Hydraulische Kolbenmaschine Es ist bekannt, an den Kolben hydraulischer Kol benmaschinen, wie Ölpumpen oder Ölmotoren, so wohl be: radialer Anordnung der Achsen der in einem rotierenden Zylinderkörper ausgesparten Zylinder wie auch bei axialer oder auch schräger Lage dieser Achsen an den Enden der Kolben Gleitschuhe an zubringen, mit welchen sich diese anlehnen an be kannte, die Hubbewegung bewirkende Flächen, welche im ersten Fall in der Regel zylindrisch, im zweiten Fall eben und im dritten Fall der schrägen Zylinder achsen in der Regel kugelig gestaltet sind.
Sofern diese die Hubbewegung bewirkenden Flächen nicht mit umlaufen und damit die Relativgeschwindigkeit der Gleitschuhe auf einen geringen Betrag verringern, ist es auch üblich und bekannt, die bei den üblichen hohen Betriebsdrücken und entsprechend hohen Flä chenbelastungen der Gleitschuhe zu erwartenden Zer störungen der Gleitflächen dadurch zu verhindern, dass man auf der Gleitfläche des Schuhes eine Ausspa rung vorsieht, welche nur wenig kleiner als der Kol bendurchmesser ist, und mit Hochdrucköl. das durch eine Bohrung durch den Kolben aus dem Zylinder herangeführt wird, zu beaufschlagen, so dass der grösste Teil der Kolbenbelastung rein hydraulisch auf genommen wird.
Damit nun nicht etwa der in den Spalt zwischen Gleitschuh und der Fläche, auf welche sich dieser stützt, hineingelangende Öldruck ein zu grosses Druckölfeld erzeugt und damit übermässigen Ölverbrauch verursacht, ist es auch üblich, ziemlich dicht ausserhalb der erwähnten Aussparung in der Gleitfläche eine Ringnut vorzusehen und diese durch einen Ablaufkanal, der nach aussen, etwa in das Ma schinengehäuse führt, von dem Öldruck zu befreien, so dass nur eine in radialer Richtung schmale Ring fläche für die Abdichtung des in der Entlastungs fläche befindlichen Hochdruckes gegen den Gehäuse druck wirksam bleibt.
Hiermit wird zwar das Abheben des Gleitschuhes durch Drucköl, welches sich in dem dichtenden Spalt ausbreiten kann, verhindert oder auf einen kleinen Restbetrag eingeschränkt, jedoch versagt diese Ein richtung, sobald höhere Drehzahlen in Frage kom men, weil dann der einfache Ausgleich der Kolben kräfte durch eine den Hochdruck führende Ausspa rung in der Gleitfläche schon allein wegen der Kol- benbeschleunigungskräfte versagt und somit Zerstö rungen der Gleitfläche verursachende Belastungen in dieser auftreten.
Ausserdem stören auch die gerade bei grösseren Kolbengeschwindigkeiten auftretenden Reibungskräfte, welchen die Kolben in den Zylinder bohrungen schon allein wegen der Viskosität des Öles ausgesetzt sind, diese Art der Entlastung und zusätz lich noch der Umstand, dass bei allen etwas grösseren Schräglagen der Kolbenachse zu der Normalen auf der Stützfläche, die in der erwähnten Aussparung des Gleitschuhes auftretenden hydraulischen Kräfte sich in ihrer Wirkung auf den Kolben entsprechend dem Kosinus des genannten Neigungswinkels verringern.
Dies ist die Ursache dafür, dass bei höheren Kolben geschwindigkeiten der bekannte Ausgleich der Kol benkräfte durch eine Aussparung in der Gleitfläche der Gleitschuhe, die fast dem Kolbendurchmesser ent spricht und nur durch eine schmale, ringförmige Dicht- und Lauffläche begrenzt wird, versagen muss, und zwar auch dann, wenn man in bekannter Weise noch ausserhalb eine Lauffläche anordnet, die jedoch zur Vermeidung des Abhebens der Schuhe durch die bereits erwähnten Entlastungskanäle vom Öldruck befreit wird und nicht zur hydraulischen Aufnahme der Kolbenkräfte herangezogen werden darf.
Erfindungsgemäss soll diese Schwierigkeit der be kannten Gleitschühentlastung dadurch behoben sein, dass die Druckölzufuhr zu der Gleitfläche des Schuhes über eine an einer Gleitfläche des Kolbens, des Ge- lenken oder des Gleitschuhes angeordnete Drossel vorrichtung vor sich geht.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass es nicht angängig wäre, etwa die natürliche Dros selwirkung des bekannten, meist in der Kolbenmitte gelegenen ölzuführungskanals für die Drosselung aus zunützen, da man diesen so gross ausführen muss, dass seine Verstopfung durch die stets vorhandenen Fremdkörper vermieden wird.
Eine derartige Drossel vorrichtung wäre praktisch unwirksam, oder sie würde einen unerträglich hohen Ölverbrauch bedingen. Vielmehr wird in erfindungsgemässer Weise die im Hochdruckbetrieb erforderliche, intensiv wirkende Drosselstelle unter Vermeidung von Verstopfungs erscheinungen so an die bewegten und gleitenden Flächen des Kolbens, des Gelenkes oder des Gleit- schuhes angelegt, dass eine Drosselwirkung in der bei hydrostatischen Lagern an sich bekannten Weise zwi schen bewegten Maschinenteilen stattfindet, womit die Verstopfung der Drosselung auch bei recht eng be messenen Drosselstellen vermieden sein soll.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung jeweils im Längsschnitt durch einen Kol ben und in Draufsicht auf den dazugehörigen Gleit- schuh dargestellt.
Die Abb. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher 1 der Kolben eines hy- draulischen Getriebes ist, welcher sich über das Ge lenk 2 mittels des Gleitschuhes 3 auf der in der Regel nicht mitrotierenden festen Stützfläche 4 abstützt. Sofern es sich hierbei um ein Axialkolbengetriebe mit genau oder angenähert parallel zur Drehachse des Zylinderblockes angeordneten Zylindern handelt,
pflegt das Gelenk 2 ein Kugelgelenk und die auf der Stützfläche 4 sich abstützende Gleitfläche des Gleit- schuhes 2 ebenso wie die Stützfläche selbst eine ebene Fläche zu sein. Durch die Bohrung 5 wird Drucköl üblicherweise sowohl zu dem Gelenk 2 wie auch zu der Gleitfläche des Gleitschuhes 3 aus dem zum Kolben 1 gehörenden Zylinder 15 herangeführt. Zu diesem Zwecke enthält der Gleitschuh üblicherweise eine
Bohrung 6. Im vorliegenden Falle lässt diese Bohrung aber das Drucköl jedenfalls nicht unmittel bar in eine grössere, etwa mit dem Kolbenquerschnitt vergleichbare Aussparung einströmen, sondern an stelle einer grösseren Aussparung findet sieh nur die Ringnut 7 in der Gleitfläche des Gleitschuhes und zwischen dieser in der Drucköleinführung, welche noch eine kleine Aussparung 8 gegebenenfalls unmit telbar speist, und es ist eine in der ebenen, kugeligen oder zylindrischen Lauffläche des Gleitschuhes ge legene weitere Lauffläche 9 vorhanden, welche die Ringnut 7 von der Ölzufuhr durch die Bohrung 5 und die kleine Aussparung 8 trennt.
Eine Verbindung wird hier nur in stark gedrosselter Art hergestellt durch eine beispielsweise spiralig gewundene, verhältnis mässig feine Nut 10, welche in der Lauffläche 9 aus gespart ist und eine bestimmte, aber durch die Öl- reibung in dieser Drosselnut 10 beschränkte Ölmenge in die Ringnut 7 eintreten lässt. Die Wirkung dieser Druckölzufuhr ist folgende: Sobald Drucköl aus dem unter Druck stehenden Zylinder 15 durch die Bohrung 5 an die Gleitfläche des Schuhes gelangt, kann dieses sich nur innerhalb des Querschnittes der Bohrung und der gegebenenfalls damit zusammenhängenden kleinen Aussparung 8 auf der Gleitfläche des Schuhes sofort und in voller Höhe ausbreiten.
Die Kolbenkraft, welche insbesondere durch den hydraulischen Hochdruck hervorgerufen wird, bewirkt daher, da infolge der Drosselwirkung der Spiralnut nur eine beschränkte Ölmenge weiter geleitet wird, dass dieser Hochdruck nur eine auf wenige Hundertstelmillimeter beschränkte Abhebung der Gleitfläche des Schuhes bewirken kann. Ein über mässiger Ölverbrauch ist daher keineswegs zu befürch ten, auch wenn z. B. die Ringnut 7 ähnliche oder sogar noch grössere Abmessungen als der Durchmes ser des Kolbens besitzt und dazu noch eine weitere Lauf- oder Dichtungsfläche 11 ausserhalb dieser Ring nut 7 mit beträchtlichen Abmessungen vorgesehen wird.
Die in Abb. 1 und 2 ersichtliche spiralige Dros selnut kann wegen ihrer verhältnismässig grossen Länge, welche die Anwendung verhältnismässig grosser Querschnitte für die Drosselnut gestattet, ohne Schwie rigkeit hergestellt werden. Mit speziellen Werkzeugen ist es möglich, auch genügend Tiefe besitzende und dennoch wenig<B>öl</B> trotz direkt radialer Anordnung durchlassende Drosselnuten herzustellen. Die Abb. 3 und 4 zeigen eine entsprechende Anordnung, bei wel cher sechs radiale Nuten 12 von der ölzufuhrbohrung 5 und einer kleinen Aussparung 8 ausgehend die Fläche des Gleitschuhes mit dem entlastenden, ge drosselten Drucköl versorgen.
Beispielsweise an den äusseren Enden dieser Radialnuten 12 können noch tangentiale Nuten 13 zu besserer Verteilung des ent lastenden Öldruckes angeordnet werden. Bei entspre chend schmaler Ausführung der Nuten 12 kann auch damit eine genügende Drosselung erzielt werden und dieselbe Wirkung erreicht werden, wie sie gemäss obenstehender Beschreibung bei der Spiraldrossel er reichbar ist.
Da bei Ausführung nach Abb. 3 und 4 die ein- zelnen Segmente der Gleitfläche eine verschieden starke öldruckentwicklung aufweisen können, ist die selbe für die Aufnahme exzentrisch liegender Kräfte besonders geeignet, wie diese z. B. in besonderen Fällen von einer gewissen Bedeutung sein kann, etwa bei einem aus irgendwelchen Gründen schwergängigen Gelenk.
Die Ausführung dieser im obigen Sinne wirk samen Drosselvorrichtung für die Druckölfelder kann noch in mehrfach abgewandelter Form vor sich gehen, wie aus den Ausführungen nach Abb. 5-10 ersichtlich ist. In Abb. 5 und 6 ist beispielsweise eine Ausfüh rung gezeichnet, bei welcher die Drosselung des zu der Aussparung 19 im Gleitschuh geleiteten Druck öles in die Gelenkflächen des Kugelgelenkes 2 ver legt ist. Zu diesem Zweck ist die das Drucköl aus dem Zylinderraum 15 heranführende Bohrung 5 im Kolben 1 nicht vollständig bis zu den Gleitflächen des Kugelgelenkes 2 durchgeführt. Das Schmier- oder Entlastungsöl für dieses wird beispielsweise durch eine oder mehrere schräge Bohrungen 20 den Kugel gelenkgleitflächen zugeführt.
Von diesen kann es nur über die Gelenkgleitflächen zur Bohrung 6 und damit zur Aussparung 19 gelangen, wobei noch Nuten 21 in den Gleitflächen des Gelenkes zur dosierten Ver mehrung der Entlastungsölmenge dienen können.
In Abb. 7 und 9 ist eine Ausführung gezeigt, bei welcher die erwähnte Druckölzufuhrbohrung 5 im Innern des Kolbens 1 an der linken Seite desselben nicht vollständig durchgeführt ist, sondern hier blind endet. Eine oder mehrere Querbohrungen 31 verbin den dort die Bohrung 5 mit einer Ringnut 32, und in diese kann das Drucköl nur über ein Stück der Kol benoberfläche 33 aus dem Zylinder 15 hineingelan gen.
Dadurch, dass man den Durchmesser des Kol bens an dieser Stelle etwas kleiner ausführt oder da selbst einige Abflachungen oder feine Nuten aus führt, lässt sich die in diesem Falle gleichzeitig für die Kugelgelenkschmierung und die Entlastung des Gleit- schuhes mittels der Aussparung 19 dienende Ölmenge in gewünschter Weise regeln. Diese Entnahme gedros selten Entlastungsöls hat dabei den Vorteil, dass sie grösseren Fremdkörpern den Eintritt in die Schmier- und Entlastungskanäle verlegt.
Es lassen sich verschiedene Veränderungen an den Drosselorganen und an den Entlastungs- oder Dich tungsflächen durchführen, ohne damit am Wesen der Erfindung etwas zu ändern. Abb. 9 und 10 zeigen z. B. eine Ausführung, bei welcher die Zufuhrbohrung 5 ganz durch den Kolben durchgeführt ist, wenn auch z. B. am rechten Ende desselben etwas verjüngt. Die zentrale Bohrung 6 im Gleitschuh, wie sie bei den an deren Ausführungen vorliegt, ist hier weggelassen und ersetzt durch eine oder mehrere exzentrisch gelegene Bohrungen 51, welche mit den Aussparungen im Gleitschuh, die etwa durch die Ringnut 7 und die Dichtungsfläche 11 begrenzt sind, durch Nuten 52 in Verbindung stehen.
Die Bohrungen erhalten ihr Drucköl gedrosselt durch die Gleitfläche des Kugel gelenkes 2, wobei noch dosierende Nuten oder Aus sparungen 53 vorgesehen werden können. Die Anord nung von Gleitflächen 54 innerhalb der Ringnut 7 hat keinen grossen Einfluss auf die Funktion der Hoch druckentlastung, kann aber bei einer Saugpumpe den Lauf der Gleitflächen während des Durchganges des Kolbens durch den Saugzustand in Anbetracht der bei Saugpumpen meist angeordneten Federanpressung der Gleitschuhe erleichtern.
Wesentlich für die Wirkungsweise ist die Anord nung von reichlich gross bemessenen Entlastungsflä chen in der Gleitfläche des Kolbens, des Gelenkes oder des Gleitschuhes mit den sie umgebenden Dich- tungs- und Laufflächen, in Verbindung mit einer auch bei Hochdruck intensiv wirksamen Drosselvorrich tung, welche an den bewegten Flächen angebracht wird, wodurch der Lauf der verschleissarmen Gleit- schuhe bei gleichzeitiger Verringerung des Hoch- druckölverbrauches verbessert wird.
Hydraulic piston machine It is known to benmaschinen on the piston of hydraulic Kol, such as oil pumps or oil motors, so well be: radial arrangement of the axes of the cylinders recessed in a rotating cylinder body as well as with axial or inclined position of these axes at the ends of the piston sliding shoes spend, with which these lean on be known, the lifting movement causing surfaces, which are usually cylindrical in the first case, flat in the second case and in the third case the inclined cylinder axes are usually spherical.
If these surfaces causing the lifting movement do not rotate and thus reduce the relative speed of the sliding shoes to a small amount, it is also common and known to prevent the damage to the sliding surfaces to be expected at the usual high operating pressures and correspondingly high surface loads on the sliding shoes that a recess is provided on the sliding surface of the shoe, which is only slightly smaller than the piston diameter, and with high-pressure oil. that is brought up through a bore through the piston from the cylinder, so that most of the piston load is taken up purely hydraulically.
So that the oil pressure entering the gap between the sliding shoe and the surface on which it rests does not generate an excessive pressure oil field and thus cause excessive oil consumption, it is also common to provide an annular groove quite close to the mentioned recess in the sliding surface and this through a drainage channel that leads to the outside, for example into the machine housing, to free from the oil pressure, so that only a narrow annular surface in the radial direction for sealing the high pressure in the relief area remains effective against the housing pressure.
This prevents the sliding shoe from being lifted off by pressurized oil, which can spread in the sealing gap, or restricts it to a small residual amount, but this device fails as soon as higher speeds come into question because the piston forces can then simply be compensated for a recess leading to the high pressure in the sliding surface fails due to the piston acceleration forces alone, and loads causing damage to the sliding surface occur in it.
In addition, the frictional forces that occur especially at higher piston speeds, to which the pistons in the cylinder bores are exposed due to the viscosity of the oil alone, interfere with this type of relief and, in addition, the fact that the piston axis is normal to the normal at all slightly greater inclinations on the support surface, the hydraulic forces occurring in the mentioned recess of the sliding shoe decrease in their effect on the piston according to the cosine of the mentioned angle of inclination.
This is the reason why at higher piston speeds the well-known balancing of the piston forces through a recess in the sliding surface of the sliding shoes, which corresponds almost to the piston diameter and is only limited by a narrow, annular sealing and running surface, must fail, and even if a running surface is arranged outside in a known manner, which, however, is freed from the oil pressure through the already mentioned relief channels to avoid lifting the shoes and must not be used to hydraulically absorb the piston forces.
According to the invention, this difficulty of the known sliding shoe relief is to be eliminated in that the pressure oil supply to the sliding surface of the shoe takes place via a throttle device arranged on a sliding surface of the piston, the joints or the sliding shoe.
The invention is based on the knowledge that it would not be possible to use, for example, the natural throttling effect of the known oil supply channel, which is usually located in the center of the piston, for throttling, since this has to be made so large that it is clogged by the always existing ones Foreign bodies are avoided.
Such a throttle device would be ineffective in practice, or it would cause an unbearably high oil consumption. Rather, in the manner according to the invention, the intensely acting throttle point required in high pressure operation is applied to the moving and sliding surfaces of the piston, the joint or the sliding shoe while avoiding clogging phenomena, so that a throttling effect in the manner known per se with hydrostatic bearings is between between moving machine parts takes place, with which the clogging of the throttle should be avoided even with very tightly dimensioned throttle points.
In the drawing, exemplary embodiments of the invention are shown in a longitudinal section through a piston and in a top view of the associated sliding shoe.
Figs. 1 and 2 show an embodiment of the invention in which 1 is the piston of a hydraulic transmission, which is supported via the joint 2 by means of the sliding shoe 3 on the fixed support surface 4, which generally does not rotate with it. If this is an axial piston gear with cylinders arranged exactly or approximately parallel to the axis of rotation of the cylinder block,
The joint 2 tends to be a ball joint and the sliding surface of the sliding shoe 2 supported on the supporting surface 4, like the supporting surface itself, is a flat surface. Pressure oil is usually fed through the bore 5 both to the joint 2 and to the sliding surface of the sliding shoe 3 from the cylinder 15 belonging to the piston 1. For this purpose the sliding shoe usually contains one
Bore 6. In the present case, however, this bore does not allow the pressurized oil to flow directly into a larger recess comparable to the piston cross-section, but instead of a larger recess, only the annular groove 7 is found in the sliding surface of the sliding shoe and between this in the Pressurized oil inlet, which also feeds a small recess 8, if necessary, directly, and there is another contact surface 9 placed in the flat, spherical or cylindrical contact surface of the sliding block, which separates the annular groove 7 from the oil supply through the bore 5 and the small recess 8 separates.
A connection is made here only in a strongly throttled manner by a, for example, spirally wound, relatively moderately fine groove 10, which is saved in the running surface 9 and a certain amount of oil into the annular groove 7, which is limited by the oil friction in this throttle groove 10 can enter. The effect of this pressurized oil supply is as follows: As soon as pressurized oil from the pressurized cylinder 15 reaches the sliding surface of the shoe through the bore 5, it can only move immediately within the cross-section of the bore and the possibly associated small recess 8 on the sliding surface of the shoe and spread out in full.
The piston force, which is caused in particular by the hydraulic high pressure, therefore, since only a limited amount of oil is passed on due to the throttling effect of the spiral groove, this high pressure can only cause the sliding surface of the shoe to lift up to a few hundredths of a millimeter. An excessive oil consumption is therefore by no means to be feared th, even if z. B. the annular groove 7 has similar or even larger dimensions than the diam water of the piston and a further running or sealing surface 11 outside this ring groove 7 is provided with considerable dimensions.
The spiral Dros selnut visible in Fig. 1 and 2 can be produced without difficulty because of its relatively large length, which allows the use of relatively large cross-sections for the throttle groove. With special tools, it is possible to produce throttle grooves that are sufficiently deep and yet allow little <B> oil </B> despite a direct radial arrangement. Figs. 3 and 4 show a corresponding arrangement, in wel cher six radial grooves 12 from the oil supply bore 5 and a small recess 8, starting from the surface of the sliding shoe with the relieving, throttled pressure oil supply.
For example, at the outer ends of these radial grooves 12 tangential grooves 13 can be arranged for better distribution of the ent encumbrance oil pressure. With a correspondingly narrow design of the grooves 12, a sufficient throttling can be achieved and the same effect can be achieved as it is achievable according to the above description with the spiral throttle.
Since the individual segments of the sliding surface can have different levels of oil pressure development in the design according to Figs. 3 and 4, the same is particularly suitable for absorbing eccentric forces, as is the case with these, e.g. B. can be of certain importance in special cases, such as a joint that is stiff for some reason.
The execution of this in the above sense effective throttle device for the pressure oil fields can still go on in several modified forms, as can be seen from the explanations according to Fig. 5-10. In Fig. 5 and 6, for example, a Ausfüh tion is drawn, in which the throttling of the pressure oil directed to the recess 19 in the sliding shoe is laid in the joint surfaces of the ball joint 2 ver. For this purpose, the bore 5 in the piston 1 leading the pressurized oil from the cylinder space 15 is not carried out completely to the sliding surfaces of the ball joint 2. The lubricating or relief oil for this is supplied to the ball joint sliding surfaces, for example, through one or more inclined bores 20.
From these it can only reach the bore 6 and thus the recess 19 via the joint sliding surfaces, with grooves 21 in the sliding surfaces of the joint for the metered increase in the amount of relief oil.
In Fig. 7 and 9 an embodiment is shown in which the mentioned pressure oil supply bore 5 is not completely carried out inside the piston 1 on the left side of the same, but ends blindly here. One or more transverse bores 31 connect the bore 5 there with an annular groove 32, and into this the pressure oil can ben surface 33 from the cylinder 15 only over a piece of the Kol gene.
By making the diameter of the piston a little smaller at this point, or by making some flattened areas or fine grooves, the amount of oil that is used in this case for the ball joint lubrication and the relief of the sliding shoe by means of the recess 19 can be added regulate as desired. This removal of low-pressure relief oil has the advantage that it prevents larger foreign bodies from entering the lubrication and relief channels.
Various changes can be made to the throttle organs and to the relief or discharge areas without changing anything in the essence of the invention. Figs. 9 and 10 show e.g. B. an embodiment in which the feed bore 5 is carried out entirely through the piston, although z. B. slightly tapered at the right end of the same. The central bore 6 in the slide shoe, as it is in the other designs, is omitted here and replaced by one or more eccentrically located bores 51, which with the recesses in the slide shoe, which are limited by the annular groove 7 and the sealing surface 11, are connected by grooves 52.
The bores get their pressure oil throttled through the sliding surface of the ball joint 2, with still metering grooves or recesses 53 can be provided. The arrangement of sliding surfaces 54 within the annular groove 7 does not have a major influence on the function of the high pressure relief, but in a suction pump it can facilitate the running of the sliding surfaces during the passage of the piston through the suction state, in view of the spring pressure of the sliding shoes, which is usually arranged in suction pumps.
Essential for the mode of operation is the arrangement of large relief surfaces in the sliding surface of the piston, the joint or the sliding shoe with the sealing and running surfaces surrounding them, in conjunction with a throttle device which is intensively effective even at high pressure and which is on is attached to the moving surfaces, whereby the running of the low-wear sliding shoes is improved while at the same time reducing the high-pressure oil consumption.