DD226333A1

DD226333A1 - Kolben-gleitschuh-kombination

Info

Publication number: DD226333A1
Application number: DD26370284A
Authority: DD
Inventors: Hans Baeurich
Original assignee: Karl Marx Stadt Ind Werke
Priority date: 1984-06-01
Filing date: 1984-06-01
Publication date: 1985-08-21
Also published as: DE3518049A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Gleitschuh-Kombination fuer hydrostatische Kolbenmaschinen, deren Gleitschuh vorzugsweise eine sphaerische, hydrostatisch entlastete Laufflaeche besitzt und ueber eine einem Kugelgelenk aehnliche und mit einem Federelement gesicherte Verbindung mit einem Kolben korrespondiert. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen in der Schaffung einer Kolben-Gleitschuh-Kombination, die bei geringem Verschleiss fuer Kolben, Gleitschuh und Hubring sowie einem niedrigen Fertigungs- und Montageaufwand eine Kraftuebertragung ohne Zwangsfuehrung der Gleitschuhe ermoeglicht und infolge eines kleinen Anstellwinkels des Gleitschuhes die auftretenden Querkraefte guenstig beeinflusst. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe geloest, indem am Aussendurchmesser der sphaerischen Laufflaeche des Gleitschuhes eine Anlauffase und entgegen der Laufflaeche ein kleiner als eine Halbkugel ausgebildeter segmentfoermiger Kopf angeordnet ist, welcher mit einer konkaven, dem segmentfoermigen Kopf entsprechenden Ausnehmung in dem Kolben in Wirkverbindung steht und ein wellfoermiges Federelement die Verbindung spielfrei und loesbar sichert. Angewendet wird die Erfindung in hydrostatischen Radialkolbenmaschinen. Fig. 1

Description

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Bei dieser Ausführung muß darauf geachtet werden, daß das Eindrücken des Randes nur soweit erfolgt, damit die erforderliche Schiefstellung des Gleitschuhes möglich ist. Daraus ergibt sich wiederum ein relativ großes Axialspiel zwischen Kolben und Gleitschuh, welches durch eine auf den Kolben in axialer Richtung wirkende Druckfeder ausgeglichen werden muß. Weiterhin gelten auch hier die zur DD-PS 124.749 beschrieben Nachteile hinsichtlich Kraftübertragung und Demontierbarkeit.

Ziel der Erfindung

Ziel ist die Schaffung einer Kolben-Gleitschuh-Kombination für eine hydrostatische Kolbenmaschine, die bei geringem Verschleiß für Kolben, Gleitschuh und Hubring, sowie einem niedrigen Fertigungs- und Montageaufwand eine hohe Funktionssicherheit und Lebensdauer und einen geräuscharmen Lauf der hydrostatischen Kolbenmaschine gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Kolben-Gleitschuh-Kombination für eine hydrostatische Kolbenmaschine, die eine sichere und verschleißarme Kraftübertragung zwischen Rotor, Kolben, Gleitschuh und Hubring ohne Zwangsführung der Gleitschuhe durch zusätzliche Führungselemente ermöglicht, und infolge eines kleinen Anstellwinkels des Gleitschuhes die auftretenden Querkräfte günstig beeinflußt und damit Schwingungen des Rotors abbaut.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Gleitschuh am Außendurchmesser der sphärisch ausgebildeten Lauffläche einer Anlauffase besitzt. Entgegen der Lauffläche ist ein kleiner als eine Halbkugel ausgebildeter segmentförmiger Kopf angeordnet, welcher mit einer komkaven, dem segment-förmigen Kopf entsprechenden Ausnehmung in dem Kolben in Wirkverbindung steht.

Zwischen einer den Außendurchmesser des segmentförmigen Kopfes und den Schaft des Gleitschuhes verbindenden Schräge und einer Nut im Kolben, welche sich entgegen der offenen Seite der Ausnehmung verbreitert, ist ein in seiner Planebene wellförmig gestaltetes Federelement axial spielfrei und lösbar angeordnet.

Die umlaufende Nut befindet sich in Höhe eines Mittelpunktes des im Kolben angeordneten konkaven Bodens.

Der Kippwinkel des Gleitschuhes wird durch eine Fläche an der Unterseite desselben in Verbindung mit der schrägen Stirnfläche des Kolbens begrenzt.

Die vorliegende Kolben-Gleitschuh-Kombination benötigt nur einen kleinen Einbauraum im Kolben und ermöglicht dadurch einen sehr kurzen Gleitschuhschaft. Damit verringert sich der Anstellwinkel des Gleitschuhes erheblich und entsprechend auch die Hebelverhältnisse und Querkraftkomponenten für den Gleitschuh, ohne die Führungsverhältnisse am Kolben wesentlich zu verschlechtern. Das Kippmoment am Gleitschuh wird kleiner und im gleichen Verhältnis auch die unterschiedliche Belastung der Gleitschuhsohle. Der Gleitschuh kann hydrostatisch höher entlastet werden, was wiederum zur Verminderung der Flächenpressung und damit des Verschleißes führt. Durch den kleineren Anstellwinkel des Gleitschuhes gegenüber der Kolbenachse und die dadurch verringerten Querkräfte werden auch die unvermeidlichen Schwingungen des Rotors und damit die Betriebsgeräusche der hydrostatischen Kolbenmaschine günstig beeinflußt.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: die Kolben-Gleitschuh-Kombination einer Radialkolbenmaschine im Betriebszustand.

Fig. 2: die Gleitschuhstellung im Anfahrzustand.

In einer Bohrung 1 eines Zylinderkörpers 2 einer hydrostatischen Radialkolbenpumpe ist ein Kolben 3 angeordnet, welcher sich über eine sphärische Lauffläche 4 eines Gleitschuhes 5 an einer ebenfalls sphärischen Lauffläche 6 eines Hubringes 7 abstützt. Anstelle der sphärischen Lauffläche 4 kann die Lauffläche eines Gleitschuhes auch in Form eines Kreiszylinder-Abschnittes ausgebildet

Zur Herstellung einer beweglichen Verbindung zur Kraftübertragung zwischen dem Gleitschuh 5 und dem Kolben 3 ist auf einem sehr kurzen Schaft 8 des Gleitschuhes 5 ein segmentförmiger, kleiner als eine Halbkugel ausgebildeter Kopf 9 angeordnet, welcher sich in einer mit einem konkaven Boden 10 versehenen Ausnehmung 11 des Kolbens 3 abstützt.

Die Sicherung der beweglichen Verbindung stellt ein Federelement 12 her, welches in einer in der Ausnehmung 11 des Kolbens 3 umlaufenden Nut 13 in Höhe eines Mittelpunktes 14 des konkaven Bodens 10 angeordnet ist und von dem Schaft 8 des Gleitschuhes 5 zentriert wird.

Die Bewegungsfreiheit um einen erforderlichen Anstellwinkel α des Gleitschuhes 5 ermöglicht die entgegen der offenen Seite der Ausnehmung 11 verbreiterte Nut 13.

Der Gleitschuh 5 kann hierdurch nach jeder Richtung um einen vorbestimmten Kippwinkel β kippen, ohne am Federelement 12 zu verklemmen.

Das Federeiement 12 stützt sich hierbei an einer den Außendurchmesser des segmentförmigen Kopfes 9 mit dem Schaft 8 verbindenden Schräge 15 des Gleitschuhes 5 ab.

Das durch die verbreiterte Nut 13 des Kolbens 3 bei Normalstellung des Gleitschuhes 5 entstehende geringe axiale Spiel zwischen Kolben 3 und Gleitschuh 5 wird durch eine der Breite der Nut 13 entsprechende wellförmige Gestaltung des Federelementes 12 kompensiert. Eine spielfreie Bewegung des Gleitschuhes 5 um den erforderlichen Anstellwinkel α ist damit gewährleistet.

Die Schräge 15 am segmentförmigen Kopf 9 des Gleitschuhes 5 dient gleichzeitig der leichten Demontage von Gleitschuh 5 und Kolben 3 bei erforderlicher Nacharbeit oder Austausch. Entsprechend des maximalen Kippwinkels β des Gleitschuhes 5 beim Anfahren der als Radialkolbenpumpe ausgebildeten Kolbenmaschine, dargestellt in Fig. 2, welcher durch die Anlage einer Fläche des Gleitschuhes 5 an einer schrägen Stirnfläche 17 des Kolbens 3 begrenzt wird, ist eine Anlauffase 18 an einem Außendurchmesser 19 der sphärisch ausgebildeten Lauffläche 4 ausgebildet.

Diese Ausführung gewährleistet einen kantenfreien Anlauf des Gleitschuhes 5 an die sphärische Lauffläche 4 des Hubrings 7 beim Übergang vom Stillstand zum Betrieb der Kolbenmaschine.

Claims

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Erfindungsansprüche:

1. Kolben-Gleitschuh-Kombination für hydrostatische Kolbenmaschinen, deren Gleitschuh vorzugsweise eine sphärische, hydrostatisch entlastete Lauffläche besitzt und über eine einem Kugelgelenk ähnliche und mit einem Federelement gesicherte Verbindung mit einem Kolben korrespondiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitschuh (5) am Außendurchmesser (19) der sphärisch ausgebildeten Lauffläche (4) eine Anlauffase (18), sowie entgegen der Lauffläche (4) einen kleiner als eine Halbkugel ausgebildeten segmentförmigen Kopf (9) besitzt, welcher mit einer konkaven, dem segmentförmigen Kopf (9) entsprechenden Ausnehmung (11) in dem Kolben (3) in Wirkverbindung steht und das in seiner Planebene wellförmig gestaltete Federelement (12) zwischen einer den Außendurchmesser des segmentförmigen Kopfes (9) und den Schaft (8) des Gleitschuhes (5) verbindenden Schräge (15) und einer umlaufenden Nut (13) im Kolben (3), welche sich entgegen der offenen Seite der Ausnehmung (11) verbreitert, axial spielfrei und lösbar angeordnet ist.
2. Kolben Gleitschuh-Kombination nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Nut (13) zur Aufnahme des Federelementes (12) in Höhe eines Mittelpunktes (14) des konkaven Bodens (10) im Kolben (3) angeordnet ist.
3. Kolben-Gleitschuh-Kombination nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippwinkel β durch eine Fläche (16) an der Unterseite des Gleitschuhes (5) in Verbindung mit der schrägen Stirnfläche (17) des Kolbens (3) begrenzt wird.

Hierzu 2 Seiten Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Gleitschuh-Kombination für hydrostatische Kolbenmaschinen, deren Gleitschuh vorzugsweise eine sphärische, hydrostatisch entlastete Lauffläche besitzt und über eine, einem Kugelgelenk ähnliche und mit einem Federelement gesicherte Verbindung mit einem Kolben korrespondiert.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist eine Gleitschuhanordnung, insbesondere für Axial- und Radialkolbenmaschinen (DD-PS 124 749), bei welcher der Kolben einen Kugelkopf und der Gleitschuh eine der Kugel entsprechende Ausnehmung besitzen. Das offene Ende der Ausnehmung ist an die Kugel angedrückt. Die Ausbildung der Lauffläche des Gleitschuhes dient der hydrodynamischen Entlastung.

Diese Ausführung ermöglicht zwar einen im Verhältnis zur Sohle des Gleitschuhes sehr tief liegenden Kraftübergang zwischen Gleitschuh und Kolben und damit eine Reduzierung der auf den Gleitschuh wirkenden Kippkräfte, vergrößert aber gleichzeitig für die aus der Schiefstellung (Anstellwinkel) des Gleitschuhes und der Reibung an der Gleitfläche resultierenden Querkräfte den Hebelarm am ausgefahrenen Kolben, was wiederum eine lange Kolbenführung im Rotor und damit besonders bei Radialkolbenmaschinen einen größeren Bauraum erfordert. Nachteilig ist weiterhin, daß für Nacharbeits- und Reparaturzwecke die Verbindung zwischen Kolben und Gleitschuh, zumindest für den Gleitschuh, nicht zerstörungsfrei gelöst werden kann. Es ist auch ein Kolben-Gleitschuh-Element für hydrostatische Kolbenmaschinen (DE-OS2 229 421) bekannt, dessen Gleitschuh an dem der huberzeugenden Fläche abgewandten Ende zwei konzentrisch ausgebildete Flächen besitzt, von denen sich die Flache mit kleinerem Radius an einer ebensolchen Fläche am Kolben abstützt, während an der Fläche mit größerem Radius ein den Kolben und den Gleitschuh verbindendes Element anliegt.

Diese Gleitschuhausführung mit kugelförmigen Kopf erfordert einen großen axialen Einbauraum im Kolben und damit auch einen relativ langen Gleitschuhschaft. Da der Gleitschuhkopf, und damit der Kraftübergangspunkt vom Kolben zum Gleitschuh, tief in den Kolben hineinverlegt sind, werden die Führungsverhältnisse für den Kolben verbessert. Dafür treten aber erhebliche Nachteile für den Gleitschuh auf. Infolge des großen Abstandes (Hebelarm) zwischen Fußfläche und Kugelkopfmittelpunkt wird der Anstellwinkel zwischen Gleitschuh und Kolbenachse, vor allem bei größeren Kolbenhüben, relativ groß. Das wiederum führt zu größeren Querkraftkomponenten der vorhandenen Kolbenkraft. Da diese Kräfte vom Kolben über den Kugelkopf des Gleitschuhes, also an einem langen Hebelarm in den Gleitschuh eingeleitet werden, kommt es auch zu einem größeren Drehoder Kippmoment auf den Gleitschuh und damit zu einer sehr einseitigen Druckbelastung auf die Gleitschuhsohle. Auf dem in Drehrichtung gesehen vorderen Gleitschuhflächenbereich wird die Flächenpressung sehr hoch und fällt dann nach dem hinteren Bereich stark ab. Eine hydrostatische bzw. hydrodynamische Entlastung der Gleitfläche ist daher nur im begrenzten Maße möglich, da es sonst zum Abheben der hinteren Gleitschuhfläche oder wenigstens zu stärkeren Leckverlusten in diesem Bereich kommt. Es bleibt also eine relativ hohe Flächenpressung des vorderen Gleitschuhbereiches und damit höherer Verschleiß bestehen. Nachteilig wirken sich größere Querkräfte auch auf das Schwingungsverhalten und damit die Geräuschentwicklung der Maschine aus. Ein weiterer Nachteil ist, daß Kolben-Gleitschuhausführungen mit diesen Hebelverhältnissen unbedingt am Hubring über besondere Nuten und Führungsringe zwangsgeführt werden müssen, damit die Kolben bei Stillstand der Radialkolbenmaschine in ausgefahrener Stellung verbleiben, da es sonst beim Anfahren der Maschine zum Verklemmen der Gleitschuhe kommt.

Weiterhin ist eine Radialkolbenmaschine (DE-OS 2.218.872) bekannt, deren hydrostatisch entlasteter Gleitschuh ejne größer als eine Halbkugel ausgebildete Gelenkkugel besitzt, welche in eine entsprechende Ausnehmung des Kolbens eingreift. Gleitschuh und Kolben sind mittels eines Stiftes gelenkig verbunden.

Nachteilig ist auch hier die spezielle Fertigung des Stiftes und die im Betrieb unsichere Preßverbindung, da sich der Stift unter Belastung lösen und dann zur Zerstörung des Gleitschuhes und des Hubringes führen kann. Nachteilig ist auch die zur Bewegungsfreihheit gegenüber dem Stift notwendige größere kegelige Anbohrung am Gleitschuhkopf, die zur Verringerung der tragenden Fläche zwischen Kopf und Kolben führt, sowie die einen schädlichen Raum darstellende lange und große Bohrung für den Stiftkopf im Gleitschuhschaft. Weiterhin gelten auch hier die bereits genannten Nachteile eines langen Gleitschuhschaftes sowie die dadurch erforderliche Zwangsführung.

Bekannt ist auch eine Hochdruck-Radialkolbenpumpe (DE-AS 3.351.465) mit einem am Kolben angeordneten koaxialen Kugelabschnitt, welcher kleiner als eine Halbkugel ist und dessen Basisrand einen Durchmesser aufweist, der den Kolbendurchmesser übersteigt. Der Gleitschuh besitzt einen Randsteg, der an zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen eingedrückt, den Basisrand des eingesetzten Kugelabschnittes hintergreift.

Dabei kann sich an den Basisrand des Kugelabschnittes zweckmäßig eine einwärts verlaufende Kugelmantelringfläche anschließen.