DE4214765A1

DE4214765A1 - Kolben-Gleitschuh Verbindung für hydro-statische Maschinen

Info

Publication number: DE4214765A1
Application number: DE19924214765
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Diener; Rainer Dipl Ing Zipfel
Original assignee: SACHSENHYDRAULIK GmbH
Current assignee: SACHSENHYDRAULIK GmbH
Priority date: 1992-05-04
Filing date: 1992-05-04
Publication date: 1993-11-11

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Kolben-Gleitschuh-Verbindungen für hydrostatische Maschinen, deren Arbeitskolben sich über Gleitschuhe an einem Bewegungswandler abstützen, wobei Gleitschuh oder Arbeitskolben eine fest angeformte Außenkugel aufweisen, welche in eine analoge Innenkugel des jeweils anderen Bauteiles (Arbeitskolben oder Gleitschuh) eingreift und formschlüssig miteinander verbunden sind. Anwendung finden derartige Kolben- Gleitschuh-Verbindungen in hydrostatischen Pumpen und Motoren mit konstantem sowie variablem Hubvolumen, insbesondere der Axial- und Radialkolbenbauart.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt sind hydrostatische Axialkolbenmaschinen (DE-AS 19 34 147; DE-PS 37 25 979), deren Arbeitskolben sich über Gleitschuhe an einem als Schrägscheibe ausgebildeten Bewegungswandler abstützen, wobei der Arbeitskolben über eine Kugel mit dem Gleitschuh gelenkig und formschlüssig verbunden ist. Diese bekannten Kolben- Gleitschuh-Verbindungen erfolgen durch spanloses Anformen des die Kugelkalotte aufweisenden Bauteiles, welches die Kugel formschlüssig umgreift.

Des weiteren ist eine Axialkolbenmaschine bekannt (DE-AS 21 32 252), deren den Arbeitskolben abstützender Gleitschuh eine fest angeordnete Kugel aufweist, die in den halbkugelförmigen Boden des Kolbens eingreift. Verbunden werden beide Teile mittels eines aufgeschnittenen Ringes, der sich sowohl am Kugelkopf des Gleitschuhes als auch an einer kegelstumpfförmigen Fläche des Kolbens abstützt. Somit erfolgt eine formschlüssige Verbindung zwischen Kolben und Gleitschuh, bei dem ein selbsttätiger Ausgleich des Spieles zwischen Kugelkopf und Sitz des Kolbens bei gleichzeitiger Klemmwirkung eintritt.

Durch die notwendige Einfügung des geschlitzten Ringes ist eine entsprechende, den Querschnitt des Kolbens schwächende kegelige Ausnehmung erforderlich, welche das Widerstandsmoment reduziert und eine sichere formschlüssige Verbindung von Kolben und Gleitschuh in Frage stellt.

Außerdem sind formschlüssige Verbindungen von Kolben und Gleitschuh für hydrostatische Radialkolbenmaschinen bekannt (DE-AS 14 03 748; DE-OS 17 76 027), wobei ein Walzenschwenkkörper des Gleitschuhes in eine analoge zylindrische Öffnung des Kolbens eingreift und somit eine Schwenkbewegung des Gleitschuhes sowie dessen Herausfallen sichert. Für Axialkolbenmaschinen ist eine derartige formschlüssige Verbindung nicht einsetzbar/übertragbar, da die notwendige kugelgelenkige Bewegung zwischen Kolben und Gleitschuh, d. h. der Freiheitsgrad in mehr als einer Ebene nicht gegeben ist.

Schließlich gibt es hydrostatische Axialkolbenmaschinen mit Pleuelstangenkolben (DE-AS 20 18 916; DE-OS 35 22 716), wobei sowohl die Verbindung der Pleuelstange mit dem Kolben als auch mit dem Triebflansch als leicht lösbare und ohne weitere Bauteile zu realisierende Steckverbindung ausgeführt ist. Das Fügen der jeweiligen Paarung zur Herstellung/Erzielung des be nötigten Kugelgelenkes erfolgt hierbei jeweils unter einem be stimmten Montagewinkel, der größer sein muß als der max. Arbeitswinkel derselben. Um diese winkelbezogene Fügung zu sichern, ist der Kugelkopf der Pleuelstange in einem Falle zylindrisch abgeflacht, während bei der anderen Ausführung ein ringförmiger Bund der Pleuelstange in eine kreisförmige Auskehlung des Kolbens eingreift. Für gleitschuhgestützte Kolben, die an einer Schrägscheibe anliegen, sind diese auf Pleuelstangen bezogenen Verbindungen nicht übertragbar.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer kugelgelenkigen Kolben-Gleitschuh-Verbindung für hydrostatische Maschinen, welche das spanlose Anformen des Gleitschuhes an die Kugel des Gegenstückes nicht erfordert und durch einfache technologische Bearbeitungen ohne zusätzliche Verbindungs-Bauteile eine stabile und formschlüssige kugelgelenkige Verbindung zwischen Kolben und Gleitschuh sichert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Formschluß der Kolben-Gleitschuh-Verbindung durch eine mittels Zylinder abgeflachte Außenkugel realisiert wird, dessen Mittelachse unter einem bestimmten Winkel zur Längsachse von Gleitschuh- bzw. Arbeitskolben verläuft, wobei der Durchmesser dieses Zylinders einer analogen zylindrischen Öffnung eines Umschlin gungsrandes im äußeren Bereich der Innenkugel entspricht und der Winkel für die Mittelachse des Zylinders gegenüber der Längsachse von Gleitschuh bzw. Arbeitskolben größer ist als der max. Neigungswinkel der Lauffläche des Bewegungswandlers.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist den Unter ansprüchen zu entnehmen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen in der sicheren formschlüssigen und kugelgelenkigen Verbindung zwischen Arbeitskolben und Gleitschuh ohne nachteiliges spanloses Anformen der Innenkugel zur Realisierung eines notwendigen Umschlin gungsrandes. Somit wird anformungsabhängiges Spiel zwischen Innen- und Außenkugel mit daraus folgendem Aufbördeln der Innenkugel bei Lastwechsel vermieden und zwangsläufig eine hohe Funktionssicherheit und Lebensdauer gewährleistet. Auch ein Zu rückfedern der Innenkugel im Bereich des Umschlingungsrandes durch das bisher notwendige spanlose Anformen kann durch die vorteilhafte erfindungsgemäße Steckverbindung nicht mehr auftreten.

Da auch keine technologisch bedingten Anformeinrichtungen mehr erforderlich sind, ist die erfindungsgemäße Verbindung von Kolben und Gleitschuh äußerst rationell und effektiv herstellbar.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die Zeichnungen folgendes darstellen:

Fig. 1 den teilweisen Längsschnitt einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine;

Fig. 2 die Explosivdarstellung eines Gleitschuhes mit Außen kugel und eines teilweise dargestellten Arbeitskolbens in Mon tagestellung;

Fig. 3 die Kolben-Gleitschuh-Verbindung gemäß Fig. 2 in Ar beitsstellung Nullhublage;

Fig. 4 die Explosivdarstellung eines teilweise dargestellten Arbeitskolbens mit Außenkugel sowie eines Gleitschuhes in Mon tagestellung;

Fig. 5 die Kolben-Gleitschuh-Verbindung gemäß Fig. 4 in Ar beitsstellung Nullhublage;

Fig. 6 die Kolben-Gleitschuh-Verbindung gemäß Fig. 3 bei max. Schwenkwinkel des Bewegungswandlers (Schrägscheibe);

Fig. 7 die Kolben-Gleitschuh-Verbindung analog Fig. 3 bei Fügestellung und begrenztem Fügebereich.

In einem angedeuteten Zylinderkörper 1 einer als Axialkolbenpumpe ausgebildeten hydrostatischen Maschine sind Arbeitskolben 2, 2′ über jeweils einen Gleitschuh 3, 3′ an einem als Schrägscheibe gestalteten Bewegungswandlers 4 abstützend gelagert. Der Zylinderkörper 1 besitzt hierbei in bekannter Weise Dreh momentverbindung mit einer Triebwelle 5, welche nur teilweise dargestellt ist und stirnseitig an einem Steuerspiegelkörper 6 kraftschlüssig anliegt. Arbeitskolben 2 und Gleitschuh 3 sind jeweils gelenkig und formschlüssig miteinander verbunden, wobei eine dazu erforderliche Außenkugel 7 gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel (Fig. 2 und 3) am Gleitschuh 3 fest angeordnet ist und in eine analoge Innenkugel 8 des Arbeitskolbens 2 ein greift. Genannte Außenkugel 7 besitzt hierzu einen Zylinder 9, dessen Mittelachse 10 unter einem bestimmten Winkel α von beispielsweise 25° zur Längsachse 11 des Gleitschuhes 3 verläuft. Dieser Zylinder 9 geht aus kinematischen Gründen in eine partielle Abarbeitung 12 am Hals 13 der Außenkugel 7 über, wodurch deren Fügung beim Montageprozeß mit der Innenkugel 8 gesichert wird. Diese Innenkugel 8 endet in ihrem äußeren Bereich in einem Umschlingungsrand 14 einer zylindrischen Öffnung 15, welche dem Durchmesser D des Zylinders 9 entspricht. Der äußere Teil dieses Umschlingungsrandes 14 ist mit einer kegelförmigen Anfasung 16 versehen, deren Winkel β von beispielsweise 25° identisch ist mit dem Winkel α für den Zylinder 9. Die Montage/Demontage von Arbeitskolben 2 und Gleitschuh 3 erfolgt in der gezeigten Stellung gemäß Fig. 2, d. h. die Mittelachse 10 des Zylinders 9 ist deckungsgleich mit der Längsachse 17 der Innenkugel 8.

In dieser Stellung wird der Zylinder 9 in die Innenkugel 8 bis Kugelmitte eingeführt, wonach dieser drehbar und allseitig schwenkbar formschlüssig gelagert ist. Der mögliche max. Neigungswinkel γ für den Arbeitsbereich der Axialkolbenpumpe, gekennzeichnet/bestimmt durch eine Lauffläche 18 am Bewegungswandler 4 für die Gleitschuhe 3 muß kleiner sein als der Winkel α (Montagewinkel) zwischen Längsachse 11 dieses Gleitschuhes 3 und der Mittelachse 10 des Zylinders 9. Vorzugsweise beträgt dieser Neigungswinkel γ max. 15°, wodurch ein Be triebswinkelbereich vorliegt, der den Formschluß zwischen Arbeitskolben 2 und Gleitschuh 3 sichert. Im gesamten Betriebswinkelbereich der Axialkolbenpumpe bis zum max. Neigungswinkel ist über einen Kanal 19 in der Außenkugel 7 Druckmittelzufuhr mit ausreichenden Dichtstrecken 20 im Bereich der Innenkugel 8 vorhanden, um ein hydrostatisches Gleitlager zwischen Gleitschuh 3 und Lauffläche 18 am Bewegungswandler 4 zu sichern. Für die hydrostatische Entlastung des Gleitschuhes 3 notwendiges Druckmedium wird in bekannter Weise über Ausnehmungen im Arbeitskolben 2 zugeführt.

Schließlich ist noch darauf zu verweisen, daß der Durchmesser D des Zylinders 9 vorzugsweise 95% des Durchmessers der Außenkugel 7 betragen sollte.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 4 und 5) ist die Außenkugel 7 am Arbeitskolben 2′ fest sowie unter dem Winkel α angeordnet. Die analoge Innenkugel 8 ist hierbei in umgekehrter Weise im Gleitschuh 3′ vorhanden, wobei alle anderen konstruktiven Bedingungen exakt der Beschreibung des ersten Aus führungsbeispieles entsprechen.

Schließlich wird noch die besondere Möglichkeit einer Montage/ Demontage von Außenkugel 7 und Innenkugel 8 aufgezeigt und in Fig. 7 dargestellt, die mittels einer partiellen schrägen An flächung 21 (im Gegensatz zur endlosen Anflächung nach Fig. 2 und 4) am stirnseitigen Bereich der Innenkugel 8 realisiert wird. In diesem Bereich ist die partielle Anflächung 21 unter einem Anstellwinkel α′ so angeordnet, daß die unkomplizierte Fügung der die Außenkugel 7 sowie die Innenkugel 8 aufweisenden Bauteile ermöglicht wird, wobei der begrenzte Fügebereich außerhalb des Arbeitsbereiches dieser formschlüssigen Verbindung liegt. Das Fügen im Bereich der Anflächung 21 ist deshalb möglich, da der Anstellwinkel α′ dieser Anflächung 21 dem Winkel α der Mittelachse 10 am Zylinder 9 entspricht und somit die Außenkugel 7 an bestimmter Stelle vollständig in die Innenkugel 8 eingefügt werden kann.

In jedem anderen Winkelbereich/Drehwinkelbereich zwischen Außenkugel 7 und Innenkugel 8 ist durch den vorgegebenen max. möglichen Neigungswinkel γ ein Lösen der formschlüssigen Verbindung dieses Kugelgelenkes nicht möglich.

Die gezeigte und beschriebene Verbindung von Arbeitskolben 2 und Gleitschuh 3 ist nicht nur auf den Einsatz in hydrostatischen Axialkolbenmaschinen begrenzt, sondern sichert auch den vorteilhaften Einsatz in anderen Systemen hydrostatischer Pumpen und Motoren.

Bezugszeichenaufstellung

1 Zylinderkörper
2 Arbeitskolben
2′ Arbeitskolben
3 Gleitschuh
3′ Gleitschuh
4 Bewegungswandler
5 Triebwelle
6 Steuerspiegelkörper
7 Außenkugel
8 Innenkugel
9 Zylinder
10 Mittelachse
11 Längsachse
12 Abarbeitung
13 Hals
14 Umschlingungsrand
15 Öffnung
16 Anfasung
17 Längsachse
18 Lauffläche
19 Kanal
20 Dichtstrecke
21 Anflächung
α Winkel
α′ Anstellwinkel
β Winkel
γ Neigungswinkel
D Durchmesser

Claims

1. Kolben-Gleitschuh-Verbindung für hydrostatische Maschinen, insbesondere in Axialkolbenbauart mit als Schrägscheibe aus gebildetem Bewegungswandler zur Abstützung der Gleitschuhe, wobei der Arbeitskolben oder der Gleitschuh eine fest angeformte Außenkugel aufweist, die in eine analoge Innenkugel des jeweils anderen die Verbindung herstellenden Bauteiles (Gleitschuh oder Arbeitskolben) gelenkig eingreift und formschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Formschluß durch eine mittels Zylinder (9) abgeflachte Außenkugel (7) realisiert wird, dessen Mittelachse (10) unter einem bestimmten Winkel (α) zur Längsachse (11) von Gleitschuh (3) bzw. Arbeitskolben (2′) verläuft, wobei der Durchmesser (D) dieses Zylinders (9) einer analogen zylindrischen Öffnung (15) eines Umschlingungsrandes (14) im äußeren Bereich der Innenkugel (8) entspricht und der Winkel (α) für die Mittelachse (10) des Zylinders (9) gegenüber der Längsachse (11) vom Gleitschuh (3) bzw. Arbeitskolben (2′) größer ist als der max. Neigungswinkel (γ) der Lauffläche (18) des Bewegungswandlers (4).

2. Kolben-Gleitschuh-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Umschlingungsrand (14) der Innenkugel (8) in eine kegelige Anfasung (16) übergeht, deren Winkel (β) identisch ist mit dem Winkel (α) zwischen der Mittelachse (10) des Zylinders (9) und der Längsachse (11) des Gleitschuhes (3)/ Arbeitskolben (2′).

3. Kolben-Gleitschuh-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Zylinder (9) an der Außenkugel (7) in eine partielle Abarbeitung (12) am Hals (13) derselben übergeht.

4. Kolben-Gleitschuh-Verbindung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkugel (7) im Bereich ihrer Längsachse (11) einen Kanal (19) aufweist, der zwischen einer Dichtstrecke (20) dieser Außenkugel (7) austritt und Verbindung zum Druckbereich der Arbeitskolben (2; 2′) besitzt.

5. Kolben-Gleitschuh-Verbindung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im stirnseitigen Bereich des Umschlingungsrandes (14) der Innenkugel (8) eine Anflächung (21) unter einem Anstellwinkel (α′) angeordnet ist, welcher dem Winkel (α) der Mittelachse (10) am Zylinder (9) entspricht, wobei die par tielle Erstreckung dieser Anflächung (21) nur in einem begrenzten Fügebereich von Außenkugel (7) und Innenkugel (8) liegt.