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Druckmittelbetriebene Kolbenkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine
druckmittelbetriebene Kolbenkraftmaschine zum Antrieb. beliebiger Vorrichtungen,
z. B. einer einfach- oder doppeltwirkenden Saug- oder Druckpumpe, mit einer von
der Stellung des Arbeitskolbens abgeleiteten Umsteuerung des Druckmittels auf die
eine oder andere Seite des Arbeitskolbens.
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Es ist bekannt, den Steuervorgang für die Bewegungsumkehr zu verzögern,
damit Druckmittel im Sinne der vor der Umschaltung in Gang befindlichen Bewegung
so lange zufließen kann, bis die vollständige Umschaltung sichergestellt ist. Hierzu
sind Sprung,-schaltwerke, wie z. B. Pufferfedern, Knichebelschaltungen u. dgl.,
Hilfssteuerkolben mit Servowirkung, Mehrkolbenanordnungen mit Drehschiebern od.
dgl. verwendet worden.
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Als Antrieh für Einkolben- oder Tandempumpen ist die Mehrkolbenausführung
mit Drehschieber ungeeignet, da eine Vielzahl von Kanälen und Ringnuten den Aufbau
kompliziert. Ferner ergeben sich Schwierigkeiten in. der Beherrschung der Abdich.tung.
Derartige Antriebe sind daher teuer und störanfällig.
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Die Erfindung besteht darin., daß als Steuerschieber ein einziger
Flachschieber vorgesehen ist, der parallel zur Achse des Arbeitskolbens durch eine
an sich bekannte Schleppkupplung über eine Schieberantriebsstange vom Arbeitskolben
betätigt wird, während er senkrecht zur Achse des Arbeitskolbens durch einen Hilfskolbenbewegt
wird, so daß der Flachschieber auf einer ebenen Schieberlauffläche eine Bahn in
Form eines Quadrats beschreibt und dabei die Druckmittelzu- und -ableitung zu bzw.
von beiden Seiten des Arbeitskolbens und. des Hilfskolbens steuert.
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Die Verwendung eines Flachschiebers hat außer der guten Bearbeitbarkeit
der Flächen durch Läppen den großen Vorteil, daß Abnutzungen der Lauf- und Dichtfläche
im Gegensatz zum Drehschieber durch eine entsprechende Schieberabstützung nicht
zu Undichtigkeiten führen. Außerdem ermöglicht sie eine übersichliche und raumsparende
Leitungsführung der Druckmittelleitungen.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Bauart können unter den Begriffen:
wenige Teile, mechanisch zwangläufige Schieberführung, Gewähr für Dichtheit auch
nach längerer Betriebsdauer und materialsparende Leitungsführung, zusammengefaßt
werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat der Flachschieber die
Form eines Quadrats und ist in seiner Mitte mit einer quadratischen -,I#,usnehmung
ver-.sehen. Ferner enthält die Schieberlauffläche vier Bohrungen, die in den Ecken
eines Quadrats, welches zu der quadratischen Ausnehmung des Flachschiebers um 45'
verdreht ist, angeordnet sind, und eine fünfte Bohrung in dem Mittelpunkt des Quadrats.
Diese Anordnung gestattet die kinernatisch günstigste Ausnutzung der geradlinigen
Bewegungen des Arbeitskolbens und des senkrecht zu diesem angeordneten Hilfskolbens.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen..
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen Fig. 1 a bis 1 d eine schematische Darstellung einer Maschine
nach der Erfindung in vier Arbeitsstellun7 gen und Fig. 2 bis 4 Längsschnitte durch
drei praktische Ausführungsformen.
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Die Maschine hat einen Arbeitskolben 1 in einem Zylinder
10 und einen Hilfskolben 2 in einem Zylin7 der 13, die so angeordnet
sind, daß ihre Bewegungsrichtungen rechtwinklig zueinander liegen. Zu den Enden
des Zylinders 10 führen Druckmittelleitungen 8a und 9a und zu den Enden des
Zylinders 13 Druckmittelleitungen Ila und 12a. Die Steuerung der Druckmittelzu-
bzw. -abfuhr erfolgt durch einen Steuerschieber 3, der als Flachschieber
ausgebildet ist. Die Steuerbewegung des Flachschiebers erfolgt in einer Bahn längs
der Seiten eines Quadrats, und zwar durch den Arbeitskolben 1 in Richtung
der Achse des Arbeitskolbens und durch den Hilfskolben 2 senkrecht zur Achse des
Arbeitskolbens. Der Flachschieber 3
wird hierbei abwechselnd vorn, Arbeitskolben
1 und vorn Hilfskolben, 2 mitgenommen.
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Zu diesem Zweck ist der Flachschieber 3 mit dem Arbeitskolben
1 durch eine Schleppkupplung verbunden. Der Flachschieber 3 liegt
zwischen zwei Schultern 19 an einer Schieberantriebsstange 17, die
mit einem Teil 16 kleineren Durchmessers in eine Bohrung ragt, die in einem
Ansatz 14 des Arbeitskolbens 1 gebildet ist. Am Ende trägt das Teil
16 einen Kopf 18.
Die Mitnahme des Flachschiebers erfolgt daher erst
gegen das Ende des Hubes des Arbeitskolbens 1. Im Hilfskolben 2 sitzt der
Flachschieber 3 lose in einer
Ausnehmung des Hilfskolbens,
wodurch er bei dessen Hub mitgenommen wird.
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Der Flachschieber 3 verschiebt sich auf einer Schieberlauffläche
6, in der Öffnungen 8, 9, 11, 12 zum Anschluß der Druckmittelzuleitungen
8 a, 9 a, 11 a und 12a und eine das Druckmittel
ins Freie führende öffnung 7 vorgesehen sind. Mit den Öffnungen arbeitet
eine quadratische Ausnehmung 4 im Flachschieber 3
zusammen. Die Öffnungen
8, 9, 11, 12 liegen in den Ecken eines Quadrats, das um 45' zu der quadra,-tischen
Ausnehmung 4 geschwenkt liegt, während die Öffnung 7 im Mittelpunkt -des
Quadrats liegt. Durch den Flachschieber 3 können. die Druckmittelzuleitungen
mit einer Druckmitteleintrittskammer 5 verbunden werden.
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Das Arbeitsspiel der Maschine wird an Hand der Fig. la bis
1 d beschrieben, in der vier aufeinanderfolgende Arbeitsstellungen dargestellt
sind.
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In der Stellung gemäß Fig. la befindet sich der Hilfskolben 2 in seiner
unteren Lage im Zylinder 13.
Auf die linke Seite des Arbeitskolbens
1 wirkt Druckmittel, das von der freigegebenen öffnung8 über die Leitung
Sa zuströmt. Hierdurch wird der Arbeitskolben 1 nach rechts bewegt. Diese
Bewegung des Arbeitskolbens 1 wird auf den Flachschieber 3 erst übertragen,
wenn der Arbeitskolben gegen den Kopf 18
der Schieberantriebsstange
17 anfährt. Dann wird über die freigegebene Öffnung 11 und die Leitung
11 a
Druckmittel auf die Unterseite des Hilfskolbens 2 geleitet. Die
andere Seite des Zylinders 13 ist über die Leitung 12 a, die öffnung 12 und
die Ausnehmung 4 mit der Auslaßöffnung 7 verbunden.
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Es -wird dadurch -die Stellung gemäß Fig. 1 b erreicht, in
der der Hilfskolben 2 in der oberen Stellung ist, wobei der Flachschieber mitgenommen
worden ist, während der Arbeitskolben 1 seine Lage beigehalten hat. In dieser
Stellung wird der Arbeitskolben 1 von rechts mit Druckmittel beaufschlagt,
das über die freigegebene Öffnung 9 und die Leitung 9a zuströmt, während
die andere Seite über die Leitung 8a, die Öffnung 8 und die Ausnehmung 4
zur Öffnung 7 entlastet ist. Die Beaufschlagung des Hilfskolbens 2 bleibt
unverändert.
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Es bewegt sich nun der Arbeitskolben 1 nach links. Gegen Ende
seines Hubes nimmt er über den Kopf 18
der Schieberantriebsstange den Flachschieber
3 mit, wodurch die in Fig. 1 c dargestellte Lage erreicht wird. In
dieser bleibt die Beaufschlagung des Arbeitskolbens 1 unverändert, während
die des Hilfskolbens 2 umgekehrt wird, da die Öffnung 12 zur Druckmittel-,eintrittskammer
5 freigelegt und die Öffnung 11 mit der Öffnung 7 verbunden
werden. Der Hilfskolben 2 bewegt sich nach unten und nimmt den Flachschieber
3
mit, so daß die in Fig. 1 d gezeigte Stellung erreicht wird. Der
Arbeitskolben 1 und der Flachschieber 3 befinden sieh in der linken
Lage, so daß der Arbeitskolben über die Öffnung 8 und die Leitung
8 a beaufschlagt wird, während seine andere Seite entlastet ist.
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Durch die Bewegung des Arbeitskolbens 1 nach rechts- und das
gegen Ende seines Hubes erfolgende Mitnehmen des Flachschiebers 3 wird die
in Fig. 1 a gezeigte Anfangslage wieder erreicht.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten praktischen Ausführungsform läuft
der Arbeitskolben 1 in einem senkrechten Zylinder 20, auf dessen oberen Ende
ein zylindrischer Deckel 21 aufgesetzt ist, der in einer Ringnut 23 eine
Ringnut 22 trägt. Der Deckel 21 hat im oberen Teil eine Querbohrung 24
- zur Aufnahme des Hilfsholbens 2, die an beiden Seiten durch Stopfen 21a
abgedichtet verschlossen ist. Der Flachschieber 3 ist mit dem Arbeitskolben
1 über eine Schleppkupplung 15 bis 19 verbunden, die entsprechend
der schematischen Darstellung in Fig. 1 a bis 1 d ausgebildet ist.
Der Ansatz 14 des Arbeitskolbens dient dem Anschluß der angetriebenen Maschine und
ist mit dein Arbeitskolben 1 mittels einer Buchse 25 mit Flansch
26 und einer Gegenmutter 27 verschraubt.
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Am Kopf des Deckels 21 befindet sich ein Ansatz 28 mit einer Ausnehmung
für einen Stopfen 29, der einen nach oben gerichteten Flansch 30 hat
und in einer Gewindebohrung 31 eine Anschlußleitung zu einer nicht gezeichneten
Druckmittelquelle aufnimmt. Der Stopfen 29 ist gegen den Ansatz
28 durch eine Ringdichtung 32 abgedichtet. Gegen eine Schulter
34 der Ausnehmung des Ansatzes 28 stützt sich ein Filter 33 ab. Der
Deckel 21 enthält eine axiale Bohrung, die eine Verlagerung der Schieberantriebsstange
gestattet.
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Der untere Teil 35 dieser Bohrung hat großen Durchmesser, während
der obere Teil 36 kleineren Durchmessers, der eine Schulter 37 enthält,
durch die Querbohrung 24 tretend bis zur Schulter 34 reicht. In dem Bohrungsteil
36 ist eine Buchse 39 durch eine Ringdichtung 38 abgedichtet
gelagert, die gegen die Schulter 37 anliegt -und der Führung der Schieberantriebsstange
17 dient. In einem Ringraum 41 der Buchse 39 ist eine Schraubenfeder
42 vorgesehen, die sich an der Buchse abstützt und gegen die untere Schulter
19 der Schieberantriebsstange 17 drückt, die außerdem gegen die innen
neben dem Ringraum 41 liegende Nabe der Buchse anliegt. Die Feder 42 sichert ein
einwandfreies Arbeiten trotz des Druckunterschiedes, der unter bestimmten Bedingungen
zwischen der oberen Kammer und dem oberen Teil des Zvlinders 20 entstehen kann.
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Die Feder 42 hält den Flachschieber 3 normalerweise in seiner
oberen Lage (vgl. Stellung gemäß Fig. 1 b), in der die Öffnung
9 der Schieberlauffläche 6
freigegeben ist, so daß das Druckmittel
über die Leitung 9 a zu einer Ausnehmung 9 b des Deckels 21
gelangt. Diese steht mit dem Zylinder 20 über Öffnungen 9 c in einem
Ri n«g 9 d in Verbindung, der durch einen Spreizring 9 o am Deckel
24 gehalten ist. Das Druckmittel beaufschlagt also die obere Fläche des Arbeitskolbens
1. Die untere Fläche dieses Kolbens ist entlastet. Die Leitu ng
8 a führt zu einem Ringraum 8 b
zwischen dem Zylinder 20 und
einem Gehäuse 49, der über Kanäle 8 c in einem unteren Gehäusedeckel 43 mit
dein unteren Teil des Zylinders 2#O verbunden ist.
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Der Gehäusedeckel 43 hat innen eine Ausnehmung, die mit Abstand die
Gegenmutter 27 aufnimmt. Ferner hat er eine'axiale Bohrung 45 zur Führung
des Ansatzes 14 des Arbeitskolbens 1. An der Unterfläche ist ferner eine
Nabe 46 vorgesehen, in die eine zylindrische Buchse 47 eingeschraubt ist, die eine
Dichtung 48 festhält. Das Gehäuse 49 hat am oberen Teil 50
Löcher
51, die ins Freie führen Auf das Gehäuse 49 ist unten eine Schraubkappe
52 aufgesetzt, die das Ganze zusammenhält.
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Die Öffnung 11 und die Leitung 11 a befinden sich im
linken Teil der Querbohrung 24 und die Öffnung -12 und die Leitung 12a in deren
rechten Teil.
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Bei dieser Bauform sind alle Teile in dem glockenförrnigen Gehäuse
unt ergebracht und werden durch eine einzige Schraube zusammengehalten, wobei füt
alle Dichtungen elastische Ringdichtungen verwend& werden können.
| Bibi d6r Atisfühiungsform nach Fig. 3 ist
'AM |
| Schieberantriebsstange 17 nach oben verlängert, *h'M |
daß das Druckmittel auf sie keine Kraft ausüben kann. Sie endet
in einer mit der Außenluft verbundenen Bohrung 54 einer Buchse
55, die durch
eine Ringdichtung
56 abgedichtet im Deckel sitzt.
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Die Druckmittelzufuhr erfolgt hier über den unteren Teil des Gehäuses
49. Der Gehäusedeckel 52 hat eine Eintrittsöffnung 58 zu einem Ringkanal
59, der zwischen dem Gehäuse 49 und einem darin sitzenden Zylinder
60 gebildet ist. Ein zweiter Ringkanal 61 befindet sich zwischen dem
Zylinder 60 und dem in diesem liegenden Zylinder 20 für den Arbeitskolben
1
und führt auf dessen Unterseite. Die erforderlichen Dichtungen sind als
Ringdichtungen ausgebildet. Der Hilfskolben 2 und. der Flachschieber 3 liegen
im Bereich der Querbohrung 24 des Deckels 21.
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Wenn auch der Zugang zum Inneren durch die auf das Gehäuse 49 aufgesetzte
Schraub-kappe 52 möglich ist, so wird das Gerät durch die Sicherung
62 doch so weit plombiert, daß ein Zugang zu den Hauptteilen nicht ohne weiteres
möglich ist "
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 hat der Dekkel 21 seitlich
eine Eintrittsöffnung 63, die durch einen Stopfen 64 verschlossen ist. Der
Stopfen 64 hat ein Gewindeloch zum Anschluß der Druckmittelzuleitung, die durch
ein etwas größeres Loch 65 im Gehäuse 49 tritt. Die Eintrittsöffnung
63 wird von einer senkrechten Bohrung im Deckel 21 gekreuzt, in der beiderseits
des Flachschiebers 3 Buchsen 66, 67 mit axialen Bohrungen
68 bzw. 69 sitzen. Die Bohrung 69 ist durch eine Kappe
70, die über den Kopf des Deckels 21 durch eine Ringdichtung 71 abgedichtet
greift, von der Außenluft abgeschlossen.
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Die Bohrung 69 steht mit der Druckmittelzuführungsleitung ga
in Verbindung, während. der Zylinder 20 über einen Kanal 72 mit einem Raum
73 Verbindung hat, der zwischen dem Kopf des Deckels 21 und der Kappe
70 liegt. Am oberen. Rand der Buchse 67
sorgen Durchbrüche 74 für die
Verbindung des Raumes 73 mit der Bohrung 69. Die Buchseil
66 und 67 ergeben eine sehr genaue Führung der Schieberantriebsstange
17. Da die untere Fläche 17 a und die obere Stirnflächee
17b gleichem Druck ausgesetzt sind, ergibt sich eine erwunschte Druckentlastung.
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Wie bei der Ausführungsforrn nach Fig. 2 gezeigt, gelangt das Druckmittel
über die Leitung 8 a und den Ringraum 8 b, der zwischen dem Gehäuse
49 und dem Zylinder 20 liegt, zur Unterseite des Arbeitskolbens 1.