DE1230274B

DE1230274B - Device for guiding hydraulically loaded pistons

Info

Publication number: DE1230274B
Application number: DEM41383A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Otto Muehlhaeuser
Original assignee: OTTO MUEHLHAEUSER DIPL ING
Current assignee: OTTO MUEHLHAEUSER DIPL ING
Priority date: 1959-04-30
Filing date: 1959-04-30
Publication date: 1966-12-08

Description

Einrichtung zur Führung hydraulisch beaufschlagter Kolben Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur hydraulischen Führung von Kolben und Zylin# dem bzw. zur hydraulischen Lagerung von Wellen oder ebenen Platten für Meßgeräte und Steuerungen mit gfinger oder ohne Relativbewegung zwischen den beiden den Spalt bildenden Teilen der Führung bzw. Lagerung, 'bei der ein flüssiges oder gasförmiges Medium in den Spalt zwischen Kolben und Zylinder oder die gegeneinander gelagerten Teile gepreßt wird.Device for guiding hydraulically loaded pistons The invention refers to a device for the hydraulic guidance of piston and cylinder # or for the hydraulic mounting of shafts or flat plates for measuring devices and controls with gfinger or without relative movement between the two the gap forming parts of the leadership or storage, 'in which a liquid or gaseous Medium into the gap between the piston and cylinder or the mutually supported Parts is pressed.

Bei Meß- und Regelgeräten, insbesondere bei solchen, bei denen eine Kraft eine Verschiebung verursachen soll, ist es zum Erreichen einer höchstmögliehen Genauigkeit erforderlich, die Reibung zwischen Teilen solcher Geräte, die kleine und kleinste Bewegungen gegeneinander auszuführen haben, auf ein Minimum zu reduzieren. Bekanntlich läßt sich eine solche Reibung praktisch dann so gut wie völlig ausschalten, wenn sich zwischen den beiden Fuhrungsteilen ein gasförmiges oder flüssiges Medium befindet, da die Gas- oder Flüssigkeitsreibung unmittelbar der Verschiebegeschwindigkeit der Teile gegeneinander proportional ist.In measuring and control devices, especially those where a If force is to cause a shift, it is to achieve the highest possible Accuracy required the friction between parts of such devices that are small and have to perform the smallest movements against each other to a minimum. As is well known, such friction can practically be eliminated completely, if there is a gaseous or liquid medium between the two guide parts located because the gas or liquid friction is directly related to the displacement speed of the parts is proportional to each other.

Kolben von Steuerungen und Meßgeräten haben meist einen kreisrunden Querschnitt, manchmal aber auch von der Kreisform abweichende Umrißflächen und sind naturgemäß in einer ebenso ausgebildeten Zylinderbüchse geführt. In jedem Fall wird dabei dafür gesorgt, daß zwischen dem Kolben und der Büchse ein paralleler Spalt von einer bestimmten gewollten Dicke verbleibt. Wenn ein solcher Kolben von einer Seite durch hydraulischen Druck beaufschlagt wird, so strömt dann durch diesen Spalt Flüssigkeit in Richtung des Druckgefälles. Es ist bekannt, daß die Lagerung emies solchen hydraulisch beaufschlagten Kolbens und seiner Führung keineswegs stabil ist, sondem daß bei einer sehr kleinen außermittigen Verlagerung des Kolbens Kräfte entstehen, die bestrebt sind, die Exzentrizität des Kolbens zu vergrößern und diesen fest an die Zylinderwand anzudrücken. Es sind verschiedene Maßnahmen zur Behebung dieses Mangels bekannt. Teilweise sind diese Maßnahmen erfolgreich gewesen, jedoch technisch aufwendig und mit gewissen betrieblichen Mängeln behaftet. So zeigt z. B, eine bekannte Stützquellenlagerung hydraulischer Führungen (deutsche Patentschrift 730 546) zwar sehr gute Führtingseigenschaften, deren Funktion jedoch durch Verstopfen der dort notwendigen sehr engen Drosseln im Betrieb gefährdet werden kann.Pistons of controls and measuring devices usually have a circular cross-section, but sometimes also contour areas deviating from the circular shape and are naturally guided in a cylinder liner of the same design. In any case, it is ensured that a parallel gap of a certain desired thickness remains between the piston and the sleeve. When such a piston is acted upon by hydraulic pressure from one side, liquid then flows through this gap in the direction of the pressure gradient. It is known that the bearing of such a hydraulically acted upon piston and its guidance is by no means stable, special that with a very small off-center displacement of the piston forces arise which tend to increase the eccentricity of the piston and to press it firmly against the cylinder wall. Various measures are known to remedy this deficiency. Some of these measures were successful, but technically complex and afflicted with certain operational deficiencies. So shows z. B, a known support source storage of hydraulic guides (German patent 730 546) has very good guide properties, but its function can be jeopardized during operation by clogging of the very narrow throttles required there.

Andere bekannte Ausführungen betreffen hydraulisch geführte Kolben, bei denen eine Herabsetzung der Bewegungsreibung zwischen Kolben und Zylinderwand angestrebt wird. Dazu sind am Umfang der Kolben Kammern angebracht, die über Drosselkanäle mit der Druckseite des Kolbens in Verbindung stehen, wobei das Abströmen des von der Drossel zugeführten öles durch den Spalt zwischen Kolben und Zylinder erfolgt.Other known designs relate to hydraulically guided pistons, in which a reduction in the kinetic friction between the piston and the cylinder wall is strived for. For this purpose, chambers are attached to the circumference of the piston, which have throttle channels are in communication with the pressure side of the piston, the outflow of the from The oil fed to the throttle takes place through the gap between the piston and cylinder.

Diese Ausführungen erreichen zwar ein Zentrieren der Kolben. Sie haben jedoch den Nachteil der umständlichen Herstellung und sind außerdem durch Verschmutzung in ihrer Funktion sehr stark gefährdet; denn sobald einer der Drosselkanäle sich durch Schmutzteilchen verstopft, ist die betreffende Kammer wirkungslos, und der Kolben wird dort an die Wand gepreßt werden.These designs achieve a centering of the pistons. They have however, the disadvantage of cumbersome manufacture and are also due to pollution very seriously endangered in their function; because as soon as one of the throttle channels is clogged by dirt particles, the chamber in question is ineffective, and the Piston will be pressed against the wall there.

Durch die Erfindung sollen die vorstehend genannten Nachteile beseitigt werden, und zwar dadurch, daß eines der Führungsteile in Strömungsrichtung hintereinander und quer zur Strömungsrichtung verlaufende nutenförmige Ausnehmungen aufweist, zwischen denen sich bei Kolben an sich bekannte keilförnüge Flächen befinden, die mit dem gegenüberliegenden Führungsteil einen in Strömungsrichtung sich verengenden Spalt bilden.The invention is intended to eliminate the above-mentioned disadvantages be, namely in that one of the guide parts in the flow direction one behind the other and having groove-shaped recesses running transversely to the direction of flow, between where pistons are known wedge-shaped surfaces that are associated with the opposite guide part a narrowing gap in the flow direction form.

Die erfmdungsgemäße Einrichtung kann vorteilhaft auch zur hydraulischen Lagerung von Wellen mit geringer oder ohne Relativbewegung verwendet werden und ist dann so ausgebildet, daß die Mündung der Druckmittelzufuhr in der Mitte des Lagerbereichs der Welle angeordnet ist, so daß eine symmetrische Spaltströmung nach beiden Seiten der Welle erfolgt.The device according to the invention can advantageously also be used for hydraulic Storage of shafts with little or no relative movement can be used and is then designed so that the mouth of the pressure medium supply in the middle of the Bearing area of the shaft is arranged so that a symmetrical gap flow after takes place on both sides of the shaft.

Schließlich besteht ein weiterer Vorschlag gemäß der Erfindung darin, die Einrichtung, zur hydraulischen Lagerung von ebenen Platten mit geringer oder ohne Relativbewegung zu verwenden, und zwar dadurch, daß in dem tragenden Führungsteil eine Druckkammer vorgesehen ist, die von einer oder mehreren konzentrischen Ringnuten umgeben ist, wobei zwischen der Druckkamnier und der inneren Ringnut und zwischen den Ringnuten jeweils in Strömungsrichtung ansteigende ringförmige Schrägflächen vorgesehen sind.Finally, the invention, a further proposal consists in accordance to use the device for the hydraulic storage of flat plates with little or no relative motion, specifically characterized in that a pressure chamber is provided in the supporting guide part, of one or more concentric annular grooves is surrounded , wherein between the pressure chamber and the inner annular groove and between the annular grooves in each case inclined annular surfaces are provided in the direction of flow.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht eine einfache Herstellung der Oberflächen der gegeneinander bewegten Teile. Im Betrieb sind die konisch verlaufenden Spalte mit Quernuten relativ unempfindlich gegen Verschmutzung; denn ein etwa in den Spalt eingedrungenes Schmutzteilchen wird die Strömung kaum stören, so daß also auch keine Beeinflussung der Druckverteilung im Spalt vorkommen kann. Auch können sich Schmutzteilchen in den Quernuten absetzen und damit aus der Strömung ausgeschieden werden, so daß innerhalb kurzer Zeit ein nachteiliger Einfluß ausgeschaltet wird.The device according to the invention enables simple production of the surfaces of the parts that move relative to one another. In operation, the conical gaps with transverse grooves are relatively insensitive to contamination; because an approximately penetrated into the gap dirt is hardly disturb the flow, so that therefore no effect on the pressure distribution can occur in the gap. Dirt particles can also settle in the transverse grooves and thus be eliminated from the flow, so that a disadvantageous influence is eliminated within a short time.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Skizze zur physikalischen Erläuterung der Vorgänge bei der erfindungsgemäßen Einrichtung, F i g. 2 eine Kolbenfährung, F i g. 3 eine Wellenlagerung und F i g. 4 die )Lagerung einer Platte.The invention is explained in more detail using exemplary embodiments. It shows F i g. 1 shows a sketch for the physical explanation of the processes in the device according to the invention, FIG . 2 a piston feed, F i g. 3 a shaft bearing and FIG . 4 die) storage of a plate.

Wenn ein zähes Medium einen parallelen Spalt durchströmt, so entsteht in diesem Spalt ein Druckgefälle, das in Strömungsrichtung linear abnimmt. Wenn der Spalt nicht parallel ist, sondern sich in Strömungsrichtung verjüngt, so entsteht eine Druckabnahme, wie in F i g. 1 angedeutet. Die Strömungsrichtung, von links nach rechts, ist durch einen Pfeil angedeutet, und die Spaltbegrenzung 1 gibt den Spalt bei paralleler Lage an, die Begrenzung l' zeigt die Spaltbegrenzung bei nichtparalleler Lage. Die Druckverteilung, die sich bei einem parallelen Spalt ergibt, ist mit 2 angegeben, diejenige für den nichtparallelen Spalt l' mit 2.When a viscous medium flows through a parallel gap, a pressure gradient is created in this gap, which decreases linearly in the direction of flow. If the gap is not parallel, but tapers in the direction of flow, a pressure decrease occurs, as in FIG. 1 indicated. The direction of flow, from left to right, is indicated by an arrow, and the gap limitation 1 indicates the gap in the case of a parallel position, the limitation 1 ' shows the gap limitation in a non-parallel position. The pressure distribution resulting from a parallel gap is indicated by 2, that for the non-parallel gap 1 ' by 2.

Nun hängt die Druckverteilung bei einem nichtparallelen Spalt l' nicht nur allein von der Neigung der einander gegenüberliegenden Flächen ab, sondern auch von der mittleren Dicke dieses Spaltes 1. Wird der Spalt vergrößert, d. h., es liegt ein dickerer Spalt vor, wie in F i g. 1 punktiert eingetragen und mit sm' bezeichnet, dann ergibt sich eine Druckverteilung nach der strichpunktierten Kurve 2".Now the pressure distribution in the case of a non-parallel gap 1 ' depends not only on the inclination of the opposing surfaces, but also on the average thickness of this gap 1. If the gap is enlarged, i. that is, there is a thicker gap, as in FIG. 1 entered dotted and denoted by sm ', then a pressure distribution results according to the dash-dotted curve 2 ".

Dieser physikalische Effekt kann nun zur reibungsfreien Lagerung von Kolben in entsprechenden Führungen sowie auch von anderen langsam umlaufenden Teilen Verwendung finden, wobei deren Umlaufgeschwindigkeit bis zu Null gehen kann.This physical effect can now be used for the smooth storage of Pistons in appropriate guides as well as other slowly rotating parts Find use, whereby their rotational speed can go down to zero.

In F i g. 2 ist ein Kolben 4 dargestellt, der in einem Zylinder 3 geführt ist, wobei der Kolben 4 in Richtung der von oben nach unten gehenden Pfeile von einem unter Druck stehenden Medium beaufschlagt wird. Der Kolben ist in Strömungsrichtung sich schwach kegelig erweiternd ausgebildet, und zwar so, daß die Spalte la, die -zwischen dem Kol -ben 4 und dem Zylinder 3 vorhanden sind, sich in Strömungsrichtung verengen. Wird bei einer derartigen Einrichtung der Kolben 4 aus der Mittellaae verschoben, so daß also auf der einen Seite der Spalt la sich erweitert, hingegen.auf der gegenüberliegenden Seite enger wird, so ergibt sich übet den weiteren Spalt eine Druckverteilung, die etwa der Kurve 2' gemäß F i g. 1 entspricht, während über dem engeren Spalt sich eine Druckkurve 2 gemäß F i g. 1 feststellen läßt. Da die Drücke auf beiden Seiten des Kolbens gegeneinander wirken, verbleibt bei einer derartigen Druckverteilung ein Drucküberschuß, wobei diese Druckkraft auf die Kolbenfläche einwirkt und bestrebt ist, den Kolben wieder in die Mitte zurückzubewegen; der Kolben wird also dadurch wieder zentriert.In Fig. 2 shows a piston 4 which is guided in a cylinder 3 , the piston 4 being acted upon by a pressurized medium in the direction of the arrows going from top to bottom. The piston is designed to widen slightly conically in the direction of flow, in such a way that the gaps la, which are present between the piston 4 and the cylinder 3 , narrow in the direction of flow. If, with such a device, the piston 4 is displaced out of the central laea, so that the gap la widens on one side, while on the other hand it becomes narrower on the opposite side, then the further gap results in a pressure distribution similar to curve 2 'according to FIG. 1 , while a pressure curve 2 according to FIG . 1 can be determined. Since the pressures on both sides of the piston act against one another, with such a pressure distribution there remains an excess of pressure, this pressure force acting on the piston surface and tending to move the piston back to the center; the piston is thus centered again.

Es ist vorteilhaft, wie F i g. 2 zeigt, den Kolben in einzelne Abschnitte zu unterteilen, wobei man jeden dieser Abschnitte durch eine Ringnut begrenzen kann. Zu diesem Vorschlag kommt man durch die Überlegung, daß man, wenn man die ganze Kolbenlänge zur Führung benutzen würde ' d. h. also, wenn nur ein einziger Abschnitt zur Verfügung stehen würde, der Kolben wohl zunächst zentriert werden würde, aber bei einer Belastung durch ein Moment senkrecht zu seiner Längsachse nicht die gewünschte Stabilität besitzt. Es würde in einem solchen Fall dann ein Kippen des Kolbens eintreten, der sich mit einer seiner Kanten an die&Wand anlehnen würde, so daß ein einseitiger Druck gegen die Wand zwangläufig eintreten würde. Die Ausbildung, wie sie F i g. 2 zeigt, ermöglicht es, derartige Momente gut aufzunehmen, da der Kolben in einzelne Abschnitte unterteilt ist und auf diese Art die Neigung einer Schräge in jedem Falle größer bleibt als der maximal entstehende Kippwinkel. Im übrigen ist es auch erforderlich, daß dann, wenn der Kolben sich so weit verschieben sollte ' daß er teilweise aus der zylindrischen Bohrung austritt, innerhalb der Bohrung noch mindestens zwei Abschnitte des Kolbens verbleiben, um so die notwendige Wirkung zu ermöglichen. Im übrigen können die Nuten5 ebenso in der Zylinderwandung eingearbeitet werden, wie sie in F i g. 2 als Unterteilung der Kolbenfläche dargestellt sind. In einem solchen' Fall bliebe der Kolben dann glatt.It is advantageous, as shown in FIG. 2 shows the piston being divided into individual sections, each of these sections being able to be delimited by an annular groove. One arrives at this suggestion by considering that if one were to use the entire length of the piston for guidance, 'd. H. that is, if only a single section were available, the piston would probably be centered first, but would not have the desired stability when subjected to a moment perpendicular to its longitudinal axis. In such a case, the piston would tilt and one of its edges would lean against the wall, so that one-sided pressure against the wall would inevitably occur. The training as it F i g. 2 shows, it makes it possible to take up such moments well, since the piston is divided into individual sections and in this way the inclination of a slope always remains greater than the maximum resulting tilt angle. Incidentally, it is also necessary that when the piston should be displaced as much 'to partially comes out of the cylindrical bore, still remain at least two portions of the piston within the bore so as to allow the necessary effect. In addition, the grooves 5 can also be worked into the cylinder wall, as they are in FIG . 2 are shown as a subdivision of the piston area. In such a case, the piston would then remain smooth.

Die Lagerung von drehbaren Zapfen in Büchsen, die aus der Ruhelage reibungsfrei bewegt werden sollen, zeigt F i g. 3. Ein Lagergehäuse 6 ist mit einer Druckkarnrner 8 vorgesehen, in die in Richtung des eingezeichneten Pfeiles, von unten nach oben, ein Medium unter einem bestimmten Druck zugeführt wird. In dem Gehäuse 6 ist ein Lagerzapfen 7 eingesetzt, der durch Nuten 10 wieder in Teilstücke aufgeteilt ist, die eine leicht kegelige Oberfläche haben und auf den beiden Seiten gegeneinander gerichtet sind, so daß sich die Spalte jeweils in Strömungsrichtung verengen. Für eine derartige Lagerung gilt das gleiche, wie zu der in F i g. 2 beschriebenen dargelegt wurde.The storage of rotatable pins in bushes, which are to be moved from the rest position without friction, is shown in FIG. 3. A bearing housing 6 is provided with a Druckkarnrner 8 , in the direction of the arrow drawn, from bottom to top, a medium is fed under a certain pressure. In the housing 6 , a bearing pin 7 is used, which is again divided by grooves 10 into sections, which have a slightly conical surface and are directed against each other on the two sides, so that the gaps narrow in the direction of flow. The same applies to such storage as to that in FIG. 2 described has been set forth.

Ein praktisches Beispiel für eine Lagerung von Teilen, die ebene Bewegungen aus einer Ruhelage heraus auszuführen haben, ist in F i g. 4 dargestellt. Einem feststehenden Teil 11 einer Lagerung steht ein bewegliches Teil 12, auf den eine Kraft P einwirkt, gegenüber. Das bewegliche Teil 12 eines solchen Lagers soll in der Ebene des Pfeiles b auf beiden Seiten verschoben werden können. Einer in Teil 11 eingearbeiteten Druckkammer 14, die z. B. kreisförmig sein kann, wird durch eine Leitung 13 in Richtung des Pfeiles a ein Druckmittel zugeführt. In die Fläche des feststehenden Teiles 11 sind Rillen 15 eingearbeitet, die konzentrisch um den hier kreisförmig angenommenen Drackraum 14 verlaufen und zwischen denen nach außen kegelig ansteigende Flächen vorgesehen sind.A practical example of a storage of parts that have to perform plane movements from a rest position is shown in FIG. 4 shown. A fixed part 11 of a bearing is opposed to a movable part 12 on which a force P acts. The movable part 12 of such a bearing should be able to be moved in the plane of arrow b on both sides. An incorporated in part 11 pressure chamber 14, the z. B. can be circular , a pressure medium is fed through a line 13 in the direction of arrow a. In the surface of the fixed part 11 , grooves 15 are incorporated, which run concentrically around the pressure space 14, assumed here to be circular, and between which surfaces which rise conically towards the outside are provided.

Auch hier liegen die gleichen Verhältnisse vor wie bei der Ausführung nach F i g. 2.The same conditions apply here as in the embodiment according to FIG. 2.

Claims

Claims: 1. Device for the hydraulic guidance of pistons in cylinders or for the hydraulic mounting of shafts or flat plates for measuring devices and controls with little or no relative movement between the two parts of the guide or mounting forming the gap, in which a liquid or gaseous one Medium is pressed into the gap between piston and cylinder or the mutually supported parts, characterized in that one of the guide parts (4,7,11) has groove-shaped recesses (5, 10, 15) running one behind the other in the direction of flow and transversely to the direction of flow, between wedge-shaped surfaces which are known per se in pistons and which, with the opposite guide part, form a gap that narrows in the direction of flow.

2. Device for the hydraulic mounting of shafts with little or no relative movement according to claim 1, characterized in that the mouth (9) of the pressure medium supply in the center of the bearing area of the shaft (7) is arranged so that a symmetrical gap flow on both sides of the Wave takes place. 3. Device for the hydraulic mounting of flat plates with little or no relative movement according to claim 1, characterized in that a pressure chamber (14) is provided in the supporting guide part (11) which is surrounded by one or more concentric annular grooves (15) , between the pressure chamber and the inner annular groove and between the annular grooves, annular inclined surfaces that rise in the direction of flow are provided. Documents considered. German Patent Nos. 325 433, 755 235, 837 026, 944 460; German interpretative document No. 1085 642; Swiss Patent No. 313 218; British Patent Nos. 642,941, 665,740 ; Taschenbuch "Dubbel", 6th edition, pp. 661, 662. Older patents considered: German Patent No. 1072 849.