DE1244489B

DE1244489B - Metallic bushing or piston element

Info

Publication number: DE1244489B
Application number: DEA33982A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz Alexa Wettstein
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1959-02-18
Filing date: 1960-02-15
Publication date: 1967-07-13

Description

Metallisches Buchsen- oder Kolbenelement Die Erfindung betrifft ein metallisches Buchsen-oder Kolbenelement mit Gleitflächen zum Führen an relativ dazu hin- und herbewegbaren Gegenflächen, wobei die Gleitflächen zum Erzielen eines hydrodynamischen Schmierfilms zwischen den gegeneinander bewegbaren Teilen in bezug auf die Gegenflächen geneigt sind. Bei Verwendung geeigneter Schmiermittel soll durch Bildung eines hydrodynamischen Schmierfilms zwischen den Gleitflächen eine unmittelbare metallische Berührung der bewegbaren Gleitflächen vermieden werden, wodurch einerseits die Lebensdauer der Buchse bzw. des Kolbens und der gegenüberliegenden Gleitfläche erhöht und andererseits die Wärmeerzeugung durch unmittelbare metallische Reibung vermindert wird.Metallic bushing or piston element The invention relates to a metallic bushing or piston element with sliding surfaces for guiding relative thereto reciprocating counter surfaces, the sliding surfaces to achieve a hydrodynamic Lubricating film between the mutually movable parts in relation to the mating surfaces are inclined. When using suitable lubricants, the aim is to create a hydrodynamic The lubricating film between the sliding surfaces has a direct metallic contact of the movable sliding surfaces can be avoided, whereby on the one hand the service life of the Bush or the piston and the opposite sliding surface increased and on the other hand the heat generated by direct metallic friction is reduced.

Die bekannten, dem Erfindungsgegenstand nahekommenden Buchsen- oder Kolbenelemente weisen Mängel auf, besonders im Hinblick auf eine vollkommene hydrodynamische Schmierung bei sehr hoher Belastung des Kolben- oder Buchsenelements.The well-known, the subject of the invention approaching socket or Piston elements have shortcomings, particularly with regard to being perfectly hydrodynamic Lubrication with very high loads on the piston or bushing element.

Beispielsweise ist bei einem vorbekannten Mehrgleitflächenlager nach- der deutschen Patentschrift 903 054, die eine der relativ zueinander bewegbaren Gleitflüchen derart wellig profiliert, daß sich, in Bewegungsrichtung gesehen, eine abwechselnd größer und kleiner- werdende Breite des Spaltes zwischen den Gleitflächen ergibt, wodurch die Schmierkeilbildung gefördert werden soll. Nachteilig erscheint dabei, daß die Auflage des profilierten Gleitkörpers auf der Gegenfläche merklich linienhaft werden kann und dies besonders, wenn eine nur geringe Verkantung beider Gleitflächen auftritt. Derartige direkte metallische Berührungen der Gleitflächen sind besonders bei hohen Belastungen unerwünscht. Ein weiterer Nachteil ist dadurch gegeben, daß die Führungselemente nur eine konstante Neigung aufweisen und sich somit wechselnden Belastungsfällen nicht wünschenswert anpassen können.For example, in a previously known multiple sliding surface bearing according to German patent specification 903 054, which has a wavy profile of one of the sliding surfaces movable relative to one another in such a way that, viewed in the direction of movement, the width of the gap between the sliding surfaces becomes alternately larger and smaller, resulting in the formation of lubricating wedge should be promoted. It appears to be disadvantageous that the bearing of the profiled sliding body on the opposing surface can become noticeably linear, and this especially when there is only slight tilting of both sliding surfaces. Such direct metallic contact with the sliding surfaces is undesirable, especially under high loads. Another disadvantage is that the guide elements only have a constant inclination and thus cannot adapt to changing load situations as desired.

Eine weitere bekannte Vorrichtung gemäß derUSA.-Patentschrift 2 785 026 zeigt eine Dichtungskonstruktion, die zwar in ihren Grundformendem Erfindungsoeaenstand nahekommt, jedoch in erster Linie ein Dichtungsproblem lösen soll. Das Dichtungseleinent schmiegt sich dabei in seiner gesamten Länge elastisch an die Gegenfläche an und verhindert dadurch die Bildung eines Schmierkeils zwischen den Gleitflächen.Another known device according derUSA. Patent 2,785,026 shows a seal structure which is close to true in their Grundformendem Erfindungsoeaenstand, but is intended to solve primarily a sealing problem. The entire length of the sealing element hugs the opposing surface and prevents the formation of a lubricating wedge between the sliding surfaces.

Bei Vorrichtungen gemäß der USA.-Patentschrift 2815992 und der französischen Patentschrift 1132 308, die eine, möglichst vollkommene Abdichtun- zwischen Kolben und Kolbenführung einerseits und zwischen den beidendigen Kolbenstimflächen andererseits anstreben, ist beispielsweise eine mehr oder weniger elastische Abdichteinrichtung mit Dichtungslippen versehen, die sich möglichst dicht an die Gegenfläche anpressen und daher zwangläufig eine hydrodynamische Schmieruncr unterbinden.In devices according to US Pat. No. 2815992 and French Pat. No. 1132 308, which strive for the most complete sealing possible between the piston and piston guide on the one hand and between the two-ended piston faces on the other hand, a more or less elastic sealing device is provided with sealing lips, for example Press as close as possible to the counter surface and therefore inevitably prevent hydrodynamic lubrication.

Ausschließlich das Abdichtungsproblem liegt einer Einrichtung gemäß der schweizerischen Patentschrift 243 896 zugrunde, bei der ein hohl gestalteter Kolben sich unter Druck derart elastisch an die Gegenfläche anpreßt, daß ein zur Verschiebung nötiges Spiel grundsätzlich aufgehoben und somit eine hydrodynamische Schmierung unterbunden wird.A device according to Swiss patent specification 243 896 is based solely on the sealing problem, in which a hollow piston presses itself elastically against the counter surface under pressure in such a way that any play necessary for displacement is basically eliminated and hydrodynamic lubrication is prevented.

Ziel der Erfindung ist es, ein- Buchsen- und Kolbenelement zu schaffen, welches auch unter hohen Belastungen eine vollkommene hydrodynamische Schinierung gewährleistet und deswegen verschleißfester, betriebssicherer und auch vielseitiger einsetzbar ist.The aim of the invention is to create a socket and piston element, which even under high loads a perfect hydrodynamic rail guaranteed and therefore more wear-resistant, more reliable and also more versatile can be used.

Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß der mittlere Teil des Elements einen radialen Flansch hat, der in einer Ringmit eines geteilten Trägers kippbar gelagert ist und eine elastisch nachgiebige Abstätzung für sich an den Flansch in axialer Richtung anschließende und durch axiale Schlitze voneinander getrennte, im Kreis angeordnete Kippse-Mente ergibt, deren innere oder äußere Umfangsfläche während der Bewegung unter dem Einfluß des Schmiermittels die in bezug auf die Gegenflächen geneigte Gleitfläche bildet.According to the invention this object is achieved in that the middle Part of the element has a radial flange which is split in a ring with a The carrier is tiltable and an elastically resilient support for itself adjoining the flange in the axial direction and from each other through axial slots separate, arranged in a circle Kippse-Mente results, their inner or outer circumferential surface during the movement under the influence of the lubricant with respect to the mating surfaces forms inclined sliding surface.

Der Gegenstand der Erfliidung ist im Nachstehenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Kolben-und Zylinderkonstruktion, welche das erfindungsgemäße Buchsen- und Kolbenelement aufweist, Fig. 2 die Perspektive eines aufgeschnittenen Buchsenelements, F i g. 3 die Perspektive eines aufgeschnittenen Kolbenelements, F i g. 4 ein Teilstück der F i g. 1 in größerem Maßstab.The subject of the invention is described in more detail below with reference to the drawing. It shows F i g. 1 shows a longitudinal section through a piston and cylinder construction which has the socket and piston element according to the invention, FIG. 2 shows the perspective of a cut-open socket element, FIG . 3 shows the perspective of a cut-open piston element, FIG . 4 shows a section of FIG. 1 on a larger scale.

Die in F i g. 1 dargestellte Kolben- und Zylindert3 g einrichtung kann beispielsweise ein hydraulischer Stoßdämpfer od. d.,gl. sein. Der Zylinder 1 und das Kolbenrohr 2 bewegen sich gegeneinander in axialer Richtung. Zwischen dem Zylinder und dem Kolbenrohr sowie zwischen dem Zylinder und einem darin beweglichen Kolben müssen wirksame Führungstelle vorgesehen sein. Am oberen Ende des Zylinders 1 ist daher eine Führungs- und Dichtungsvorrichtung angeordnet, die aus ringförmigen Buchsenhaltern 3 und 4 sowie einem Abstandring 5 besteht, die alle mit Hilfe einer auf den Zylinder 1 aufgeschraubten Ringmutter 6 gegen einen Ansatz im Zylinder verspannt sind. Der Buchsenhalter 4 hat an seinem dem Abstandring 5 zugekehrten Ende eine Ringnut für eine Dichtungseinrichtung, die aus einem O-Ring 7 aus einem elastischen Material und einem Abstützring 8 aus einem etwas weniger elastischen Material besteht. Zwischen dem Buchsenhalte'r 4 und dem Zy- linder 1 ist in ähnlicher Weise eine feste Dichtung angebracht, die aus einem O-Ring 9 besteht, der in einer Ringnut des Buchsenhalters liegt.The in F i g. Piston and illustrated Zylindert3 1 g means may, for example, a hydraulic shock absorber od. D., Gl. be. The cylinder 1 and the piston tube 2 move against each other in the axial direction. Effective guide points must be provided between the cylinder and the piston tube and between the cylinder and a piston movable therein. At the upper end of the cylinder 1 , a guide and sealing device is therefore arranged, which consists of annular bushing holders 3 and 4 and a spacer ring 5 , all of which are braced against a shoulder in the cylinder with the help of an annular nut 6 screwed onto the cylinder 1. The socket holder 4 has at its end facing the spacer ring 5 an annular groove for a sealing device, which consists of an O-ring 7 made of an elastic material and a support ring 8 made of a somewhat less elastic material. Between the socket holder 4 and the cylinder 1 , a fixed seal is attached in a similar manner, which seal consists of an O-ring 9 which lies in an annular groove of the socket holder.

Zwischen den Buchsenhaltern 3 und 4 ist ein Buchsenelement eingelegt, das aus einem Ringflansch 10 mit zu beiden Seiten daran sich anschließenden, in axialer Richtung sich erstreckenden Segmenten 11 besteht. Die Form des Buchsenelements ist aus F i g. 2 ersichtlich. Sein mittlerer Teil oder Flansch 10 ist in axialer Richtung von zwei ebenen Flächen begrenzt, während der Flansch in radialer Richtung nach außen vorzugsweise von einer etwas gewölbten Fläche begrenzt ist. Die Wandstärke der sich zu beiden Seiten an den Flansch anschließenden Segmente 11 ist geringer als die des Flansches und nimmt vorzugsweise in Richtung zu den Enden der Segmente ab. Die Innenflächen des Flansches 10 und der Segmente 11 bilden zusammen die zylindrische Gleitfläche des Buchsenelements. Um die Bildung eines tragfähigen Flüssigkeitsfilms zu erleichtern, sind die Enden der Seginente 11 an der zylindrischen Gleitfläche gut abgerundet.A bushing element is inserted between the bushing holders 3 and 4 and consists of an annular flange 10 with segments 11 which are connected to it on both sides and extend in the axial direction. The shape of the socket element is shown in FIG . 2 can be seen. Its central part or flange 10 is delimited in the axial direction by two flat surfaces, while the flange is preferably delimited outward in the radial direction by a somewhat curved surface. The wall thickness of the segments 11 adjoining the flange on both sides is less than that of the flange and preferably decreases in the direction of the ends of the segments. The inner surfaces of the flange 10 and the segments 11 together form the cylindrical sliding surface of the socket element. In order to facilitate the formation of a stable liquid film, the ends of the segments 11 are well rounded on the cylindrical sliding surface.

Der Flansch 10 des Buchsenelements ist beweglich in den Buchsenhaltem 3 und 4 gelager4 die zwischen sich eine Ringnut für den Flansch10 bilden. Diese Nut ist in axialer Richtung von zwei ebenen Flächen und in radialer Richtung von einer zylindrischen Fläche begrenzt. Die Nut und der Flansch10 sind so bemessen, daß zwischen ihnen ein geringer axialer und radialer Spielraum gebildet wird.The flange 10 of the socket element is movable in the socket holders 3 and 4 bearing4 which form an annular groove for the flange 10 between them. This groove is delimited in the axial direction by two flat surfaces and in the radial direction by a cylindrical surface. The groove and the flange 10 are dimensioned so that a small axial and radial clearance is formed between them.

Das Kolbenrohr2 ist g gleitbar im Buchsenelement 10, 11 gela 'gert. Der radiale Spielraum zwischen dem Kolbenrohr2 und den Buchsenhaltern3, 4 sowie dem Abstandrina 5 ist größer als der Spielraum zwi-C im schen dem Kolbenrohr 2 und dem Buchsenelement 10, 11, so daß das Kolbenrohr 2 ausschließlich vom Buchsenelement 10, 11 geführt wird.The piston tube 2 is slidably supported in the socket element 10, 11 . The radial clearance between the Kolbenrohr2 and Buchsenhaltern3, 4 and the Abstandrina 5 is greater than the clearance Zvi-C in the rule the piston tube 2 and the socket element 10, 11 so that the piston pipe 2 exclusively from the female member 10, is guided. 11

Am Ende des Kolbenrohrs 2 ist ein Kolbenhalter 13 mit Hilfe einer kingmutter 12 befestigt. Zwischen der Ringmutter 12 und dem Kolbenhalter 1.3 ist ein Kolbenelement 14, 15 eingelegt, das aus einem mittleren Flansch 14 und daran zu beiden Seiten in axialer Richtung sich anschließenden Segmenten 15 besteht. Die Form des Kolbenelements 14, 15 ist aus F i g. 3 ersichtlich und entspricht der Ausbildung des Buchsenelements 10, 11, so daß eine nähere Beschreibung überflüssig ist. Das Kolbenelement 14, 15 ist mit Hilfe des Flansches 14 in einer Nut zwischen der Ringmutter 12 und dem Kolbenhalter 13 beweg ,lieh gelagert. Der radiale Spielraum zwischen dem Kolbenhalter 13 und dem Zylinder 1 ist größer als zwischen dem Kolbenelement 14, 15 und dem Zylinder 1, so daß der Zylinder 1 nur vom Kolbenelement 14, 15 geführt wird.At the end of the piston tube 2, a piston holder 13 is fastened with the aid of a king nut 12. A piston element 14, 15 is inserted between the ring nut 12 and the piston holder 1.3 , which consists of a central flange 14 and segments 15 adjoining it on both sides in the axial direction. The shape of the piston element 14, 15 is shown in FIG. 3 and corresponds to the design of the socket element 10, 11, so that a more detailed description is superfluous. The piston element 14, 15 is moved with the help of the flange 14 in a groove between the ring nut 12 and the piston holder 13, borrowed. The radial clearance between the piston holder 13 and the cylinder 1 is greater than between the piston element 14, 15 and the cylinder 1, so that the cylinder 1 is guided only by the piston element 14, 15.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt. Infolge des Umstandes, daß das Buchsenelement 10, 11 bzw. das Kolbenelement 14, 15 durch eine Anzahl axialer Schlitze in zwei Reihen Segmente auf je einer Seite der mittleren Flanschpartie aufgeteilt ist, bilden zwei benachbarte Segmente auf entgegengesetzten Seiten des Flansches zusammen mit einem Teil des Flansches einen Gleitblock, der sich unter elastischer Verformung des Flansches leicht in kleinen Winkeln zur Normallage verstellen kann. Diese Verstellungsmöglichkeit unter elastischer Verformung beruht darauf, daß der Flansch eine verhältnismäßig geringe Torsionssteifigkeit hat und die an den Flansch sich anschließenden Endteile durch die axialen Schlitze in Segmente aufgeteilt sind, die zwar die Steifigkeit des Flansches erhöhen, aber dennoch eine genügend große elastische Verformung gestatten.The device described works as follows. Due to the fact that the socket element 10, 11 and the piston element 14, 15 is divided by a number of axial slots into two rows of segments on each side of the central flange, form two adjacent segments on opposite sides of the flange together with part of the Flange a sliding block that can easily be adjusted at small angles to the normal position with elastic deformation of the flange. This adjustment possibility with elastic deformation is based on the fact that the flange has a relatively low torsional stiffness and the end parts adjoining the flange are divided into segments by the axial slots, which increase the stiffness of the flange, but still allow a sufficiently large elastic deformation.

Es wird vorausgesetzt, daß die Gleitflächen des Kolbenrohrs 2 und des Zylinders 1 geschmiert sind oder der Zylinder 1 ganz mit einer Flüssigkeit mit Schmiereigenschaften gefüllt ist. Bewegt sich nun der Kolben beispielsweise nach unten in Richtung des Pfeils in F i g. 4, so entsteht infolge der Abrundung der unteren Außenkante des Kolbenelements14, 15 ein überdruck zwischen der unteren Kante des Kolbenelements 14, 15 und der Gleitfläche des Zyelinders 1. Dieser überdruck bewirkt eine Schrägstellung des Gleitblocks, wie dies in F i g. 4 übertrieben angedeutet ist, wobei sich ein keilförmiger Flüssigkeitsfilm 16 zwischen dem Gleitbock und der Gleitfläche des Zylinders 1 bildet. Gemäß der klassischen Gleitlagertheorie können in einem solchen Flüssigkeitskeil sehr hohe Drücke gebildet werden, die starke Belastungen aufnehmen können und eine metallische Berührung der sich bewegenden Laufflächen verhindern. Ein tragfähiger Flüssigkeitsfifin zwischen den Gleitblöcken und der Gleitfläche kann sich also infolge der elastischen Verstellbarkeit der Gleitblöcke des Kolbenelements 14, 15 bilden. Dieser tragfähige Flüssigkeitsfilm verhindert Verschleiß und Festfressen der beweglichen Gleitflächen und erhöht dadurch die Lebensdauer und Betriebssicherheit. Ferner vermindert der tragfähige Flüssigkeitsfilm die Reibung und Wärmeentwicklung.It is assumed that the sliding surfaces of the piston tube 2 and the cylinder 1 are lubricated or that the cylinder 1 is completely filled with a liquid having lubricating properties. If the piston now moves, for example, downwards in the direction of the arrow in FIG. 4, the lower outer edge of the Kolbenelements14, 15, an overpressure between the bottom edge of the piston element 14, 15 and the sliding surface of Zyelinders arises due to the rounding 1. This positive pressure causes a tilting of the slide block, as shown in F i g. 4 is indicated in an exaggerated manner, a wedge-shaped liquid film 16 being formed between the sliding block and the sliding surface of the cylinder 1 . According to the classical plain bearing theory, very high pressures can be formed in such a liquid wedge, which can absorb heavy loads and prevent metallic contact with the moving running surfaces. A stable liquid fi n between the sliding blocks and the sliding surface can thus form as a result of the elastic adjustability of the sliding blocks of the piston element 14, 15 . This stable liquid film prevents wear and seizure of the movable sliding surfaces and thereby increases the service life and operational reliability. The stable liquid film also reduces friction and heat generation.

Die elastische Verstellbarkeit der Gleitblöcke des Kolbenelements 14, 15 hat außerdem den Vorteil, daß die Blöcke sich geringen Abweichungen der Gleitfläche von der rein zylindrischen Form anpassen können. Derartige Abweichungen können durch Herstellungsfehler oder durch elastische Verformungen unter Belastung bedingt sein. Auch in diesem Fall trägt die Bauart des Kolbenelements nach der Erfindung zu erhöhter Betriebssicherheit, geringerem Verschleiß und größerer Lebensdauer bei. Das Buchsenelement10, 11 arbeitet offenbar in gleicher Weise wie das Kolbenelement14, 15 und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden.The elastic adjustability of the sliding blocks of the piston element 14, 15 also has the advantage that the blocks can adapt to slight deviations of the sliding surface from the purely cylindrical shape. Such deviations can be caused by manufacturing errors or by elastic deformations under load. In this case too, the design of the piston element according to the invention contributes to increased operational reliability, less wear and tear and a longer service life. The socket element 10, 11 apparently works in the same way as the piston element 14, 15 and therefore does not need to be described in more detail.

Claims

Claims: 1. Metallic bushing or piston element with sliding surfaces for guiding on opposing surfaces which can be moved to and fro relative thereto, the sliding surfaces being inclined with respect to the opposing surfaces in order to achieve a hydrodynamic lubricating film between the mutually movable parts, characterized in that the central part the element has a radial flange (10, 14), the subsequent in an annular groove of a freteilten carrier (3, 4 and 12, 13) is tiltably mounted, and an elastically flexible exhaust support for itself to the flange in the axial direc- and axial slots 4D separate from one another, arranged in a circle, the inner or outer circumferential surface of which forms the sliding surface inclined with respect to the mating surfaces during movement under the influence of the lubricant.

2. Bushing or piston element according to claim 1, characterized in that the sliding C blocks are rounded at their ends towards the cylindrical sliding surface. 3. socket or piston element according to claim 1 or 2, characterized in that the flange (10, 14) is limited in the axial direction by two plane-parallel radial surfaces. 4. Socket or piston element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flange (10, 14) is delimited in the radial direction by a convexly curved surface. 5. Socket or piston element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the segments have a wall thickness which decreases axially from the flange to the ends. 6. socket or piston element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the groove formed between the holders is limited in the axial direction by two plane-parallel radial planes and that the groove base is a cylindrical surface. Documents considered: German Patent No. 903 054; Swiss Patent No. 243 896; French Patent No. 1132 308; U.S. Patent Nos. 2,815,992, 2,785,026.