-
Schmiereinrichtung an einem innenbeaufschlagten mehrteiligen Kolben
einer Radialkolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf Schmiereinrichturigen
an einem inneübeäüfschlagten inehrieiligen Kolben eitler Aadialkolbenmaschine.
-
Es sind bereits Schmiereinrichtungen a 1 einerh innenbeaufschlagten
mehrteiligen Kolben einer Radiatkolbenmaschine, d. h. einer Pumpe oder eines Motors,
mit einem an der Gleitfläche des Kolbenkopfes am außenliegenden Kolbenführungsring
angeordneten Schmiermittelraum bekannt, der über eine Rückschlagsichertrtig mit
dem Arbeitsrauen des Kolbens verbunden ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine erheblich bessere Schiriierwitkurig
zwischen dem Kolbenkopf und derii Kolbenführungsring bei allen Drehzahlen und allen
Drücken und Temperaturen des schmierfähigen Arbeitsriiittels zu erzielen.
-
Dies geschieht erfindungsgerh.äß dadurch, daß bei einer eingangs genänriteli
Sdhmiereinrichtung der Kolben in an sich bekannter Weise aus einem verhältnismäßig
dünnen Stahlmantel und einem Leichtmetallkern besteht, der atißerinittig im Mantel
befestigt ist und dadurch einen finit einem Rückschlagventil versehenen Verbindungsspalt
zwischen Schmiermittelrauin und Arbeitsraum freiläßt, und däß der Kolbenmantel eine
an sich bekannfe gewölbte Außenfläche sowie einen. tellerförmigen, an der äußeren
Gleitfläche kugeligen Kolbenkopf aufweist.
-
Die Erfindung ist nachfolgend beispielsweise an Hand der Zeichnungen
beschrieben, in welchen ist: F i g. 1 ein Schnitt, welcher die Einzelheiten des
Aufbaues einer Schmiereinrichtung gemäß der Erfindung zeigt, und F i g. 2 die Erläuterung
der Arbeitsweise der Schmiereinrichtung an einer kleineren Darstellung. In den Figuren
ist finit 2 der Zylüiderblöck der Maschine und mit 5 der Kolbenführungsringeiner
Radialkolbenmaschine bezeichnet. Der Zylinderblock ist mit einer Mehrzahl von radialen
Zylindern mit Arbeitsräumen 8 versehen, in denen sich in bekannter Weise die Kolben
hin- und herbewegen. Jeder Kolben 10 hat einen zum Eingriff mit dem Zylinder dienenden
unteren Teil 11 und einen tellerförmigen kugeligen Kolbenkopf 12, der eine
äußere Gleitfläche 13 aufweist. Die Teile 11 und 12 des Kolbens gehören zu einem
verhältnismäßig dünnen Stahlmantel 15, welcher sich über einem Leichtmetallkern
16 des Kolbens befindet. Der Leichtmetallkern 16 ist durch einen Aluminiumstift
17 außermittig in dem Stahlmantel befestigt. Der Leichtmetallkern füllt den Raum
im Mantel daher nur im wesentlichen aus und bildet, wie in F i g. 1 ersichtlich
ist, einen verengten Verbindungsspalt 18 durch den Kolben hindurch. Am obereii Ende
des Verbindungsspaltes 18, d. h. über dem Leichtmetallkern, befinden sich in dem
Stahlmantel öffnurigen 19, die zusammen finit einer dünnen, biegsamen Stahlscheibe
20 ein kückschlagventil bilden, durch welches der Verbinduiigsspält 18 zu einem
Schmiermittelraum 22 über dem Kolben verläuft. Die Stahlscheibe 10 wird durch
den Stift 1'1 mittels einer Aluminiünischeibe 21 an dem Mantel und dem Leichtmetallkern
gehalten. Das Rückschlagventil kann also dem Druck in dein Verbindungsspalt zum
Ausfluß von dem Zylinder hach dein Sehiniercmittelraunihin nachgeben, verhindert
aber einen Rückflug aus dein Sehnuiermittelraurn 22. Bei niedrigen und mittleren
Drehzahlen wird der Zylinderdruck beim Druckhub des Kolbens den Druck im Schmiermittelrauiiz
22 übarsteijen, wodurch sich das Rückschlagventil öffnet und das Schmiermittel nach
außen gelangt.
-
Beim Ansaugen des Kolbens und bei verhältnismäßig hohen Drehzahlen
übersteigt der Druck im Schmiermittelraum 22 aber den Zylinderdruck, so daß durch
den- Verbindungsspalt 18 vom Zylinder zum Schmiermittelraum hin kein Fließen eintritt.
Wenn kein Schmiermittelfluß vorhanden ist, bildet die Einrichtung nach der Erfindung
ein dynamisch wirkendes Schmiermittelkeillager, welches eine Metallauf-Metall-Berührung
zwischen der Lauffläche 14 des Kolbenführungsringes und dem Kolbenkopf verhindert.
Wie dies geschieht, ist aus F i g. 2 zu entnehmen.
-
Wenn die Maschine, z. B. eine Pumpe, läuft und die Teile heiß werden,
wird die Kolbenkopffläche ihre Wölbung zu vergrößern suchen, und zwar durch den
Wärmefiuß von den Teilen her, die höhere Temperatur
haben, zu den
verhältnismäßig kühleren Teilen. In ähnlicher Weise verringert die Kolbenführungsringlauffläche
14 ihre konkave Form infolge des Wärmeflusses, der von der verhältnismäßig heißen
Kolbenlauffläche an die kühleren Teile geht. Dadurch wird der Umfang der äußeren
Mantelgleitfläche 13 von der Ringlauffläche 14 abgehoben und ermöglicht ein Verkeilen
eines Flüssigkeitsfilmes unter die Vorderkante des Mantelkopfes, wenn die Maschine
läuft. Diese Wirkung wird durch eine elastische Ablenkung des Mantelkopfes auf Grund
des Flüssigkeitsdruckes zwischen dem Mantelkopf und der Lauffläche 14 verstärkt.
Außerdem ist am Umfang der Mantelkopffläche noch eine leichte Abschrägung 23 vorgesehen,
die ebenfalls den Eintritt der Schmierflüssigkeit in die Fläche unter dem Mantelkopf
zu ermöglichen sucht. Ferner versuchen auch die Reibungskräfte auf den Kolben im
Zylinder den Kolben so zu spannen, daß das Vorderende des Mantelkopfes bei allen
Drehzahlen angehoben wird.
-
Wenn sich der Mantelkopf gegenüber seiner Lauffläche bewegt, entsteht
ein Druck unter dem Kopf von seiner Vorderkante bis zu dem Punkt T, wo der Kopf
seiner Lauffläche am nächsten ist. Dies ist der Tangentenpunkt zwischen der Oberfläche
des Mantelkopfes und einer zur Kolbenführungsringfläche parallelen Fläche. Nach
rückwärts von diesem Punkt T fällt der Druck scharf ab und erreicht theoretisch
einen negativen Wert. Der Druck unter der Vorderkante des Kolbens veranlaßt diesen,
sich gegenüber der Lauffläche 14 ein wenig zu spannen, und hebt die Vorderkante
an. Das bewirkt eine Drehung des Kolbenkopfes, bis der Punkt T, von wo er der Lauffläche
am nächsten liegt, bis weit hinter einen Punkt P verschoben worden ist, wo der Mittelpunkt
des Kugelteiles 11 des Mantels 15 liegt. Diese Drehung des Kolbens um den letztgenannten
Punkt P schreitet fort, bis die Resultierende R des Druckes unter der Vorderkante
des Kolbens durch Punkt P geht und dadurch ein weiteres Schwenken des Kolbens ausschließt
und ein stabiles Arbeiten bewirkt. Der Flüssigkeitsfilm wird während einer verhältnismäßig
hohen Drehzahl der Maschine und beim Ansaughub zu jeder Zeit aufrechterhalten. Wenn
die Drehzahl sinkt, wird der Zylinderdruck erneut Flüssigkeit durch den Kolben drücken.
So bildet das Rückschlagventil eine Kombination von Stufenlager und dynamischer
Schmierung, was für alle Umlaufzahlen eine Berührung von Metall-auf-Metall verhindert.
-
Die Schmiereinrichtung nach der Erfindung enthält auch noch weitere
verschleißvermindernde Merkmale. Der Verbindungsspalt 18 enthält einen ringförmigen
Teil 24 im Mantel 15. Dadurch kann der volle Zylinderdruck auf das Kolbeninnere
ausgeübt werden, was den Teil aufzuweiten sucht. Dies trägt zur Vermeidung einer
örtlichen Berührung bei und verteilt die Abnutzung über eine größere Fläche.
-
Der dünne Mantel 15 ergibt auch einen zusätzlichen Vorteil
bei der Herabsetzung des Verschleißes. Die Seitenbelastung auf den Kolben flacht
ihn gegen die Zylinderwand zu einer verhältnismäßig breiten Fläche ab und vergrößert
dadurch die Berührungsfläche. In F i g. 1, wo z. B. der Zylinderblock im Uhrzeigersinn
umläuft, wird der Kolben nach links gegen die Zylinderwand gedrückt. Diese Verformung
des Kolbens durch die Seitenlast ist genau dieselbe wie bei einem luftgefüllten
Reifen, der die Erde berührt.
-
Eine örtliche Abnutzung wird weiterhin durch die symmetrische Bauweise
des Kolbens vermieden, wodurch dem Kolben gestattet wird, sich um seine Achse zu
drehen, so daß jeder Verschleiß an der Mantelfläche gleichmäßig auftritt.