CH642145A5 - Verfahren und einrichtung zur schmiermittelzufuehrung an einer kolben-zylinderanordnung. - Google Patents

Description

Die Erfindung wird weiter anhand der in den Zeichnungen mittel-Zuführdruckes pz ist in der Kurve B des Diagrammes (b) dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Hierin zeigt: angedeutet. Diese Zuführung erlaubt einen vergleichsweise ge-Fig. 1 eine Kolben-Zylinderanordnung mit schlauchförmigem ringen Maximal-Zuführdruck pZ!. Der Zeitverlauf des Schmier-Dichtungselement und schematisch angedeuteter Antriebs- und 40 mittel-Mengenstromes vz ist im Diagramm (c) in der Kurve B Schmiermittel-Zuführvorrichtung; angedeutet. Andererseits kann mit den in der Einleitung erwähn-Fig. 2 in drei Diagrammen (a), (b) und (c) den Verlauf ten Vorteilen eine asynchronische Schmiermittelzuführung angeverschiedener, für die Schmiermittelzuführung wesentlicher Be- wendet werden, beispielsweise mit einem im wesentlichen kon-triebsgrössen der Kolben-Zylinderanordnung; stanten Zuführdruck pzQ gemäss Linie A im Diagramm (b). Auch

Fig. 3a, Fig. 3b in grösserem Massstab einen Axialschnitt bzw. 45 hier ergibt sich eine Schmiermitteleindringung in den Raum 3b Queraxialschnitt des Anschlussbereiches eines Dichtungsschlau- der Anordnung nach Fig. 1 im Bereich der Arbeitshübe mit ches an einen Arbeitszylinder mit Rückschlagventilanordnung, zunehmendem Arbeitsraumvolumen, d. h. bei geringem Arund beitsdruck, mit einem Mengenstrom vz gemäss Kurve A im

Fig. 4, Fig. 5 je einen Axialschnitt eines Dichtungsschlauch- Diagramm (c).

Anschlussbereiches mit zwei abgewandelten Ausführungen von so In Fig. 3a und 3b ist die Ausbildung der Schmiermittel-Rückschlagventilanordnungen. Zuführmündung mit Rückschlagventil an der Stirnfläche 10a des Bei der Anordnung nach Fig. 1 sind ein Zylinder 1 als erstes Ringkörpers 10 im einzelnen dargestellt. An die Zuführleitung 8c Arbeitsglied und ein Kolben 2 als zweites Arbeitsglied über ein schliesst sich ein Radialkanal 11 im Zylinder 1 sowie eine schlauchförmiges Dichtungselement 3 miteinander verbunden, Umfangs-Verteilernut 12 am Ringkörper 10 und weiter eine das sich an einer zylindrischen Stützfläche 4 des ersten Arbeits- 55 Mehrzahl von radialen Zuführnuten 13 innerhalb der Stirnfläche gliedes abstützt. Im radialverstärkten Anschlussbereich 3a des 10a an. Die radialen Zuführnuten 13 münden in eine innere Dichtungselementes 3 an den Zylinder 1 bildet die Stützfläche 4 Umfangsnut 14 zwischen Ringkörper 10 und Zylinder 1, die als einen toroidförmig nach aussen gekrümmten Übergangs-Ober- Endverteiler für die Schmiermittelzuführung in den Spaltraum flächenabschnitt 4a. Der Anschlussbereich 3a ist stoffschlüssig, 3b wirkt. Die Mündung 9 selbst wird durch eine im Querschnitt beispielsweise durch Vulkanisation, mit einem Zwischenring la co flach-dreieckförmige Ümfangsnut gebildet, in die ein ringförmi-des Zylinders 1 verbunden. In diesem Anschlussbereich befindet ges, radial verformbares Ventilglied 15 eingesetzt ist. Die dem sich die Mündung der noch zu erläuternden Schmiermittelzufüh- Dichtungselement 3 zugewandte Basisseite 15a des Ringquer-rung. Am entgegengesetzten Ende ist das Dichtungselement schnitts weist eine Breite b auf, die wesentlich grösser als die ebenfalls stoffschlüssig mit einer Kegelfläche des Kolbens 2 radiale Querschnittshöhe d bemessen ist, so dass sich gegen den verbunden. Eine Schrauben-Druckfeder 2a drückt den im Zylin- f>5 zylindrischen Teil der Stützfläche 4 spitzwinklig geneigte Rück-der 1 verschiebbar geführten Schaft 2b nach unten gegen ein Seitenflächen 15b des Ringes ergeben. Sobald der Schmiermitteloszillierendes Antriebsglied, so dass der innerhalb des Dich- Zuführdruck den auf die Innenseite des Dichtungselementes tungselementes gebildete Arbeitsraum 5 bei einer Bewegung wirkenden Arbeitsdruck ausreichend übersteigt, wird das ring-

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förmige Ventilglied 15 radial einwärts verformt, wie dies in Fig. 3a strichliert angedeutet ist. Damit ergeben sich an den Rücksei-tenflächen 15b des Ringes spitzwinklig in den Schmiermittelraum 3b einmündende Durchlasskanäle, die sich bei Überwiegen des Arbeitsdruckes selbsttätig unter radialer Auswärtsdehnung des Ringes wieder verschliessen. Das ringförmige Ventilglied kann gegebenenfalls aus verformungssteifem, jedoch vergleichsweise nachgiebigem Material, insbesondere aus einem gleitfreundlichen Kunststoff bestehen, so dass geringe Druckdifferenzen für eine rasche Ventilbetätigung ausreichen und ausserdem nur eine geringe Beanspruchung der Oberfläche des Dichtungselementes durch Berührung mit dem Ventilglied auftritt. Auch die geringe Masse des ringförmigen Ventilgliedes trägt zu einer trägheitsar-men Funktion bei. -

An der Aussenseite des ringförmigen Ventilgliedes 15 ist ein in Umfangsrichtung verlaufender, ringförmiger Ansatz 15c vorgesehen, der in die Umfangsnut 14 bündig eingreift und das Ventilglied gegen Axialverschiebung sichert. Wie aus Fig. 3b ersichtlich ist, sind in dem ringförmigen Ansatz 15c Aussparungen 15d vorgesehen, die radial einwärts in den Bereich der Rückseitenflächen 15b eingreifen. Infolgedessen kann das Schmiermittel aus der Umfangsnut 14 in die an den Rückseiten-flachen 15b bei radialer Einwärts verformung gebildeten Durchlasskanäle gelangen, wenn die radiale Einwärtsverformung erst ein geringes Mass erreicht hat. Auch dies trägt zu einer verzögerungsarmen Funktion des Rückschlagventils bei.

Bei der Ausführung des Rückschlagventils nach Fig. 4 schlies-sen sich an die Zuführleitung 8c und den Radialkanal 11 eine Umfangs-Verteilernut 22 sowie Radialkanäle 23 und eine Endverteilernut 24 innerhalb der rechten Stirnfläche eines Ringkörpers 20 an. Der Übergangs-Oberflächenabschnitt 4a wird durch ein vom Ringkörper 20 getrenntes, wegen der Verformbarkeit des Dichtungselement-Anschlussbereichs 3a axial verschiebbares , ringförmiges Ventilglied 25 gebildet, das mit seiner Rücksei-tenfläche 25a die Schmiermittel-Zuführmündung verschliesst, wenn der Arbeitsdruck den Schmiermittel-Zuführdruck über-5 steigt. Bei Axialverschiebung des Ventilgliedes 25 nach links im Sinne von Fig. 4 gibt der untere Abschnitt der Rückseitenfläche 25a den Durchtritt in den Schmiermittelraum 3b frei. Auch hier ergibt sich wieder eine spitzwinklige Einmündung der Schmiermittelströmung bezüglich des zylindrischen Teils der Stützfläche 10 4, was zu einer gleichmässigen und raschen Verteilung des Schmiermittels beiträgt.

Das ringförmige Ventilglied 25 kann im übrigen anstelle oder gegebenenfalls zusätzlich zu seiner Axialverschiebbarkeit eine radiale Verformbarkeit aufweisen, was durch entsprechende 15 Materialauswahl ohne weiteres erreichbar ist. Bei der Einwärtsverformung kann sich der Querschnitt des Ringkörpers im Falle der Ausführung nach Fig. 4 leicht so verdrehen, dass der innere Kantenbereich der Rückseitenfläche 25a vom Zylinder abhebt, während sich der äussere Bereich des Ringes weiterhin abstützt. 20 Auf diese Weise genügt eine geringe Verformung des Ringkörpers Jürdie Ventilbetätigung.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist ein axial verschiebbares, ringförmiges Ventilglied 35 vorgesehen, das mit seiner rechten Stirnfläche 35 a im Fliesszustand an einer entsprechen-25 den, ebenen Stirnfläche des Zylinders 1 anliegt und unter der Wirkung des Schmiermittel-Zuführdruckes zum Öffnen nach links verschoben wird. Dazu ist das Ventilglied radial in einen Distanzring 36 eingepasst, der an seiner rechten Stirnfläche Umfangs-Verteilernuten 32a und 32b sowie Radialkanäle 33 für 30 den Durchlass des Schmiermittels zur rechten Stirnfläche des Ventilgliedes 35 aufweist. Eine solche Ausführung kommt insbesondere auch für die Verwendung von nicht verformbaren, verschleissfähigen Materialien für das Ventilglied 35 in Betracht.

M

4 Blatt Zeichnung«

Claims (3)

642 145 2 PATENTANSPRÜCHE Anschlussbereich (3a) des Dichtungselementes (3) an eines der - Arbeitsglieder (1) einen wenigstens abschnittsweise kegelförmi- :

1. Verfahren zur Schmiermittelzuführung an einer Kolben- gen oder toroidförmigen Übergangs-Oberflächenabschnitt (4a) Zylinderanordnung (2,1) mitmindestens einem unter pulsieren- aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des dem Arbeitsdruck stehenden Arbeitsraum (5) sowie mit minde- 5 Übergangs-Oberflächenabschnitts (4a) durch ein im Bereich der stens einem verformungsweichen, balgartigen Dichtungselement Schmiermittel-Zuführmündung angeordnetes, zum Öffnen und (3), welches sich mit seiner Oberfläche über ein in einem Schliessen dieser Mündung axial verschiebbares und/oder radial Schmiermittelraum (3b) befindliches Schmiermittel an einer verformbares, ringförmiges Ventilglied (25, 35) gebildet ist. Stützfläche (4) abstützt, wobei das Schmiermittel den Schmier- 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, mittelraum (3b) unter laufender Zuführung durchströmt, da- 10 dass die der Schmiermittelzuführung zugewandte Rückseite des durch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelzuführung in den ringförmigen Ventilgliedes (25) als in einen zylindrischen Teil der Schmiermittelraum (3b) an der Oberfläche des Dichtungsele- Stützfläche (4) spitzwinklig übergehender Kegelflächenabschnitt mentes (3) mit sich zeitlich periodisch verändernder Mengenge- (25a) ausgebildet ist.

schwindigkeit sowie mindestens überwiegend in Arbeitshubbereichen zwischen den Maximalwerten des Arbeitsdruckes (pA) 15

erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schmiermit-die Schmiermittelzuführung mit einem Zuführdruck (pz) erfolgt, telzuführung an einer Kolben-Zylinderanordnung nach dem der einen bezüglich des Arbeitsdruckes (pA) nicht synchronen, Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Einrichtung insbesondere im wesentlichen gleichförmigen Zeitverlauf ( A) 20 zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des i mit bezüglich der Maximalwerte (pai) des Arbeitsdruckes ge- Patentanspruchs 4.

ringerem Maximalwert (pzo) aufweist, und dass in den Arbeits- Ein Verfahren und eine Einrichtung der vorgenannten Art hubbereichen mit maximalem Arbeitsdruck eine Rückström- sind bekannt aus der DE-OS 2554733. Die dort beschriebene Sperrung in der Schmiermittelzuführung erfolgt. Abstützung eines schlauchförmigen Dichtungselementes über :

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 25 ein Schmiermittel an einer zylindrischen Stützfläche erfolgt mit f der Schmiermittel-Zuführdruck (pz) einen bezüglich der periodi- Schmiermittelzuführung auch während der Druck-Arbeitshübe sehen Arbeitsraumveränderungen der Kolben-Zylinderanord- d. h. der Hübe mit abnehmendem Arbeitsraumvolumen bei nung synchronen Zeitverlauf (B) mit Maximalwerten (pzl) in den Pumpenbetrieb bzw. mit zunehmendem Arbeitsraumvolumen Arbeitshubbereichen zwischen den Maximalwerten (pAi) des bei Motorbetrieb. Die Zuführung erfolgt beispielsweise durch Arbeitsdruckes aufweist. 30 Einpressen eines vom Gegendruck mehr oder weniger unabhän-

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An- gigen Mengenstromes, der den Schmiermittelraum anschliessem spruch 1 an einer Kolben-Zylinderanordnung mit mindestens über eine Drosselstelle in einen Niederdruckraum verlässt. Auf zwei einen pulsierenden Arbeitsraum (5) bestimmenden Arbeits- diese Weise lässt sich unabhängig von den Schwankungen des gliedern (1,2) sowie mit mindestens einem verformungsweichen, Druckes im Arbeitsraum (im folgenden kurz «Arbeitsdruck» balgartigen Dichtungselement (3), welches sich mit seiner Ober- 35 genannt) ein Gleichgewicht zwischen diesem und dem Druck im fläche über ein in einem Schmiermittelraum (3b) befindliches Schmiermittelraum erzielen und damit eine unmittelbare Berüh-Schmiermittel an einer durch das erste Arbeitsglied (1) gebilde- rung oder Mischreibung zwischen Dichtungselement und Stützten Stützfläche (4) abstützt, wobei der Schmiermittelraum (3b) fläche vermeiden. Allerdings erfordert eine solche Schmiermit-mit einer Schmiermittel-Zuführvorrichtung (8) verbunden ist, telzuführung einen Pumpendruck, der jedenfalls über den Maxi-dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittel-Zuführvorrich- 4U malwerten des Arbeitsdruckes liegt sowie eine geeignete Steue-tung (8) mit einer den Rückfluss von Schmiermittel sperrenden rung oder Regelung des Zuführ-Mengenstromes. Dies ist mit Ventilanordnung (8d, 15, 25, 35) versehen ist. einem vergleichsweise hohen Aufwand verbunden. t

5. Einrichtungnach Anspruch 4 mit als Spaltraum geringer Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfah-Dicke zwischen der Oberfläche des Dichtungselementes (3) und rens bzw. einer Einrichtung zur Schmiermittelzuführung an eine einer Stützfläche (4) ausgebildetem Schmiermittelraum (3b), 45 Kolben-Zylinderanordnung mit nachgiebigem Dichtungsele-dadurch gekennzeichnet, dass Jie Rückschlagventilanordnung ment der eingangs genannten Art, die grundsätzlich mit bezüg-wenigstens ein im Bereich der Schmiermittelzuführmündung (9) lieh des Arbeitsdruckes geringerem Schmiermittel-Zuführdruck in den Schmiermittelraum (3b) angeordnetes Ventilglied (15,25, auskommt und keiner Steuerung oder Regelung für einen kon-35) aufweist. stanten Mengenstrom bei der Schmiermittelzuführung bedarf.

6. Einrichtungnach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, 50 Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet dass wenigstens ein ringförmiges, unter der Wirkung des sich hinsichtlich des Verfahrens bzw. der Einrichtung durch die Schmiermittelzuführdruckes bzw. des Arbeitsdruckes radial ver- im Patentanspruch 1 bzw. im Patentanspruch 4 angegebenen formbares Ventilglied (15,25,35) vorgesehen ist, das Vorzugs- Merkmale.

weise in eine als Ringnut innerhalb der Stützfläche (4) ausgebil- Zufolge dieser Lösung kann in Zeitintervallen mit vergleichs-

dete Schmiermittelzuführmündung (9) eingreift. 55 weise niedrigem Arbeitsdruck in den Schmiermittelraum zwi-

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, sehen Dichtungselement und Stützfläche mit vergleichsweise dass das ringförmige Ventilglied (15) einen im wesentlichen geringem Zuführdruck eine Schmiermittelmenge eingebracht dreieckförmigen Querschnitt mit dem Dichtungselement (3) werden, die unter Berücksichtigung der gedrosselten Abströ-zugewandter Basisseite (15a) sowie mit bezüglich der Basisbreite mungfür eine sichere Abstützung des Dichtungselementes ohne (b) geringer Querschnittshöhe (d) aufweist. 60 Berührung oder Mischreibung an der Stützfläche ausreicht.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich- Dabei wird zweckmässig eine Rückströmung in die mit niedrige-net, dass das ringförmige Ventilglied (15) an seiner dem Dich- rem Druck arbeitende Schmiermittel-Zuführvorrichtung durch tungselement (3) abgewandten Rückseite wenigstens ein Axial- eine Rückschlagventilanordnung verhindert, so dass sich das Arretierungselement (15c) aufweist, das in eine entsprechende erforderliche Gleichgewicht zwischen Schmiermitteldruck und Ausnehmung (14) eines stützflächenseitigen Festkörpers ein- fis Arbeitsdruck am Dichtungselement rasch einstellen kann. Gegt greift und vorzugsweise als durch Ausnehmungen ( 15d) unter- benenfalls kann aber auch auf eine definierte Rückstromsper-brochener Ringansatz (15c) ausgebildet ist. rung bzw. eine Rückschlagventilanordnung verzichtet werden,

9. Einrichtung nach Anspruch 5, bei der die Stützfläche (4) im sofern der Rückströmungswiderstand im Zuführsystem den Au

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bau eines ausreichenden Stützdruckes im Schmiermittelraum gemäss Pfeil X verkleinert wird. In der Darstellung nimmt der zulässt. Kolben 2 seine unterste Stellung bei maximalem Arbeitsraumvo-

Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung kann mit dem lumen ein. Nach oben ist der Arbeitsraum durch einen Deckel 6

Vorteil besonderer Einfachheit ein von den Arbeitshüben der mit Zuführ- und Ausstossleitung 6a zu einer nicht dargestellten

Kolben-Zylinderanordnung unabhängiger, vorzugsweise wenig- 5 Ventilanordnung für eine Arbeitsweise der Einrichtung als Pum-

stens annähernd konstanter Zeitverlauf des Schmiermittel-Zu- pe verbunden. Zwischen dem Dichtungselement 3 und der führdruckes vorgesehen werden. Dies ermöglicht insbesondere Stützwandung 4 befindet sich ein spaltförmiger Schmiermittelin einfacher Weise eine gemeinsame Schmiermittelzuführung für räum 3b geringer radialer Dicke, dessen Schmiermittelfüllung eine Mehrfach-Kolben-Zylinderanordnung mit einer entspre- eine Berührung zwischen Dichtungselement und Stützfläche bei chenden Mehrzahl von Dichtungselementen. io der oszillierenden Längsdehnung des Dichtungselementes ent-

Umgekehrt sieht eine andere Weiterbildung der Erfindung sprechend der Kolbenbewegung ausschliesst. Als Antrieb für die vor, dass der Schmiermittel-Zuführdruck einen bezüglich der Kolbenbewegung ist ein Motoraggregat 7 mit Antriebswelle 7a periodischen Arbeitsraumveränderung der Kolben-Zylinderan- und Nocken 7b vorgesehen, gegen welch letzteren der Kolbenordnung synchronen Zeitverlauf mit Maximalwerten in Arbeits- schaft 2b durch die Druckfeder 2a angepresst wird. Mit dem hubbereichen zwischen den Maximalwerten des Arbeitsdruckes, 15 Motoraggregat 7 ist ferner eine Schmiermittel-Zuführvorrich-d. h. bei niedrigen Arbeitsdrücken aufweist. Eine solche Ausfüh- tung mit einer Pumpe 8 über eine schematisch angedeutete Welle rung bietet sich vor allem für Anordnungen mit nur einem 8a und einem Nocken 8b gekoppelt. In der Schmiermittel-Dichtungselement oder einer geringen Anzahl solcher Elemente Zuführleitung 8c kann beispielsweise ein Rückschlagventil 8d an, wobei jeweils eine Schmiermittelpumpe mit dem Antrieb der eingefügt werden, jedoch ist vorzugsweise die Mündung 9 der betreffenden Kolben-Zylinderpaarung gekoppelt werden kann. 20 Schmiermittelzuführung mit einem trägheitsarm wirkenden

Eine wesentliche Weiterbildung der erfindungsgemässen Ein- Rückschlag-Ventilglied 15 versehen. Die Schmiermittel-Zuführrichtung kennzeichnet sich dadurch, dass die Rückschlagventil- mündung 9 befindet sich an der mit entsprechenden Durchlassanordnung wenigstens ein im Bereich der Schmiermittelzuführ- nuten versehenen Unterseite eines Ringkörpers 10, der an seiner mündung in den Schmiermittelraum angeordnetes Ventilglied Oberseite den Übergangs-Oberflächenabschnitt 4a bildet. Bei aufweist. Durch diese Anordnung des Ventilgliedes der Rück- 25 der oszillierenden Dehnung des Dichtungselementes werden die schlagventilanordnung ergibt sich eine besonders trägheitsarme Zugkräfte innerhalb des Dichtungsmaterials durch die Krüm-Sperrung des Schmiermittel-Zuführkanals bei Einsetzen der mung dieses Oberflächenabschnitts nach aussen umgelenkt und Erhöhung des Arbeitsdruckes. Vor allem bei sehr hohen Arbeits- auf die stoffschlüssige Verbindung zum Zwischenring la verteilt, drücken, die eine Berücksichtigung der Kompressibilität des Die Diagramme in Fig. 2 beziehen sich auf einen Betrieb der Schmiermittels und der elastischen Nachgiebigkeit der Zuführ- 30 Kolbenzylinder-Anordnung als Pumpe, d.h. mit hohem Arbeitsleitungen und anderer Zuführorgane erforderlich machen wür- druck bei abnehmendem Arbeitsraumvolumen. Im Diagramm den, bedeutet dies eine wesentliche Entlastung der gesamten (a) ist der Verlauf des Hubes hA des Arbeitskolbens 2 und des Zuführvorrichtung und vermeidet eine Verminderung des für die Pumpenhubes hz der Schmiermittel-Zuführpumpe über der Zeit Abstützung wirksamen Schmiermittelvolumens, sichert also das t angedeutet. Diese Arbeitsweise entspricht einer synchronisier-Dichtungselement gegen Berührung mit den Unebenheiten der 35 ten Schmiermittelzuführung in den Arbeitshüben mit zunehmen-Schmiermittel-Zuführmündung und damit gegen Beschädigung. dem Arbeitsraumvolumen. Der zugehörige Verlauf des Schmier-