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Antriebselement, insbesondere Axiallager.
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Die Erfindung betrifft ein Antriebselement, insbesondere ein Axialhublager
zur Umsetzung von Hubbewegungen in Drehbewegungen und umgekehrt, umfassend im wesentlichen
ein zylindrisches Gehäuse aus einem oberen und einem unteren Gehäuseteil, diese
abschließende obere und untere Deckel sowie mehrere um eine zentrale Antriebswelle
im gleichen Abstand von derselben und zueinander, parallel zur Antriebswelle verlaufende
Kolben-Zylinder-Anordnungen im unteren Gehäuse 1, wobei jeder Kolben über eine Pleuelstange
gelenkbeweglich mit einem Pleuelträger verbunden ist.
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Bei bekannten Antriebselementen wie Axialkolbenmotoren oder Axialkolbenpumpen
liegen die Arbeitskolben parallel zur Antriebswelle. Über eine Schräg- oder Taumelscheibe
wird die Axialbewegung der Arbeitskolben in eine Rotationsbewegung umgesetzt. Dabei
bewegt sich der Zylinderblock um die Achse. Im Bereich niedriger Umdrehungszahlen
ist dazu ein verhältnismäßig großer Energieaufwand erforderlich, uährend bei hohen
Umdrehungszahlen Schwingungsprobleme aufgrund der erheblichen bewegten Massen durch
geringste Unwuchten auftreten. Entsprechend genaue Fertigungen sind kostenaufwendig.
Weiterhin sind die bekannten Axialkolbenaggregate für hohe Drücke, wie sie beispielsweise
in Verbrennungsmotoren auftreten, nicht geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebselement der
eingangs beschriebenen Art zu entwickeln,
das bei preisgünstiger
Fertigung nur einen geringen Energieaufwand wegen der kleinen bewegten Massen erfordert,
es dennoch gestattet, hohe Axialdrücke aufzunehmen und durch Antriebsumkehr unterschiedlichen
Anwendungsbereichen zugängig gemacht werden kann.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Pleuelträger mit
einer zentrisch im oberen Gehäuseteil drehbewegbar angeordneten Lagerkugel verbunden
sind, die in am Umfang des oberen Gehäuseteils angeformten Lagersegmenten läuft,
die sich radial ins Gehäuseinnere erstrecken, und die Lagerkugel mit der Antriebswelle
verbunden ist, die in einer die Lagerkugel zentral durchdringenden Lagerwelle fortgeführt
ist.
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Durch die in den Lagersegmenten laufende Lagerkugel wird in Verbindung
mit den Pleuelträgern ein Radiallauf des Hubrings zuverlässig verhindert. Durch
die konkave Ausbildung der Lagersegmente können auch hohe Axialdrücke zuverlässig
aufgenommen werden. Das Gehäuse bleibt starr, während die Masse der bewegten Elemente
gering ist, so daß Schwingungen auch bei hohen Drehzahlen kaum auftreten.
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Durch Antriebsumkehr sind weiterhin in einfacher Weise bei gleichem
Bewegungsablauf unterschiedliche Anwendungsbereiche zugänglich, so beispielsweise
als Verbrennungsmotor, Gasmotor- und pumpe, Kompressoren od. dgl.
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Eine besonders einfache Fertigung ergibt sich nach einem ersten Ausbildungsmerkmal
der Erfindung, wenn die Lagerkugel aus zwei Hälften gebildet ist, zwischen denen
ein scheibenförmig gestalteter Hubring angeordnet ist. Dazu genügt eine einfache
Arretierung mittels eines Arretierungsbolzens. Es ist zweckmäßig, wenn die Pleuelträger
auf dem Hubring angeordnet sind; auf diese Weise ergibt sich eine besonders symmetrische
Verteilung der bewegten
Teile. Zweckdienlich weisen nach einem weiteren
Merkmal der Erfindung die Lagersegmente ein konkaves Profil auf, das der Krümmung
der Kugeloberfläche der Lagerkugel angepaßt ist und mit dieser in Eingriff steht.
Durch die auf dem Hubring gelenkbeweglich angeordneten Pleuelträger wird eine Radialbewegung
des Hubringes zuverlässig verhindert.
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Dies wird vorteilhaft noch dadurch unterstützt, daß die Lagersegmente
endflächenseitig mit dem oberen und dem unteren Gehäuseteil fest verbunden sind,
wozu beispielsweise Schrauben vorgesehen werden können. Nach einem anderen Merkmal
der Erfindung ist die Lagerkugel im Durchtrittsbereich der Antriebs- und der Lagerwelle
abgeplattet, wobei in den Abplattungszonen im vorliegenden Fall je ein Kegelrollenlager
angeordnet ist, welche die Lagerung in den Lagersegmenten unterstützen. Es versteht
sich, daß auch andere Lager dafür vorgesehen werden können oder bei geringeren Axialdrücken
auf diese Lager verzichtet werden kann.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt
und wird nachfolgend näher erläutert.
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Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Antriebselement,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Antriebselement längs der Linien II-II von Fig. 1,
Fig0 3 eine Seitenansicht längs der Linien III-III von Fig. 1.
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Das dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 zugrundegelegte Axialhublager
10 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse 11, das aus einem oberen
Gehäuseteil 12 und einem unteren Gehäuseteil 13 zusammengesetzt ist und von einem
oberen Deckel 14 verschlossen ist. Im unteren Gehäuseteil 13 verläuft eine zentrale
Lagerwelle 16 parallel zu im vorliegenden Fall sechs Zylindern 17 einer
Kolben-Zylinder-Anordnung
18, die den gleichen Abstand von der Lagerwelle 16 aufweisen. In den Zylindern 17
sind Hubbewegungen ausführende Kolben 19 angeordnet, die auf ihrer untenseitigen
Fläche einen mittig angeformten Lagerstift 20 aufweisen, der am der Anformungsstelle
gegenüberliegenden Ende einen U-förmig gestalteten Einschnitt 21 aufweist, wodurch
zwei Schenkel 22 gebildet werden. Zwischen den beiden Schenkeln 22 verläuft eine
Steckachse 23, an der ein Ansatzstück 24 einer Pleuelstange 25 angreift.
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Die Pleuelstange 25 ist an ihrem dem Ansatzstück 24 gegenüberliegenden
Ende gleichfalls U-förmig ausgebildet und mit einem zylinderförmigen Zapfen 26 und
eines daran angeordneten Bolzens 26' mittels eines Lagerstiftes 26" verbunden. Der
Zapfen 26 ist auf dem Umfang eines zylinderförmigen Pleuelträgers 27 drehbeweglich
gelagert, der rechtwinkelig zu dem Bolzen 26' verläuft.
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Im oberen Gehäuseteil 12 ist zentrisch eine drehbewegbare Lagerkugel
15 angeordnet, die im vorliegenden Fall aus zwei Hälften besteht, zwischen denen
ein scheibenförmig gestalteter Hubring 28 mittels eines Arretierungsbolzens 29 gehaltert
ist. Die Pleuelträger 27 sind auf dem Hubring 28 drehbeweglich befestigt, beispielsweise
mittels Stiften oder Schrauben. Der Hubring 28 wird an einer Radialbewegung durch
hier der Zylinderanzahl entsprechende Lagersegmente 30 gehindert. Diese Lagersegmente
30 weisen ein der Lagerkugel 15 angepaßtes konkaves Innenprofil als Lauffläche auf
und übernehmen die Axiallast. Die Lagerkugel 15 ist im Durchtrittsbereich einer
Antriebswelle 31 und der Lagerwelle 16 geringfügig abgeplattet, wobei in den Abplattungszonen
hier zwei Kegelrollenlager 32 angeordnet sind.
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Das Arbeitsmedium mag in bekannter Weise zugeführt und abgeleitet
werden. Durch die in den einzelnen Zylindern 17
aufgebauten Drücke
werden die Kolben 19 auf und ab bzw.
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hin und her bewegt. Dabei übertragen sie die Kräfte über die Pleuelstange
25 mittels des Zapfens 26 auf die Pleuelträger 27, die auf dem Hubring 28 angeordnet
ist. Dabei wird der Hubring 28 in eine Taumelbewegung versetzt, während die Pleuelträger
27 zwischen den Seitenflächen der Lagersegmente 30 hin und hergleiten und somit
den Radiallauf des Hubringes 28 verhindern. Durch diese Taumelbewegung wird die
Lagerkugel 15 mittels eines hier vorgesehenen Lagers 33, beispielsweise eines Kegelrollenlagers,
radial angetrieben und über die Antriebswelle 16 das Drehmoment übertragen.
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Die auf der Zeichnung ersichtliche und beschriebene Ausführung stellt,
wie bereits erwähnt, lediglich ein Beispiel der Erfindung dar und ist nicht darauf
beschränkt.
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Vielmehr sind noch mancherlei andere Ausgestaltungen der Erfindung
möglich. So ist es beispielsweise denkbar, weniger Zylinder und Lagersegmente vorzusehen
und im Prinzip nur einmal erforderlich, den Hubring an einer Radialbewegung zu hindern.
Auch die Form der Lagerkugel kann eine andere als die dargestellte sein. Je nach
spezieller Ausbildung kann das erfindungsgemäße Antriebselement in Verbrennungsmotoren,
Öldruck- oder Druckluftmotoren, Pumpen, Kompressoren od. dgl. Verwendung finden.