CH369971A - Treibscheibenanordnung von Axialkolbenmaschinen mit zur Treibscheibe schrägstehender Zylindertrommelachse - Google Patents
Treibscheibenanordnung von Axialkolbenmaschinen mit zur Treibscheibe schrägstehender ZylindertrommelachseInfo
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Description
Treibscheibenanordnung von Axialkolbenmaschinen mit zur Treibscheibe schrägstehender Zylindertrommelachse Die vorliegende Erfindung betrifft die Treib- scheibenanordnung allgemein von solchen Axial kolbenmaschinen, insbesondere Hochleistungs-Axial- kolbenmaschinen, bei denen die Zylindertrommel achse schräg zur Treibscheibe steht.
Im engeren Sinne bezieht sie sich auf solche Axialkolbenmaschi- nen, deren Zylindertrommel um eine zur Treib- scheibenachse schräg stehenden Achse drehbar ge lagert ist. Diese Achsen bilden üblicherweise einen festen oder veränderlichen Winkel a (vgl. Fig. 1) von bis zu 25 , und die Kolbenkräfte zerlegen sich in den Anlenkpunkten der Pleuelstangen an der Treibscheibe in blinde Axialkomponenten Pa und drehmomenterzeugende Tangentialkomponenten Pt.
Der aus mehreren Gründen übliche geringe Schrägwinkel von höchstens a = 25 ergibt zwang läufig zwischen der blinden Axialkraft Pa und der drehmomenterzeugenden Tangentialkraft Pt ein sehr ungünstiges Verhältnis, welches z. B. bei a = 25 den Wert 2,15 : 1, bei a = 15 den Wert 3,73 : 1 aufweist und bei kleiner werdendem Winkel sehr schnell dem Grenzverhältnis 1,0:0 zustrebt.
Aus dieser Sachlage ergeben sich bei den in Frage stehen den Axialkolbenmaschinen bzw. bei deren Treib- scheibe sehr schwierige Lagerungsverhältnisse, indem die üblicherweise zur Lagerung der Treibscheibe mit Welle verwendeten genormten Wälzlager bei den auftretenden Kräften genügender Lagergrösse unver hältnismässig grosse Einbaumasse und damit ebensd unerwünscht grosse Gehäuseabmessungen ergeben. Ein weiterer Nachteil der grossen Lager ist deren grösserer Reibungsverlust.
Im Zuge der Entwicklung werden an die Axial kolbenmaschinen immer höhere Anforderungen ge stellt, und es zeigen sich Grenzen, wo die normalen Wälzlager nicht mehr brauchbar sind. Die Vergrösse rung der Arbeitsdrücke auf über 200 atü macht zur Aufnahme der sich ergebenden Lagerbelastungen die Verwendung besonders grosser und sperriger Wälz lager notwendig. Die vergrösserten Lager haben je doch wieder eine verminderte zulässige Höchstdreh zahl, was der gleichzeitig angestrebten Drehzahl steigerung zuwiderläuft.
Da die anzuwendenden genormten Wälzlager schliesslich im Durchmesser wesentlich über die Rahmenabmessungen der Gesamtkonstruktion hinaus gehen, so kommt noch ein weiterer Nachteil hinzu, indem das Gehäuse diese Lager in Form von Aus buchtungen umfassen muss, wodurch zur Sicherung der unerwünscht abnehmenden Längsstarrheit des Ge häuses die auf Biegung statt nur auf Zug bean spruchte Gehäusewandung wesentlich verstärkt wer den muss.
Letztere ist aber zur Unterdrückung der durch die mit der Frequenz f = z - n,\60 um den Wert Fz <I>- p</I> (z = Zylinderzahl, <I>n</I> = Drehzahl/Min, Fz = Zylinderquerschnitt, p = Arbeitsdruck) wechselnden Beanspruchung des Gehäuses in Richtung seiner Hauptachse erregten geräuscherzeugenden Schwin gungen unbedingt erforderlich.
Ähnlich nachteilig, das heisst ebenfalls die zur Geräuschminderung notwendige Steifheit der Trieb werksteile vermindernd, wirkt sich bei den genorm ten und der Aufnahme des Axialschubes Pa dienen den Kegelrollen- bzw. Schrägkugellagern deren kleiner Berührungswinkel ss = 30 (vgl. Fig. 1) aus.
Durch diesen wird nämlich die abstützende Axial kraft Pa mit doppeltem Mass als Normalkraft auf die Wälzkörper (Rollen, Kugeln) übertragen, und deren dadurch ausgelöste elastische Verformung wirkt dann auf die Axialführung der Treibscheibe zurück, indem sie in Verbindung mit der auftretenden hochfrequen- ten axialen Wechselkraft deren axiale Schwingungs amplitude in unerwünschter Weise verdoppelt, was die Geräuschbildung erhöht.
Wie schon weiter oben angegeben, liegen die Belastungsverhältnisse der Treibscheibe so, dass die auftretende Axialkraft die gleichzeitig wirkende Ra dialkraft Pr um ein Mehrfaches übertrifft. Auch in, dieser Hinsicht muss der Berührungswinkel von ss = 30 als sehr ungünstig bezeichnet werden, indem durch ihn das dem betreffenden Wälzlager eigen- tümliche Verhältnis der zulässigen axialen zur zu lässigen radialen Belastung von dem praktisch auf tretenden Kräfteverhältnis weit abweicht.
Die Folge ist, dass dadurch zur Abstützung der gegebenen Axialkraft Pa ein unverhältnismässig grosses Lager mit den bereits geschilderten Nachteilen verwendet werden muss.
Die erfindungsgemässe Treibscheibenanordnung von Axialkolbenmaschinen mit zur Treibscheibe schrägstehender Zylindertrommelachse, welche die geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten zu um gehen trachtet, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Treibscheibe mit einem axial und quer belastbaren Wälzlager zu einer Einheit vereinigt ist, indem unter Wegfall des Innenlaufringes dessen innere Wälzbahn unmittelbar am Treibscheibenkörper selbst ange ordnet ist und diese Bahn einen Berührungswinkel von 40-50 aufweist.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 6 erläutert, welche Figuren Ausführungs beispiele der Treibscheibenanordnung von Axial kolbenmaschinen darstellen. Es zeigen: Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Treibschei- benlagerung, Fig.2 den Wälzkörperkranz, Fig. 3 den Längsschnitt durch eine Lagerung mit zwei Wälzkörperkränzen, Fig. 4 den Längsschnitt durch ein anderes Aus führungsbeispiel der Lagerung,
Fig. 5 den Längsschnitt durch ein Ausführungs beispiel der Lagerung mit Kräfteplan, Fig. 6 den Längsschnitt durch ein weiteres Aus führungsbeispiel.
Die wirkungsgleichen Teile haben in den Figuren die gleichen Bezugszeichen erhalten.
Es wird gemäss Fig. 1 die in einem aus einem Lagergehäuse 1 und einem übrigen Gehäuse 2 be stehenden Gesamtgehäuse einer Axialkolbenma- schine zu lagernde Treibscheibe 3, deren Achse mit der Zylindertrommelachse den Winkel a einschliesst, mit einem radiale und axiale Kräfte aufnehmenden Wälzlager 4, 5,
11 zu einer Baueinheit vereinigt und unter Wegfall des bisher benötigten und meistens auf eine rückseitige Nabe der auf der Welle 7 sitzenden Treibscheibe aufgepressten Wälzlagerinnenlaufringes die innere Wälzbahn 4 unmittelbar am Treibschei- benkörper 3 selbst angebracht und dieser Bahn ein Berührungswinkel ss = 40-50 gegeben.
Damit kommt man dem Umstand entgegen, dass die mit gehärteten und der Anlenkung der Pleuel stangen dienenden Kugelkalotten versehene Treib scheibe ohnehin schon aus einem Werkstoff herge stellt werden muss, der sich auch für die Wälzbahn 4 eignet. Es ergibt sich ferner durch den Wegfall ver schiedener bisher notwendiger Passungsmasse eine herstellungstechnische Vereinfachung, welche die Kosten der mit grosser Genauigkeit im Treibscheiben- körper anzuschleifenden Wälzbahn mehr als aus gleicht.
Ausserdem wird durch den Wegfall der ver schiedenen Passmasse am Treibscheibenkörper und der vielen möglichen Rundheits- bzw. Rundlauffehler die Laufqualität des Wälzlagers bedeutend gesteigert. Die vorgeschlagene Vergrösserung des Berührungs winkels auf ss = 40-50 ergibt eine Anpassung des Treibscheibenlagers hinsichtlich seiner Belastbarkeit in axialer und radialer Richtung an die effektiv vor liegenden Betriebsverhältnisse, indem z.
B. die axiale Tragfähigkeit dieses Lagers gegenüber den genannten Lagern mit ss = 30 sich zumindest ver doppelt, wobei die abnehmende radiale Tragfähigkeit des Lagers noch gut ausreicht. Mit der eben beschriebenen Gestaltung der Treibscheibe 3 mit Lagerung ist ein wesentlicher Schritt in Richtung der gewünschten Tragfähigkeits steigerung bei Wahrung einer grossen Einfachheit und Gedrängtheit der Bauart gemacht. Eine Steigerung der Belastbarkeit des Treib- scheibenlagers wird durch eine weitere Einzelheit er zielt.
In dem Bestreben, die zulässige Drehzahl des Treibscheibenlagers möglichst weit zu steigern, wer den bei der Lagerung der Treibscheibe 3 als Wälz- körper Kugeln 5 verwendet, welche durch sich an den Kugeln 5 selbst führende Distanzröhrchen 6 aus sehr leichtem Werkstoff, aus Leichtmetall oder Kunststoff, vor gegenseitiger Berührung geschützt und auf einen gegenseitigen lichten Abstand gehalten werden, der nicht mehr als 1!5o des wirksamen Durchmessers der innern Wälzbahn 4 ausmacht (vgl. Fig. 1 und 2).
Die Kugeln, deren Anwendung als Wälzkörper an sich bekannt ist, haben den Vorteil der geringsten Reibung und sind gerade in dieser Hinsicht den ebenfalls bekannten kegelförmigen Wälzkörpern weit überlegen. Sie erlauben durch ihre geringe Er wärmung eine verhältnismässig hohe Betriebsdreh zahl. Sie haben gegenüber den Kegelrollen aber den Nachteil der geringeren Belastbarkeit. Hier wurde nun die Feststellung gemacht, dass die genormten Schrägkugellager eine verhältnismässig geringe Kugel zahl aufweisen, weil die üblichen Führungskäfige einen erheblichen Teil des Wälzkörperteilkreis- umfanges für sich benötigen.
Mit dem vorgeschla genen kleinen gegenseitigen Abstand der Kugeln ist eine Erhöhung der Kugelzahl etwa im Verhältnis 15 : 11 und damit gleichlaufend eine Erhöhung der Tragfähigkeit des Kugellagers um rund 3601o mög lich. Das Problem der Kugelführung auf geringen, aber berührungslosen gegenseitigen Abstand ist in der vorgeschlagenen Weise, das heisst mittels der sich an den Kugeln 5 selbst führenden Distanzröhrchen 6 gelöst. Diese Art der Führung ist sehr einfach, und die Röhrchen 6 sind billig in der Herstellung. Für ihre Anwendung ist allerdings der vorgesehene kleine gegenseitige Abstand der Kugeln 5 Bedingung.
Der axialen Lage der Wälzbahn an der Treib- scheibe in bezug auf deren Stirnfläche = Pleuel- kugelmittenebene (vgl. Masse<I>a</I> und<I>b</I> in Fig. 1) ist spezielle Aufmerksamkeit zu schenken. Nach ihr soll die Wälzbahn 4 so nahe an die genannte Stirn fläche herangerückt werden, dass die Berührungs normalen 6' der einzelnen Wälzkörper die Mittel achse der Treibscheibe 3 in einem Punkt P schnei den, der jenseits der Stirnfläche der Treibscheibe liegt.
Es sind ausserdem die axiale Lage der Wälzbahn, der Wälzbahndurchmesser und der Berührungswinkel ss so aufeinander abgestimmt, dass der Abstand a (s. Fig. 1) mit dem Abstand b ein Verhältnis 2 : 1 bis 1 : 2 bildet.
Bei der bisherigen Ausführung mit getrenntem Innenlaufring und ss - 30 lag der Schnittpunkt P höchstens in der Stirnebene der Treibscheibe, meistens aber noch weiter links (vgl. Fig. 1).
Das vom aussermittigen Angriff der resultieren den Kolbenkraft in der Treibscheibe 3 einschliess- lich Welle 7 erzeugte Moment M bewirkt eine Querbelastung sowohl des Lagers der Treibscheibe 3 als auch des Wellenlagers 8, und es besteht die irrtümliche Ansicht, dass die die Lager querbelasten den Kräfte dem Quotienten M(d entsprechen. Jedoch genaue Untersuchungen liessen erkennen, dass eine solche Annahme nur dann zutreffen würde, wenn der Berührungswinkel ss den Wert Null hätte.
In diesem Falle könnte die Treibscheibe mit Welle als zweiarmiger Hebel mit den Hebellängen a und d betrachtet werden, und die von den Kolben kräften in der Treibscheibe ausgelösten Querkräfte Pro würden das Treibscheibenlager mit einer Quer kraft Pr1 <I>= Pro (a +</I> d)Jd <I>(1)</I> also mit einer erhöhten Kraft belasten. Anderseits aber wandert mit zunehmender Grösse des Berüh rungswinkels ss der Schnittpunkt P der Berührungs normalen 6' mit der Wellenachse auf dieser nach rechts.
Das hat zur Folge, dass der in Gleichung (1) eingesetzte Lagerabstand d sich auf<I>d'</I> vergrössert und schliesslich ein durch den Schnittpunkt P be stimmter idealer Abstand c erreicht wird. In Verbindung mit Gleichung (1) lässt dieser Umstand erkennen, dass es vorteilhaft ist, den Punkt P durch entsprechende bauliche Massnahmen möglichst weit nach rechts zu bringen. In diesem Sinne ist die Wälz- bahn an der Treibscheibe 3 soweit wie möglich der Stirnfläche der Treibscheibe genähert und dazu noch der Berührungswinkel ss derselben Wälzbahn so gross wie möglich (40-50 ) zu machen.
Der Einfluss die- sier Massnahmen auf das angestrebte Ziel lässt sich aus den Gleichungen (2) und (3) erkennen.
EMI0003.0044
Damit ergibt sich die Querlast der Lager zu
EMI0003.0046
(Dw = wirksamen Durchmesser der innern Wälz- bahn).
Bei Anwendung der genormten Wälzlager mit kegeliger Laufbahn rückt der Punkt P höchstens bis zur Stirnflächenebene nach rechts, und es ist ohne weiteres zu ersehen, dass die Anordnung der-Wälz- bahn unmittelbar an der Treibscheibe in Verbindung mit dem auf 40 bis 50 vergrösserten Berührungs winkel die Möglichkeit bietet, den Punkt P bedeu tend weiter nach rechts zu rücken und dadurch den Vorteil einer wesentlichen Verringerung der Quer belastung der Wälzlager zu erreichen.
Der eben beschriebene günstige Einfluss der ge genüber der bisher bekannten starken Verlagerung des Schnittpunktes P nach rechts bzw. in Richtung auf die Zylindertrommel zu lässt, wenn hauptsäch licher Wert auf gedrängte Bauweise gelegt wird, eine bedeutende Kürzung des Abstandes d zu oder ergibt, wenn die hohe Belastbarkeit der Axialkolben- maschine ausschlaggebend ist, bei gleichem Abstand d eine Verbesserung in dieser Richtung.
Bei einer Ausbildung der Treibscheibe mit Lage rung als komplettes Bauelement ist es notwendig, dieselbe mit einer den jeweiligen besonderen Wün schen angepassten Antriebswelle 7 kombinieren zu können. Hierbei ist aber eine äusserst starre Verbin dung zwischen Treibscheibe 3 und Welle 7 wegen des im Betrieb umlaufenden hohen Biegemomentes erforderlich,
um die Erzeugung von sog genanntem Passungsrost und damit eine allmähliche Lockerung der Verbindung zu vermeiden.
Der Forderung nach bequemer Austauschbarkeit der Welle 7 bei gleichzeitigem Presssitz zwischen der Treibscheibe 3 und Welle 7 entsprechend ist die Treibscheibe auf der Wellenseite mit einer sich ko nisch verjüngenden Nabe versehen und die Klemm- verbindung zwischen Treibscheibe 3 und Welle 7 über einen Kegel am Ende der Welle 7 und eine konische Bohrung der Treibscheibe 3 hergestellt, wobei zum axialen Einpressen, gegebenenfalls auch noch zum Mitbefestigen einer Rückzugplatte 9, eine Differentialgewindeschraube 10 vorgesehen ist.
Letztere hat zwei Gewinde, deren Steigung nur einige Zehntelmillimeter verschieden ist, so dass die Schraube infolge der als Anzugssteigung wirksamen kleinen Steigungsdifferenz es erlaubt, grosse Anzugs- kräfte zu erreichen, und dazu durch den geringen effektiv wirksamen Steigungswinkel keiner besonde ren Sicherung gegen Lösen bedarf.- Die sich verjüngende Nabe gibt die Möglichkeit, der Konusverbindung eine erhöhte elastische Vor spannung zu geben.
Ferner bewirkt diese Nabe eine Verbreiterung der Treibscheibe 3 in Richtung Welle 7, wodurch in günstiger Weise der Übergang von der Treibscheibe 3 zur Welle 7 in eine Zone verlegt ist, in der das Biegemoment schon bedeutend ver kleinert ist und damit eine vorteilhafte Entlastung der Konusverbindung erreicht wird.
Zur höchstmöglichen Steigerung der betriebs sicheren Tragfähigkeit der Treibscheibenwälzbahn 4 und zu Verbilligung der Herstellung ist die Treib- scheibe 3 im Präzisionsschmiedeverfahren herzustel len, bei dem sowohl die konische Bohrung als auch die Kugelpfannen nebst der übrigen Form bereits so genau geschmiedet werden, dass zur Fertigbearbei tung in bekannter Weise nur noch wenig Werkstoff in spanabhebendem Verfahren abgenommen werden muss.
Zur Steigerung der Güte der Lagerung bei ge ringen Herstellungskosten und im Interesse eines be quemen Zusammenbaues bzw. einer ebenso beque men und schnell möglichen Zerlegung ist weiterhin die Treibscheibe 3 mit Aussenlaufring 11 einschliess lich dem.
Wellenlager 8 und der Welle 7 in einem kompakten und leicht zu bearbeitenden Gehäuseteil 1 angeordnet, wobei dieser sich durch einen vor stehenden Teil des Aussenlaufringes 11 im eigent lichen Axialkolbenmaschinengehäuse 2 zentriert und die notwendige Einstellung und Sicherung des gün stigsten Lagerspiels durch eine Passscheibe 12 erzielt wird, welche das Lager 8 gegen den in die Welle 7 eingelassenen Sprengring 13 abstützt und das Lager 8 selbst sich mit einem ihm eigenen Bund (nicht dar gestellt) oder dem in Fig. 1 gezeigten Sprengring 14 gegen die antriebsseitige Gehäusestirnseite abstützt.
Zur weiteren Verbilligung ist nicht nur die Treibscheibe mit Lagerung, sondern der ganze Ge häuseteil 1 mit eingebauter Treibscheibe 3, Aussen laufring 11, Welle 7, Lager 8, Sprengring 13 und 14, Passscheibe 12 und Lagerdeckel 15 als Bau kastenteil zusammengestellt und wird für alle Axial kolbenmaschinen der in Frage stehenden Bauart gleichbleibend verwendet.
Die Forderung nach Wahrung der erreichten hohen obern Drehzahlgrenze lässt zur weiteren Stei gerung der axialen Belastbarkeit und damit des Ar beitsdruckes der Axialkolbenmaschine keine Ver grösserung des Durchmessers der Lager zu. Um nun die bisher behandelte Treibscheibenlagerung auch für solche Anwendungsfälle geeignet zu machen, bei denen hohe Drehzahlen und besonders hohe Arbeits drücke vorliegen, werden weitere Massnahmen ge troffen, welche nachfolgend anhand der Fig. 3, 4, 5 und 6 erläutert werden.
Die Treibscheibe 3 wird gemäss Fig. 3 mit einem zweiten, aus einem weiteren Aussenlaufring 11, Ku geln 5 und einem Innenlaufring 16 bestehenden Wälzlager gleichen Durchmessers versehen, welches sich an einer besonderen Gegenfläche 17 der Treib- scheibennabe abstützt.
Bei näherer Betrachtung einer solchen Lager kombination zeigen sich jedoch Umstände, welche eine besondere Durchbildung derselben als notwendig erweisen. Sobald nämlich die Treibscheibenlagerung einschliesslich dem immer notwendigen Gegenlager bzw. Wellenlager 8 mehr als zwei Lager aufweist, ist dieselbe statisch überbestimmt, und es können sich dabei die unvermeidlichen Rundlauf- und Flucht fehler nicht frei ausgleichen. Die Folge sind unkon trollierbare innere Spannungen im Lagersystem, welche unabhängig von dem im Betrieb aufzu nehmenden Axialschub bereits eine wesentliche Ver kürzung der Lebensdauer der Lager verursachen.
Um diesen Mangel zu beheben, wird das parallel geschaltete zweite Lager mit einem Innenlaufring 16 versehen, der sich in axialer Richtung gegen eine Gegenfläche 17 der Treibscheibe 3 abstützt und dessen Innenfläche 18 im Durchmesser so be messen ist, dass der Innenlaufring bezüglich der Treibscheibennabe radiales Spiel und damit quer zur Achse eine gewisse Beweglichkeit aufweist, welche bei einseitigen radialen Spannungen eine Verschiebung des Innenlaufringes an seiner Anlage fläche zulassen.
Der Wegfall eines den Innenlaufring zentrieren den Passsitzes hat den weiteren Vorteil, dass sich der Innenlaufring 16 in radialer Richtung auch elastisch verformt und örtliche, durch Rundheitsfehler der Wälzbahn usw. verursachte Höhepunkte der Wälz- körperpressung in sich selbst ausgleichen kann.
Die beiden unter sich gleichen Aussenlaufringe 11 der Treibscheibenlager sind durch eine Distanz scheibe 19 so aufeinander abgestimmt, dass der Axialschub der Treibscheibe 3 sich im gewünschten Sinne auf beide Lager verteilt und beide Aussenlauf ringe auch in einer gemeinsamen Gehäusebohrung zentriert und abgestützt sind.
Es ist in mehrerlei Hinsicht vorteilhaft, den Raumbedarf der Treibscheibe möglichst klein zu machen. Deshalb sind die beiden, unmittelbar bei der Treibscheibe angeordneten Wälzlager so ineinan der verschachtelt, dass der lichte axiale Abstand der Wälzkörper der beiden Lager (z. B. Kugeln) nicht grösser als etwa der halbe Durchmesser eines Wälz- körpers ist, wobei der Innenlaufring 16 teilweise innerhalb des vordern Aussenlaufringes 11 angeord net ist.
Beim Beispiel nach Fig. 4 ist eine weitere Form der Ausrüstung der Treibscheibe mit zwei zur Auf nahme der Axialkräfte parallel geschalteten Wälz lagern gezeigt. Zunächst ist die Treibscheibe 3 unter Einbeziehung ihrer rückseitigen Nabe unmittelbar selbst mit zwei Wälzbahnen 4, 20 versehen, deren Durchmesser verschieden ist. Zur äussern Führung und Abstützung der Wälzkörper ist jeder der Wälz- bahnen ein besonderer Aussenlaufring 11 bzw. 21 zugeordnet, welche im Aussendurchmesser ebenfalls verschieden sind und sich in einer stufenförmigen Bohrung des Teilgehäuses 1 einzeln abstützen.
Ausserdem ist dem rückseitigen kleineren Aussen laufring 21 in seiner Gehäusebohrung ein gewisses radiales Spiel gegeben, welches ebenso die Aufgabe hat, alle Spannungen abzubauen, welche sonst durch Rundheits-, Rundlauf- und Fluchtfehler entstehen und der Lagerung schaden könnten.
Ebenso hat der Aussenlaufring 21 durch seine radiale Freiheit die Möglichkeit der elastischen Verformung und damit der weiteren Beseitigung örtlich übertriebener Wälz- körperpressungen. Die beiden Aussenlaufringe 11, 21 in Verbindung mit den ihrer axialen Abstützung dienenden Gehäuseanlagen sind auch hier so abge stimmt, dass eine gewünschte Lastverteilung zwischen den beiden parallel geschalteten Wälzlagern gege ben ist.
Es ist auch hier an einer der beiden Aussen laufringanlageflächen des Gehäuseteils 1 eine Distanz scheibe 22 vorgesehen, mittels deren beispielsweise bei der Montage der Axialkolbenmaschine kleine Un stimmigkeit der Axialmasse so ausgeglichen wer den, dass die gewünschte Lastverteilung eintritt.
Im weiteren Ausbau sind auch bei der zuletzt behandelten Art der Lagerung zur Erreichung einer möglichst raumsparenden Bauweise die beiden par allel geschalteten Wälzlager der Treibscheibe in axialer Richtung so ineinander verschachtelt, dass die Wälzkörper der beiden Lager in axialer Rich tung einen lichten Abstand haben, der höchstens dem halben Wälzkörperdurchmesser gleicht, indem die Wälzkörper des kleineren Lagers zum Teil in den Hohlraum des grösseren Aussenlaufringes 11 hineinragen.
Die zwei zuletzt behandelten Bauweisen der Treibscheibe mit Lagerung sehen zur Aufnahme sehr hoher Axialkräfte je zwei parallel geschaltete Wälz lager mit grossem Berührungswinkel im Bereich der Treibscheibe vor. Daneben war zur axialen Fixierung und radialen Führung ein weiteres Lager, z. B. das Wellenlager 8, angeordnet. Zur Vermeidung des schädlichen, statisch überbestimmten Zustandes waren die erwähnten Massnahmen notwendig.
Es wird nun gemäss Fig. 5 das durch den ausser mittigen Angriff der Kolbenkräfte erzeugte Moment im positiven Sinne dazu ausgenutzt, eine selbsttätige Verteilung der Axialkraft auf das Treibscheiben- lager dadurch zu bewirken, dass an die Stelle des Wellenlagers 8 ein anderes Wälzlager angeordnet wird, welches bezüglich Aussenlaufring 11', Kugeln 5,
Innenlaufring 16 und Berührungswinkel ss den Teilen der Treibscheibenlagerung nach Beispiel Fig. 3 entspricht.
Das in der Treibscheibe auftretende Moment ist dem auftretenden Axialschub stets proportional. Zeichnet man (vgl. Fig. 5) von beiden Lagern die den Winkel ss aufweisenden Berührungsnormalen ein, so schneiden diese die Treibscheibenachse in den Punkten P, P'.
Zeichnet man nun in den Punkten P, P' Kräfte parallelogramme, welche die aus den vom abzu- stützenden Moment M und, zu einem kleinen Teil, von der Tangentialkomponente der Kolben kräfte Pk erzeugten Querkräfte Pr und Pr' in ihre in Richtung der Berührungsnormalen und in Achs richtung liegenden Komponenten Prc und Pa bzw.
Pn' und Pa' zerlegen, so wirken die Axialkompo- nenten Pa und Pa' dem die Treibscheibe belasten den Axialschub entgegen, und es kann durch passende Wahl des Lagerabstandes d und des Berührungswinkels ss dafür gesorgt werden, dass die Axialkomponente Pa bzw. Pa' der Kräfteparallelo gramme ein gewünschtes gegenseitiges Verhältnis (normalerweise 1 : 1) aufweisen.
Bei genauer Betrachtung versteht es sich von selbst, dass, im praktischen Betrieb, die Treibscheibe mit Welle bei passender Wahl der Lagerringabstände stets selbsttätig um einen verschwindend kleinen Be trag von der geometrischen genauen Lage abweicht und dabei das gewünschte Kräftegleichgewicht bzw. die Aufteilung der Axialkraft auf beide Wälzlager sicherstellt.
Im bisher beschriebenen Zustand fehlt der Treib- scheibe noch eine Sicherung ihrer axialen Lage in Richtung gegen die Zylindertrommel. In vielen Fällen ist eine solche Sicherung überflüssig bzw.
es kann, wie im Beispiel nach Fig. 5, zwischen den vordern Aussenlaufring 11 und den Innenlaufring 16 des antriebsseitigen Wälzlagers ein weiteres Wälz lager w eingeschaltet werden, welches keinerlei radiale Kräfte, sondern nur die gewünschte axiale Fixierung der Treibscheibe zu übernehmen hat und im Betrieb in der Regel vollständig entlastet ist.
Die bereits beschriebene Ausbildung der Treib scheibenlagerung als zweireihiges Wälzlager ergibt dank der kräftemässigen Parallelschaltung der beiden Lager bei gleichbleibendem Aussendurchmesser und gleichbleibender Schnelläufigkeit der Axialkolben- maschine die Möglichkeit, dieselbe mit besonders hohem Arbeitsdruck zu betreiben. Es gibt aber auch Fälle, in denen neben der hohen Schnelläufigkeit ganz besonderer Wert auf gedrängte Bauweise gelegt wird.
Die Konstruktion nach Fig. 6 kommt mit einer besonderen Bauweise der zweireihigen Treibschei- benwälzlagerung auch diesem Bedürfnis der Praxis nach. Sie geht von der Tatsache aus, dass das durch den aussenmutigen Kraftangriff der Kolben an der Treibscheibe in derselben erzeugte Moment in allen Fällen ein Wellenlager 8 erforderte, welches gemein sam mit dem bzw. den Treibscheibenlagern die vom Moment ausgelösten Seitenkräfte der Treibscheibe mit Welle im Gehäuse abstützt und überhaupt letz terer die notwendige genaue Führung gibt.
Dank dem für die Wälzlager der Treibscheibe vorgesehenen grossen Berührungswinkel von 40-50 ist an sich schon der ideale Abstand c (vgl. Fig. 1) so gross, dass der tatsächliche Abstand c sich in günstiger Weise sehr verringern lässt.
Untersuchungen und überlegungen liessen aber noch die Möglichkeit erkennen, diesen Abstand und damit die axialen Abmessungen der Axialkolben- maschine nochmals erheblich zu verringern, indem man (Beispiel Fig. 6) das bei den bisherigen Erfin dungsbeispielen (nach Fig. 1 und den Fig. 3, 4 und 5) stets vorgesehene Gegenlager bzw.
Wellenlager 8 durch das aus einem weiteren Aussenlaufring 11, Kugeln 5 und einem Innenlaufring 23 bestehende Zusatzwälzlager der Treibscheibe 3 ersetzt, wobei dessen Wälzkegel so gewählt ist, dass die Berührungs normalen 6" der auf ihm rollenden Wälzkörper die Treibscheibenachse in einem Punkt P' schneiden, der im Vergleich zu den Aussenlaufringen 11, 11 näher beim äussern Ende der Welle 29 liegt, der Innen laufring 23 des Zusatzlagers mit Passsitz auf der Nabe der Treibscheibe geführt und zentriert und z.
B. durch einen in die Treibscheibennabe ein gelassenen Sprengring 24 gehalten wird. Dazu wird zur genauen Einstellung des Innenlaufringes 23 auf spielfreie Lagerung auf dessen beiden Stirnseiten je eine Einstellscheibe 25 angeordnet.
<U>D</U>er ideale Lagerabstand entspricht dem Abstand P P' und genügt damit den Anforderungen. Da die gesamte Treibscheibenlagerung nun wieder nur aus zwei Wälzlagern besteht und damit statisch bestimmt ist, fallen die bei den Beispielen gemäss Fig. 3 und 4 vorgeführten der Beseitigung von innern Klein_ mungen der Wälzlager dienenden baulichen Mass nahmen weg und ausser dem Innenlaufring 23 auf der Nabe der Treibscheibe 3 können auch die Aussenlaufringe 11 im Gehäuse sowohl im Durch messer als auch in axialer Richtung spielfrei geführt werden.
Es besteht eine gewisse Verringerung der Her stellungskosten, wenn, wie eben angedeutet, als Aussenlaufring zwei unter sich gleiche und auch zur Verwendung bei Ausführungen gemäss den Beispielen von Fig. 3 und 4 geeignete Laufringe 11 Verwen dung finden. Es steht bei genügender Stückzahl je doch nichts im Wege, die beiden getrennten Aussen laufringe zu einem einstückigen doppelten Aussen laufring zu vereinigen.
Die eben beschriebene Treibscheibenlagerung ist ganz besonders in solchen Fällen geeignet, wo der Anbau der Axialkolbenmaschine an eine Werkzeug maschine oder dergleichen erfolgen und die Treib- scheibe unmittelbar ein freies Wellenende dieser Maschine treiben soll.
Die äusserst kurz bauende Treibscheibenlagerung nach Beispiel Fig. 6 erlaubt es, die Treibscheibe mit Lagerung unmittelbar in einer stirnseitigen Bohrung 26 des den bisherigen Gehäuseteil 1 ersetzenden Gehäuses der Werkzeug maschine oder dergleichen anzuordnen und nur den die Zylindertrommel enthaltenden Gehäuseteil 2 vom Aussenlaufring 11 zentriert an einer Stirnfläche 27 des Maschinengehäuses selbst anzuflanschen.
Beim un mittelbaren Einbau der Treibscheibe mit Lagerung in das Maschinengehäuse kann diese Befestigungs art jedoch unvorteilhaft sein, weil die Konusverbin- dung zwischen Treibscheibe und dem freien Wellen- ende der Maschine verhältnismässig grosse Toleranzen bezüglich der axialen Lage der Welle voraussetzt.
Um diesen Nachteil zu umgehen, wird die Treib- scheibe 3 mit einer Innenverzahnung 28 (z. B. Keil wellenprofil) versehen, in welche das innere mit ent sprechendem Gegenprofil versehene freie Ende der Welle 29 axial verschiebbar hineinragt.
Die gleiche Massnahme begünstigt ausserdem einen sehr bequemen An- und Abbau der Axial kolbenmaschine bzw. der Treibscheibe mit Lage rung. Um auch in diesem Fall die vorteilhafte Diffe- rentialgewindeschraube zur Befestigung der Rück zugplatte an der Treibscheibe verwenden zu können, ist in eine Ringnute der Bohrung mit der Innen verzahnung 28 ein Sprengring 30 eingelassen, gegen den sich die gegen Drehung gesicherte Mutter 31 der Differentialgewindeschraube 10 abstützt.
In den meisten Fällen sind die in der anzutrei benden Maschine und im hydrostatischen Antrieb ver wendeten Ölsorten verschieden. Es muss daher Vor sorge getroffen werden, dass deren Mischung, z. B. über die Lagerung der Treibscheibe, nicht möglich ist. Zu diesem Zweck ist in der bereits der Aufnahme der Aussenlaufringe 11 dienenden Gehäusebohrung 26 ein von letzteren axial fixierter Abschlussdeckel 32 eingebaut, dessen Wellendichtung 33 auf dem Nabenende der Treibscheibe 3 gleitet.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH 1 Treibscheibenanordnung von Axialkolbenmaschi- nen mit zur Treibscheibe schräg stehender Zylinder trommelachse, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibscheibe (3) mit einem axial und quer belast baren Wälzlager (5) zu einer Einheit vereinigt ist, indem unter Wegfall des Innenlaufringes dessen innere Wälzbahn (4) unmittelbar am Treibscheiben- körper (3) selbst angeordnet ist und diese Bahn einen Berührungswinkel (13) von 40-50 aufweist.UNTERANSPRÜCHE 1. Treibscheibenanordnung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzbahn (4) derart im Bereich der Pleuelkugelmittelebene liegt, dass die Berührungsnormalen (6') der Wälzkörper die Treibscheibenmittelachse jenseits der Pleuel- kugelmittelebene schneiden.2. Treibscheibenanordnung nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wälzkörper Kugeln (5) dienen, welche durch an den Kugeln sich selbst führende Distanzröhrchen (6) vor gegenseitiger Berührung geschützt sind und deren gegenseitiger lichter Abstand höchstens 1J;,0 des innern wirksamen Wälzbahndurchmessers beträgt. 3. Treibscheibenanordnung nach Patentanspruch 1 und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Distanzröhrchen (6) aus Leicht metall bestehen.4. Treibscheibenanordnung nach Patentanspruch 1 und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Distanzröhrchen (6) aus Kunst stoff bestehen. 5. Treibscheibenanordnung nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Treibscheibe (3) auf der Wellen seite eine sich konisch verjüngende Nabe und eine ebenfalls konische Mittelbohrung zur Aufnahme und Befestigung der Antriebswelle aufweist.6. Treibscheibenanordnung nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1, 2 und 5, dadurch gekenn zeichnet, dass die Klemmverbindung zwischen der Treibscheibe (3) und dem zugehörigen konischen Teil der Welle (7) mittels einer stirnseitigen und in Achsflucht liegenden Differentialgewindeschraube (10) erfolgt, welche gleichzeitig auch die Befestigung der Rückzugplatte (9) an der Treibscheibe über nimmt.7. Treibscheibenanordnung nach Patentanspruch 1 und Unteransprüchen 1, 2, 5 und 6, dadurch ge kennzeichnet, dass der Aussenlaufring des Wellen lagers sich mittels Bund oder eingelegtem Sprengring (14) gegen die antriebsseitige Gehäuseseite abstützt und das Spiel des Treibscheibenlagers durch einen Passring (12) regelbar ist, der sich axial abstützt (Fig. 1).B. Treibscheibenanordnung nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Passring (12) an einem Bund der Welle abstützt. 9. Treibscheibenanordnung nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Passring (12) an einem in die Welle eingelassenen Sprengring (13) ab stützt (Fig. 1).10. Treibscheibenanordnung nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass das Verhältnis des Abstandes (a) der Wälz- körpermittenebene von der Pleuelkugelmittenebene zu dem Abstand (b) der Pleuelkugelmittenebene von dem Schnittpunkt der Wälzkörperberührungsnormalen mit der Wellenachse in den Grenzen 2 : 1 bis 1 : 2 liegt.11. Treibscheibenanordnung nach Patentan spruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5-7 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Treibscheiben- lager (3, 5, 11) axial entgegenwirkende Stützfläche des Lagergehäuses für das Wellenlager (8) innen gleich und aussen grösser als der Aussendurchmesser des Wellenlagers (8) ist (Fig. 1).12. Treibscheibenanordnung nach Patentan spruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5-7, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Hohlraumes im Gehäuse (1) zwischen dem Treib- scheibenlager und dem Passsitz des Wellenlagers (8) so gross ist, dass sich das Wellenlager von der Treib- scheibenseite her in das Gehäuse einschieben lässt.13. Treibscheibenanordnung nach Patentan spruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5-7 und 10, da durch gekennzeichnet, dass die Treibscheibe (3) mit Welle (7) in einem besonderen Gehäuseteil (1) gela- gert und als Baukastenteil ausgebildet ist, welcher annähernd in der Ebene des Treibscheibenwälzlagers an das übrige Axialkolbenmaschinengehäuse ange flanscht ist, das von dem vorstehenden Teil des Aussenlaufringes des Treibscheibenwälzlagers am Gegengehäuse zentriert ist.14. Treibscheibenanordnung nach Patentan spruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5-7 und 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenlager (8) am Gehäuse (1) durch einen nach Abnahme des; Lagerdeckels (15) lösbaren Sprengring (14) axial fixiert ist (Fig. 1).15. Treibscheibenanordnung nach Patentan spruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5-7 und 10-14, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites, aus einem weiteren Aussenlaufring (11), Kugeln (5) und einem Innenlaufring (16) bestehendes Wälzlager gleichen Durchmessers angeordnet ist, welches sich an einer Gegenfläche (17) der Treibscheibennabe abstützt (Fig. 3).16. Treibscheibenanordnung nach Patentan- spruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5-7 und 10-15, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (18) des Innenlaufringes (16) des zweiten Lagers so bemessen ist, dass der Innenlaufring bezüglich der Treibscheibennabe radiales Spiel und damit quer zur Achse eine Beweglichkeit aufweist, welche bei einseitigen radialen Spannungen eine Verschiebung des Innenlaufringes an seiner Anlagefläche zulässt.17. Treibscheibenanordnung nach Patentan spruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5-7 und 10-16, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden unmittelbar bei der Treibscheibe angeordneten Wälzlager so ineinander verschachtelt sind, dass der axiale lichte Abstand der Wälzkörper der beiden Lager nicht grösser als annähernd der halbe Durchmesser eines Wälzkörpers ist, wobei der Innenlaufring (16) des hintern Lagers teilweise innerhalb des vordern Aussenlaufringes (11) angeordnet ist.18. Treibscheibenanordnung nach Patentan spruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5-7 und 10-15, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibscheibe (3) unter Einbeziehung ihrer rückseitigen Nabe unmittel bar selbst mit zwei Wälzbahnen (4, 20) versehen ist, deren Durchmesser verschieden ist, wobei zur äussern Führung und Abstützung der Wälzkörper für jede der Wälzbahnen je ein separater Aussenlaufring (11 bzw.21) vorgesehen ist, welche Ringe im Aussen durchmesser verschieden sind und sich in einer stufenförmigen Bohrung des Teilgehäuses (1) je ein zeln abstützen, und dass der rückseitige kleinere Aussenlaufring (21) in seiner Gehäusebohrung ein radiales Spiel aufweist (Fig. 4).19. Treibscheibenanordnung nach Patentan spruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5-7, 10-15 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden parallel geschalteten Wälzlager der Treibscheibe in axialer Richtung so ineinander verschachtelt sind, dass die Wälzkörper der beiden Lager in axialer Richtung einen lichten Abstand haben, der höchstens dem halben Wälzkörperdurchmesser entspricht, wobei die Wälzkörper des kleineren Lagers zum Teil in den Hohlraum des grösseren Aussenlaufringes (11) hinein ragen.20. Treibscheibenanordnung nach Patentan spruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5-7 und 10-15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der Treibscheibe mit Welle aus zwei Wälzlagern besteht, wobei der Berührungswinkel des die Treibscheibe umfassenden Lagers 40-50 und der Berührungs winkel des weiteren Wälzlagers mindestens 30 be trägt, und die innern Wälzbahnen beider Lager sich in Richtung auf das freie Wellenende zu verjüngen (Fig. 5).21. Treibscheibenanordnung nach Patentan spruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5-7 und 10-15, dadurch gekennzeichnet, dass unter Vermeidung eines Wellenlagers (8) ein aus einem weiteren Aussenlauf ring (11), Kugeln (5) und einem Innenlaufring (23) bestehendes Zusatzwälzlager der Treibscheibe (3) vorhanden ist, wobei die Wälzbahn dieses Innen laufringes so gewählt ist, dass die Berührungsnorma len der auf ihr rollenden Wälzkörper die Treib- scheibenachse in einem Punkt (P') schneiden, der im Vergleich zu den Aussenlaufringen (11) beider Wälz lager näher beim freien Wellenende liegt, der Innen laufring (23)des Zusatzlagers mit Passsitz auf der Nabe der Treibscheibe geführt und zentriert und durch einen in die Treibscheibennabe eingelassenen Sprengring (24) gehalten ist (Fig. 6). 22. Treibscheibenanordnung nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Treib- scheibe mit Lagerung unmittelbar in einer stirn- seitigen Bohrung (26) des Gehäuses der anzutrei benden Maschine angeordnet ist und nur der die Zy lindertrommel enthaltende Gehäuseteil (2), vom Aussenlaufring (11) zentriert,an einer Stirnfläche (27) des Maschinengehäuses angeflanscht ist. 23. Treibscheibenanordnung nach Patentan spruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5-7, 10-15, 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Treib- scheibe (3) mit einer Innenverzahnung (28) versehen ist, in welche das mit entsprechendem Gegenprofil versehene freie Ende der Welle (29) axial verschieb bar hineinragt.24. Treibscheibenanordnung nach Patentan spruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5-7, 10-15, 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Nute der mit Innenverzahnung (28) versehenen Wellenaufnahmebohrung der Treibscheibe ein Sprengring (30) eingelassen ist, gegen den sich die Mutter (31) der Differentialgewindeschraube (10) abstützt, welche Mutter gegen Drehung gesichert ist.25. Treibscheibenanordnung nach Patentan spruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5-7, 10-15 und 21-24, dadurch gekennzeichnet, dass in der der Aufnahme der Aussenlaufringe (11) dienenden Gehäusebohrung (2) ein von letzteren axial fixierter Abschlussdeckel (32) eingebaut ist, dessen Wellen dichtung (33) auf dem Nabenende der Treibscheibe (3) gleitet (Fig. 6).PATENTANSPRUCH 1I Verfahren zur Herstellung einer Anordnung ge mäss Patentanspruch I und Unteransprüchen 1, 2, 5-7 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass man die Treibscheibe (3) im Präzisionsschmiedeverfahren herstellt, wobei man die Aussenform, die konische Bohrung und die Kugelpfannen so genau schmiedet, dass zur Fertigbearbeitung in spanabhebendem Ver fahren nur noch wenig Werkstoff abgenommen wer den muss.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEW21240A DE1095122B (de) | 1957-05-27 | 1957-05-27 | Treibscheibe mit Lagerung, insbesondere fuer als Pumpe oder Motor verwendbare Hochleistungsaxialkolbenmaschinen |
| DEW21258A DE1225495B (de) | 1957-05-31 | 1957-05-31 | Triebscheibenlagerung fuer Hochleistungs-Axialkolbenmaschinen (Pumpen oder Motoren) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH369971A true CH369971A (de) | 1963-06-15 |
Family
ID=26002224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH5928858A CH369971A (de) | 1957-05-27 | 1958-05-08 | Treibscheibenanordnung von Axialkolbenmaschinen mit zur Treibscheibe schrägstehender Zylindertrommelachse |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CH (1) | CH369971A (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2592098A1 (fr) * | 1985-12-23 | 1987-06-26 | Karl Marx Stadt Ind Werke | Machine hydraulique a pistons axiaux et procede pour son montage |
| US6398656B1 (en) * | 1999-11-25 | 2002-06-04 | Thk Co. Ltd. | Universal joint |
-
1958
- 1958-05-08 CH CH5928858A patent/CH369971A/de unknown
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2592098A1 (fr) * | 1985-12-23 | 1987-06-26 | Karl Marx Stadt Ind Werke | Machine hydraulique a pistons axiaux et procede pour son montage |
| US6398656B1 (en) * | 1999-11-25 | 2002-06-04 | Thk Co. Ltd. | Universal joint |
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