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Die Erfindung betrifft eine ebene Kolbengleitschuhfläche für Axialkolben-Druckölmaschinen
mit ungedrosseltem Ölzufluß aus dem Zylinder.
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Damit die Gleitschuhe in ihrem Betriebsverhalten zuverlässig und auch
wirtschaftlich sind, müssen sie mehreren Bedingungen genügen. Zunächst muß eine
genügende Druckölmenge zur Verfügung stehen, damit der Gleitschuh bei seiner Relativbewegung
gegenüber seiner Gegenfläche nicht zu stark erwärmt wird, da er sonst zu Anfressungen
neigt, die zu einer Betriebsstörung führen. Weiter ist es wegen der unvermeidlichen
Fremdkörper im Betriebsmedium erwünscht, die dem Betriebsmedium ausgesetzten Teile
möglichst gegen solche Fremdkörper unempfindlich auszubilden. Dies kann z. B. dadurch
geschehen, daß genügend große Spiele bzw. Ölfilmstärken eingehalten werden, bei
denen die Fremdkörper ohne wesentlichen Abrieb durchgehen können. Das Vergrößern
der ölfilmstärken darf natürlich nicht zu unerträglichen Leckölverlusten führen,
da sonst der Wirkungsgrad solcher hydrostatischerEinheiten keine annehmbaren Werte
mehr aufweist. Im weiteren sollen solche Gleitschuhe unempfindlich gegen das Verstopfen
durch Fremdkörper sein. Neben den bereits erwähnten, den Abrieb hervorrufenden Fremdkörpern
im Betriebsmedium von wenigen Mikron Größe mit einer meistens sehr großen Härte
sind im Betriebsmedium auch solche Fremdkörper nicht vermeidbar, welche organischen
Ursprungs sind, z. B. Flaum oder Fasern, und meistens beträchtlich größer als die
vorerwähnten harten Fremdkörper sind. Solche Fremdkörper gefährden vor allem die
Schmierung solcher Teile, bei denen die Dosierung des Schmieröls durch relativ enge
Drosselbohrungen vorgenommen wird. Setzt sich an einer solchen Stelle ein Fremdkörper
der zweiten Art an, so ist gewöhnlich ein augenblickliches Heißlaufen an der betreffenden
Stelle und eine entsprechende Betriebsstörung unvermeidlich.
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Gleitschuhe sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Insbesondere
werden sie heute bei einer größeren Anzahl Axialkolbenmaschinen verwendet. Eine
viel verwendete Ausführung weist eine rotierende Zylindertrommel mit parallel oder
annähernd parallel zur Achse der rotierenden Zylindertrommel angeordneten Zylindern
auf, bei welchen die einzelnen Kolben sich an ihrem äußeren Ende mit einem Kugelgelenk
auf einen Gleitschuh abstützen. Diese Gleitschuhe bewegen sich auf einer fest im
Gehäuse gelagerten Gleitbahn. Zur Verhinderung des Verschleißes oder des Heißlaufens
dieser Gleitschuhe auf der Gleitbahn wird durch eine Bohrung im Kolben Drucköl unter
die Gleitfläche des Gleitschuhes geführt. In der Gleitfläche des Gleitschuhes ist
eine runde Vertiefung angeordnet, die etwa so groß wie der Kolbendurchmesser ausgeführt
wird und die von einem schmalen Dichtungssteg abgeschlossen wird, der das Druckfeld
des Gleitschuhes begrenzt. Außerhalb dieses Dichtungssteges wird das den Dichtungssteg
passierende Lecköl drucklos abgeführt. Gegebenenfalls außerhalb des Dichtungssteges
angeordnete Stützränder sollen lediglich bei ungewollter Schräglage des Gleitschuhes
wirksam sein.
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Dieser Gleitschuh weist jedoch verschiedene Mängel auf. Zunächst bedingt
die Abdichtung des in die Ausgleichfläche im Gleitschuh herangeführten Hochdrucköles
durch den radial sehr knapp bemessenen Dichtungssteg einen äußerst geringen Abstand
dieses Steges von der Gleitbahn, falls man störende Leckveriuste an dieser Stelle
vermeiden will. Es hat dies zur Folge, daß an dieser Stelle ein Verschleiß, z. B.
wegen unvermeidlicher Formänderungen der Einzelbestandteile, nicht zu vermeiden
ist. Dazu kommt, daß ein Ausgleich der Kolbenkraft gegen das erwähnte Druckölfeld
in der Aussparung einschließlich der anteiligen Druckkräfte im Dichtungssteg gar
nicht allgemein möglich ist, denn die vom Gleitschuh aufzunehmende Belastung ist
keineswegs gleich der Kolbenkraft, wie sie sich zunächst hydraulisch aus dem Kolbenquerschnitt
multipliziert mit dem Betriebsdruck errechnet, sondern vielmehr gleich dieser Kolbenkraft
dividiert durch den Cosinus der Schräglage des Gleitschuhes. Daraus resultieren
unvermeidliche Fehler im Ausgleich der Kräfte am Gleitschuh in der Größenordnung
von etwa 6 010. Dazu kommen noch weitere Kolbenkräfte, welche mit der Beschleunigung
und Verzögerung des Kolbens zu tun haben, und auch die Reibung des Kolbens in der
Zylinderbohrung kann zusätzliche Störungen im Öldruckgleichgewicht hervorrufen.
Ein genauer hydraulischer Ausgleich ist nach dem Gesagten für diese Gleitschuhausführung
nicht möglich.
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Bei einer weiteren Gleitschuhausführung ist in der Zuleitung des Drucköles
zur Gleitschuhdruckfläche eine Drosselstelle vorgesehen. Diese liegt im Kolben bzw.
in der Kolbenstange als eine gegenüber dem Zuführungskanal verengte Bohrung. Da
die Druckfläche des Gleitschuhes auch bei dieser Ausführung sich nicht wesentlich
vom Durchmesser des Kolbens unterscheidet, sind sämtliche Nachteile der ersten Ausführungsart
des Gleitschuhes vorhanden. Zusätzlich weist diese Ausführung den Nachteil auf,
daß die enge Drosselstelle sich leicht durch einen Fremdkörper im Drucköl verstopfen
kann, wodurch eine Betriebsstörung unvermeidlich ist.
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Die Gleitschuhfläche gemäß der Erfindung weist die dem unvollkommenen
hydraulischen Ausgleich anhaftenden Nachteile der bekannten Gleitschuhausführungen
nicht auf, sondern zeichnet sich durch eine im ganzen Druckbereich und bei allen
Betriebsbedingungen vollständige Stabilisierung des Druckfeldes des Gleitschuhes
aus. Zudem unterscheidet sie sich vorteilhaft gegenüber den bekannten Ausführungen
durch eine größere Ölfilmstärke bei gleichem Lecköl und eine weitgehende Unempfindlichkeit
gegenüber einer Verstopfung der verwendeten Drosselstelle. Diese Vorteile werden
dadurch erreicht, daß die Gleitfläche eine durch einen Dichtrand begrenzte, an sich
bekannte Drosselstelle aufweist, wobei der Innendurchmesser des Dichtrandes annähernd
dem Kolbendurchmesser und der Außendurchmesser annähernd der Kolbenteilung entspricht.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung wird die Drosselstelle durch eine
Spiralnut gebildet, die in der Gleitfläche des Gleitschuhes angeordnet ist.
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Bei einer weiteren Ausführung wird die Drosselstelle von mehreren
Drosselnuten gebildet, die einzelne Abschnitte der Gieitschuhfläche speisen.
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Bei allen Ausführungen ist vorzugsweise ein bekannter zentraler Druckraum
vor der Drosselstelle vorgesehen.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand
der Zeichnungen beschrieben, wobei die einzelnen Ausführungsformen jeweils in einem
Schnitt durch den Gleitschuh mit Kolben und in einer Ansicht der Druckfläche des
Gleitschuhes dargestellt sind. Es zeigen
Fi g. 1 und 2 eine erste
Ausführungsform und F i g. 3 und 4 eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
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In den Zeichnungen ist mit 1 der Kolben einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine
bezeichnet, der sich mit Hilfe des Kugelgelenkes 2 und des Gleitschuhes 3 auf die
in der Regel nicht mitrotierende erste Stützfläche 4 abstützt. Aus dem zum
Kolben 1 gehörenden Zylinder 15 wird Drucköl durch die Bohrung 5 zu dem Gelenk
2 und durch die Bohrung 6 im Gleitschuh auch zu der Gleitfläche 9 des Gleitschuhes
3 herangeführt. Das Drucköl strömt von der Bohrung 6 in eine in der Gleitfläche
9 angeordnete Aussparung 8, die einen zentralen Druckraum bildet.
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Bei der Ausführung gemäß F i g. 1 und 2 ist zwischen der Aussparung
8 und der Ringnut 7 in der Gleitfläche 9 eine spiralig gewundene, verhältnismäßig
feine Nut 10 vorgesehen, durch die eine beschränkte Ölmenge in die Ringnut
7 eintreten kann. Von der Ringnut 7 läuft das Öl über den relativ breiten Dichtrand
11 und von dort als Lecköl ins Freie. Dieser relativ breite Dichtrand
11 hat den Vorteil, daß man bei mäßigem Hochdruckölverbrauch mit einem verhältnismäßig
starken ölfilm arbeiten kann und somit mit größerer Sicherheit einen Verschleiß
vermeidet.
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Die in F i g. 1 und 2 ersichtliche spiralige Drosselnut 10 kann wegen
ihrer großen Länge mit einem verhältnismäßig großen Querschnitt ausgeführt werden.
Aber auch die Ausführung der Drosselung gemäß F i g. 3 und 4 kann verhältnismäßig
leicht verwirklidht werden. Bei dieser Ausführung versorgen sechs radiale Nuten
12, ausgehend von der Aussparung 8, die Fläche des Gleitschuhes mit dem entlastenden
gedrosselten Drucköl. Beispielsweise können an den äußeren Enden dieser Radialnuten
12 noch tangentiale Nuten 13 zu besserer Verteilung des entlastenden Öldruckes angeordnet
werden. Auch mit dieser Ausführung kann eine genügende Drosselung und damit dieselbe
Wirkung erreicht werden, wie sie bei der Spiraldrosselnut 10 gemäß F i g.
1 und 2 erreichbar ist.
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Da bei der Ausführung gemäß F i g. 3 und 4 die einzelnen Segmente
der Gleitfläche eine verschieden starke Oldruckentwicklung aufweisen können, ist
dieselbe für die Aufnahme exzentrisch liegender Kräfte besonders geeignet.
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Wesentlich für die Erfindung ist die Anordnung einer reichlich groß
bemessenen Druckfläche in der Gleitfläche des Gleitschuhes mit den sie umgebenden
Dichtungsflächen in Verbindung mit einer auch bei Hochdruck intensiv wirksamen Drosselvorrichtung,
wodurch der Lauf der Gleitschuhe bei gleichzeitiger Verringerung des Hochdruckölverbrauches
verbessert wird.