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Kolben für mit Flüssigkeit betriebene Kolbenmaschinen
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und die Druckkammer somit mangelhaft oder gar nicht gpeist wird.
Diese Schwierigkeit en können durch möglichst reichliche Bemessui. d' an dic Druckkammer anschliessenden zusätzlichen Tragflächen des Kolbenkopfes gemildert weiden, doch hat dies zur Folge, dass dabei der Durchmesser der Kolbenköpfe wesentlich grösser als der Durchmesser des im Zylinder arbeitenden Kolbens und der Einbau der Kolben schwieriger wird. Dieser grosse Platzbedarf des Kolbenkopfes ist bei gedrängt zu bauenden Kolbenmaschinen unerwünscht, überdies erschwert ein grosser Durchmesser des Kolbenkopfes gutes Anliegen mit geringem Spiel und der grosse Kopf ergibt eine entsprechend grosse Massenkraft, besonders wenn der Kolben in rotierenden sternförmig angeordneten Zylindern arbeitet.
Gemäss der Erfindung kann man dieu-n Schwierigkeiten und Nachteilen aus dem Wege gehen, indem zusätzliche Tragflächen innerhalb der Druckkammer vorgesehen werden. Wie Versuche gezeigt haben bleibt bei dieser Anordnung von zusätzlichen Tragflächen die Wirkung der
Druckkammer bezüglich Verminderung der
Reibung voll erhalten ; sie hat neben dem geringeren Gewicht der ganzen Kolben noch den
Vorteil, dass sich während der Druckperiode der hohe Öldruck fast augenblicklich dem ganzen Schmierfilm mindestens an den zusätzlichen innerhalb der Druckkammer angeordneten Trag- flächen mitteilt, so dass während der Saugperiode der Schmierfilm weniger rasch von diesen Flächen verdrängt wird. Wird die Kolbenmaschine so betrieben, dass auch der Saugraum unter einem gewissen geringen Druck z.
B. 2-5 Atm. steht, so ergibt sich der Vorteil, dass die zusätzlichen
Flächen auch im Leerlauf noch mit Drucköl geschnutrt werden, was bei Anordnung der
Tragfläche ausserhalb der Druckkammer nur in weniger ausgiebigem Masse möglich ist.
Auch wird die Gefahr des Fressens der Gleit- flächen bei Verstopfung der Drosselöffnung vermindert.
In der Zeichnung sind Ausführungsbtispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, u. zw. zeigt Fig. I eine dreizylindrige Kolbenmaschine in Sternbauart im Schnitt nach Linie/-7 der
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Fig. 2, Fig. 2 den Seitenriss dazu im Schnitt nach Linie/V-//der Fig. l, Fig. 3 in grösserem Massstab einen Kolben teilweise im Längsschnitt, Fig. 4 die Ansicht des Kolbenkopfes von Fig. 3 in Richtung des Pfeiles A gesehen, Fig. 5 eine Variante des Kolbens, Fig. 6 die Ansicht des Kolbenkopfes von Fig. 5 in Richtung des Pfeiles B gesehen.
Nach Fig. l und 2 ist bei der dreizylindrigen Kolbenmaschine, die als Pumpe oder als Motor arbeiten kann, auf dem am Gehäuse 1 fest angeordneten Steuerzapfen 2 der Zylinderblock 3 mit drei sternförmig angeordneten Zylindern drehbar gelagert. Im Gehäuse 1 ist ferner der Rotor 5 bei 6 und 7 drehbar und exzentrisch zur Achse 2a des Zapfens 2 gelagert und mit dem Zylinde ock 3 mittels eines Mitnehmers 9 in Form einer Kreuzschleifen-oder UniversalKupplung so gekuppelt, dass Zylinderblock und Rotor stets die gleiche Drehzahl haben. Am inneren Umfang des Rotors 5, der über den Wellenstumm, 110 angetrieben werden kann, wenn die Maschine als Pumpe arbeiten soll, sind drei ebene Flächen 11 vorgesehen, gegen welche sich die Kopfe der Kolben 12, 13 anlegen.
Der Kolben 12 insbesondere legt sich mit seinem Gleitschuh oder Kolbenkopf 15 direkt gegen die zugehörige Gleitfläche 11 an, die Kolben 13, von denen nur einer vollständig gezeigt ist, dagegen unter Zwischenschaltung einer sich selbst einstellenden
Kugelkalotte 28. In dem festen Steuerzapfen 2 sind die Kanäle 4 vorgesehen, die zur Zu-und Abführung der Arbeitsflüssigkeit z. B. im Sinne der in Fig. 2 eingezeichneten Pfeile dienen. Die über der horizontalen Mittelebene des Zapfens 2 liegenden Zylinder sind mit dem oberen der Karate die unter dieser Mittelebene liegenden
Zylinder mit dem unteren der Kanäle 4, in Ver- bindung, wobei der Steg 8 Saug-und Druckraum der Maschine voneinander trennt.
Die Bauart des Kolbens 12, bei welcher der
Kolben und der Kopf 15 aus einem Stück be- stehen, ist 111 Fig. 3 und 4 in grösserem Massstab dargestellt. In der an der Platte 11 anliegenden
Stirnfläche des Kopfes 15 ist die flache Druck- kammer 16 ausgespart. Sie wird vom Zylinder- innern 19 her über die Bohrung 20 und die
Drosseloffnung21desKolbensmitDruckflüssgkeit gespeist. Die Kammerbegrenzung wird von der schmalen Ringfläche 23 gebildet. Zusätzliche
Tragflächen sind innerhalb der Kammer 16 in der
Form von sechs Ringsektoren 24 vorgesehen, die die Druckkammer 16 bis auf die sechs radialen
Nuten 25, die zentrale Ausnehmung 26 und die umlaufende Nut 29 ausfüllen.
Ausserhalb der
Druckkammer ist die zusätzliche ringförmige
Tragfläche 14 vorgesehen, die durch die Ring- nut 17 von der Kammer 16 getrennt ist.
Aus der Druckkammer 16 bzw. der Nut 29 strömt Druckflüssigkeit durch den engen Spalt zwischen der Ringfläche 2. 1 und der Platte 11 m die Ringnut 77, aus der sie durch die Nuten 18 frei nach aussen abliessen kann. In diesem Fall kann sich der Kammerdruck nicht in den Spalt zwischen der zusätzlichen Druckfläche 14 und der Platte 11 fortpflanzen.
Auf den Kolben wirken in der Richtung vom Zylinderraum her der Flüssigkeitsdruck auf die Kolbenfläche 22 von der Grösse Fk sowie eine zusätzliche Kraft C, z. B. bei der Bauart der Maschine nach Fig. i, als radial wirkende Zentrifugalkraft des Kolbens. Zwischen Kolbenkopf 15 und Platte 11 sollte die Schmierschicht z. B. etwa oui mu Dicke haben, um flüssige Reibung zu sichern und damit die Reibung möglichst klein zu halten. Um dies zu ermöglichen, muss die Summe der den Kolbenkopf 15 von der Platte 11 abdrückenden Flüssigkeitsdrücke beim Flüssigkeitsdruck P1 in der Kammer 16 so gross wie die Summe der andrückenden Kräfte sein.
Dabei wird durch den Spalt zwischen den Machen 11 und 23 ? ü'" : igkeit sus der Kammer 76
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Drosselung des ZuLuies bei 21 kleiner als der Druck im Zylinder 19 wird. Ist die volle Kreisfläche der Kammer 16 innerhalb der Ringfläche 23 von der Grösse F1, jene der Ringfläche 23 von der Grösse F so muss also sein :
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Die Fläche F2 ist dabei mit nur dem halben Kammerdruck multipliziert, weil der Druck an der Fläche 23 von innen nach aussen annähernd
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schicht auf und es tritt halbflüssige Reibung auf.
Die Gleichung lautet dann, wenn man durch p dividiert :
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Um bei Vollast-Arbeitsdruck flüssige Reibung zu erzielen, muss daher die Summe von Kammerfläche und halber Randfläche grösser als die Summe von Kolbenfläche und Quotient aus Zusatzkraft und Volldruck sein. Mit Vorteil wird dafür gesorgt, dass dieses Verhältnis bei der im meistgebrauchten Arbeitsbereich der Maschine auftretenden maximalen Zusatzkraft C schon bei einem unter dem Vollastdnick liegenden Druck erreicht wird.
Während des Druckhubes wird der Kolbenkopf bei einer solchen Bemessung der Entlastungskammerfläche in geringem Masse von der Platte abgehoben, wobei reichlich Öl zwischen die Gleitplatte 11 und die Gleitflächen 23 und 24 und in geringerem Masse an die Fläche 14 gelangt.
Beim Saughub wirkt die Entlastung in der Kammer 16 nicht mehr und die genannten Flächen 23, 24 und 14 fangen nicht kompensierte zusätzliche Kräfte C auf. Dabei wird Öl zwischen den Tragflächen 23, 24 und 14 herausgequetscht und die ölschicht etwas dünner, bis der Druckanstieg des folgenden Druckhubes in der Kammer 16 eintrifft. Auf diese Weise wird während der ganzen Arbeitsperiode des Kolbens für genügende
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Schmierung an den Flächen des Kolbenkopfes gesorgt.
Um auch bei geringer Belastung der Maschine und niedrigem Druck der Arbeitsflüssigkeit eine genügende Schmierung der Kolbenkopfflächen zu sichern, wird mittels einer besonderen Pumpe vorteilhaft auch die Saugseite der Kolbenmaschine unter einem geringen Druck von z. B. 2-5 Atm. gehalten. Natürlich muss dabei trotzdem eine grössere Reibung am Kolbenkopf als bei grösserer Belastung der Maschine in Kauf genommen werden. Tritt die grösste Zusatzkraft C im Betriebe nur ausnahmsweise auf, so können die Flächen Fi und F2 auch kleiner als nach der angegebenen Regel bemessen sein.
Zu starkes Abheben der Kolbenköpfe 15 von den Platten 11 wird durch am Rotor 5 angebrachte Leisten 27 verhindert, die hinter die Köpfe 15 greifen. Die Nut 1 i kann weggelassen werden, wobei der äussere Durchmesser des Kopfes 15 und eventuell der Kammer 76 etwas verkleinert werden kann, da dann auch die Fläche 14 die Wirkung der Druckkammer 16 unterstützt. Doch wird dann bei Ausfall des Kammerdruckes besonders die äussere Tragfläche 14 weniger gut durch das im Rotorraum ausserhalb der Kolben wohl stets vorhandene Ölbad geschmiert.
Die Bauart des Kolbens 13 ist in Fig. 5 und 6 näher gezeigt. Sie unterscheidet sich von der oben beschriebenen, ausser durch die zwischen Kolben und Gleitplatte 11 eingefügte sich selbst einstellende Kugelkalotte 28, dass der verdickte
Kolbenkopf am Zylinder geführt ist und ferner dadurch, dass ausserhalb der Ringfläche 23 zusätzliche Tragflächen nicht mehr vorgesehen sind.
Die Kugelkalotte erlaubt kleine Abweichungen der Kolbenachse von der zur Platte 11 senkrechten
Richtung auszugleichen. Ihr kugelförmiger Sitz im Kolben kann durch eine Druckkammer 31 wenigstens teilweise entlastet sein. Die Kalotte ist von einem Kanal 30 durchsetzt, durch den die
Druckkammer 16 mit der Ölzuführung 20, 21 aus dem Zylinderraum 19 verbunden ist.
Der verdickte Kolbenkopf 32 ist über den ganzen Kolbenhub durch die am Zylinder 3 feste, erweiterte Führung 33 geführt, die bei der inneren Totpunktlage des Kolbens mit ihrem
Ende 35, wie gestrichelt angegeben, bis an die
Gleitplatte 11 mit geringem Abstan'l heranreicht.
Um die Druckkammer 16 wirksam zu machen, soll die von innen her durch die radialen Nuten 25 mit Drucköl gespeiste Ringnut 29 sich mindestens uber 80""des Umfanges erstrecken. Unter
Umstanden ist es vorteilhaft, die sektorförmigen zusätzlichen Tragflächen 24 durch weitere kleinere
Nuten zu unterteilen, um Eindringen der Druck- flüssigkeit zwischen diesen Tragflächen und die Platte 11 7U erleichtern.
Zur Verbessserung der Tragfähigkeit der
Schmierschicht der Druckkammermitte können die radialen Nuten 25 nur ein Stück weit nach der
Mitte geführt sein, wie die Fig. 6 in der rechten
Hälfte zeigt, wobei diese Nuten über mehrere
Bohrungen 36 von der Kammer 31 her gespeist werden. Die Bohrungen 36 können durch eine Ringnut miteinander verbunden sein, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Die Verwendung der Bauart nach Fig. 5 und 6 ermöglicht von allen beschriebenen Varianten den kleinsten Durchmesser für den an der Platte 11 anliegenden Kolbenkopf.
Die Breite der Randfläche 23 kann) wie Versuche gezeigt haben, ziemlich gering gehalten und mit Vorteil auf höchstens 15% des KammerRadius bemessen werden.
Die am Rotor 5 vorgesehenen Führungsleisten 27 greifen in eine Ausnehmung 34 des verdickten Endes 32 des Kolbens ein. Diese kann in Form einer rund umlaufenden Ausdrehung vorgesehen sein, wie die untere Hante der Fig. 5 zeigt oder nur ais seitliche Einfräsungen, wie die obere Hâlfte 11r Fig. 5 dgetellt.
Die Kolben wefn ur Verminderung der Massenkräftc mit Verteil au ; Leichtmetall hergestellt.
Wird der Kolbenkopf nach Fig. 3 so lang gemacht wie in Fig. 5, so kann auch er durch zwischen
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PATENTANSPRÜCHE :
1. Kolben für eine Druckflüssigkeit fördernde oder von einer Druckflüssigkeit angetriebene Kolbenmaschine, bei der der Kolben sich mit dem vom Zylinderraum abgewendeten Ende mittels eines Kolbenkopfes, der mit einer durch Druckflüssigkeit gespeisten Druckkammer versehen ist, quer zur Kolbenachse gleitend gegen eine die Kolbenkräfte aufnehmende Fläche stützt, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Trag- flächen (24) innerhalb der Druckkammer (16) vorgesehen sind.