DE2364619A1 - Kugelhalterung - Google Patents

Description

Dipl.-I.ng. JOACHIM STRASSE

Dip I .-Ing. NIKOLAI ZOUNEK

64 50 Hanau Römerstraße 19 Postfach 793

Volvo Flygmotor AB PO Box 136

S-461 01 Trol I hätten SCHWEDEN

Hanau, den 24. Dezember 1973 Str/Wn - Π 045

KugeI ha Iterung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Halterung oder das Einstellen eines sphärisehen oder kugeI förmigen Lagerteils, insbesondere eines Kolbenstangen KugeIkardans, in einem Paß-Lagersitz, beispielsweise einer Antriebsscheibe im Axialkolben in einer Axia I-KoIbenmaschina mit variabler Verdrängung, wobei der Lagersitz eine Tiefe, · gerechnet von seiner Ausfluß-Ebene an, größer als sein Radius aufweist, d.h. der öffnungswinkel des Lagersitzes um das Kugelteil größer als 180° ist, ferner der Lagersitz an seiner Außenkante eingeschnitten ist, während das Kugelteil teilweise sphärisch ausgebiIdet und an der Berührungsstelle mit der Kolbenstange einen ebenen Teil besitzt.

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ORIGINAL INSPECTED

• La.gerung'en mit sphä r i scher oder Kugelgestalt in einem mehr oder weniger halbsphärischen Lagersitz sind bekannt und es sind schon die verschiedensten Ausführungsformen für die Befestigung der Kuqel in dem Sitz vorgeschlagen worden. Dabei ist der Kantenteil des Sitzes deformiert oder der Lagersitz-AusfIuß auf andere Weise geblockt, im allgemeinen mittels eigener getrennter Teile, wie beispielsweise Abdeck — ρ Iatten oder -ringen, die dafür geeignet sind an Ort und Stelle eingepreßt zu werden. All diesen Ausführungsformen für die Befestigung des sphärischen Teils im Lagersitz ist gemeinsam, daß sie für hohe Belastungen und hohe Drehgeschwindigkeiten nicht geeignet sind und darüber hinaus noch einen relativ komplizierten Aufbau besitzen.

In Jüngerer Zeit werden Ko I ben-Lagersätzanordnungen for hochbelastete Lagerungen und hohe Beanspruchungen gefordert, wie dies insbesondere bei Ax I a I-KoIbenmaschinen ver-' langt wird, in denen sehr hohe hydraulische Drucke und große Drehzahlen auftreten. Bei derartigen Maschinen so I I die Lageroberfläche so groß als möglich sein, während gleichzeitig das Lagergewicht möglichst niedrig gehalten werden muß, ebenso wie die Anzahl der einzelnen Bauteile des Lagers. Getrennte Teile, wie beispielsweise Abdeckplatten und ahn Iiehe BauteiIe sind ungeeignet, da Rückstöße und Undichtigkeiten- infolge eines Spiels bei hohen Belastungen erhalten werden.

Aus den obenangeführten Gründen werden Insbesondere bei Ax I a I-KoIbenmaschinen die einfachsten Ausführungsformen

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für eine derartige Lagerung gewählt, nämlich ein Lager das nur einen teilweise sphärisch ausgebildeten Lagersitz in der Antriebsscheibe mit.einem UmschI Ießungs- oder Öffnungswinkel aufweist, der geringfügig 180° überschreitet, während das Kugelteil mit,einer streng zyIindrisehen oder ähnlichen Oberfläche' versehen ist, die eine mit der Achse der Kolbenstange zusammenfallende Achse aufweist. Derartige Lager arbeiten zufriedenstellend bei Axia I-KoIbenmaschinen mit konstanter Verdrängung, obwohl die Lageroberfläche des Kugelteils In größerem Umfange verkleinert wird. Das Kugelteil kann nur in den Lagersitz in einer Stellung eingeführt werden, wenn die Kolbenstange im rechten Winkel zu den Antriebsscheiben steht, so daß in Maschinen mit variabler Verdrängung die Kugel nicht daran gehindert werden kann, den Lagersitz in dieser bestimmten SteI Iung e!nzuhaI ten, welche während EinsteI I bewegungen durch I aufen -wird, so daß eine derartige Ausführungsform der Lagerung für Maschinen mit veränderlicher Verdrängung ungeeignet ist.

Auch für die zuletzt erwähnten Maschinen sind zahlreiche Vorschläge für eine Befestigung gemacht worden, insbesondere in der Form, von verschiedenen geometrischen Abänderungen der endgültigen Gestalt des Kugelteils und des Lagersitzes oder für getrennte VerriegelungsteiIe, wie sie beispielsweise in der US-PS 3 192 868 beschrieben sind. All diesen Vorschlägen ist gemeinsam, daß sie zu teuer für die Serienherstellung sind und/oder die erforderlichen Lageroberflachen zu stark verkleinern.

In der US-PS 3 403 252 ist eine Befestigung für ein Kugelteil, das teilweise sphärisch ist, in einem teilweise sphärischen Lagersitz für ein Kugelkardan in Hebevorrichtungen, wie sie an Traktoren verwendet werden, beschrieben.

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Bei dieser Vorrichtung ist das Kugelteil mit zwei Einschnitten· vergehen, .die fortschreitend größer werdende

Tiefe aufweisen, wobei dazwischen eine gratartige Erhebung des KugeI materia Is stehen bleibt, wobei dieser Grat dafür vorgesehen ist, mit. einem dazu passenden Einschnitt in der sphärischen Oberfläche zum Eingriff zu gelangen, um das -Kugel teil- in dem teilweise sphärischen Lagersitz "rollen" zu lassen. Ein derartiger Vorschlag kann jedoch bei einem, schwersten Belastungen ausgesetzten kugeIförmigen LagerteiI am Ende einer Kolbenstange oder eines Pleuels eines Axjalkolbens in einer Axia I-KoIbenmaschina für sehr hohe Drucke ηicht verwirkIicht werden, da e i η .zu großer Ante, i I der erforder Iichen Lageroberfläche des Kugelteils entfällt und darüber hinaus dies noch an dafür, vö j I i g ungee i gneten Stellen geschieht.

Ein Axial kolben in einer Axia I-KoIbenmaschine₍ die mit extrem hohen Drücken in der Größenordnung von 150 Atmosphären und mehr arbe i tet., b i l.det ein extrem belastetes Konstruktionselement, die zugehörigen BauteiI β ,.wie Kolbenstange und Kolbenkugel beziehungsweise Kolbenlöffel müssen sogfä ItIg-St berechnet werden, um.die geforderte Bruchfest Ig-. ke i t und ,Verschl e i ßf est.i gke.i t zu bestimmen. ,.

Dies gilt noch, in weit größerem Maße fUr Ax ia I-KoIbenmaschlnen mit variab.j er Verdrängung. Im al !gemeinen bildet

die aus einem Kolben, der Kolbenstange und dem Kolbenkopf beziehungsweise Kolbenlöffel einen annehmbaren Kompromiß zwischen vielen, sich teilweise widersprechenden Anforderungen. So muß beispielsweise In einer Maschine mit variabler

♦ Anordnung

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Verdrängung die Kolbenstange um einen Winkel von 43° und mehr in beiden Richtungen von der Vertikalen schwenkbar sein. Die "KoIbenstange muß ferner eine gewisse MindestquerschnittsfIäche in ihrem MitteI teiI aufweisen, um den Kn ickbeanspruchungen· entsprechenden Widerstand leisten zu können. Da diese Kräfte gegen die Enden der Kolbenstange zu geringer werden, können diese Stellen etwas dünner ausgestaltet werden,.dies bedeutet, daß die Kolbenstange gegen den kugelförmigen Teil zu etwas zusammenlaufend ausgebildet ist. Selbst mit höher belastbaren Spezia IstähI en ist die Querschnittsfläche der Kolbenstange so groß, daß die Ausflußfläche des Sitzes, der erforderlich ist, um eine Schwenkbewegung der Kolbenstange von ungefähr 43 ⁰In jede der beiden Richtungen von der Vertikalen zuzulassen, gerade nunmehr so viel Material für das Festhalten der Kugel an der Ausflußkante übrig läßt, wie dies im Hinblick auf die Materialeigenschaften und den großen Beschleunigungskräften erforderlich ist, die an den Enden der Kolbenbewegung auftreten. Aus diesem Grund darf möglichst wenig Materiaf von dem Lagersitz und dem Kugelteil entfernt.

Aus Dimensions- und WirtschaftIichkeitsgründen muß eine Axial-Kolbenmaschine so klein und kompakt wie es das dazu verwendete Materia I und die Konstruktionsbedingungen erlauben , -qevähIt werden, was zur Folge hat, daß die Größe der Lageröberflachen sehr nahe an de- kritisehen unteren Grenze I legt.

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Aus diesem Grunde ist es auch wichtig, daß eine Vorrichtung für eine Zwangs I aufige Fest Iegung eine möglichst kleine Reduzierung der verfügbaren Lageroberflächen aufweist.

Bei der Wahl der zwangsläufigen Befestigung muß bei Maschinen mit veränderlicher Verdrängung möglichst eine

Ausführungsform gewählt werden, in welcher die Stellung für

den Einbau der Kolbenstange mit ihrer Kugel in dem Lager- ^:

sitz sqweit wie möglich von der Betriebsstellung abweicht

und ungefähr unter einem Winkel von 70 - 80 zu der Vertikal en I i eg t .

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Sollte es für erforderlich betrachtet werden, eine radiale Nut an der Sitzkante vorzusehen, ähnlich wie sie in der voranstehend ζ11ierfen US-Patentschrift 3 493 252 beschrieben ist, darf eine, derartige Nut nicht zu breit ausgebildet und darüber hinaus nicht an' einer dafür ungeeigneten Stelle im Hinblick auf die. Lagerdrücke und die übrigen, schon erwähnten Bedingungen angeordnet werden.

Es ist· die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung für die zwangs]aufige Befestigung eines sphärischen oder kugelförmigen Lagerteils in^ seinem Sitz zu schaffen, die bei mögIichst großer Lageroberfläche allen Festigkeits- und Vei— Schleißanforderungen Rechnung trägt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kugelteil an seiner sphärischen Oberfläche mit zwei diametral sich gegenüber Iiegenden Ausnehmungen versehen ist, die mit ihren Mittellinien in einer Ebene angeordnet sind, die das Zentrum des Kugelteils schneidet und mit einer Längs-MitteI -ebene durch die Kolbenstange und den Kugelteil einen kleinen Winkel einschließt, wobei das Kugelteil feinstgeschIiffen Ist, und daß der Einschnitt in der Ausfluß-Ebene angeordnet Ist und sich radial in bezug auf die Symmetrieachse des Ausflusses erstreckt, wobei der Einschnitt tiefer als die Ausfluß-Ebene reicht und eine Breite aufweist, die zumindest im wesentlichen dem Kolbenstangenteil angepaßt ist, der zeltweise während des Ein- und Ausbaus und des Absinkens des Kugelteils in dem Lagersitz dem Kugelteil nahekommt bzw. an I legt.

Mit der vorliegenden Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß In sehr einfacher Weise 'eine Querschnittsebene des Kolbenlöffels Dzw. der Kolbenkugel geschaffen wird, die einen geringeren Querschnitt als andere ähnliche Ebenen aufweist und die

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insbesondere vier Punkte besitzt, nämlich die Kreuzungspunkte zwischen den beiden Ausnehmungen und dem ebenen TeiI und der KugeIoberfIäche, die längs eines Kreises angeordnet sind, dessen Radius kleiner oder gleich dem Radius des Ausflusses des teilweise sphärisch ausgebildeten Lagersitzes ist, so daß die Kolbenkugel mit ihrer Ebene parallel zu der Ausfluß-Ebene des Lagersitzes in diesen eingeführt werden kann,' aber dabei gleichzeitig durch eine geringe Änderung der geneigten Stellung des Kolbens darin festlegbar ist. Diese zwangsweise Aufnahme in der Vorrichtung ist zweckmäßig und gleichzeitig sehr einfach durchzuführen, wobei ferner noch hinzukommt, daß die Vorrichtung einfach herzuste I I en ist, da sie nur ein einfaches Bearbeiten der Kolbenkugel ohne weitere Herabsetzung der Lageroberfläche um einen wesentlichen Anteil erfordert.

Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß die Montage sehr schnell und mit einigen Handgriffen vorzunehmen ist, und daß das Gewicht der ■ Vorrichtung sehr niedrig ist, da zusätzliche, eigene Verriegelungsteile entfallen. Ferner kommt noch hinzu, daß alle Risiken ,hinsichtlich von Undichtigkeiten infolge von Spiel und von Rückstößen, die unter Umständen auftreten könnten, ausgeschlossen sind. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist auch, daß der Ausbau vereinfacht wird, der sich insbesondere von Festste I Ivorrichtungen unterscheidet, die eigene Verriegelungsteile aufweise^ oder bei denen eine Deformation der Kante des Lagersitzes erforderlich ist, um eine Feststellung zu erha I ten .

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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ze i chnung.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine einstellbare Axia I-KoIbenmaschine unter Verwendung der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Darstel lung, teilweise im Schnitt einer Einzelheit im vergrößerten Maßstab,

Fig. 3 eine Ansicht auf eine Kopfkugel mit der deutlichen AbbiI dung.zwei er sich gegenüberliegenden Ausnehmungen und

Fig. 4 eine Teilansicht seitlich gegen den Kopf gemäß Fig. 3. .

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Axia I-KoIbenmaschine mit variabler oder einstellbarer Verdrängung. Diese Art von Maschinen gehört zu denjenigen, in denen die vorliegende Erfindung mit besonderem Vorteil verwendet werden kann.

Im einzelnen ist eine Anordnung 1 von mehreren Axialkolben erkennbar, die jeweils aus einer Kolbenstange 2 mit einem Kolben 3 an einem Ende und einer Lagerkugel 4 am anderen Ende der Kolbenstange bestehen. Jeder Kolben 3 gleitet in einem Zylinder innerhalb eines Zylinderkörpers 5, und dieser Körper ist mittels einer allseitig beweglichen Verbindung

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-10-an einer Antriebsscheibe 7 einstellbar angeschlossen. In der Antriebsscheibe sind Kugelsitze für die entsprechenden Lagerkugeln 4 der Axt a 1koIbenanordnung vorgesehen. Die Lagersitze 8 haben unterhalb der Maulebene eine Tiefe, die größer ist als der Radius des Sitzes, was bedeutet, daß der Umfassungswinkel des Lagersitzes 8 um das kugelförmige Lagerglled 4 größer als 180 ° ist.

Da der ganze Zylinderkörper 5 zusammen mit der Kolbenanordnung 1 so eingerichtet ist, daß sich alles von einer äußeren Lage über eine Mittelstellung in eine extrem andere äußere Lage schwenken läßt, wobei eine.dieser äußeren Lagen in der Darstellung von Fig. 1 eingezeichnet ist, und diese Schwenkbewegung der Einstellung des Verdrängungsmaßes der Maschine dient, ist es wesentlich, daß die Lagerkugeln 4 in den Lagerschalen 8 sicher über zumindest einen Schwenkbereich des Zylinderkörpers 5 von annähernd *■ 43 gehalten werden, ohne daß die Kugeln 4 aus den Lagern 8 springen können. Um dies gemäß der Erfindung sicherstellen zu können, sind zunächst die Lagersitze 8 jeweils an den Maulseiten mit einer radialen Ausnehmung 10 versehen, die sich radial nach außen erstrecken kann« die aber, um einen unerwünschten Verlust von Schmiermitteln infolge von Zentrifugalkräften zu vermeiden, vorzugsweise sich nach innen erstrecken, so wie in der Zeichnung dargestellt. Die Ausnehmung 10 hat vorteilhafterweise eine solche Breite und Tiefe, da,ß sich zumindest ein der Lager» kugel 4 benachbartes Stück der Kolbenstange 2 für die Montage und Demontage durchführen läßt. Darüber hinaus ist das Lagerkugelglied 4, damit es ein LagersitzmauI mit einem kleineren Durchmesser als die Lagerkugei 4 einführbar ist, mit zwei das radiale Ausmaß über das Zentrum der Kugelglieder verringernden, sich gegenüberliegenden FIächentelI en versehen, vorzugsweise mit zwei Ausnehmungen 12, 12b, so daß das Kugelglied 4 in einer bestimmten Querschnittsebene einen Umriß, aufweist, der einen Kreis umschreibt, dessen Radius kleiner

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als der oder gleich dem Radius des Mauls des Lagersitzes 8 ist.

Dies führt dazu, daß die Kolbenanordnung 1 mit ihrem Kugelglied 4 von dem zugehörigen Kugelsitz 8 in der Antriebs— scheibe 7 dadurch montiert oder demontiert werden ka.nn, daß es in eine Stellung gebracht wird, bei der die Kolbenstange annähernd parallel zur Maulebene des Lagersitzes 8 verläuft und sich der dem Kugelglied 4. unmittelbar benachbarte Teil der Kolbenstange 2 in die Ausnehmung 10 einsetzen läßt. Sobalddie Kolbenstange nur um einen kleinen Winkel angehoben ist, wobei sich das Kugelglied im Lagersitz befindet, wird dasselbe darin sehr sicher gehaltert. Da die Kolbenstange während des Betriebs in die Nähe dieser Montagestellung gerät, besteht überhaupt keine Gefahr, daß das Kugelglied aus dem Lagersitz fällt, sondern d ie Ha Harung ist absolut zuverlässig.

Die zwei sich gegenüberliegenden Ausnehmungen 12a, 12b werden durch einen Schliff auf dem KugeIgIied hergesteI 11. Die Aus- ' nehmungen 12a und 12b weisen eine solche Breite und Tiefe auf, daß der Durchmesser des Kugelgliedes ausreichend verringert wird, ohne die Lagerfläche nachteilig zu verringern. Vorzugsweise werden die Ausnehmungen- 12a und 12b unter einem kleinen Winkel OC zur Kolbenstangenachse angeordnet, um die Schwierigkeit des Umlegens der Axia IkoIbenanordnung 1 in völlig horizontale Stellung? verursacht durch den Radius des Kolbens 3, zu kompensieren. Wenn das Kugelglied 4 in den Lagersitz 8 durch die öffnung des letzteren, die einen geringeren Durchmesser als den Maximaldurchmesser des Kugelgliedes aufweist, eingesetzt wird, läßt sich das Kugelglied, wie aus Fig, 4 hervorgeht, durch diese öffnung oder das Maul mit seinem Querschn i t.t, der in den Maulkreis eingearbeitet ist, absenken. Dann wird das Kugelglied In eine Richtung entgegengesetzt zur Kolbenstange auf dem Lagersitz 8 zu

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bewegt, wenn die Axi a I ko I benanordnung 1 angehoben wird..

Die Erfindung ist zwar vorstehend anhand des Beispiels einer Axialkolbenmaschine beschrieben, beschränkt sich jedoch nicht auf diese Anwendung, sondern ist bei allen technisch vergleichbaren Aufgaben anwendbar. "- ,

Anspruch:

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Claims (1)

1. Anspruch;

   Vorrichtung für die Halterung oder das Einstellen eines sphärischen oder kugelförmigen Lagerteils, insbesondere eines Kolbenstangen - KugeIkardans, in einem Paß-Lagersitz, beispielsweise einer Antriebsscheibe Im Axia IkoIben in einer AxiaI-KoIbenmaschine mit variabler Verdrängung, wobei der Lagersitz eine Tiefe, gerechnet von seiner Ausfluß-Ebene an, größer als sein Radius aufweist,,d. h. der öffnungswinkel des Lagersitzes um das Kugeltet I größer als 180 ist, ferner der Lagersitz an seiner Außenkante eingeschnitten ist, während das Kugelteil teilweise sphärisch ausgebildet und an der Berührungsstelle mit der Kolbenstange einen ebenen Teil besitzt, dadurch gekennzeichnet , daß das Kugelteil art seiner sphärischen Oberfläche mit zwei diametral sich gegenüberliegenden Ausnehmungen (12 a, 12 b) versehen ist, die mit ihren Mittellinien in einer Ebene angeordnet sind, die das Zentrum des Kugelte?Is schneidet und mit einer Längs-Mittelebene durch die Kolbenstange und den Kugel teil einen kleinen Winkel (α) einschließt, wobei das Kugelteil feinstgeschIiffen ist, und daß der Einschnitt in der Ausfluß-Ebene angeordnet ist und sich radial' in bezug¹ auf die Symmetrieachse des Ausflusses erstreckt, wobei der Einschnitt tiefer als die Ausfluß-Ebene reicht und eine Breite aufweist, die zumindestens im wesentlichen dem Ko I befistangentei I angepaßt ist, der zeitweI se·während des Ein- und Ausbau3 und des Absinkens des Kugelteils in dem Lagersitz dem Kugelteil nahekommt bzw. anliegt.

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