DE1427373B2 - Kugelgelenkverbindung zwischen Kolben und Kolbenstange bei Axialkolbenmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kugelgelenk- können, muß daß Kugelgelenk am anderen Ende der verbindung zwischen Kolben und Kolbenstange von Kolbenstange lösbar, d. h. aus einem Zapfen mit Axialkolbenmaschinen, bei welcher der Kolben- aufschiebbarem Kugelkopf ausgeführt werden. Da mantel eines an dem einen Ende offenen hohlen der Kolbenstangendurchmesser bei dieser Verbin-Kolbens zwischen dem Kolbenkopf und dem bleiben- S dung wesentlich kleiner wird, ergibt sich eine erhebden, die Kolbenstange mit radialem Spiel umfassen- liehe Abnahme des Widerstandsmoments. Das gleiche den hinteren Ende des Kolbenmantels unter Verwen- gilt auch für Anordnungen, bei denen der Rückzugdung der in den Kolben bis zum Anliegen an einen ring auch den Mitnahmekonus erhält.
Kugelschalenteil eingeschobenen Gelenkkugel als Bekannt ist auch eine Anordnung, bei der sich Gegenhalter von außen durch Bildung der Gelenk- io zwischen Kolbenstangen-Kugelkopf und einer Hinterpfanne umgeformt ist. drehung im Kolben ein Sprengring befindet. Diese

Es ist bei Axialkolbenmaschinen bekannt, zwischen Verbindung ist meist mit einem unzulässigen Spiel

Triebscheibe und Zylinderblock Kolbenstangen an- behaftet, und die Lebensdauer dieser rückzugbe-

zuordnen, die mit ihren kugeligen Köpfen in der lasteten Gelenkverbindung ist sehr beschränkt; Auch

Triebscheibe und den im Zylinderblock axialver- 15 der Vorschlag, an Stelle des Sprengringes einen

schieblichen Kolben gelagert sind. Hierbei haben die Draht tangential einzuschieben, ergibt keine zuver-

Kolbenstangen je nach Bauart der Axialkolben- lässige und dauerhafte Verbindung,

maschine entweder nur Druckkräfte zu übertragen Es ist auch üblich, zwischen Sprengring und

oder aber zusätzlich noch den synchronen Umlauf Kugelkopf zusätzlich noch einen zylindrischen Rück-

von Triebscheibe und Zylinderblock durch Anlage 20 zugring anzubringen, dessen am Kugelkopf anliegende

der Kolbenstangen an der inneren Wandung des Räche kugelig und die am Sprengring anliegende

Kolbenmantels sicherzustellen. Fläche eben ausgeführt sind. Es ergeben sich aber

Die montierten Kolben-Kolbenstangen-Bauteile hierbei höhere Herstellungs- und Montagekosten und

haben je nach Bauart im wesentlichen folgende Funk- darüber hinaus der Mangel, daß der Rückzugring

tionen auszuführen: 25 nicht gegen Verdrehung gesichert ist, wodurch eine

1. die Übertragung von Druckkräften beim Vor- schnelle Abnutzung entsteht.

schieben des Kolbens, Bei einer weiteren Ausführung ist das Problem der

2. die Übertragung von Rückzugkräften beim Bildung der Rückzugfläche auf die Weise gelöst, daß Zurückziehen des Kolbens, die sich zusammen- der Kolbenboden, der die Druckkräfte unmittelbar zu setzen aus Saug-, Beschleunigungs- und Rei- 30 übertragen hat, eingeschraubt ist. Hierbei besteht bungskräften, und wieder der Nachteil, daß das Kugelgelenk am anderen

3. eventuell zusätzlich die Übertragung von Mit- Ende der Kolbenstange geteilt werden muß, um nahmekräften über den am hinteren konischen durch den Kolben geschoben werden zu können. Wie Ende des Kolbenmantels anliegenden Kolben- bereits weiter oben angeführt, ergibt sich hierbei eine Stangenschaft auf den Kolben und über diesen 35 beschränkte Schaftdicke der Kolbenstange mit entauf den rotierenden Zylinderblock. sprechend verkleinertem Widerstandsmoment und

Die Erfindung befaßt sich mit der Gestaltung und damit die Gefahr von Kolbenstangenbrüchen.

Herstellung der Rückzugflächen im Kugelgelenk Unter Vermeidung der erwähnten Nachteile liegt

zwischen Kolben und Kolbenstange, jedoch mit der der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die hinsichtlich

Maßgabe, daß von der Verbindung auch die vorer- 40 der Lebensdauer schwächste Stelle der Axialkolben-

wähnten Funktionsforderungen erfüllt werden maschine entscheidend zu verbessern und eine be-

können. sonders einfach herzustellende, funktionstüchtige und

Da Axialkolbenmaschinen im allgemeinen für hohe funktionsbeständige Rückzugfläche bei möglichst Betriebsdrücke gebaut werden, ist es erforderlich, kleinen Abmessungen der Verbindung Kolbenden Kolben wie auch die Kolbenstange aus einem 45 stangen-Kugelkopf und Kolben und damit der entsprechend widerstandsfähigen Werkstoff auszu- Axialkolbenmaschine herzustellen. Dabei ist unter bilden. Sofern man kleine Baumaße der Axialkolben- funktionstüchtig und funktionsbeständig eine Kugelmaschine anstrebt, bleibt wenig Platz für die Aus- gelenkverbindung verstanden, die die Anforderungen bildung einer funktionswirksamen Rückzugfläche. an eine hohe Lebensdauer durch genaue Form und Aus diesem Grunde sind eine Reihe von bekannten 50 Spielfreiheit erfüllt und bei der die Funktionstüchtig-Ausführungsformen, welche zunächst nachstehend keit der übrigen Bereiche des Kolbens bzw. der beschrieben werden, mit Nachteilen behaftet. Kolbenstange nicht beeinträchtigt werden.

Es ist eine Kugelgelenk-Verbindung bekannt, bei Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß der ein Ring aus leicht verformbarem Material über für eine Kugelgelenkverbindung der eingangs erdas zur Verbindung gehörende Kolbenstangenende 55 wähnten Art vorgeschlagen, daß Kolben und Kolbengeschoben und auf einen kleineren Durchmesser stange in bekannter Weise aus einem hochfesten reduziert wird. Dieser Ring wird dann nach dem Werkstoff, wie härtbarem Stahl, bestehen und in den Einziehen auf schwierige Weise an seiner Rückzug- Kolbenmantel auf der der Kolbenstange zuge- und Außenfläche bearbeitet und bei der Montage wendeten Seite der Gelenkkugel eine Ringnut radial durch radial oder tangential angebrachte Stifte 60 von außen unter Bildung einer sich an d"e Kugelgesichert. Die Herstellung der Einzelteile und die fläche anlegenden, den Rückzugbereich der Kugel Montage sind aufwendig und mit hohen Kosten ver- größtmöglich umfassenden Rückzugfläche eingebunden, walzt ist.

Bei einer anderen Ausführung wird ein Rückzug- Es ist zwar bereits ein Einziehverfahren zur Herring in den Kolben eingeschraubt. Infolge der 65 stellung einer Kugelgelenkverbindung bekanntgeübiiehen kleinen Baumaße ergibt sich die Schwierig- worden, bei dem der rohrförmige Kolbenkörper im keit, das Gewinde gegen Verdrehung zu sichern. Um Ausgangszustand diesen umgebende Materialanhäuden Rückzugring auf die Kolbenstange schieben zu fungen aufweist, die in einem ersten Verformungs-

Vorgang durch ein übergeschobenes zylindrisches Verformungsglied zumindest teilweise um die inliegende Kugel der Kolbenstange gedrückt werden. In einem zweiten VerformungsVorgang wird dann ein verbleibender Wulst zur Lockerung des um die Kugel 5 gedrückten Materials und Schaffung des notwendigen Spieles verwendet, wobei durch Bewegen des Verformungsgliedes in entgegengesetzter Richtung eine Streckung erfolgt. Bei diesem Verfahren besteht die große Gefahr der Rißbildung durch zu hohe Zugspannungen. Auch erlaubt es die unkontrollierte Materialverformung nach innen nicht, eine größtmögliche Rückzugfläche auszubilden. Insbesondere ist dieses Verfahren nicht zur Herstellung der Rückzugfläche bei Kolben aus einem hochfesten Werkstoff, wie härtbarem Stahl, geeignet, vielmehr ist es auf weiche Werkstoffe beschränkt. So wird bei dem bekannten Verfahren ausschließlich eine sehr duktile Cu-Be-Bronze, die sich leicht verarbeiten läßt und keinen hohen Beanspruchungen ausgesetzt ist, verwendet.

Die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten werden bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag, der die Herstellung der Rückzugfläche unmittelbar an der inneren Kolbenwandung durch Kaltverformung betrifft, vermieden. Die hierzu erforderliche Herstellung einer Rille ist an sich als Walzen von Rillen an Rohren bekannt. Die erfindungsgemäße Verbindung unterscheidet sich aber hiervon dadurch, daß die eingelegte Kolbenstange selbst als Gegenhalter dient. Dadurch werden den Druckspannungen, die durch das Walzen auf den kleineren Durchmesser an sich schon entstehen, noch weitere Druckspannungen überlagert, die bewirken, daß das gegen die Kugel der Kolbenstange verdrängte Material entlang der Kugel fließt und dabei eine formgenaue und glatte Kugelfläche bildet. Durch entsprechende Gestaltung der Werkzeuge läßt sich die Verbindung so herstellen, daß die Rückfederung des Materials gerade die Lagerluft schafft, die zur Bewegung des Gelenkes notwendig ist.

Die erfindungsgemäße Kugelgelenkverbindung kann für alle Bauarten von Axialkolbenmaschinen Anwendung finden, unabhängig davon, ob die Übertragung des Drehmomentes bzw. die Mitnahme des Zylinderblockes oder der Triebscheibe, die auch als Taumel- oder Schiefscheibe ausgebildet sein kann, mittels der Kolbenstangen, Kardangelenk, Kegelzahnradantrieb oder in sonstiger Weise erfolgt. Besonders vorteilhaft ist die einfache Gestaltung der Verbindung auch bei den zu verwendenden hochfesten Werkstoffen, da die Verbindung lediglich aus dem Kolben und der Kolbenstange besteht und Zwischenteile vermeidet. Die Anordnung hat eine große Lebensdauer, die durch geeignete Vorbehandlung der Kolbenstange noch verbessert werden kann. Bei Verwendung von Nitrierstahl für Kolben und Kolbenstange können die Teile erfindungsgemäß im zusammengebauten Zustand nitriert werden.

In der Zeichnung ist in den F i g. 1 und 2 im Schnitt eine Kugelgelenkverbindung gemäß der Erfindung dargestellt.

In den Figuren ist mit 1 die Kolbenstange, mit 2 die triebscheibenseitige Gelenkkugel und mit 3 die kolbenseitige Gelenkkugel bezeichnet. Der an einem Ende offene Kolben besteht einstückig aus Kolbenkopf 4 und Kolbenmantel 5. Der Kolbenmantel 5 umschließt die Kolbenstange 1 mit radialem Spiel und weist eine konische Innenfläche 6 zur Übertragung der Mitnahmekräfte auf. In den Kolbenmantel 5 ist auf der der Kolbenstange 1 zugewandten Seite der Gelenkkugel 3 eine Ringnut 7 eingewalzt, die eine sich an die Kugelfläche anlegende, den Rückzugbereich der Kugel 3 größtmöglich umfassende Rückzugfläche 8 bildet.

Um zu erreichen, daß die Kolbenstange als Gegenhalter wirkt, ist die Form der Gelenkkugel 3 so gewählt, daß das Kolbenstangenende entweder aus einer Vollkugel (F i g. 1) oder aus einem stirnseitigen Kugelabschnitt 3' und einer Kugelzone 3" mit verschiedenen Radien besteht (F i g. 2).

Die Lebensdauer kann noch dadurch erhöht werden, daß die Gelenkstelle geschmiert wird. So kann z. B. durch eine oder mehrere Bohrungen im Kolbenmantel zwischen Ringnut 7 und Kolbenkopf 4 Druck- oder Schmieröl zur Rückzugfläche geführt werden. Diese Bohrungen können auch dazu dienen, ein Gleitmittel, wie Molybdän-Disulfid, an die Gleitflächen der Kugelgelenkverbindung zu bringen, z. B. durch Einspritzen einer. Emulsion mittels einer geeigneten Vorrichtung.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kugelgelenkverbindung zwischen Kolben und Kolbenstange von Axialkolbenmaschinen, bei welcher der Kolbenmantel eines an dem einen Ende offenen hohlen Kolbens zwischen dem Kolbenkopf und dem bleibenden, die Kolbenstange mit radialem Spiel umfassenden hinteren Ende des Kolbenmantels unter Verwendung der in den Kolben bis zum Anliegen an einen Kugelschalenteil eingeschobenen Gelenkkugel als Gegenhalter von außen durch Bildung der Gelenkpfanne umgeformt ist, dadurchgekennzeichnet, daß Kolben (4, 5) und Kolbenstange .

- (1) in bekannter Weise aus einem hochfesten Werkstoff, wie härtbarem Stahl, bestehen und in den Kolbenmantel (5) auf der der Kolbenstange (1) zugewendeten Seite der Gelenkkugel (3) eine Ringnut (7) radial von außen unter Bildung einer sich an die Kugelfläche anlegenden, den Rückzugbereich der Kugel (3) größtmöglich umfassenden Rückzugfläche (8) eingewalzt ist.

2. Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise aus Nitrierstahl bestehende Kolben (4,5) erst nach Bildung der Kugelgelenkverbindung gehärtet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen