DE1453603A1 - Kolbenpumpe oder -motor - Google Patents

Description

Paul P 1 e i g e r , Maschinenfabrik, Hammerthal-Nord üb. Hattingen/Ruhr

Kolbenpumpe oder -motor

Bei Kolbenpumpen oder -motoren besteht die Aufgabe, den Führungen des Kolbens sowie eines gegebenenfalls vorhandenen Kolbschaftes Schmieröl zuzuführen. Zu diesem Zwecke ist bei bekannten Ausführungen ein Gehäuseraum vorhanden, der Schmierflüssigkeit enthält und in den der oder die Kolben oder Kolbenschäfte eintauchen und dadurch mit einem Schmierfilm behaftet werden, der beim Kolbenhub die Schmierung der Führung des Kolbenschaftes und des Kolbens bewirken solle Bei Axialkolbenpumpen oder -motoren wird als Arbeitsflüssigkeit vielfach eine schmierfähige Flüssigkeit verwendet, um den erforderlichen Schmierfilm, ausgehend von den Zylinderräumen, in denen die stirnseitigen Druckflächen der Kolben arbeiten, an den Gleitbahnen der Kolben zu bilden. Zur Erzeugung des Schmierfilmes auf den rückwärtigen Teilen der Kolben, welche dem Triebflansoh oder einer Schiefscheibe zugewendet sind, ist der den Triebflansch oder die Schiefscheibe enthaltende G-ehäuseraum, in den die rückwärtigen Teile der Kolben eintauchen, vielfach als Teil der Saugseite der Axialkolbenpumpe oder des Axialkolbenmotors ausgebildet und demzufolge gleichfalls mit der schmierfähigen Arbeitsflüssigkeit gefüllt, oder es ist dieser G-ehäuseraum für sich abgeschlossen und mit einer besonderen Schmierflüssigkeit ganz oder teilweise gefüllt. Bei den bekannten Ausführungen ist für die Beförderung der Sohmierflüssigkeit an die Gleitflächen der Kolben und Kolbenschäfte, sofern nicht besondere Schmierölpumpen vorhanden sind, die Haftfähigkeit der Schinierflüssigkeit am Kolben und Kolbenschaft bestimmend, ferner ist die Passung im Zylinder und in der Kolbenschaft-Führung von Einfluss* Bei unzureichender Haftfähigkeit der Söhmierflüssigkeit und / oder enger Passung besteht die Gefahr der Bildung eines ungenügenden Schmierfilms und eines hierdureh bedingten vorzeitigen VerschleiBses infolge metallisöher

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Reibung. Bei Kolbenpumpen oder -motoren, deren Arbeitsflüssigkeit, keine oder nur eine geringe Sehmierfähigkeit hat, besteht zudem die Gefahr, dass ein auf den Kolben und den Kolbenschäften gebildeter Schmierfilm, der von der Schmierflüssigkeit im Gehäuseraum herrührt, durch die im Zylinderraum enthaltene Arbeitsflüssigkeit infolge des darin periodisch auftretenden Druckes, der die Arbeitsflüssigkeit an die Kolben-G-leitflachen drückt, verdrängt wird, so dass gleichfalls ein vorzeitiger Verschleiss durch mangelnde Schmierung eintritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Kolbenpumpen oder -motoren, insbes. Axialkolbenpumpen oder -motoren, welche mit einem eine Schmierflüssigkeit enthaltenden G-ehäuseraum versehen sind, mit einfachen Mitteln die Gewähr für eine verlässliche Förderung der Schmierflüssigkeit zu den Führungen der Kolben oder Kolbenschäfte zu schaffen. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, der Kolben mit mindestens einer zusätzlichen Druckfläche in einem Druckraum arbeitet, welcher durch einen mit einem Rückschlagventil versehenen Leitungsweg mit dem die Schmierflüssigkeit enthaltenden Gehäuseraum sowie durch einen Leitungsweg mit den Führungsflächeη des Kolbens und / oder Kolbenschaftes in Flüssigkeitsverbindung steht. Bei einer solchen Ausgestaltung erfüllt der Kolben eine zweifache Funktion dahingehend, dass die üblicherweise vorhandene, meist stirnseitige Kolbendruckfläche auf die Arbeitsflüssigkeit wirkt, während die zusätzliche Kolbendruckfläche die Versorgung der Führungsflächeη des Kolbens und / oder Kolbenschaftes mit Schmierflüssigkeit bewirkt,

Für Kolbenpumpen oder -motore, deren Kolben oder Kolbenschäfte in den die Schmierflüssigkeit enthaltenden Gehäuseraum eintauchen, wird die zweifache Kolbenfunktion mit baulich einfachen Mitteln erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass ein Hohlraum des Kolbens, der über ein zum Hohlraum hin öffnendes Rückschlagventil mit dem Gehäuseraum in Verbindung steht, einesteils an der Kolbenführung und andernteils in einen Ringraum mündet, der zwischen Schultern des Kolbens oder Kolbensohaftes und deren führung mit einer mindestens dem Kolbenhub entsprechenden axialen länge gebildet ist. Der Ritigraum erfährt bei der Hub- und Küekbewegung des Kolbens in wechselnder Folge eine Vergras serung und Verkleinerung und füllt eich bei seiner Vergrösserung mit der Sehaierflüssigkeit aus dem Gehäuseraum, während bei der Verkleinerung die im Ringraum enthal-

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tene Schmierflüsaigkeit unter Druck gesetzt wird, so dass das Rückschlagventil schliesst und die Schmierflüssigkeit über die Mündung des Hohlraumes zur Führung des Kolbens und / oder Kolbenschaftes gefördert wird und dort einen wirksamen Schmierfilm bildet, der bei jeder Hub- oder Rückbewegung des Kolbens neue Schmierflüssigkeit zugefördert erhält. Da die Zufuhr der Schmierflüseigkeit zu den Führungen des Kolbens und / oder Kolbenschaftes unter Druck erfolgt, kann die im Zylinderraum vorhandene Arbeitsflüssigkeit wegen des ihr entgegenwirkenden Schmierflüssigkeitsdruckes nicht oder nur schlecht an die Kolben- und Kolbenschaft-Führung gelangen und den Schmierfilm verdrängen. Daher ist die Erfindung im besonderen Masse für solche Kolbenpumpen oder -motoren geeignet, deren Arbeitsflüssigkeit nicht oder nur im geringen Masse schmierfähig ist.

Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Ringraum an seinem dem Zylinderraum zugewendeten Ende durch die Schulter der Kolben- oder Kolbenschaft-Führung und am anderen Ende durch die Schulter des Kolbens oder Kolbenschaftes begrenzt, ferner verläuft die öffnungs- und Schliessbewegung des Rückschlagventils in der Axialrichtung des Kolbens oder parallel hierzu. Dies hat zur Folge, dass der Ringraum sich vergrössert und das Rückschlagventil öffnet, wenn der Kolben dem das Schmiermittel enthaltenden G-ehauseraum zustrebt. Da der Öffnungshub des Rückschlagventils in Achsrichtung des Kolbens oder parallel hierzu verläuft und dabei der Kolben sich in der Gegenrichtung bewegt, begünstigt die Massenträgheit des Rückschlagventils dessen Öffnen bei der Vergrösserung des Ringraumes. Ebenfalls wird das Schliessen des Rückschlagventils durch dessen Massenträgheit begünstigt, wenn der Ringraum eine Verkleinerung erfährt, weil hierbei der Kolben sich entgegengesetzt zur Schliessrichtung des Rückschlagventils bewegt. In Ausnutzung dieses Umstandes kann daher erwünschtenfalls auf eine Federbelastung des Rückschlagventiles verzichtet werden.

Zur Schaffung einer Sicherheit gegen ein Eindringen der Arbeitsflüssigkeit in den Spalt zwischen Kolben und Kolbenschaft und deren Führung einesteils, sowie gegen ein Eindringen der Schmierflüssigkeit in den Zylinderraum andernteils ist erfindungsgemäss zwischen dem Ringraum und dem Zylinderraum eine auf den Kolben wirkende Dichtung mit mindestens je einer dem Ringraum und dem Zylinderraum

zugewendeten Dichtlippe angeordnet. - >njai

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Der im Ringraum bei dessen Verkleinerung sich ausbildende Druck der Schmierflüssigkeit kann durch Wahl einer zweckdienlichen Grosse des Ringraumes beeinflusst werden. Eine weitere Beeinflussung des sich ausbildenden Druckes ist dadurch ermöglicht, dass erfindungsgemäss zwischen dem Ringraum und dem Gehäuseraum ein diese verbindender Drosselkanal vorhanden ist, dessen Weite für die entstehende Druckhöhe im Ringraum bestimmend ist. Der Drosselkanal kann dabei durch den zwischen dem Kolben oder Kolbenschaft und ihrer Führung bestehenden Spalt gebildet oder auch gesondert angeordnet sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Mguren in Anwendung auf Kolbenpumpen dargestellt. Es zeigen:

Mg. 1 eine Kolbenpumpe, schematisch im Längsschnitt dargestellt,

Mg. 2 und. 3 Kolbenpumpen in schematischer Darstellung, deren Kolben in den die Schmierflüssigkeit enthaltenden Gehäuseraum eintauchen, mit Begrenzung des Ringraumes am dem Gehäuseraum zugewendeten Ende durch eine Schulter der Kolbenführung (Mg. 2) und durch eine Schulter des - Kolbens (Mg. 3),

Mg. 4 eine gemäss der Erfindung ausgeführte Axialkolbenpumpe im Längsschnitt.

In allen Ausführungsbeispielen bezeichnet 1 einen Gehäuseraum, der eine Schmierflüssigkeit enthält und in den bei den Ausführungsbeispielen entsprechend Mg. 2 bis 4 die Kolben 2 mit ihrem den Zylinderräumen 3 abgewendeten Teilen eintauchen. Die Zylinderräume sind mit Saug- und Druckventilen 4 bzw. 5 versehen, an deren Stelle bei Kolbenmotoren in bekannter Weise gesteuerte Ein- und Auslässe für das Druckmittel treten.

In den Kolben 2 sind Hohlräume 6 angeordnet, welche über ein zum Hohlraum hin öffnendes Rückschlagventil 7 mit dem Gehäuseraum 1 in Verbindung stehen. Der Hohlraum 6 mündet einesteils über Kanäle 8 an der Kolben-Führung und andernteils über Kanäle 6' in den Ringraum 9» der zwischen der Schulter 10 der Kolbenführung und der Schulter 11 des Kolbens 2 mit einer dem Kolbenhub entsprechenden axialen Länge gebildet ist,

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Beim Saug- und Förderhub der Kolben 2 erfahren die Ringräume 9 in wechselnder Folge eine Vergrösserung und Verkleinerung. Die Verkleinerung vollzieht sich beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 beim Saughub, dagegen beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 beim Förderhub des Kolbens 2.

Die Hingräume 9 erhalten über das Rückschlagventil 7 eine Füllung mit der Schmierflüssigkeit aus dem Gehäuseraum 1, wie noch beschrieben wird.

.Sind die Ringräume 9 mit der Schmierflüssigkeit gefüllt und führen die Kolben 2 aus der veranschaulichten Stellung einen Hub aus, so entsteht infolge der hierbei sich ergebenden Verkleinerung der Ringräume 9 in der darin enthaltenen Schmierflüssigkeit ein Druck, der das Rückschlagventil 7 auf seinen Sitz drückt und eine Förderung der Schmierflüssigkeit über die Kanäle 8 zur Kolbenführung verursacht, Erwünschtenfalls kann durch Anordnen zusätzlicher Kanäle 12 die Schmierflüssigkeit auch zu dem dem Gehäuseraum 1 benachbarten Teil der KoIben-Führung gefördert werden.

Um zu verhindern, dass im Ringraum 9 eingeschlossene Schmierflüssigkeit der Ringraum-Verkleinerung als Flussigkeitsgesperre entgegenwirkt, ist entweder der dem Gehäuseraum 1 zugewendete Teil der Kolben-Führung mit einer Passung ausgeführt, dass ein Teil der Schmierflüssigkeit bei hohem Druck durch den Passungs-Spalt zwischen dem Kolben und der Kolben-Führung in den Gehäuseraum 1 zurückgefördert wird, oder es ist ein besonderer Uros3elkanal 13 vorhanden, dessen Weite für eine im Ringraum 9 bei dessen Verkleinerung entstehende zweckdienliche Druckhöhe gewählt wird.

Zur Vermeidung einer Förderung der Schmierflüssigkeit vom Hohlraum 6 in den Zylinderraum 3 sowie zur Vermeidung einer Förderung der Arbeitsflüssigkeit aus dem Zylinderraum 3 an die Kolben-Führung und in den Ringraum 9 oder Hohlraum 6 ist - wie Fig. 4 zeigt - zwischen dem Ringraum 9 und dem Zylinderraum 3 eine auf den Kolben 2 wirkende Dichtung H angeordnet, welche je eine dem Ringraum 9 und dem Zylinderraum 3 zugewendete Dichtlippe 15, 16 aufweist und daher durch doppelseitige Dichtwirkung die Schmierflüssigkeit von der Arbeitsflüssigkeit trennt.

Die Füllung der Ringräume 9 mit der Schmierflüssigkeit erfolgt, nachdem die Kolben 2, ausgehend von der veranschaulichten Stellung, nach Ausführung ihres Hubes die Totlage erreicht.haben, in welcher

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der Ringraum 9 seine geringste G-rösse hat. Mit dem dann einsetzen-, den Kolben-Rückhub vergrössert sich der Ringraum, so dass eine" Saugwirkung entsteht, welche ein Öffnen des Rückschlagventiles 7 und ein Einströmen der Schmierflüssigkeit aus dem G-ehäuseraum 1 in den Hohlraum 6 und den Ringraum 9 Terursacht.

Die Öffnungs- und Schliessbewegung des Rückschlagventiles wird durch dessen Massenträgheit unterstützt, wenn entsprechend den Ausführungsbeispielen gemäss Mg. 3 und 4 die Öffnungs- und Schliessbewegung in Richtung der Kolben-Längsachse oder parallel hierzu erfolgt und der Ringraum 9 an seinem dem Zylinderraum 3 zugewendeten Ende durch die Schulter 10 der Kolbenführung begrenzt ist. Hierbei ergibt sich nämlich sowohl bei der Öffnungs-, als auch bei der Schliessbewegung, welche das Rückschlagventil 7 gegenüber dem Kolben 2 ausführt, dass der am Kolben 2 befindliche Sitz des Rückschlagventiles 7 mit der Kolben-Bewegung von dem durch seine Massenträgheit verharrenden oder nur verzögert durch das Druckspiel im Hohlraum 6 bewegten Rückschlagventil 7 abgehoben oder dem Rückschlagventil 7 genähert wird. Daher besteht die Möglichkeit, von einer Belastungsfeder des Rückschlagventiles 7 abzusehen und seine Öffnungs- und Schliessbewegung durch die Einwirkung des Druckspieles im Hohlraum 6 und die Massenträgheit des Rückschlagventiles zustande kommen zu lassen.

Von den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis 4 unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel gemäss Pig. 1 vornehmlich dadurch, dass sowohl beim Vor-, als auch beim Rückhub des Kolbens 2 Schmierflüssigkeit zu den Mihrungsflächeη des Kolbens und Kolbenschaftes gefördert wird. Zu diesem Zwecke sind zu beiden Seiten der Kolbenschulter 11' Ringräume 9» 9^r vorhanden, welche über die Rückschlagventile 7 mit dem das Schmiermittel enthaltenden G-ehäuseraum 1' in leitungsverbindung stehen. Die Förderung der Schmierflüssigkeit aus den Ringräumen 9» 9¹ zu den Mihrungsflächen des Kolbens und Kolbenschaftes erfolgt in beschriebener Weise über die Kanäle 8 und 12. Die Entstehung eines Flüssigkeitsgesperres kann bei diesem Ausführungsbeispiel durch die Anbringung der Droaselbohrung 13 in der Kolbenschulter 11' als Kurzschlussleitung zwischen den Ringräumen 9» 9' verhindert werden.

Die Ausführungsbeispiele lassen erkennen, dass mit geringem Bauaufwand eine Druckschmierung der Führungsflächeη der Kolben 2

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durch deren Ausbildung als doppeltwirkende Kolben erreicht ist. Die Erfindung ist für eine Anwendung bei Kolbenpumpen oder -motoren der verschiedensten Arten geeignet. Besonderen Vorzug verdient die Erfindung für Kolbenpumpen oder -motoren, deren Arbeitsflüssigkeit keine oder nur eine geringe Schmierfähigkeit hat.

Zur deutlichen !Darstellung sind in den Figuren die Ringräume 9, 9' verhältnismässig gross gewählt. Bei der praktischen Ausführung werden die Ringräume so bemessen, dass mit den sich ergebenden Fördermengen der Schmiermittelbedarf an den Mhrungsflächen der Kolben und Kolbenschäfte tunlichst nicht überschritten wird.

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Claims (1)

1. A₁. &_ra. P r il β

   1« Kolbenpumpe oder -motor· inebee» Axialkolbenpumpe oder -motor_f mit einem β la· SohmierflÜBsigkeit enthaltenden. Q-ehäuseraum,,. dadurch gekönnaeiohnet, das β der Kolben (2) mit mindestens einer zusätzlichen Druckfläche (11) in einem Druokraum (9, 9') arbeitet» welcher,durch einen mit eitlem Rückschlagventil (T) versehenen Löitungßweg (6^f _f 6) mit dem die Soirmierflüasigkeit enthaltenden Gehäuseraum (1, 1') sowie durch einen Leitungeweg (6% 6, 8« 12) mit den IPtthrungsfläöhen des Kolbens und / oder Kolbenschaftee la flttssigkeltsverbinäung ateht.

   2· Kolbenpumpe oder -motor nach. Anepruch 1, deren Kolben oder Kolben* eohäfte ait D)ZNIiIi dem Zylinderraua abgewerteten feil in den die SohmiorflUBsigkeit enthaltenden Gehäueeraim eintauohen, dadurch gelee anzeichnet, daee ein Hohlraun (6) de· Kolbe ne (2), der über •in zum Hohlraum (6) hin Öffnende θ Rüökeohlagventil (7) mit dem aehätteeraüffi (1) in Verbindung steht» einesteile an der Kolbenführung und andernteile in einen Hingraum (9) mündet, der awieohen Schultern (11, 10) des Kolbe ob oder Kolbenachaftee (2) und deren führung mit einer mindeetta· dea Kolbenhub entepreoiienden axialen Iiänge gebildet ist*

   5* Kolbenpumpe oder -motor, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (9) an seinem dem Zylinderraum (5) zugewendeten Bnde durch die Schulter (10) a.tr Kolben- oder Kolbensohaft-IHlhruhg und am anderen Ende durch die Sohulter (11) des Kolbens oder Kolbenechaftee (2) begrenet let und die öffnungs- und Sohlleaebewegung des Rüokechlagventil» (?) in der Achsrichtung des Kolbens

   (2) oder parallel hierzu herläuft.

   4· Kolbenpumpe oder -motor naoh den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass Bwiechen dem Ringraum (9) und dem Zylinderrau»

   (3) ein» auf den Kolben (2) wirkende Dichtung (H) mit mindestens je einer dem Ringraum (9) und dem Zylinderraum (3) zugewendeten Diohtlippe (15, 16) angeordnet 1st.

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   5* Kolbenpumpe oder -motor naeh den Ansprüchen 1 bis 4» daduroh gekennzeichnet! daas awieohen dem Ringraum (9) und dem Gehäuaerau» (1) ein diese verbindender Broaeelkanal (13) vorhanden ist«

   €· Kolbenpumpe nach Anspruch 1, daduroh gekennselohnet» daae au beiden Seiten einer IColbeneohulter (10*) Ringräume (9* 9*) angeordnet sind, welche die Druckräuae bilden«

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