Axialkolbenmasehine. Gegenstand der Erfindung ist eine Axial kolbenmaschine, bei welcher ein Zylinderkör per mit darin geführten Kolben einem den Kolbendrücken ausgesetzten Huberzeugungs körper gegenüberliegt, wobei einer dieser bei den je um eine Achse rotierenden Körper dem andern gegenüber einstellbar schräg liegt.
Entsteht die drehende Bewegung durch Zufuhr von mechanischer Energie, so wird die Maschine zum Pumpwerk, umgekehrt aber kann bei solchen Maschinen durch Unter drucksetzen der Zylinder mechanische Ener gie gewonnen werden. In diesem letzteren Fall bildet die Maschine einen Motor.
Die bekannten Maschinen dieser Gattung zeigen jedoch die sehr störenden Erscheinun- gen, dass im Gebiete hoher Drehzahlen und Drücke starke Geräusche und auch erhebliche Erschütterungen auftreten, welche ihre Ver wendbarkeit ausserordentlich einschränken.
Dieses Übel rührt insbesondere davon her, dass die Lagerung der zum Zwecke der Hub verstellung schwenkbaren Teile der Ma schine, in sogenannten Schwenkzapfen statt findet, wodurch der Gesamtaufbau zu wenig starr wird, um gleichzeitig hohe Drehzahlen und Drücke ertragen zu können.
Erfindung gemäss wird vorgeschlagen, unter Vermeidung derartiger abstützender Schwenkzapfen, den schwenkbaren Körper unter praktischer Ausschaltung von elasti scher Verformung über ein gewölbtes, an der Rückseite des einen rotierenden Körpers an geordnetes Widerlager kraftschlüssig mit dem gegenüberliegenden andern rotierenden Kör per zu verbinden.
Diese Verbindung kann unter anderem das Maschinengehäuse selbst herstellen, man kann hiezu aber auch besondere, reichlich bemes sene, die einander gegenüberliegenden rotie renden Körper mindestens zum Teil umschlie ssende Hohlkörper vorsehen.
Die anliegende Zeichnung zeigt acht bei spielsweise Ausführungsformen des Erfin dungsgegenstandes, die z. B. als Pumpwerk benützt werden können.
Die Fig. 1 ist ein axialer Längssehnitt, deren obere Hälfte der ersten und deren untere Hälfte der zweiten Ausführungsform entspricht, beide mit durchlaufender Welle und schwenkbarem Huberzeugungskörper.
Die Fig. 2 entspricht dem Schnitt II-II der Fig. 1 bezw. der ersten Ausführungs farm.
Die Fig. 3 entspricht dem Schnitt III-III der Fig. 1 bezw. der zweiten Aus führungsform.
Bei den folgenden sechs Ausführungs formen mit nicht durchlaufender Welle ist der Zylinderkörper schwenkbar angeordnet.
Die Fig. 4 und 5 sind zwei senkrecht zu einander geführte Schnitte der -dritten Aus führungsform.
Die Fig. 6 und 7 desgleichen für die vierte Ausführun.,n form.
Die Fig. 8 und 9, desgleichen für die fünfte. Ausfdhrungsf orm. Die Fig. 14 und 11 sind teilweise Axial schnitte der sechsten bezw. siebten Ausfüh rungsform, deren Bau in den übrigen, nicht dargestellten Teilen dem Beispiel nach den Fig. 8 und 9 entsprechen kann.
Die Fig. 12 und 13 sind endlich zwei senkrecht zueinander geführte Schnitte (Fig. 13 nach XIII-XIII von Fig. 12) der achten Ausführungsform.
Bei den zwei ersten Ausführungsformen gemäss den Fig. 1 (obere Hälfte) und 2 bezw. den Fig. 1 (untere Hälfte) und 3 ist die Welle 3 des rotierenden Zylinderkörpers 1 ortsfest im Gehäuse 4, 5 gelagert. Die den Huberzeugungskörper bildende ringförmige Scheibe 2 ist über ein Kardangelenk 7 mit der durchlaufenden Welle 3 verbunden.
Die Scheibe 2 ist in üblicher Weise in einem Schwenkkörper 6 drehbar gelagert, wel cher zum Zwecke der Hubverstellung mit Hilfe von nicht dargestellten Mitteln mehr oder weniger schräg gestellt werden kann.
Au Stelle nun den letztgenannten Körper wie üblich durch Schwenkzapfen, die etwa in der in der Zeichnungsebene liegenden Schwenkachse A-A liegen würden, zu lagern, wird die Rückseite des Schwenkkörpers 6 ge wölbt ausgebildet, und zwar entweder zylin drisch (erste Ausführungsform gemäss Schnitt II-II) oder kugelig (zweite Ausführungs form gemäss Schnitt III-III).
Hierdurch wird es möglich, das Gehäuse 4, 5 zur unmittelbaren Unterstützung des Schwenkkörpers 6 bezw. zur kraftschlüssigen Verbindung dieses letzteren mit dem Zylin derkörper heranzuziehen.
Die zylindrische Schwenkfläche 8 .gemäss der ersten Ausführungsform liegt konzen trisch um die Schwenkachse S-A, während die kugelige Schwenkfläche 9 gemäss der zweiten Ausführungsform ihren Mittelpunkt in der Kreuzung dieser Achse mit der Welle 3 hat.
Bei dieser letzteren Ausführung ist eine zusätzliche Vorrichtung wie der blinde Schwenkzapfen 10 notwendig, um einer un erwünschten Verdrehung des Schwenkkörpers 6 vorzubeugen. Dieser Zapfen darf aber kei- nesfalls die Hauptfunktion der üblichen Schwenkzapfen übernehmen, welche die Kräfte des Triebwerkes auf das Gehäuse übertragen.
Bei beiden Ausführungsformen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, ist der Gehäuse teil 5 als Lagerung für den Schwenkkörper 6 um diesen herumgelegt. Er unterstützt diesen Schwenkkörper an einer entsprechend grossen Gleitfläche unmittelbar auf der der rotieren den Scheibe 2 abgekehrten Rückseite, so dass nennenswerte Biegungsbeanspruchungen in besagtem Schwenkkörper entfallen und damit auch die Nachgiebigkeit und Erschütterungs fähigkeit, wie sie den bekannten Konstruktio nen infolge der Anordnung der aussenliegen den tragenden Schwenkzapfen eigen ist.
Die beiden Querschnitte II-II und III-III der Fig. 2 und, 3 zeigen dabei deut lich, dass die Aufnahme der Kräfte ohne Ent stehen nennenswerter Biegungsbeanspruchuug im Schwenkkörper möglich ist, und zwar auch unter Berücksichtigung des Umstandes, dass für den Durchtritt der Welle durch den Ge häuseteil 5 eine passende Aussparung erfor derlich ist, ebenso wie auch für den Schwenk körper 6, bei welchem diese Aussparung die Gestalt eines sich kegelförmig verjüngenden Schlitzes erhalten muss.
Wenn auch bei dieser Ausbildung viel leicht nicht überall geringe Biegungsbean- spruchungen vermieden- werden -können, da je nach der Wahl .der baulichen Verhältnisse gegebenenfalls ein kurzes:
Stück des Schwenk körpers 6 ohne unmittelbare Unterstützung bleiben muss, so ist doch die Steifigkeit .dieser Bauweise des tragenden Sehwenkkörpers, 6, der an nicht gezeigten aussenliegenden Schwenkzapfen (die wie 10 liegen würden) aufgehängt ist, ausserordentlnc'h gross,
da. auf jeden Fall der Schlitz zur Durchführung der Welle oder die sonstigen Öffnungen der Tragkonstruktion nur der Wellenstärke oder auch noch -der Stänke einer um die Welle herumgelegten Lagerung entsprechend und somit vergleichsweise klein sind zu .dem Aussendurchmesser der Scheibe 2, und dem damit festgelegten Aussendurchmesser des Schwenkkörpers 6, an dem bei den bekannten Ausführungen die tragenden Schwenkzapfen angebracht werden.
Die kugelförmige Ausführung gemäss Schnitt III-III hat dabei noch den Vorteil einer sich selbsttätig ergebenden sehr guten Zentrierung der Getriebebestandteile und in vielen Fällen auch einer sehr einfachen Her stellung.
Den vorangehenden Betrachtungen lässt sich ohne weiteres entnehmen, dass die ela stische Verformung der in Frage kommenden, miteinander arbeitenden Teile praktisch aus geschaltet werden kann.
Ferner besteht die Möglichkeit, die ver hältnismässig grossen Lagerflächen, die sich bei der beschriebenen Bauweise gemäss der Erfindung von selbst ergeben, dazu auszu nützen, eine völlige oder teilweise hydrau lische Entlastung der Schwenkgleitflächen durchzuführen.
Hierzu ist es nur nötig, durch ein geeigne tes Kanalsystem, gebildet aus Bohrungen oder Nuten, Drucköl in die Gleitflächen, mit welchen der Schwenkkörper als Zylinder oder Kugel das Gehäuse berührt, einzuführen. Auf diese Weise lässt sich unter Auftreten einer viskosen Reibung, die für die Ge räuschdämpfung ebenfalls nützlich ist, eine weitgehende Beseitigung zu starker oder stö render Reibungswirkungen erzielen, ohne dass der Vorteil der Erfindung, bestehend in einer weitgehenden Vermeidung von Geräuschen und Erschütterungen, auch im Gebiete hoher Drehzahlen und Drücke hiermit aufgehoben würde.
Bei der dritten Ausführungsform gemäss dem axialen Schnitt der Fig. 4 und dem dazu senkrechten, nach der Linie V-V in dieser Figur geführten Schnitt gemäss Fig. 5, ist der Zylinderkörper schwenkbar, und zwar zu sammen mit dem aus den Muschelplatten 11 und dem Steuerspiegelkörper 13 gebildeten, ihn umgebenden innern Gehäuse.
Der Huberzeugungskörper besteht hier aus der im eigentlichen Gehäuse 32, 33 des Getriebes eingebauten Scheibe 2, mit der die in Kugellagern 14, 15, 16 sorgfältig gelagerte Welle 3 verbunden ist.
Die Platten 11 umgreifen die Rückseite des Lagerkörpers der Scheibe 2 und stellen über die zylindrischen Schwenkflächen 15 die erwünschte starre Verbindung des Lagerkör pers der Welle 3 und der damit verbundenen Scheibe 2 mit dem den Druck des Zylinder körpers aufnehmenden Körper 13 her. Diese Bauweise gewährt die für hohe Drehzahlen und Drücke erforderliche, Geräusche und Er schütterungen vermeidende Steifigkeit.
Auch ist es möglich, den Durchtritt der Welle 3 zwischen den seitlich davon liegenden Schwenkflächen 12 so gross zu gestalten, dass auch noch das Spurlager 14 und das äussere Radiallager 15 mit demdazugehörigen Lager körper zwischen diesen Flächen verbleiben können, während das innere Radiallager 16 zweckentsprecheuderweise so dicht hinter der Scheibe 2 angeordnet wird, dass es ohne Schwierigkeit innerhalb der Platten 11 Platz finden kann.
Die Fig. 5 lässt in 11' die eine Endlage des schwenkbaren innern Getriebegehäuses 11, 13 erkennen, die dem grösstmöglichen Hub entspricht.
Bei dieser Ausführungsform ist es ferner möglich, die schwenkbaren Teile mittels be sonderer Sehwwenkzapfen 31 zusätzlich zu füh ren und diese auch für die Zu- und, Ablei tung des gepumpten Fluidums zu benützen, indem man die betreffenden Zapfen etwas beweglich über Kugellager 35 im, äussern Gehäuse abstützt.
Der Durchgang ,des Fluidums. findet über Drehdichtbüchsen wie 34 statt.
Die vierte Ausführungsform .gemäss den senkrecht zueinander geführten Agialschnit- ten der Fig. 6 und 7 unterscheidet sich von der zuletzt beschriebenen dritten Ausfüh- rungsform im wesentlichen dadurch, dass. die Schwenkfläche 9 kugelig statt zylindrisch ausgebildet ist.
Der Bau wird dadurch erschwert, dass der Lagerkörper 18 des Körpers 22, 3 .getrennt von ,dem äussern Gehäuse 32 angeordnet werden muss. Zentriert wird dieser Teil 2, 3 durch das im Gehäuse 32 eingebaute Lager 15 der Welle 3 und durch das Nadellager 16, während das Spurlager 17 die Axialkräfte des Körpers 2 auf seinen Lagerkörper 18 überträgt.
Das innere Gehäuse 5, 6 spielt hier mit seiner Schwenkfläche 9 dieselbe Rolle wie das Gehäuse 4, 5 in Fig. 3, nur ist es im vor liegenden Fall schwenkbar (siehe die eine Endlage 6').
Die gewöhnlichsten einfachen Drehdicht büchsen, wie 34, können die Wirkung haben, dass das innere schwenkbare Gehäuse 5, 6 innerhalb des Längespiels seiner Lagerung, etwa der Lagerung durch das Hilfslager 35 und den untern Hilfsschwenkzapfen 36, hin- und hergeschoben wird, was Kantbewegun gen der Welle 3 um die Querachse Q-A in Fig. 7 zur Folge hat. Diese können durch eine auf dem äussern Ende der Welle anzu ordnende, etwas bewegliche Kupplung an sich bekannter Art ausgeglichen werden, gegebe nenfalls auch noch durch Wahleines Pendel lagere für das äussere Wellenlager 15.
Es hat sieh ferner praktisch gezeigt, dass die Bewegungen der Welle 3 um die Quer achse Q-A eine selbsttätige Verstellung er möglichen, die einen besonders ruhigen Lauf des Getriebes ergibt, und dass sich durch An bringung einer entsprechenden Nachgiebig keit des innern Gehäuses in Richtung seiner Schwenkachse S-A diese selbsttätige Ver- stellung nicht nur ihrer Richtung nach selbst tätig einstellend ausführen lässt, sondern nach Bedarf auch - nach Überwindung eines all fälligen schon erwähnten Spiels - dem Be triebsdruck proportional gestalten lässt.
In Fig. 6 ist hierzu der untere Hilfsseiwenk- zapfen dieses Getriebeteils auf der Feder 37 aufgelagert, womit sich bei Wahl einer ent sprechend steifen Feder unter dem Rück druck bei der Dichtbüchse 34 eine selbsttätige Kompressions- und Expansionsverstellung ergibt.
Auch eine in Richtung der Schwenk achse vorgenommene Seitenverschiebung eines ausserhalb des schwenkbaren Körpers ange ordneten Radiallagerträgers dieses Körpers bewirkt eine Kompressions- bezw. Expan sionsverstellung.
Mit 19 ist eine den konisch gelagerten Steuerspiegelkörper M festhaltende und gleichzeitig zentrierende Flanschverbindung dargestellt.
Bei der fünften Ausführungsform nach den Fig. 8 und 9 dient das eigentliche Ge häuse 4 des Getriebes als starre kraftschlüs sige Verbindung zwischen den einander gegenüberliegenden und aufeinander wirken den Körpern 1 und 2.
Die mit der Welle 3 verbundene Scheibe 2 ist in einem Lagerteil 20 des Gehäuses 4 gelagert, während der Zylinderkörper 1 mit Steuerspiegelkörper 13 und Befestigungs flansch 19 in einem innern schwenkbaren beidseitig offenen Gehäuse 23 eingebaut sind.
Die Schwenkung findet über die Schwenk achse S-A statt, und zwar längs der Gegen fläche 21' der rückwärts vom Zylinderkörper angeordneten, zu jener Achse zentrisch ge wölbten Schwenkfläche 21 des Gehäuses 23.
Am einfachsten ist für diese Fläche die Anwendung einer Kugelfläche mit Zentrum im Schnittpunkt von Schwenkachse S-l und Achse von Welle 3, die es auch gestattet, die Zentrierung des Zylinderkörpers 1 mit dem dazu gehörigen Triebwerk unveränder lich aufrechtzuerhalten. Es ist aber möglich, sehr viele Flächengestaltungen für die Schwenkfläche 21 je nach Bedarf vorzusehen. z. B. eine zylindrische.
Auf die gezeigte Art ist es möglich, eine ausserordentlich starre Aufnahme der Kräfte des Getriebes zu erhalten und damit einen ge- räusch- und erschütterungsarmen Gang, auch im Gebiete hoher Drehzahlen und Drücke.
Wie im übrigen die Zu- und Allleitung des Fluidums zum bezw. vom Körper 13 vor sich geht, ist unwesentlich. Beispielsweise kann die Schwenkf#1äähe 21 eine geeignete Ü'ffnung, meist .einen oder zwei Schlitze er halten, durch welche die Zu- oder Abfuhr vor sich geht, wobei die entsprechende Zu- oder Ableitung beweglich sein muss, wenn ,das Gehäuse 4 fest und der Zylinderkörper 1 schwenkbar sein muss.
Es ist aber auch, mög- lieh, die Anordnung sb zu treffen, dass der Lagerteil 20 der Welle 3 mit dem davon ab hängigen Gehäuse 4 und der Gegenfläche 21' geschwenkt wird und die Hubeinstellbewe gung bewerkstelligt, und in diesem Fall kann eine feste Zuleitung etwa durch einen Schlitz der Lagerfläche 21 vorgesehen werden. Aller dings ist es dann nötig, für die Verbindung der Welle 3 mit dem An- oder Abtrieb be sondere Hilfsmittel anzuwenden.
In geeigneten Fällen kann auch die Lager fläche 21 unmittelbar zur dichten Durch leitung des verarbeiteten Fluidums benützt werden, und diese Möglichkeit ist insbesondere dann naheliegend, wenn nur eine geringe Ver änderlichkeit des Winkels zwischen Zylinder achse und Welle 3 verlangt wird. In diesem Falle lässt sich auch das Gehäuse 4 vergleichs weise klein bauen, z. B. kann dieses bei einer Maschine, welche nur eine einseitige Hub einstellung verlangt, entsprechend der Linie 4' in Fig. 9 verkleinert werden.
Im dargestellten Beispiel wurden zusätz liche lediglich der Zu- und Abfuhr des Flui dums dienende Schwenkzapfen 22 angeord net, deren Verbindungskanäle mit dem Körper 13 durch die Seitenwände des Gehäuses 23 geführt sind.
Die Fig. 9 ist insofern unvollständig, dass sie diese Seitenwände nicht erkennen lässt. Letztere wurden absichtlich mäht gezeichnet, um mit dieser Figur die Möglichkeit zu schil dern, das innere Gehäuse 23 wegzulassen und den Kopf des Zylinderkörpers nur duroh ein Kopfstück 23' im Getriebegehäuse abzu stützen.
Die Zapfen 22 sind vor allem auch dann angebracht, wenn die Schwenkfläche 21, durch welche der schwenkbare Teil des Ge triebes in unmittelbarer Berührung mit dem Getriebegehäuse und somit unter praktischer Ausschaltung der elastischen Verformung mit dem Lagerkörper 20 steif zusammen gefügt ist, kugelige Gestalt aufweist. Die Zapfen wirken dann einer Verdrehung des Teils 2,3 oder 23' entgegen.
Die sechste bezw. siebte Ausführungs form gemäss der teilweisen Darstellung der Fig. 1.0 bezw. der Fig. 11 unterscheidet sich je durch die Gestaltung der Führungsfläche 21', die in beiden Fällen zylindriseh ist, ge mäss Fig. 8 jedoch seitliche Schwalben schwänze und gemäss Fig. 9 seitliche Nuten aufweist, die zur Halterung des Steuerspie gels des Körpers 13 von Nutzen sind.
Bei der achten Ausführungsform nach den Fig. 12 und 13, die derjenigen gemäss Fig. 8 und 9 ähnelt und deren gleiche Be standteile gleich bezeichnet sind, findet die Lagerung des schwenkbaren Zylinderkörpers unter Vermittlung eines längs der Lager fläche 24 verschiebbaren Schlittens 25 statt. Die seitliche Verstellbarkeit diesses Schlittens dient dann zur Hubeinstellung, sie könnte auch senkrecht zur Hubeinstellungsrichtung stattfinden, zum Zwecke, die Kompression zu beeinflussen.
Auf diesem Schlitten 25 ist erst seiner seits der Steuerspiegelkörper 13 gelagert, etwa in einer Zylinder- oder Kugelfläche. Im vorliegenden Fall ist eine zylindrische Lage rung angenommen, bei welcher in einfachster Weise eine Verbindung des Körpers 13 mit einer beweglichen Ableitung vorgenommen werden kann, etwa durch ein oder mehrere Rohre, welche die Überleitung von dem Kör per 13 zu einem Schwenkzapfen bewerk stelligen, der in < fiesem Falle hauptsächlich ,dieser Überleitung dienen würde,
aber .gleich zeitig auch die erforderliche Halterung des Steuers#pieg4s für Leerlauf und für,die Ver schickung der Maschine bewerkstelligen kann, ähnlich . wie dies bei den früher be schriebenen Bauformen der F:11 ist.
Die Rohre können dabei ganz nach Bedarf allein durch elastische Formänderungen oder durch besonders bewegliche Dichtungen soweit n ass dhgiebig wirken, dass eine satte Führung ,
des Körpers 13 unter Vermittlung des Schlit- tens 25 auf der Lagerfläche 24 möglich ist. Im übrigen kann diese Lagerfläche eineebene Fläche sein, sie kann beispielsweise aber auch als eine um die Querachse der Maschine kon- zentrische oder auch exzentrische Zylinder fläche gestaltet werden,
wodurch sich mit einer Seitenverschiebung des Schlittens 25 gleichzeitig eine Kompressionsveränderung für die Maschine erzielen lässt (vergl. Fig. 13).
Mechanisch oder hydraulisch wirkende Anlüfte- oder Anpressvorrichtungen können die Hubeinstellung und die Abdichtung er leichtern. In Fig. 12 sind hierfür beispiels weise die Schwenkzapfen 22 vorgesehen, wel che Verbindungsträger 26 tragen, die zweck mässig gelenkig an Gelenkzapfen 27 den Kör per 13 erfassen und sowohl die Steilbewe gung (mittels des Stellhebels 28) als auch das Anlüften oder Anpressen der aufeinander gleitenden Flächen mit den exzentrischen Büchsen 29 vermitteln, welche durch den Anlüfte- oder Anpresshebel 30 zu betätigen sind. Die Anlüftbewegung lässt sich auch zur Ausserbetriebsetzung der Maschine nach Art eines Auslass- oder Kurzschlussventils aus nützen.
Es ist ferner bei der Halterung des Steuerspiegels oder eines beweglichen Lager trägers möglich, an Stelle von zwei aufein- änderliegenden Gleitflächen eine noch grössere Zahl derartiger kraftschlüssig aufeinander gepresster und übereinanderliegender Gleit flächen anzuwenden, wobei diese Gleitflächen nach Bedarf auch als ebene Flächen ausge führt werden können mit Ausnahme einer einzigen, welche gewölbt sein muss, um die mit den Einstellbewegungen verknüpften Winkelbewegungen zu ermöglichen.
Die Er fahrungen des Werkzeugmaschinenbaues, in welchem oft mehrfach übereinanderliegende Schlitten verwendet werden, zeigen, dass dies ohne wesentliche Beeinträchtigung der Steifigkeit möglich ist, und die Anwendung dieser Bauweise kann in besonderen Fällen auch hier von Vorteil sein.
Auch bei diesen Ausführungsformen der Erfindung werden Hauptbestandteile des Ge triebes kraftschlüssig so miteinander verbun den, dass der eine Teil den andern bezw, die andern Teile von deren Rückseite umgreift und somit kraftschlüssig und unter Vermei dung grösser Biegung sbeanspruchungen die Kräfte der arbeitenden Maschine aufnimmt.
Die Einzelheiten der Getriebekonstruktion sind unwesentlich. Bei sämtlichen dargestellten und beschrie benen Beispielen lagen die Kolben parallel achsig auf, einer Zylinderfläche verteilt und arbeiteten zusammen mit e einer ebenen Hub erzeugungsseheibe. Die Erfindung kann aber sowohl bei Axialkolbengetrieben mit nicht ebener, z. B. sphärisch gekrümmter Hub erzeugungsscheibe, Anwendung finden, als auch bei solchen, deren Kolbenachsen diver gent oder konvergent nach innen gerichtet sind oder windschief schräg zur Achse des Zylinderkörpers 1 liegen, z. B. auf einem Rotationeparaboloid, was die Haupteigen schaften eines Axialkolbengetriebes bekannt lich nicht wesentlich beeinflusst.
Wesentlich ist nur, dass ein rotierender Zylinderkörper mit darin arbeitenden und mitrotierenden Kolben vorhanden ist und eine Huberzeugungsscheibe, welche an der allge meinen Rotation der vorgenannten Getriebe teile teilnimmt und zum Zweck der Bewe gung der Kolben in den Zylindern diesen gegenüber schräg eingestellt sein muss.