in einfachster Form derart bekannt, daß an der Innenseite des Kolbenhemdes eine konische Fläche vorgesehen ist, deren öffnungswinkel dem größtmöglichen Verschwenkwinkel der Pleuelstange entspricht, so daß sich eine linienförmige Berührung zwischen Pleuelstanaenmantel und dieser konischen Fläche ergibt. Bei einer bekannten Ausführung soll diese konische Fläche dann weiterhin zusätzlich noch das Einführen eines Spreizringes erleichtern.
Diese übertragenen Querkräfte, d. h. quer zur Pleuelstange und Längsachse wirkenden Umfangskräfte, entstehen dadurch, daß die Zylindertrommel über die Kolben und Pleuelstangen in der Drehbewegung der Welle mitgenommen werden muß, wobei der Widerstand, den die Zylindertrommel an ihren Lagerstellen findet, zu überwinden ist. Da jeder Punkt jeder Zylinderachse sich auf einer kreisförmigen Bahn bewegt, bei Ausschwenkung aus der Null-Förderstellung heraus jedoch die Füße der Pleuelstangen auf einer ellipsenförmigen Bahn bewegt werden, ergibt sich, daß bei den bekannten Anordnungen jeweils nur eine Pleuelstange an der Innenseite des Kolbenhemdes anliegt und die gesamte zu übertragende Querkraft Überträgt, während zur gleichen Zeit alle anderen Pleuelstangen nur Längskräfte übertragen. Bei der hohen Drehzahl, mit der derartige Axialkolbenmaschinen betrieben werden, nähert sich diejenige Pleuelstange, die in der unmittelbar folgenden Phase die übertraguno, der Querkraft übernimmt, mit einer verhältnismäßi., a " großen Geschwindigkeit dem Kolbenhemd und schlägt mit einer entsprechenden Heftigkeit gegen dieses.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Schläge, insbesondere die beim Wechsel der Drehrichtung auftretenden besonders starken Schläge, zu dämpfen, um durch diese Schläge der Pleuelstange gegen das Kolbenhemd hervorgerufene Längsrisse und die daraus folgende totale Zerstörung desselben zu vermeiden, wobei zu diesem Zweck vorgesehen ist, an der Innenseite des Kolbenhemdes und bzw. oder an der mit diesem in Berührung kommenden Außenseite der Pleuelstange eine Schicht aus einem dauerschlagunempfindlichen Werkstoff mit einem beträchtlich unter dem Elastizitätsmodul des Kolbenwerkstoffes liegenden Elastizitätsmodul aufzubringen.
Diesem älteren Patent ist kein Hinweis auf die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zu entnehmen, die darin besteht, sämtliche oder zumindest einen großen Teil der vorhandenen Pleuelstangen gleichzeitig an der übertragung der Umfangskraft, die zum Mitnehmen der Zylindertrommel erforderlich ist, zu beteiligen. Durch diese Aufteilung der Mitnahmekraft auf mehrere Pleuelstangen wird für jede einzelne derselben die größte Querkraft, die als Biegebeanspruchung auf die einer großen Längskraft ausgesetzte Pleuelstange wirkt, wesentlich vermindert.
Es ist eine Verbindung zwischen dem Kolben einer Brennkraftmaschine und der dazugehörigen Pleuelstange bekannt, bei der die Pleuelstange mit ihrem Ende in eine elastische Masse eingebettet ist, die einerseits eine Schwenkbewegung der Pleuelstange gegenüber der Achse des Kolbens gestattet, andererseits aber auch die in Richtung der Kolbenlängsachse wirkenden Zug- und Druckkräfte auf die Pleuelstange zu übertragen hat. Ein Zusammenhang mit der durch die Erfindung zu lösenden Aufgabe ist dabei nicht gegeben. Für Schubkolbenflüssigkeitsmaschinen ist es ferner bekannt, die Pleuelstange mit dem Kolbenhemd durch einen Faltenbalg zu verbinden, der Relativbewegungen zwischen Pleuelstange und Kolbenhemd zuläßt und wohl auch gleichzeitig eine Abdichtungsfunktion übernimmt. Zur Aufnahme von Querkräften ist ein solcher Faltenbal- selbstverständlich nicht geeignet. Es ist in einer Weiterausgestaltung sogar vorgesehen, ihn durch eine besondere Stützauflage zwischen Kolbenhemd und Pleuelstange auch von Längskräften zu entlasten. Eine Anregung zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe kann aus diesem Stand der Technik nicht entnommen werden. Ferner ist es bekannt, zur Verbesserung der Ab- dichtung zwischen Kolben und Zylinder zwischen diesen Teilen einen nachgiebigen Werkstoff in solcher Stärke vorzusehen, daß er, obwohl einerseits fest mit dem Zylinder und andererseits fest mit dem Kolben verbunden, eine Längsverschiebung des Kolbens im Zylinder zuläßt. Ein Zusammenhang mit der Erfindung ist dabei nicht gegeben.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß mindestens das triebseitige Ende der Innenseite des Kolbenhemdes oder bzw. und der gegenüberliegende Teil der Pleuelstange am Umfang in an sich bekannter Weise mit einem nachgiebigen Werkstoff belegt ist, dessen Oberfläche der Gegenfläche bei koaxial zur Kolbenachse liegender Pleuelstange in einem AbstandgegenüberlieA der geringer ist als die Ausschwenkstrecke der Pleuelstange. Das bedingt, daß beim Ausschwenken der Pleuelstange um einen Schwenkweg, der größer ist als dieser Abstand, die Oberfläche des nachgiebigen Werkstoffes auf die Gegenfläche auftrifft und der nachgiebige Werkstoff verformt wird. Da zu dieser Verformung eine Kraft erforderlich ist, wird eine entsprechende Querkraft von der Pleuelstange Übertragen, so daß von allen Pleuelstangen, die hinreichend weit ausgeschwenkt sind, gleichzeitig Querkräfte übertragen werden und somit die Gesamtmitnahmekraft auf mehrere Pleuelstangen verteilt wird. Dadurch wird die Biegebeanspruchung für jede einzelne Pleuelstange und damit die Knickgefahr unter der hohen Axialbelastung wesentlich geringer. Gleichzeitig wird aber auch die Beanspruchung des Kolbenhemdes verringert.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes im Schnitt dargestellt.
Im Kolben 1 ist die Pleuelstange 2 mittels eines Kugelkopfes 3 gelagert. Durch eine in der Stirnseite mündende Bohrung 4 wird die Lagerfläche des Kugelkopfes 3 ün Kolben 1 geschmiert. Am triebseitigen Ende ist die Pleuelstange 2 mit einem Kugelfuß 5 im Triebflansch 6 gelagert und durch einen Haltering 7, der seinerseits durch einen Seegerring 8 gehalten ist, befestigt. Die Kolbenstange 2 ist am Umfang, soweit sie in den Kolben 1 eintaucht, mit einer nachgiebigen Schicht 10 a und die Innenseite des Kolbenhemdes 9 mit einer nachgiebigen Schicht 10 b belegt.
Beim Betrieb der Schubkolbenmaschine, zu der der in der Zeichnung dargestellte Kolben 1 und die Pleuelstange 2 und der Triebflansch 6 gehören, kann die Pleuelstange 2 in der in der Zeichnung dargestellten Weise derart verschwenkt werden, daß ihre Achse 12 mit der Achse 11 des Kolbens 1 einen Winkel einschließt. In diesem Fall kommen die Oberflächen der nachgiebigen Schichten 10 a und 10 b miteinander in Berührung. Es werden diese Schichten derart gegeneinander gedrückt, daß sie sich verformen und dabei eine Querkraft zwischen Kolbenhemd 9 und Pleuelstange 2 übertragen.

Claims

Patentanspruch: Anordnung zum übertragen von Drehmoment-Querkräften zwischen den Pleuelstangen und den Kolben einer Axialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das triebseitige Ende der Innenseite des Kolbenhemdes (9) oder/und der gegenüberliegende Teil der Pleuelstange (2) am Umfang in an sich bekannter Weise mit einem nachgiebigen Werkstoff (10 a, 10 b) belegt ist, dessen Oberfläche der Gegenfläche bei koaxial zur Kolbenachse liegender Pleuelstange in einem Abstand gegenüberliegt, der geringer ist als die Ausschwenkstrecke der Pleuelstange. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 711499, 1056 890. 869 717, 500 145; deutsche Auslegeschrift Nr. 1007 577; französische Patentschriften Nr. 846 932, 1242 135, 1245 770; USA.-Patentschrift Nr. 2 436 908. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1151438.