DE1009868B - Arbeitskolben, Steuerkolben, Schieber od. dgl. - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Arbeitskolben, Steuerkolben, Schieber od. dgl., die unter dem Einfluß eines Druckmediums, insbesondere eines Mediums hohen Druckes, stehen.

Derartige Kolben bzw. Schieber finden vielfach Anwendung bei hydraulischen Triebwerken, z. B. hydraulischen Hebezeugtriebwerken. Da bei diesen Triebwerken meistens mit verhältnismäßig hohen Drücken gearbeitet wird, ergeben sich an den Arbeits- oder Steuerkolben bzw. Schiebern erhebliche Widerstände, was einmal den Nachteil hat, daß große Verstellkräfte notwendig sind, und zum anderen Mal, z. B. bei Steuerkolben, der Steuervorgang selbst auch ungünstig beeinflußt wird, weil diese Widerstände die Feinfühligkeit beeinträchtigen.

Die Verstellwiderstände zu verringern, war daher von jeher das Bestreben der Konstrukteure. Eine bekannte Maßnahme, das zu erreichen, bestand darin, daß man den Arbeitskolben, Steuerkolben oder Schieber während der Betriebszeit des Triebwerkes einer dauernden Drehbewegung unterwarf, die von dem Antriebsmotor unter Vermittlung einer entsprechenden Transmission in den Kolben oder Schieber eingeleitet wurde. Im Sinne einer Verringerung der Widerstände ergibt diese Maßnahme gute Ergebnisse. Ungünstig ist dagegen bei ihr, daß man eine besondere Transmission in Form von Zahnradübersetzungen oder ähnlichem vorsehen muß, die überdies noch so ausgebildet sein muß, daß der Kolben oder Schieber sowohl eine Bewegung in Richtung seiner Achse als auch eine Drehbewegung erfahren kann. Diese Forderung kompliziert die Transmission, so daß sich die ganze Anlage verteuert. Ein anderer Mangel ist der, daß es oft recht schwierig ist, die Transmission in dem meist ohnehin schon verwickelten Triebwerksgetriebe mit unterzubringen, d. h, ohne Vergrößerung des Getriebekastens auszukommen. Häufig ist die angestrebte Drehbewegung des Kolbens oder Schiebers überhaupt nicht vom Triebwerksantriebsmotor her zu erreichen. Dann muß für diese Aufgabe ein zusätzlicher Antriebsmotor vorgesehen werden, der die Anlage ebenfalls verteuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einem wesentlich einfacheren Wege eine leichte Verstellbarkeit bei Arbeitskolben, Steuerkolben, Schiebern oder anderen zu verstellenden Maschinenteilen zu erzielen, die unter dem Einfluß eines Druckmediums stehen. Sie baut hierbei auf der Erkenntnis auf, daß dieses Ziel ebenso gut wie mit einer Drehbewegung zu erreichen ist, wenn der Schieber, Kolben od. dgl. einer Art Taumelbewegung unterworfen wird. Erfmdungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelost, daß der Kolben, Schieber od. dgl. auf seiner Oberfläche mit einem System von Ausnehmungen versehen

Arbeitskolben, Steuerkolben,
Schieber od. dgl.

Anmelder:

Kampnagel Aktiengesellschaft

(vormals Nagel & Kaemp),

Hamburg 39, Jarrestr. 26

Bruno Beier, Hamburg,
ist als Erfinder genannt worden

ist, das in Verbindung mit dem Druckmedium ihn einer Art Taumelbewegung unterwirft. Gemäß der Erfindung besteht das System von Ausnehmungen aus sich jeweils nur über einen Teil des Kolbenumfangs erstreckenden Fangnuten, denen in gleicher Weise angeordnete Drucknuten zugeordnet sind, die durch Verbindungsnuten mit den Fangnuten verbunden sind, wobei die Fangnuten und die Drucknuten jeweils ringfckmig hintereinanderliegen und Fangnuten und Drucknuten zueinander parallel angeordnet sind. Je eine Fangnut und eine Drucknut bilden ein Nutenpaar. Die Fangnut jedes Nutenpaares ist mit der Drucknut des in Umfangsrichtung vorangehenden Nutenpaares durch eine Verbindungsnut verbunden. Ein anderer Erfindungsgedanke besteht darin, daß in bezug auf die Strömungsrichtung des Druckmediums die Fangnuten vor den Drucknuten angeordnet sind. Die Breite der Drucknuten wird zweckmäßig größer gewählt als die der Fangnuten. Die Wirksamkeit der erfmdungsgemäß en Ausbildung kann noch erhöht werden, wenn der Schieber, Kolben od. dgl. auf seiner Oberfläche in verschiedenen, zu seiner Längsachse senkrechten Abschnitten mit Nutenpaaren versehen wird. Um die Druckmediumverluste klein zu halten, wird nach einem weiteren Erfindungsmerkmal den Nutenpaaren eine Labyrinthdichtung (in Strömungsrichtung des Druckmediums gesehen) nachgeschaltet.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung und ihrer Wirkungsweise ist in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das den Steuerkolben eines hydraulischen Hubwerkes zeigt, und zwar in

Abb. 1 den Steuerkolben in Ansicht sowie sein Gehäuse im Längsmittelschnitt und in

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Abb. 2 eine Abwicklung des Kolbenabschnittes eine Labyrinthdichtung 12 und unterhalb der unteren

zwischen A-B. Nutenpaare eine Labyrinthdichtung 13 vorgesehen.

Der Steuerkolben 1 dient hier der Steuerung des Die Wirkungsweise des erfindungsgemäß in den

hydraulischen Arbeitsmittels zwischen Speisepumpe Steuerkolben eingebrachten Systems, von Ausnehmun-

und hydraulischem Hubmotor. Der Steuerkolben 1 ist 5 gen ist nun folgende:

in der Bohrung 2 seines Gehäuses 3 geführt. An die Angenommen, der Steuerkolben 1 befände sich in Bohrung 4 im Gehäuse 3 ist die zum hydraulischen der gezeichneten Stellung, und die Bohrung stünde Hubmotor führende Leitung angeschlossen und an die unter einem Flüssigkeitsdruck von z. B. 180 bis 250at Bohrung 5 die zur Speisepumpe führende Leitung. Der (je nach Belastung des Hubwerkes). Nun liegt aus den Steuerkolben 1 hat zwei Arbeitsstellungen. Die ge- ίο vorn erläuterten Gründen der Steuerkolben 1 exzenzeiehnete Stellung ist die Absperrstellung, d. h. keine trisch in der Bohrung 2 seines Gehäuses 3. Dadurch Durchflußmöglichkeit für das hydraulische Arbeits- ist das geringe Spiel zwischen Steuerkolben 1 und Gemittel von der Bohrung 4 in die Bohrung 5 (gestri- häuse 3 in der radialen Richtung, die der Exzentrizichelte Pfeile — Durchflußrichtung bei Senkbewegun- tat entgegengerichtet ist, vergrößert. Der einfachen gen) bzw. von Bohrung 5 in Bohrung 4 (voll aus- 15 Erläuterung wegen sei ferner angenommen, dieser gezogene Pfeile — Durchflußrichtung bei Hubbewe- größere Spielraum befände sich in jener radialen Richgungen). In dieser Stellung wird der Steuerkolben 1 tung, in der die Fangnut 9 α liegt. Das unter dem von einer nicht dargestellten Feder gehalten, die an hohen Druck stehende hydraulische Arbeitsmittel geseinem oberen Ende angreift. Aus der beschriebenen langt aus der Bohrung 5 über den Ringraum 14 und Absperrstellung wird der Steuerkolben durch einen 20 den erwähnten Spielraum in die Fangnut 9 α. Von nicht veranschaulichten Gleichstrommagnet über ein dieser strömt es — den Weg des geringsten WiderGestänge 6, das mittels Bolzen 7 mit dem Steuerkol- Standes wählend — in die Verbindungsnut 10 a und ben 1 gelenkig verbunden ist, in seine andere Arbeits- von da in die Drucknut 11 h. In der verhältnismäßig stellung gebracht, d. h. so weit nach abwärts gezogen, großflächigen Drucknut 11 b bildet sich ein Staudruck, daß die Steuerkante 8 des Steuerkolbens 1 ein wenig 25 der auf den Steuerkolben 1 eine Kraft ausübt, die ihn unterhalb der Bohrung 4 liegt. Weil der Steuerkolben in Richtung auf die der Drucknut 11 b gegenüberlieoberhalb der Steuerkante 8 im Durchmesser verjüngt gende Seite hin bewegt und an die Wand des ist, kann in dieser Stellung das hydraulische Arbeits- Gehäuses 3 drückt. Dadurch bildet sich jetzt auf detr mittel von Bohrung 4 nach Bohrung 5 bzw. umgekehrt Seite der Drucknut 11 b zwischen Steuerkolben 1 und strömen. 30 der Wand des Gehäuses 3 der größere Spielraum. Wie die Erfahrung lehrt, setzen sich derartige Dies hat zur Folge, daß das unter dem hohen Druck Steuerkolben in ihrem Gehäuse fest. Dies ist ganz stehende hydraulische Arbeitsmittel nun aus dem Ring besonders bei Steuerkolben, Arbeitskolben u. dgl. der raum 14 durch den besagten Spielraum in die Fang-Fall, die mit Überdeckung arbeiten, was im vorliegen- nut 9 b strömt, von wo es über die Verbindungsnut den Ausführungsbeispiel der Fall ist. Das Festsetzen 35 10& in die Drucknut lic gelangt. Hier bildet sich findet hauptsächlich dann statt, wenn; der Steuer- ebenso· wie vorhin in Drucknut 11 b wieder ein Staukolben in einer bestimmten Arbeitsstellung längere druck, der den Steuerkolben 1 in Richtung auf die der Zeit verharrt. Im einzelnen ist dies bedingt durch die Drucknut 11 c gegenüberliegende Seite hin bewegt und radial angreifende Flüssigkeitsdruckkraft, welche den ihn an die Wand des Gehäuses 3 drückt. Hierdurch Steuerkolben an die Wand seines Gehäuses drückt, ihn 40 bildet sich nun auf der Seite der Drucknut 11 c der also in eine zur Achse der Gehäusebohrung 2 exzen- größere Spielraum, durch welchen das hydraulische irische Lage bewegt, wobei der dort befindliche Arbeitsmittel aus dem Ringraum 14 in die Fangnut 9 c Arbeitsmittelfilm weggequetscht wird, so daß Metall gelangen kann. Von hier fließt es durch die Verbinauf Metall zu liegen kommt und ein Festsetzen ein- dungsnut 10 c in die Drucknut 11 a. In dieser entsteht tritt. Die Folge dieses Festsetzens sind dann die 45 wieder ein Staudruck, der auf den Steuerkolben 1 eine bereits erwähnten großen Verstellwiderstände. Kraft ausübt, die ihn in Richtung auf die der Druck-Um diese Nachteile zu vermeiden, ist gemäß der nut 11a gegenüberliegende Seite hin bewegt und den Erfindung der Steuerkolben 1 mit einem System von Steuerkolben in dieser Richtung an die Gehäusewand Ausnehmungen versehen, das aus Fangnuten 9, Ver- drückt. Der jetzt auf der Seite der Drucknut 11« bindungsnuten 10 und Drucknuten 11 besteht. Je eine 50 sich bildende größere Spielraum leitet nun wieder die Fangnut 9 und eine Drucknut 11 liegen parallel neben- zuerst beschriebene Bewegung des Steuerkolbens 1 einander und bilden ein Nutenpaar. Der Steuerkolben ein, d. h. das Spiel beginnt von neuem, nach Abb. 1 ist in einem nahe seinem oberen Ende Der Steuerkolben 1 führt also unter dem Einfluß gelegenen und in einem nahe seinem unteren Ende des aus Fang-, Verbindungs- und Drucknuten bestegelegenen Abschnitt mit je 3 solchen Nutenpaaren 55 hendem Systems von Ausnehmungen in Verbindung versehen, von denen in Abhängigkeit von der jewei- mit. dem hydraulischen Arbeitsmittel dauernd eine ligen Druckseite die oberen in der einen und die Art Taumelbewegung aus, die so lange währt, als das unteren in der anderen Arbeitsstellung des Steuerkol- Hubwerk in Betrieb ist, d. h, unter Betriebsdruck bens 1 wirksam werden. Wie insbesondere die Ab- steht. Dadurch, daß der Steuerkolben 1 auf diese Weise wicklung des oberen Abschnittes gemäß Abb. 2 ver- 60 dauernd in Bewegung ist, wird ständig ein Arbeitsanschaulicht, ist die Fangnut jedes Nutenpaares mit mittelschtnierfilm zwischen ihm und dem Gehäuse 3 •der Drucknut des in Umfangsrichtung vorangehenden aufrechterhalten, so daß er sich nicht festsetzen kann Nutenpaares durch eine Verbindungsnut verbunden, und spielend leicht zu verstellen ist. Wie praktische so die Fangnut 9 α durch Verbindungsnut 10 α mit der Ausführungen von Steuerkolben und Arbeitskolben, Drucknut 11 b, die Fangnut 9 b durch Verbindungsnut 65 die mit dem erfindungsgemäßen System von Ausneh- b mit der Drucknut 11 c und die Fangnut 9 c durch mungen versehen waren, gezeigt haben, folgt die Verbindungsnut 10 c mit Drucknut 11 a. Damit an den Praxis hier eindeutig den theoretischen Überlegungen, axialen Austrittsöffnungen im Steuerkolbengehäuse 3 Die durch Verbindungsnuten verbundenen Nuten-SO wenig wie möglich hydraulisches Arbeitsmittel paare am anderen Ende des Steuerkolbens 1 (oberhalb austreten kann, ist oberhalb der oberen Nutenpaare 70 der Labyrinthdichtung 13) wirken in genau derselben

Weise wie die oben beschriebenen. Dies ist der Fall, wenn die Bohrung 4 und damit der Ringraum 15 vom hydraulischen Arbeitsmittel her unter Druck steht.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel arbeiten jeweils entweder nur die oberen oder nur die unteren Nutenpaare. An sich ist es ausreichend für einen Steuerkolben mit kleinen oder mittleren Abmessungen, wenn nur die Nutenpaare eines Abschnittes (wie er in Abb. 2 dargestellt ist) wirksam sind. Bei Steuerkolben, Arbeitskolben oder Schiebern großer Abmessungen ist es jedoch vorteilhaft, wenn diese so durchgebildet werden, daß gleichzeitig mehrere solche mit Nutenpaare versehene Abschnitte tätig sind, weil dadurch die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Ausbildung noch wesentlich gesteigert wird.

Im vorliegenden Beispiel wird die Verbindung zwischen Fangnut und Drucknut durch eine Verbindungsnut hergestellt. Diese Verbindungsnut kann aber auch durch eine Bohrung ersetzt werden, die bei bestimmten Ausführungen von Steuerkolben oder Arbeitskolben vorteilhaft sein kann.

Das Ausführungsbeispiel bezog sich auf einen Steuerkolben, dessen Verstellung in axialer Richtung erfolgt. Die Erfindung ist jedoch ohne weiteres auch ebenso nutzbringend für Maschinenteile, die einer drehenden Verstellbewegung unterworfen werden, anwendbar.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Arbeitskolben, Steuerkolben, Schieber od. dgl., der unter dem Einfluß eines Druckmediums, insbesondere eines Mediums hohen Druckes, steht, dadurch gekennzeichnet, daß er auf seiner Oberfläche mit einem System von Ausnehmungen versehen ist, derart, daß er in Verbindung mit dem Druckmedium in eine Art Taumelbewegung versetzt wird.

2. Arbeitskolben od. dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System von Ausnehmungen aus sich jeweils nur über einen Teil des Kolbenumfangs erstreckenden Fangnuten (9 a, 9 b, 9 c), besteht, denen in gleicher Weise angeordnete Drucknuten (11 a, 11b, lic) zugeordnet sind, die durch Verbindungsnuten (10 a, 10 b, 10 c) mit den Fangnuten verbunden sind.

3. Arbeitskolben od. dgl. nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangnuten (9 a, 9 b, 9c) und die Drucknuten (Ha, Hb, lic) jeweils ringförmig Mntereinanderliegen und Fangnuten und Drucknuten zueinander parallel angeordnet sind.

4. Arbeitskolben od. dgl. nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Fangnut und eine Drucknut ein Nutenpaar bilden und die Fangnut jedes Nutenpaares mit der Drucknut des in Umfangs richtung vorangehenden Nutenpaares durch eine Verbindungsnut verbunden ist.

5. Arbeitskolben od. dgl. nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in bezug auf die Strömungsrichtung des Druckmediums die Fangnuten (9a, 9b, 9c) vor den Drucknuten (lic, 11 b, lic) angeordnet sind.

6. Arbeitskolben od. dgl. nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucknuten breiter sind als die Fangnuten.

7. Arbeitskolben od. dgl. nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er in verschiedenen zur Längsachse senkrechten Abschnitten auf seiner Oberfläche mit Nutenpaaren (9α-11α, 9b-llb, 9 c-11 c) versehen ist.

8. Arbeitskolben od. dgl. nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Druckmediums gesehen, den Nutenpaaren eine Labyrinthdichtung (12 bzw. 13) nachgeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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