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Kolbenstange mit Kolben für hydraulische Pumpen oder -Motoren Die
Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenstange mit Kolben fflr hydraulisch. Pumpen
oder Motoren zum Pumpen kompressibler oder inkompressibler Strömungsmittel, insbesondere
ftlr solche Pumpen oder Motoren, bei welchen die Zylinder regelmässig in einem Gehäuse
oder einer Trommel angeordnet sind, die sich um ihre Achse dreht, wobei die Kolben
mit Kolbenstangen verbunden sind, die gegenüber dem Kolben eine Schwingbewegung
ausführen.
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Es ist ein hin- und hergehender Kolben bekannt, der auf
einem
fest mit der Kolbenstange verbundenen Kugelkopf montiert ist, wobei die Kolbenstange
durch Elemente gehalten wird, die der Oberfläche des Kugelkopfes entsprechend geformt
sind.
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Der Nachteil dieser Ausführungsform liegt in der schwierigen Bearbeitung
des Kolbens.
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Bei einer anderen, bekannten Ausführungsform ist der Kolben durch
Bördelung auf dem Kugelkopf befestigt, wobei der Kolben durch einen Hohlzylinder
gebildet wird, der an einem Ende geschlossen ist und ein geschmiertes Abstützorgan
fflr den Kugelkopf umfaßt. Das Abstützorgan nimmt dabei die zwischen Kolben und
Kolbenstange auftretenden Kräfte so auf, daß ein Fressen der Teile vermieden wird.
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Die Nachteile dieser Ausführungsform liegen in den beim Aufbördeln
das Kolbens auf die Kolbenstange auftretenden Schwierigkeiten, in der mangelhaften
Führung des Kolbens und in der Verschleißanfälligkeit der Anordnung.
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Es sind ferner Kolbenstangen mit Kolben bekannt, bei denen das Lager
für den Kugelkopf mit Bördelung 1n Kolben befestigt ist. Eine solche Anordnung,
bei welcher das Lager nur Reib- oder Gleiteigenschaften besitzt, ist für Hochdruckpumpen
nicht geeignet, weil die Kugelköpfe der Kolbenstangen stets einen kleinen Durchmesser
haben müssen.
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Schließlich sind auch Kolbenstangen mit Kolben bekannt, bei welchen
der aus Stahl geringer Härte bestehende Kolben unmittelbar auf den Kugelkopf aufgebördekt
ist.
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Eine derartige Anordnung, die ein Nachschleifen des Kolbens nach dem
Bördeln erforderlich macht, ermöglicht weder die
Oberprtifung des
Spiels zwischen Kugelkopf und Kolben, noch das Auseinandernehmen der Teile.
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Die Erfindung vermeidet die vorstehend geschilderten Nachteile und
hat eine Kolbenstange mit einem Kolben zum Gegenstand, bei welcher die Kolbenstange
einen gegenüber dem Kolben schwenkbaren Kugelkopf aufweist und mit Halteorganen
zusammenwirkt, welche der Oberf lache des Kugelkopfes und der Innenfläche des Kolbenkörpers
angepaßt sind und die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kolbenkörper einen an
beiden Enden offenen, inneren Hohlraum und an der einen Stirnseite einen eingezogenen
Teil aufweist, dessen Durchmesser etwas gr5sser ist als der Durchmesser des Kugelkopfes,
während ein erstes, die Kolbenstange umgebendes und auf diese aufgeschobenes Halteorgan
sich gegen diesen eingezogenen Teil abstützt und das andere Ende des Kolbens einen
Teil aufweist, der Uber ein zweites Halteorgan gebördelt ist.
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Die Kolbenstange gemäß der Erfindung verbessert, bei gegenüber den
bekannten Ausführungsformen vereinfachter Montage, dank der durch geeignete Materialauswahl
gebotenen Möglichkeiten, die Betriebseigenschaften der Pumpe wesentlich.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung beispielsweiser Ausführungsformen einer Kolbenstange mit Kolben gemäß
der Erfindung, wobei auf die beigefügten Zeichnungen bezug genossen wird.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Kolbenstange ait Kolben gemäß der Erfindung
in zusammengebautem Zustand im Längsschnitt; Fig. 2, 3, 4 und 5 verschiedene Stufen
des Zusammenbaus von Kolbenstange und Kolben; Fig. 6 eine andere Ausführungsform
einer Kolbenstange mit
Kolben, in zusammengebautem Zustand und im
Längsschnitt; Fig. 7 eine Stirnansicht eines Halteorganes, welches der Lagerung
des Kugelkopfes im Kolben dient und Fig. 8 eine Schnittansicht entlang der Linie
VIII-VIII der Fig. 7.
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Die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung umfaßt eine Kolbenstange
1, die an ihrem Ende einen Kugelkopf 2 zur Verbindung mit einen Kolben 10 trägt.
Die Kolbenstange weist an ihrem anderen, in der Zeichnung nicht dargestellten Ende
einen Kugelkopf mit grösserem Durchmesser auf, welcher mit einer Platte verbunden
ist, die sich zusammen mit dem die Kolben aufnehmenden Zylindergehäuse in bekannter
Weise dreht. Der Kugelkopf 2 weist zwei ballige Flächen 3 und 4 auf, die einen gemeinsamen
Mittelpunkt und in der dargestellten Ausführungsform auch den gleichen Radius besitzen,
obwohl ihre Radien auch verschieden sein können.
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Die ballige Flache 3 des Kugelkopfes der Kolbenstange wirkt mit einer
konkaven balligen Fläche 5 zusammen, die mit gleichem Radius in zwei Halbachalen
6 und 7 ausgebildet ist, wobei die beiden Halbschalen ein erstes Halteorgan bilden.
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Die Halbschalen 6 und 7 werden durch die Kolbenstange 1 in Anlage
gegen die Bohrung 8 und gegen einen im Kolbenkörper 10 ausgebildeten Bund 9 gehalten.
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Die ballige Flache 4 des Kugelkopfes der Kolbenstange wirkt mit einer
konkaven balligen Fläche 11 zusammen, die mit gleicham Radius in einem Teil 12 ausgeformt
ist, welches ale zweites Halteorgan der Abstützung des Kugelkopfes der Kolbenstange
dient.
Das Teil 12 ist in der Bohrung 8 des Kolbenkörpers 10 zentriert und wird dadurch
gegen die ballige Fläche 4 des Kugelkopfes in Anlage gehalten, daß der stirnseitige
Rsnd 13 des Kolbenkdrpers über das Teil 12 gebördelt ist. Eine Bohrung 15 im Teil
12 ermöglicht die 81zufuhr zu den Flächen 3 und 4 des Kugelkopfesa Wie in den Fig.
2 bis 5 dargestellt, muß zum Zwecke des Zusammenbaues von Kolbenstange und Kolben
der Aussendurchmesser des Kugelkopfes 2 etwas kleiner sein als der Durchmesser des
Bundes 9 des Kolbenkörpers 10, damit die Kolbenstange in der in Fig. 2 durch den
Pfeil F bezeichneten Richtung in den Kolben eingeführt werden kann. Sodann können
die beiden Halbschalen 6 und 7 um die Kolbenstange 1 gelegt (siehe Fig. 3) und diese
anschlisssnd wieder in den Kolbenkörper zurtekgezogen werden (Fig. 4). Der Kugelkopf
2 kann setzt nicht mehr nach unten aus dem Kolben heraustreten, weil er sich gegen
die beiden Halbschalen abstützt.
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Nunmehr kann das Teil 12 in den Kolbenkörper 10 eingesetzt werden
(siehe Fig. 5>, in dem es sodann durch Umbördeln des Randes 13 des Kolbenkörpere
festgelegt wird.
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Diese Anordnung und die Art ihres Zusammenbaues sind besonders vorteilhaft,
weil der Kolbenkörper 10 aus einem Werkstoff hergestellt werden kann, der sich einerseits
gut bördeln läßt und andererseits günstige Reibungseigenschaften aufweist. Diese
beiden Funktionen sind voll und ganz miteinander vereinbar.
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Der Kolbenkörper kann sogar durch Sintern eines Metallpulvers geeigneter
Art hergestellt werden, weil keiner seiner Teile während des Betriebes hohen Belastungen
oder Spannungen ausgesetzt ist.
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Das Teil 12 kann aus dem Werkstoff hergestellt werden, der seiner
Funktion am besten gerecht wird. Es wird im allgemeinen
aus hartem
Werkstoff (einsatzgehärteter oder nitrierter Stahl oder warmbehandelter Sinterwerkstoff)
hergestellt werden, damit es den hohen Berührungsdrücken standhalten kann.
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Die Teile 6 und 7 haben nur eine Haltefunktion und sind weder hohen
Berührungsdrücken noch hohen Gleitgeschwindigkeiten ausgesetzt. Sie bestehen vorzugsweise
aus Sinterwerkstoff.
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Der Kolbenkörper, der gute Gleiteingenschaften aufweisen muß, kann
aus Kupferlegierung als Sinterteil oder als Formdrehteil hergestellt werden. Er
hat deshalb im allgemeinen einen wesentlich höheren Ausdehnungskoeffizienten als
der Zylinder, in dem er gleitet. Dies kann bekanntlich wegen ungenügenden Spiels
zwischen Kolben und Zylinder oder aufgrund eines Thermoschocks zum Fressen des Kolbens
führen.
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Bei dem Kolben gemäß der Erfindung ist diese Gefahr viel geringer,
weil der Kolbenkörper sehr dünnwandig ist so daß, selbst wenn der Kolben momentan
im Zylinder klammen sollte, die ein Fressen bewrirkenden Kräfte viel geringer sind,
weil das Teil 12 aus sehr hartem Werkstoff besteht und deshalb im allgemeinen einen
niedrigen Ausdehnugskoeffizienten hat.
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Aus den gleichen Gründen und auch weil der Kolbenkörper vorzugsweise
aus Sinterwerkstoff besteht, ist die Betriebssicherheit bei Betrieb mit verunreinigtem
Öl grösser.
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Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen ist es bei der Vorrichtung
gemäß der Erfindung einfach, das normale Spiel zwischen dem Kugelkopf und dem Teil
12 wieder herzustellen, wenn durch das Bördeln eine zu starke Klemmung der Teile
eingetreten ist. Wird bei auf der Fläche 14 abgestützten Kolben eine ausreichend
grosse Kraft auf das Teil 12 ausgeübt, so kann man dadurch das erforderliche Spiel
für den Kugelkopf wieder herstellen.
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Die in der Fig. 6 dargestellte abgeänderte Ausführungsform der Kolbenstange
mit Kolben gemaß der Erfindung unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen
Ausführungsform im wesentlichen dadurch, daß die ballige Fläche 3 des Kugelkopfes
mit einer konkaven balligen Fläche 5 zusammenwirkt, die mit gleichem Radius in einer
Büchse 16 ausgebildet ist, welche das erste Halteorgan bildet. Die Buchse 16 wird
durch die Kolbenstange 1 in Anlage gegen die Bohrung 8 und gegen einen im Kolbenkörper
10 ausgebildeten Bund 9 gehalten.
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Wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt, ist der Aussendurchmesser der
Kolbenstange etwas kleiner als die Breite eines Schlitzes 17, der in der Buchse
vorgesehen ist, damit diese seitlich auf die Xolbenstange aufgeschoben werden kann.
Der Zusammenbau der gesamten Vorrichtung erfolgt dabei wie in den Fig. 2 bis 5 gezeigt
ist, indem Kolbenstange und Kolben so angeordnet werden, daß der Kolbenkörper 10
die Pleuelstange umgibt, worauf die Büchse 16 in der beschriebenen Art aufgeschoben
und sodann der Kugelkopf 2 mit der Buchse 16 bis zum Anschlag gegendan Bund 9 in
den Kolbenkörper eingeführt wird, worauf dor Zusammenbau durch Einbördeln des Halteorgans
12 im Kolbenkörper abgeschlossen wird.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung kann bei allen hydraulischen Motoren
und Pumpen angewendet werden, welche Kolbenstangen und ein trommelförmiges Zylindorgehäuse
aufweisen, insbesondere bei sogenannten Taumelscheibenpumpen und -motoren mit geschränkter
Achse.
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Die gleiche Anordnung ist jedoch auch bei anderen Motorenarten anwendbar,
z.B. bei Heißgasmotoren für die Servosteuerung von Steuerflächen bei Luftfahrzeugen
u. dgl., wobei die Teile 12 und 10 gesintert und mit einem Schmiermittel
imprägniert
sein können, um so einen kurzzeitigen Betrieb unter schwierigen Temeperaturverhältnissen
zu ermöglichen.
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Ansprüche: