DE1151157B

DE1151157B - Control devices for the pressure oil fields for piston relief in axial piston drives

Info

Publication number: DE1151157B
Application number: DET15293A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Thoma
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-06-20
Filing date: 1958-06-20
Publication date: 1963-07-04
Also published as: CH390649A

Description

Steuereinrichtungen für die Druckölfelder zur Kolbenentlastung bei Axialkolbengetrieben Die Erfindung bezieht sich auf Steuereinrichtungen für die Druckölfelder, die der Entlastung der Kolben von Axialkolbengetrieben dienen. Bei Axialkolbengetrieben, bei welchen die Kolben an ihrem äußeren Ende fest verbunden eine Kugel tragen, die von einer Kugeischale umfaßt wird, welche ihrerseits wieder mit einem Gleitschuh zusammenhängt# ist es besonders wichtig, die an sich bei einem innerhalb des Kolbens liegenden Kugelgelenk bekannte Entlastung der Kolbengleitflächen von dem mit dhi Drehmomentbildung zusammenhängenden Seitendruck auszuführen. Denn bei der vorgenannten bekannten Kolbenbauart mit im Kolben liegendem Kugelgelenk, bei welcher die Kugel mit dem Gleitschuh fest verbunden ist und andererseits die Kugelschale innerhalb des Kolbens selbst angebracht ist, liegt der Angriffspunkt dieser Seitenkräfte demgemäß noch innerhalb der tragenden oder wenigstens tragfahigen Kolbengleitfläche, wahrend dagegen bei außen am Kolben angebrachter, mit diesem fest zusammenhängender Kugel, welche die Ausführung eines großen, über den Kolbendurchmesser hinausgehenden Kugelgelenkes gestattet, diese Resultierende stets außerhalb der Kölbengleitbahn. verläuft. Bei dieser demgemäß für hohen Betriebsdruck in Anbetracht der größeren Ausführung des Kugelgelenks besonders geeigneten Bauart ist daher die Beanspruchung der Kolbengleitflächen sowie der Gleitbahn an den Zylindern verhältnismäßig groß, so daß die Anbringung einer öldruckentlastung, die in bekannter Weise von der Neigung des Gleitschuhes gesteuert wird, hier besonders wünschenswert ist bzw. bei Hochdruckbetrieb und hohen Drehzahlen auch durchaus notwendig ist. In der bei innen im Kolben liegendem Kugelgelenk bekannten Weise lassen sich jedoch die Kanäle, welche die Steuerung der Öldruckfelder mittels der Neigung des Gleitschuhes bewerkstelligen, bei dieser für Hochdruckbetrieb geeigneten Ausführung nicht herstellen, weil die außen am Kolben angebrachte Kugel zur Durchführung der Entlastung der Gleitflächen die Anordnung sehr langer Kanäle zwischen der Gelenkkugel und den von dieser verhältnismäßig sehr viel weiter entfernten Gleitflächen des Kolbens verlangL Ferner wird nun die Anbringung der erforderlichen Verbindungskanäle zwischen Kugelgelenk, Gleitflächen und den zu entlastendL-n, Gleitflächen des Kolbens in der Regel wenigstens noch dadurch erschwert, daß die Kugel mit dem Kolben mit einer Verjüngung, die man meist Kugelhals nennt und die in ihrem Außendurchmesser erheblich unter dem Außendurchmesser des Kolbens zu liegen pflegt, zusammenhängt, wenn man das Kugelgelenk in zweckmäßiger Weise, insbesondere auch für die Ausführung von- Rückzugkräften an dem Kolben ausbilden will. Hiermit wird der verfügbare Raum für die Unterbringung der Kanäle so weit eingeengt, daß mit den üblichen Hilfsmiteln, etwa Einbohren von entsprechenden, hauptsächlich axial gerichteten Bohrungen in den Kugelhab, diese Aufgabe praktisch nicht gelöst werden kann. Besonders wenn die erwähnte, Rückzugseinrichtung angebracht werden soll, muß der Durchmesser des Kugelhalses wesentlich kleiner sein als derjenige der Kugel selbst, welche bei dieser Ge>-triebebauart aus räumlichen Gründen in der Regel nicht größer, sondern oft sogar kleiner als der Kolbendurchmesser ausgeführt werden muß, so daß der erwähnte Kugelhals in der Regel etwa nur zwei Drittel bis zur Hälfte des Kolbendurchmessers als kleinsten Durchmesser besitzt. Dazu ist noch festzustellen, daß dieser Kugelhals erheblichen mechanischen Beanspruchungen, und zwar auch Biegungsbeanspruchungen wenigstens beim Hochdruckbetrieb, woselbst die Kolbengleitflächenentlastung wichtig ist ausgesetzt ist, so daß die gesamte Anordnung der Steuerkanäle einschließlich des druckölzuffihrenden Hauptkanals, welcher auch noch den Gleitschuh mit Drucköl zu versorgen hat, eng um die Mittelachse des Kolbens und des Kugelhalses zusammengedrängt ausgeführt werden muß. Bohrungen oder Kanäle, welche sich dem Außenumfang des Kugelhalses nähern, würden an dieser Stelle gefährliche Spannungskonzentrationen in dem Material des Kugelhalses bedingen, so daß sie unbedingt in das weniger hoch beanspruchte Material nahe der Kolben- oder Kugelhalsachse verlegt werden müssen. Die Kanäle mit Hilfe von Bohrmaschinen in dieser Weise eng zusammengedrängt an der Kolbenachse herzustellen, ist aber, zumal bei den meist nicht sehr großen Werkstücken, um welche es sich hier handelt, ein schwieriger und insbesondere für die Serienherstellung durchaus ungeeigneter Prozeß,. Solche engen und langen Bohrungen auch noch mit glatten Wandungen auszuführen, bereitet noch besondere Schwierigkeiten, und dies ist doch zweifellos nötig, um Spannungskonzentrationen an der Wand dieser Bohrungen und von diesen ausgehende Ermüdungsbräche zu vermeiden, was auch dann noch wichtig ist, wenn die Kanäle in der inneren Hälfte des Kugelhalses liegen.Control devices for the pressure oil fields for piston relief in axial piston drives The invention relates to control devices for the pressure oil fields, which are used to relieve the pistons of axial piston drives. In Axialkolbengetrieben in which the piston is at its outer end fixedly carrying a ball which is comprised of a Kugeischale point associated in turn with a slide shoe #, it is particularly important to known per se with a lying within the piston ball joint discharge of the Execute piston sliding surfaces from the side pressure associated with the torque generation. Because in the aforementioned known piston design with a ball joint located in the piston, in which the ball is firmly connected to the sliding shoe and on the other hand the ball socket is attached within the piston itself, the point of application of these side forces is accordingly still within the load-bearing or at least load-bearing piston sliding surface, while on the other hand If the ball is attached to the outside of the piston and is firmly connected to it, which allows the execution of a large ball joint that extends beyond the piston diameter, this resultant is always outside the piston slide. runs. In this design, which is particularly suitable for high operating pressure in view of the larger design of the ball joint, the stress on the piston sliding surfaces and the slide on the cylinders is relatively high, so that the attachment of an oil pressure relief, which is controlled in a known manner by the inclination of the slide shoe, is particularly desirable here or is absolutely necessary for high pressure operation and high speeds. In the manner known with the ball joint located inside the piston, however, the channels that manage the control of the oil pressure fields by means of the inclination of the sliding shoe cannot be produced in this version suitable for high pressure operation, because the ball attached to the outside of the piston to relieve the sliding surfaces The arrangement of very long channels between the joint ball and the sliding surfaces of the piston, which are relatively much further away from it, also makes it more difficult to attach the necessary connecting channels between the ball joint, sliding surfaces and the sliding surfaces of the piston to be relieved that the ball is connected to the piston with a taper, which is usually called the ball neck and the outside diameter of which tends to be considerably less than the outside diameter of the piston, if the ball joint is used in an expedient manner, especially for the execution of Rüc wants to develop tractive forces on the piston. In this way, the available space for accommodating the channels is narrowed down to such an extent that this task cannot practically be achieved with the usual aids, such as drilling corresponding, mainly axially directed bores into the Kugelhab. Especially when the mentioned retraction device is to be attached, the diameter of the ball neck must be significantly smaller than that of the ball itself, which for spatial reasons usually does not have to be larger, but often even smaller than the piston diameter for this type of gear unit so that the mentioned ball neck usually has only about two thirds to half of the piston diameter as the smallest diameter. It should also be noted that this ball neck is subject to considerable mechanical stresses, including bending stresses at least during high-pressure operation, where the piston sliding surface relief is important, so that the entire arrangement of the control channels including the main channel that supplies pressure oil, which also has to supply the sliding shoe with pressure oil , must be carried out tightly packed around the central axis of the piston and the ball neck. Bores or channels which approach the outer circumference of the ball neck would cause dangerous stress concentrations in the material of the ball neck at this point, so that they must be relocated to the less highly stressed material near the piston or ball neck axis. Producing the channels with the help of drilling machines in this way tightly packed together on the piston axis is, however, a difficult process, especially unsuitable for series production, especially with the mostly not very large workpieces that are involved here. Carrying out such narrow and long bores with smooth walls also poses particular difficulties, and this is undoubtedly necessary in order to avoid stress concentrations on the wall of these bores and fatigue fractures emanating from them, which is also important when the channels are in the inner half of the ball neck.

Die gestellte Aufgabe besteht darin, die erwähnten Nachteile zu vermeiden.The task at hand is to avoid the disadvantages mentioned.

Erfindungsgemäß wird nun eine einfache Ausführbarkeit dieser Kanäle unter Vermeidung aller schädlichen Spannungskenzentrationen in dem Kugelhals dadurch erzielt, daß eine genau oder annähernd konzentrisch zur Kolbenachse zentrale und leicht mit glatten Wandungen herzustellende Bohrung ausgefährt wird, welche in, der Regel weniger als die Hälfte des Kugelhalsdurchrnessers erfordert und die dabei leicht mit glatter Wandung und dementsprechend ohne Spannungskonzentrationen zu verursachen durch den Kugelhals hindurchgeführt worden kann.According to the invention, these channels can now be implemented in a simple manner thereby avoiding all harmful stress concentrations in the ball neck achieved that an exactly or approximately concentric to the piston axis and central A hole that is easy to produce with smooth walls is carried out, which in, usually requires less than half of the ball neck diameter and that is the case easily with smooth walls and accordingly without stress concentrations cause can be passed through the ball neck.

Eine, einzige zentrale Bohrung, deren Durchmesser beispielsweise trotz leichter Bearbeitbarkeit etwa in der Größe von der Hälfte bis ein Drittel des Kugelhalsdurchmessers gewählt werden kann, schwächt die Festigkeit dieses Halses einerseits nur in unbedeutendem Maße. Andererseits kann sie aber mit bekannten Hilfsmitteln nicht nur sehr einfach und billig, sondern auch außerordentlich glatt hergestellt werden, wie dies aus den oben angegebenen Gründen notwendig ist. Durch bekannte Maßnahmen läßt sich eine derartige nicht zu kleine Behrung auch noch mit besonders verdichteter Oberfläche, z. B. durch Rollen, herstellen.One, single central hole, the diameter of which, for example, despite Easier machinability approximately in the size of half to a third of the diameter of the ball neck can be chosen, on the one hand weakens the strength of this neck only insignificantly Dimensions. On the other hand, it is not only very easy to do with known tools and cheap but also extraordinarily smooth as this can be made from is necessary for the reasons given above. Known measures can be a such a not too small boring also with a particularly compacted surface, z. B. by rolling.

Es wird nun in äußerst einfacher Weise die Anlage des Kanalsystems für die Entlastungsfelder in der Weise durchgeführt, daß in die vorerwähnt-- glatte zentrale Bohrung des Kugelhalses ein genau passender Stift eingeführt oder eingepreßt wird, welcher an seinem Außenumfang mit Kannelierungen versehen ist die zur Verbindung der Druckölfelder mit den an den Gleitflächen der Gelenkkugel anzuordnenden Steuereinrichtungen dienen. Die aus den oben angegebzned mechanischen Grunden notige glatte Ausführung del> Wände dieser zentralen Bohrung gewährleistet gleichzeitig die öldichtigkeit der durch die Kannelierung des Stiftes gebildeten öldruckkanäle. Außerdem enthält dieser Stift noch in der Regel in seiner Längsachse einen -einzigen eingebohrten Kanal, welcher der Zuführung des Hochdrucköls für die Gleitschulischmierung und Entlastung dient, ebenso -auch für die Zuführung des Hochdrucköls, welches durch die Steuereinrichtungen zu den Entlastungsfeldem zurückgespeist wird.The installation of the sewer system is now extremely simple for the relief fields carried out in such a way that in the aforementioned - smooth central bore of the ball neck an exactly fitting pin inserted or pressed which is provided with fluting on its outer circumference for connection the pressure oil fields with the control devices to be arranged on the sliding surfaces of the joint ball to serve. The smooth execution necessary for the mechanical reasons given above The walls of this central bore guarantee at the same time the oil-tightness the oil pressure channels formed by the fluting of the pin. Also contains this pin usually has a single drilled hole in its longitudinal axis Channel, which the supply of high pressure oil for the sliding school lubrication and Relief serves, as well as for the supply of the high pressure oil, which through the control devices are fed back to the relief fields.

An Stelle, an dem Außenumfang des Stiftes, Kannelierungen zur Bildung der Kanalverbindungen vorzusehen, kann man solche natürlich auch in das Innere -der erwähnten zentralen Bohrung einziehen, da auch dann mit bekannten Hilfsmitteln, dessen Oberfläche glatt oder durch die Bearbeitung sogar verdichtet und verbessert ausgeführt werden kann. Instead of providing fluting on the outer circumference of the pin to form the channel connections, these can of course also be drawn into the interior of the central hole mentioned, since then with known tools, the surface is smooth or even compressed and improved by machining can be.

In Abb. 1 ist beispielsweise eine derartige Kolbengetriebeeinheit dargestellt, welche sowohl als ölpumpe als auch als Ölmotor arbeiten kann, mit ihrem Kolben 1 und dem dazugehörigen Zylindertrommelteil 2 sowie den Steueröffnungen 3 und deT Steuerfläche bei 4. Die Einzelheiten der Bauweise dieses Getriebes sind für die Erfindung unwesentlich. Wesentlich ist die konstruktive Ausbildung der hy- draulischen Steuerung der an sich bekannten Entlastungsfelder in der Kolbenoberfläche. Diese geschieht unter Vermittlung der zentralen Bohrung 5 des Kolbens, in welche ein Stift 8 dicht schließend eingepreßt oder eingesetzt'ist, dessen Oberfläche mit einer Kannelierung 18 oder mit einem System schraubenartig gewundener ölkanäle ausgestattet ist.In Fig. 1 , for example, such a piston gear unit is shown, which can work both as an oil pump and as an oil motor, with its piston 1 and the associated cylinder drum part 2 as well as the control openings 3 and the control surface at 4. The details of the construction of this transmission are for the Invention insignificant. The structural design of the hydraulic control of the known relief fields in the piston surface is essential. This takes place through the intermediary of the central bore 5 of the piston, into which a pin 8 is pressed or inserted with a tight fit, the surface of which is equipped with a fluting 18 or with a system of helically wound oil channels.

In Abb. 2 ist der in den, Kolben eingepreßte Stift 8 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Er enthält eine, Längsdurchbohrung 9, und in diese kann D.ruckbl aus dem Raum 10 eintreten (vgl. auch die Abb. 4). Damit keine störenden Fremdkörper etwa die feinen ölkanäle verstopfen können, erfolgt die ölzufuhr zu dem Hochdrucköl führenden Raum 10 über eine oder mehrere Querbährungen 11 und eine Ringnut 12, wodurch in bekannter Weise der Fremdkörpereintritt verwehrt wird, jedoch genügend öl zur Verfügung steht, insbesondere wenn man etwa die Kolbenoberfläche neben dieser Ringnut bei 12 etwas kleiner als den sonstigen Kolben in ihrem Durchmesser ausführt oder mit Abflachungen oder feinen Nuten versieht. Das durch die Bohnmg 9 strömende Drucköl wird nun der Oberfläche der Kugel 7 zugefährt, wobei der eingepreßte Stift 8 zusammen mit der Kugel 7 fertiggeschliffen wird, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Vertiefung für den Körner einer Werkzeugmaschme, jedoch so, daß die ölkanäle noch nicht in ständiger Verbindung mit der Drackölzufuhrbohrung 9 stehen, wenn die, Hohlkugelfläche in dem Schuh 13 sie bedeckt. In dem Schuh 13 wird zweckmäßig eine kleine Aussparung 14 mit scharfen oder gerundeten Kanten vorgesehen, welche kleiner als der Stift 8 abzüglich seiner Kannelierungen im Durchmesser hergestellt wird, so daß bei Mittellage des Schuhes 13 die DmcköL-ufahr zu den Kanälen geschlossen oder wenigstens zweckmäßigerweiw etwas gedrosselt wird.In Fig. 2, the pin 8 pressed into the piston is shown on an enlarged scale. It contains a longitudinal through-hole 9, into which D.ruckbl can enter from space 10 (see also Fig. 4). So that no disruptive foreign bodies can clog the fine oil channels, for example, the oil is supplied to the space 10 leading to high pressure oil via one or more transverse currents 11 and an annular groove 12, whereby the entry of foreign bodies is prevented in a known manner, but sufficient oil is available, especially if one for example, the piston surface next to this ring groove at 12 is somewhat smaller in diameter than the other pistons or provided with flattened areas or fine grooves. The pressure oil flowing through the Bohnmg 9 is now fed to the surface of the ball 7 , the pressed-in pin 8 being finish-ground together with the ball 7 , possibly taking into account a recess for the grain of a machine tool, but in such a way that the oil channels are not yet in constant Are in communication with the Drackölzufuhrbohrung 9 when the hollow spherical surface in the shoe 13 covers it. In the shoe 13 a small recess 14 with sharp or rounded edges is expediently provided, which is made smaller in diameter than the pin 8 minus its fluting, so that when the shoe 13 is in the middle position the pressure oil-ufahr to the channels is closed or at least more useful is throttled.

Wird nun der Schuh 13, wie in Abb. 1 gezeigt, nach links geneigt, so läßt sich offenbar erreichen, daß nur die linksseiten Kannelierungen am oberen Ende des Stiftes 8 mit Drucköl versorgt werden, die übrigen dagegen verschlossen sind. Die schraubenförrnigen Kannelierungen werden nun entweder als Rechts- oder Linksgewinde, so ausgeführt, daß sie auf der Entfernung zwischen dem äußeren Kugelende bis zu den ersten Druckölzuführungen bei 15 eine Vordrillung von rund 180' ergeben. Hierdurch wird es möglich, daß Drucköl bei dieser Neigung des Schuhes gerade zu den Verteilungsnuten 151 gelangt, und zum anderen Teil der Kolbenoberfläche, an dem die höchste Flächenanpressung durch die Drehmomentübertragung eintritt. Durch die, dargestellten Verteilungsnuten 151 (vgl. Abb. 3) kommt dann das Druckölfeld so weit, daß bei weitmöglichst aus dem Zylinder herausgezogenem Kolben etwa diese Verteilungsnuten schon zu nahe an die Endbegrenzung der Zylinderlaufbahn kommen. Damit ist die selbsttätige Steuerung der Druckölfelder entsprechend der jeweiligen Lage der Anpreßkräfte am äußeren Kolbenende. geklärt.If the shoe 13 is now inclined to the left, as shown in Fig. 1 , it can evidently be achieved that only the flutes on the left side at the upper end of the pin 8 are supplied with pressure oil, while the rest are closed. The screw-shaped fluting are now either right-hand or left-hand thread, in such a way that they result in a pre-twist of around 180 ' on the distance between the outer end of the ball and the first pressurized oil supply lines at 15 . This makes it possible for pressurized oil to reach the distribution grooves 151 and the other part of the piston surface where the highest surface pressure occurs due to the torque transmission when the shoe is inclined. Through the distribution grooves 151 shown (see Fig. 3) the pressure oil field then comes so far that when the piston is pulled out of the cylinder as far as possible, these distribution grooves come too close to the end delimitation of the cylinder liner. This means that the pressure oil fields are automatically controlled in accordance with the respective position of the contact forces on the outer piston end. clarified.

Es ist nun richtig, daß eine, wenn auch wesent-Ech schwächere Anpressung auch am inneren Kolb--nende zu gewärtigen ist, allerdings hegt diese an dem linken Teil der Oberfläche des Kolbens, wenn der Schuh 13 so, wie in Abb. 1 dargestellt, geneigt ist. Die Hinübertransportierung des Druckölzuflusses zu den Entlastungslöchern 16, die dieses innere Kolbenende versorgen, geschieht einfach dadurch, daß man etwa mit derselben Schraubensteigung den Druckölstrom jeder einzelnen Kannelierung nochmals um 180' verdreht, wobei hierfür entweder besondere Kannelierungen oder aber die gleichen in Verlängerung vorgesehen werden können, wenn man durch die Längenerstreckung der Nuten zwischen den Bohrungen 15 und 16 für eine genügende Drosselung sorgt bzw. die Nuten oder Kannelierungen hier besonders klein ausfährt.It is now correct that pressure, albeit significantly weaker, is also to be expected on the inner end of the piston, but this is on the left part of the surface of the piston when the shoe 13 is as shown in Fig. 1 , is inclined. The transfer of the pressure oil inflow to the relief holes 16, which supply this inner piston end, is done simply by turning the pressure oil flow of each individual fluting again by 180 ' with approximately the same screw pitch, whereby either special fluting or the same in extension can be provided for this if the length of the grooves between the bores 15 and 16 ensures sufficient throttling or the grooves or fluting are made particularly small here.

In den meisten Fällen wird man jedoch hierauf verzichten können, da die Anpreßkräfte am inneren Kolbenende viel geringer sind. Man kann dann den Stift 8 beinahe auf seine Hälfte verkürzen, etwa so, daß sein Kopf 17 schon in der Nähe der Bohrungen 15 liegt, womit sich die Herstellung vereinfacht, da man bis zu dieser Stelle den Druckölzuführungsraum mit entsprechend größerem Durchmesser verlängern kann und nur einen entsprechend kurzen Drossel-und Umleitungsstift mit den Kannelierungen auszuführen hat. In most cases, however , you will be able to do without this, since the pressing forces on the inner piston end are much lower. You can then shorten the pin 8 almost to its half, such that its head 17 is already in the vicinity of the bores 15 , which simplifies the production, since you can extend the pressure oil supply space with a correspondingly larger diameter up to this point and only a correspondingly short throttle and diversion pin has to be implemented with the fluting.

Die Einzelheiten sind für die Erfindung nicht wesentlich. Beispielsweise kann man auch die Kannelierung bis in die Nähe des Kopfes 17 durchziehen, unter Ausnutzung der hier ohnedies erforderlichen Eindrehung, und dann durch einen passend deformierten Dichtungsring dafür sorgen, daß an dieser Stelle nicht etwa ein Kurzschluß eintritt.The details are not essential to the invention. For example, the fluting can also be pulled through to the vicinity of the head 17 , taking advantage of the screwing required here anyway, and then using a suitably deformed sealing ring to ensure that a short circuit does not occur at this point.

An Stelle. des kanneherten Stiftes und einer glatten Bohrung im Kolbeninnem kann auch ein glatter Stift benutzt werden und zusammenwirken mit schraubenartig in das Kolbeninnere eingezogenen Nuten, was insbesondere bei größeren Ausführungen möglich ist.Instead of. the pin and a smooth bore inside the piston A smooth pin can also be used and cooperate with screw-like Grooves drawn into the interior of the piston, which is particularly important for larger versions is possible.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Control devices for the pressurized oil fields on the surface of the piston of a hydraulic axial piston transmission with cylinders arranged exactly or with a certain approximation parallel to the axis of rotation of the cylinder block, in which pistons work, which in turn, at their outer end firmly connected to the piston, a ball wear, which is surrounded on the outside by a spherical shell, which in turn is connected to a sliding shoe and in which the inclination of this sliding shoe is used to control the pressure oil fields. characterized in that the channels controlling the oil pressure are arranged in or on the surface of a bore bored into the piston along the longitudinal axis and penetrating the ball neck arranged between the ball and the piston end and into which a pin is inserted in an oil-tight manner.

2. Control device according spoke 1, characterized in that the pressure oil supply goes in a known manner via an annular groove on the inner piston end. Considered pamphlets-. German Patent No. 970562; USA. Pat. No. 1,274,391.