DE1453669C - Längsschmiernuten an der Oberfläche eines Gleitschuh-Kolbens für hydraulische Axialkolbenmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Ausbildung der Längsschmiernuten an der Oberfläche eines Gleitschuhkolbens für hydraulische Axialkolbenmaschinen, denen Drucköl über Querkanäle entsprechend der Schrägstellung des Gleitschuhes zuleitbar ist.

Es ist bekannt, bei den Kolben hydraulischer Axialkolbenmaschinen den Seitendruck, mit dem Drehmomente auf den rotierenden Zylinderblock übertragen werden, dadurch zu kompensieren, daß die Neigung eines Gleitschuhes, der beispielsweise mit Hilfe eines Kugelgelenkes am äußeren Ende des Kolbens angelenkt ist, dazu benützt wird, um Drücköl in Aussparungen zu leiten, die in der Nähe der durch Seitendruck belasteten Gleitlläclien des Kolbens, welche sich gegen die Zylinderwandung abstützen sollen, angeordnet sind, um die sonst hier auftretenden beträchtlichen Reibungskräfte zu verringern und damit hohe Gleitgeschwindigkeiten trotz hohen Betriebsdruckes und entsprechend starker Beanspruchung der Gleitllächen zu verwirklichen (deutsche Auslegeschrilt 1 151 157).

Diese an der Kolbenoberfläche angeordneten Aussparungen werden entsprechend den zu erwartenden Seitendrücke verhältnismäßig groß bemessen und werden durch Kanäle mit der Gleitfläche des Gleitschuhes zur Zuleitung von öl in genügender Menge verbunden. Solche Aussparungen haben aber die Eigenschaft, daß sie, wenn sie genügend wirksam und dementsprechend genügend groß ausgeführt werden, vor allem bei Hochdruckbetrieb erhebliche und unter dem EEinlluß des Öldruckes federnde Ölmengen enthalten. Das hat zur Folge, daß der Aufbau eines die Reibungskräfte ausgleichenden Öldruckes in diesen Aussparungen durch die Ölfederung verzögert wird und somit verspätet nach dem richtigen Moment der wirklich eintretenden Beanspruchung der Gleitflächen erfolgt. Noch störender ist es bei diesen großen Aussparungen, daß der Öldruck in den Aussparungen auch nach Abschaltung des betreffenden Kolbens von der Druckseite für einige Zeit erhalten bleibt, da ja das öl infolge seiner Elastizität in den Aussparungen seinen Druck eine gewisse Zeit nach der Absperrung des Druckölzuflusses noch aufrechterhält. Dadurch wird der Kolben, auch wenn er auf die Saugseite umgesteuert ist, durch den Hochdruck in den vorher von der Druckseite her aufgefüllten Aussparungen gegen die gegenüberliegende Zylinderwand gedrückt und gibt dort zu Verschleiß und Heißlauf Anlaß, zumal da in diesem Zeitpunkt, wo sich der Kolben bereits über der Saugseite befindet, keine mit der Drehmomentbildung zusammenhängenden mechanischen Kräfte mehr vom Kolben auf die Zylinderwand zu übertragen sind.

Weiter ist die Anordnung von Druckölfeldern an der Oberfläche von Kolben bekannt, die durch feine Nuten gespeist werden, die von der Druckseite des Kolbens ausgehend sich über die tragende Fläche des Kolbens ausdehnen (USA.-Patentsehrift 2 300 009). Diese bekannte Einrichtung arbeitet zwar einwandfrei, jedoch ist sie nur für verhältnismäßig leichte Belastungen des Kolbens in der Querrichtung geeignet, da sich bei diesen unvcrnieidlicherweise auch Druckölfelder an der niclitbelasteten Kolbenseite durch die rundherum um den Kolben gleichmäßig verteilten feinen Nuten und die in diesen herangeführten Druckölniengen bilden, womit nur eine teilweise Kompensation der auf den Kolben wirkenden Seitenkräfte erreicht wird und solche Kolben bei der Verwendung in Anlagen mit hohen Betriebsdrücken versagen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Längsschmiernuten an der Kolben-Oberfläche so auszubilden, daß der Aufbau des vollen Öldruckes im Moment der eintretenden Beanspruchung der Gleitflächen und der Abbau des Druckes ohne Verzögerung erfolgt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Längsnuten einen Querschnitt ίο haben, der nicht wesentlich größer als der Querschnitt der Querkanäle ist, und eine Länge, die mindestens gleich dem Kolbenradius ist.

Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird erreicht, daß die spezifische Schnelläufigkeit gesteigert und gleichzeitig der Abrieb an den Gleitflächen vermindert werden kann. Aus der damit erzielten Verminderung der Reibung resultiert zudem ein höherer Wirkungsgrad.

Die Wirksamkeit dieser in ihrer Fläche gegenüber den aufzunehmenden Kräften zunächst viel zu klein erscheinenden Längsnuten beruht darauf, daß diese insbesondere, wenn man ihren Querschnitt nicht größer oder sogar kleiner als die Zuflußquerschnitte bemißt, den Ölaustritt aus den benachbarten, schlagartig belasteten Kolbengleittlächen sicher verhindert. Da jede Druckwelle sich in diesen Längsnuten mit fast unveränderter Geschwindigkeit von rund 1000 m pro Sekunde fortpflanzt, erfolgt die Nachspeisung von Drucköl in die benachbarten Gleitflächen also praktisch synchron mit jedem auftretenden Belastungsstoß. Neben der hierdurch erreichten schnellen Entlastung der Flächen von allen mechanischen Störungen hat man noch den großen Vorteil, daß auch nach Umschaltung des Kolbens auf die Saugseite der geringe Ölinhalt dieser Längsnuten keine störende Federwirkung hervorruft und somit der Verschleiß der Kolben, wie er. sonst gerade auf der Saugseite auftritt, vermieden wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfin- *«■ dung sind an den Enden der Nuten Quernuten angeordnet, die gegenüber benachbarten Quernuten einen Abstand aufweisen.

In Abwandlung des Erfindungsgedankens können die Nuten als schmale Abflachungen mit einer Breite von höchstens einem Drittel des Kolbenradius ausgebildet sein.

Die Nuten werden vorzugsweise am gleitschuhseitigen Ende des Kolbens angeordnet.

Die Erfindung ist.in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt durch eine hydraulische Axialkolbenmaschine mit einem Gleitschuhkolben mit an der Kolbenoberfläche angeordneten erfindungsgemäßen Nuten und ihren Verbindungskanälen, F i g. 2 einen Teil einer abgewickelten Kolbenoberfläche mit einer zweiten Ausfülirungsform der Nuten, F i g. 3 einen Gleitschuhkolben mit einer weiteren Ausführungsform der Nuten und Fi g. 4 einen vergrößerten Schnitt nach Linie IV-IV in F i g. 3.

In Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein Kolben bezeichnet.

der sich in der Bohrung 1 α eines Zylinderblockes 2 hin- und herbewegt. Hierbei stützt sich der Kolben 1 auf eine SchrÜgfiäche 5 mit Hilfe eines Gleitschuhes 4 ab.

In der Ausführung nach Fig. 1 weist der Kolben ί an seinem äußeren oder freien Ende eine Kugel 3 auf welche in einer entsprechend geformten Vertiefung 4<<

des Gleitschuhes 4 gelagert ist, so daß der Gleitschuh um die Kugel 3 beweglich ist. Grundsätzlich könnte natürlich auch die Vertiefung im Kolben 1 und die Kugel im Gleitschuh vorgesehen werden.

Der Kolben 1 ist auf seiner Länge mit einer zentralen Bohrung 1 b versehen, in die ein Stift 6 eingepreßt ist, der in die Kugel 3 bis etwas unterhalb der Kugelfläche reicht. Mit einer Schraube 7 wird der Stift 6 in der zentralen Bohrung 1 b gesichert. Der Stift 6 ist ebenfalls im Zentrum mit einer durchgehenden Bohrung 10 versehen.

Das Drucköl gelangt aus dem Zylinderraum 1 a durch die Bohrung Ib des Kolbens 1 und die Bohrung 10 des Stiftes 6 in die Vertiefung 4 α des Gleitschuhes 4 und von dort durch die Bohrung 11 auf die Gleitfläche des Gleitschuhes. Von der Bohrung 11 führt eine geneigte Bohrung 12 in eine Ringnut 13 an der Oberfläche der Vertiefung Aa des Gleitschuhes 4.

Die Kugel 3 des Kolbens 1 ist mit einer Anzahl, beispielsweise sechs Steuerlöcher 14 versehen, die mit an der Oberfläche des Stiftes 6 befindlichen Längskanälen 8 in Verbindung stehen. Jeder Kanal 8 steht mit einer radialen Bohrung 9 in Verbindung, die in eine kleine Längsschmiernut 15 an der Außenfläche des Kolbens 1 mündet. Diese kleinen Nuten 15, beispielsweise sechs, gleichmäßig an der Oberfläche des Kolbens verteilt, weisen eine geringe Breite und Tiefe auf, sind aber mindestens so lang wie der Kolbenradius. Die Querschnittfläche der kleinen Nuten 15 ist dreieckig, quadratisch oder halbkreisförmig. Sie überschreitet dabei nicht den Querschnitt der Zuführungen, die das Drucköl vom Gleitschuh 4 zu den jeweils belasteten Oberflächen führen. Man kann aber auch die Querschnitte der Nuten 15 kleiner als die Zuführungen ausbilden, um eine gewisse Drosselung des Öles zu erreichen. Es besteht keine Gefahr, daß diese kleinen Nuten 15 durch Fremdkörper verlegt werden, da eine dauernde Bewegung der Kolbenfläche an der Zylinderwand stattfindet, wodurch solche Fremdkörper zerkleinert werden.

Am Ende der Nuten 15 können kleine Quernuten 15 α (Fi g. 2) zur besseren Verteilung des Öles an der Kolbenoberfläche vorgesehen werden. Hierbei ist jedoch eine direkte Verbindung mit benachbarten Nuten 15 zu vermeiden.

In der in F i g. 1 dargestellten schrägen Stellung des Gleitschuhes 4 stehen die Bohrungen 14 auf der rechten Seite des Kolbens 1 nicht in Verbindung mit der Ringnut 13, während die Steuerlöcher 14 auf der linken Seite des Kolbens in Verbindung mit dieser Nut 13 stehen. Drucköl kann somit durch die Bohrung 10, Bohrung 11, Bohrung 12, Ringnut 13 zu den Steuerlöchern 14 fließen und von dort durch die Längskanäle 8 und die radialen Bohrungen 9 zu den entsprechenden Nuten 15. Damit hat man es in der Hand, das Öl nur an diejenigen Oberflächenpartien des Kolbens 1 und des Zylinders 2 zu bringen, wo durch die Seitendrücke die größte Anpressung auftritt. Selbstverständlich können auch an weiteren Stellen des Kolbens 1 kleine Längsnuten 15 angeordnet werden, die in gleicher Weise über Kanäle 8 und radiale Bohrungen 9 gespeist werden. Will man beispielsweise am inneren Ende des Kolbens 1 solche Nuten 15 anbringen, so müßte der Stift 6 entsprechend verlängert werden.

Die kleinen Nuten 15 können auch in der Form von Abflachungen ausgebildet werden, da sie nichts anderes als eine Nut besonderer Form darstellen. Der Vorteil solcher Abflachungen liegt darin, daß sie leicht auf einer Schleifmaschine hergestellt und auch leicht gemessen werden können. Solche Abflachungen sind

ίο in Fig. 3 und 4 dargestellt. Der Kolben20 ist mit Abflachungen 21 versehen, die an Stelle der kleinen Nuten 15 von F i g. 1 treten. Während eine Nut gemäß F i g. 1 gewöhnlich einen dreieckigen, quadratischen oder halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, kann eine Abflachung genau eben oder auch etwas konkav oder konvex ausgebildet sein. Die Querschnittfläche einer Abflachung 21 soll etwa gleich groß sein wie die einer Nut 15 nach Fig. 1, während die Länge beider Ausführungen etwa gleich ist.

Der Kolben kann auch beide Formen von Nuten aufweisen, sei es, daß in einer Abflachung noch eine Nut angeordnet wird oder sei es, daß eine Nut 15 durch Abflachungen 21 unterbrochen wird. Auch das nebeneinander Anordnen von Abflachungen 21 und Nuten 15 ist möglich. Weiter braucht die Querschnittfläche einer Nut 15 bzw. einer Abflachung 21 nicht über ihre ganze Länge gleich groß zu sein, sondern kann etwas geändert werden.

Abflachungen 21 an der Kolbenoberfläche erleichtern bei engen Passungen die Bildung eines Ölfilmes an den aufeinandergleitenden Oberflächen von Kolben und Zylinder. Wesentlich im Sinne der Erfindung ist es, daß die Querschnittfläche einer Längsschmiernut 15 oder 21 nicht wesentlich größer als die Quer-Schnittfläche des Zuführungskanals, die Länge jedoch genügend lang ist, um ein genügend großes Druckfeld zur Aufnahme der Seitenkräfte zu bilden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Längsschmiernuten an der Oberfläche eines Gleitschuhkolbens für hydraulische Axialkolbenmaschinen, denen Drucköl über Querkanäle entsprechend der Schrägstellung des Gleitschuhes zuleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsnuten (15, 21) einen Querschnitt haben, der nicht wesentlich größer ist als der Querschnitt der Querkanäle (9), und eine Länge, die mindestens gleich dem Kolbenradius ist.

2. Längsnuten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Tiefe kleiner ist als der Durchmesser der Querkanäle (9).

3. Längsnuten nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an ihren Enden Quernuten (15 a) angeordnet sind, die gegenüber benachbarten Längsnuten (15, 21) einen Abstand aufweisen.

4. Längsnuten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie schmale Abflachungen (21) mit einer Breite von höchstens einem Drittel des Kolbenradius sind.

5. Längsnuten nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie am gleitschuhseitigen Ende des Kolbens (1) angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnunsen