DE1528495A1

DE1528495A1 - Hilfskolben fuer eine hydrostatische Kugelkolbenmaschine

Info

Publication number: DE1528495A1
Application number: DE19661528495
Authority: DE
Inventors: Sinclair Cunningham; Kilbride East; Donald Firth
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1965-02-11
Filing date: 1966-02-11
Publication date: 1970-07-02
Also published as: GB1129293A; FR1467649A; US3366017A; SE305130B

Description

Priorität: 11. Februar 19β5 - ElIGLAIiD

Die Erfindung betrifft hydrostatische Kugelkolbenp.aschinen entweder mit geradliniger Bewe^unnr oder mit umlaufender Bewegung und insbesondere auf eine Kolbenanordnunr: hierfür. Bei solchen Maschinen wird jeder Kolben durch eine Kugel gebildet, die Schiebesitz in einer Zylinderbohrung hat, zu welcher Cl unter der .^teuerunr. eines Zapfenventils (bei einer umlaufenden Maschine) oder dessen äquivalent (bei einer faschine mit geradliniger Bewep-.un.^) Zutritt

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erhält bzw. aus ihr abgeleitet wird« Die Kugeln liegen gegen eine Kurvenbahn an, deren Erhebungshöhe ausreichend geringer als der Kugelhalbmesser ist, um sicherzustellen, daß eine Kugel niemals aus der Zündung des Zylinders.n& ihrem vollen Halbmesser vorsteht*

Eine hydrostatische faschine ist eine Maschine, bei welcher die mechanische Ausgangsleistung (im Falle eines Motors) oder die mechanische Eingangsleistung (im Falle einer Pumpe) eine Punktion des Druckes bzw. der potentiellen Energie des Arbeitsmediums statt der Geschwindigkeit oder der kinetischen Energie desselben ist. Daher sind Verluste .im Arbeitsmittelkreislauf infolge hoher Strömungsgeschwindigkeiten durch Öffnungen, Kanäle und Leitungen vernachlässigbar .

^TiJenn die Zahl der Hübe eines Kugelkolbens unter etwa 2oo je Mnute abfällt, steigt die Menge des an der Kugel vorbeileckenden Öls auf einen Wert an, der einen beträchtlichen Anteil des dem Zylinder zugeführten Gesamtvolumens, d.h. ' ■ ' etwa Io %_t ausmacht» Dies hat zur Folge, daß der Wirkungsgrad der faschine, unabhängig davon, ob sie als Pumpe oder als Motor betrieben wird, beträchtlich abfällt· Da ! jedoch die Kugel innerhalb des Zylinders um jede Symmetrie-

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achse der Kugel frei drehbar sein muß, weil, insbesondere bei einer umlaufenden Maschine« der Zylinderblock eine gewisse Bewegungsfreiheit mit Bezug auf die Kurvenbahn - in "tifllifr Richtung i» rechten Winkel zur Hauptbewegunpsricht- «ng 4ei» Kugeln <Iber die Bahn haben muß, kann keine Torr einet¹ elastischen ^rückdichtung an der Kugel verwendet _Λ

\ werden»

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Hilfskolbens für das Zusammenwirken mit der Kugel für die erforderliche Umwandlung zwischen hydrostatischer und mechanischer Energie und gleichzeitig zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Öldichtung innerhalb des Zylinders.

Ein solcher Hilfskolben für eine hydrostatische Mr-e !kolben maschine wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine ; im wesentlichen starre'Scheibe von einer solchen Durchmesser .;' gebildet, daß sie einen Schiebesitz'in der Eohrunr eines Zylinders hat, vrelche Scheibe an ihrer Vorder- oder Außenfläche eine teilkugelige Form r.it der. gleichen Halbresser wie die Kugel sowie einen Kanal durch ihre Dicke hat, iami-f-Cl in die ZylinderbohrunF hinter der "u«5el hindurchtreter. kann.

Vorzugsweise ist die Scheibe rit mehreren durchgeher.-f.^r. ^!'ff-

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nungen in symmetrischer Anordnung um ihre Achse herum versehen.

Als Material für die Scheibe kann mit Vorteil ein Material von geringer Reibung, beispielsweise Polytetrafluoräthylen, verwendet werden« ·

Zweckmiissig ist eine Druckfeder zwischen der Rückseite der Scheibe und einen festen Widerlager innerhalb des Zylinders, beispielsweise den inneren Ende der Zylinderbohrung, angeordnet.

Eine praktische Ausführungsform der Erfindung wird nachfolpcend beispielsweise in Verbindung mit der beiliegenden Zeich- ' nung näher beschrieben und zwar zeigen:

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Fig« 1 eine Ansicht im Axialschnitt durch einen Zylinder einer ' J '*■* unlaufenden Maschine mit einem erfindungsgemäesen j

zusammengesetzten Kolben; ^? '' ί

Fig, 2 in vergrösserten Ilaßstab eine Ansicht des in Fig. X gezeigten Hilfskolbens;

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Fig. 3 eine Draufsicht des in Piß. 2 dargestellten Ililfs· kolbens vom oberen Ende des Zylinders und

Pig« 4 eine Schnittansicht der Druckfeder*

Bei der in Pig« I gezeigten Anordnung, welche einen Zylinder mit einem Kolben einer umlaufenden Maschine zeigt, ist ein Kugelkolben 1 in einem Zylinder 2 unter der Steuerung einer nicht gezeigten ringförmigen Kurvenbahn hin- und herbeweglich« Das innere Ende des Zylinders 2 steht über einen Kanal 4 mit den öffnungen eines nicht gezeigten herkömmlichen Zapfenventils in Verbindung. Der Kanal 4 mündet durch eine ebene innere Endwand 5 des Zylinders, die einen kleineren Durchmesser als die Bohrung hat, in welcher sich die Kugel hin- und herbewegt, und mit dieser durch einen konischen Wandabschnitt 6verbunden ist« Die ringförmige Fläche der den Kanal 4 umgebenden Endwand 5 dient als Abstützung für eine nachstehend näher beschriebene spiralige Druckfeder 7 (siehe auch Fig. 4),

Hinter der Kugel, d«h« zwischen dieser und der inneren Endwand 5 des Zylinders 2, befindet sich ein Hilfskolben

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in Form einer Scheibe 8, welche Schiebesitz in der Hauptbohrung des Zylinders 2 hat« Diese Scheibe besitzt eine teilkugelförmige Vorderfläche 9 von dem gleichen Halbmesser wie die Kugel, so daß die letztere mit passendem Sitz gegen die Scheibe 8 anliegt.

Wie aus Pig. 2 und 3 ersichtlich ist, weist die Scheibe 8 eine verhältnismässig grosse Mittelöffnung Io auf, welche den Hauptkanal für das zum Kugelkolben 1 und um diesen herum fliessende öl bildet» Ferner sind HilfsÖffnungen in Form von bogenförmigen Taschen 11,12 und 13 symmetrisch um die I'ittelöffnung Io herum in der teilkugelförmigen Vorderfläche der Scheibe vorgesehen, von denen jede mit dem Raum hinter der Scheibe 3 durch eine feine öffnung l4, 15, l6 in Verbindung steht. Jede Tasche 11, 12, 13 erstreckt sich über einen Winkel von etwa. 9o° um die Achse des Zylinders und die Taschen sind normalerweise geschlossen, wenn die Kugel 1 auf der teilkugelförmigen Vorderfläche 9 der Scheibe 8 aufsitzt»

Die Aufgabe der Taschen 11, 12, 13 ist die Aufrechterhaltung eines dünnen ölfilmes zwischen der Kugel 1 und der Fläche 9, damit sich die Kugel so frei wie möglich um irgend eine Symmetrieachse drehen kann, wenn sie der Kurvenbahn

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j folgt, und «war ohne übermässige Reibung zwischen der Kugel und der Scheibe 8« In jedem Falle wird jedoch die Scheibe 8 normalerweise aus einem Material mit einem niedrigen Reibungekoeffizienten hergestellt, das eines der bekannten imprägnierten Sintermetall-Lagerwerkstoffe oder ein PoIytefcrafluoräthylerv sein kann« Die Scheibe 8 hat einen saugend passenden QMtsitc Innerhalb des Zylinders 2, um eine wirksame Abdichtung gegen das Lecken von Cl an Ihrer : Umfangewand vorbei su erzielen, ohne daß ihrer axialen Bewegung im Zylinder ein wesentlicher Widerstand entgegengeaetit wird«

Venn der Druck i« Kanal 4 hoch ist, ist der Druck an Punkt χ in Pig* 2 (an welchem die Fläche der Kupcel 1 mit den Rand der Vorderfläche 9 «usammentrifft) infolge des Arbeitsspiels «wischen der Kugel 1 und dem Zylinder 2 und infolge des Widerstandes des Weges «wischen der Kugel und der Fläche 9 niedriger« Es besteht daher ein Druckgeffille über den Hilfs-' kolben 8, Gleichseitig wird der Druck im Kanal 4 über die feinen öffnungen 14 _$ 15 und 16 den Taschen 11, 12, 13 zugeführt, um den dünnen Plfilm zwischen der Kugel und dem Hilfskolben aufrecht zu erhalten. Infolge der symnej trischen Anordnung der Taschen wird auf die Kugel 1 eine r «entrierend wirkende Kraft ausgeübt, welche das Bestreben

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hat, ein cleichmilssiges Spiel an allen Stellen zwischen der Kugel und dem Zylinder aufrecht zu erhalten. Auf diese Weise wird der Reibungswiderstand und damit der Verechleißnrrad zwischen der Kugel 1 und der Zylinderbohrung 2 auf einem relativ geringen Wert gehalten.

Die Aufgabe der Druckfeder 7 besteht darin, die Aufrecht* erhaltung des Kontakts zwischen dem Hilfekolben 8 und der 1 bei geringem Öldruck sicherzustellen.

Die vorangehend beschriebene Bauform dient zur Verbesserung der öldichtung zwischen der Kolbenanordnung 1, 8 und dem Zylinder 2 und ermöglicht die Verwendung einer Kugel 1
von genormter ßrösse, die eine grössere Durchmessertoleranz als üblich, wenn die Kugel allein als Kolben wirkt, haben kann.

Patentansprüche t

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Claims

Iy Hilfskolben für eine hydrostatische Kugelkolbenmaschine, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen starre Scheibe mit einem Durchmesser_# der einen Schiebesitz in der Bohrung eines Zylinders ergibt, und mit einer Vorderoder Aussenfläche von teilkugeliger Form von gleichem Halbmesser wie die Kugel zur Bildung eines Sitzes für diese, welche Scheibe ferner eine öffnung durch ihre Dicke aufweist, damit öl in die Zylinderbohrung hinter der Kugel gelangen kann»
2. Hilfskolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe mit mehreren durchgehenden öffnungen in symmetrischer Anordnung um die Achse der Scheibe herum ausgebildet ist«
3. Hilfskolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dje SchAbe eine verhältnismässig grosse, kreisför-

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mige Mittelöffnung, die zu ihr gleichachsig ist, und eine Anzahl HilfsÖffnungen besitzt, die in der teilkugeligen Fläche der Scheibe symmetrisch angeordnet sind,
4. Hilfskolben nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet _t

daß die HilfsÖffnungen die Form von bogenförmigen üsohen haben, welche symmetrisch um die Mittelöffnung herum in der teilkuKeligen Fläche der Scheibe ausgebildet sind und mit der Rückseite der Scheibe Je durch eine feine öffnung verbunden sind.
5. Hilfskolben nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich·» net, daß die Rückseite bzw. Innenfläche der Scheibe eben ist.
6. Hilfskolben nach den Ansprüchen 1-5» dadurch gekennzeichnet» daß die Scheibe au3 einem Material von niedrigem Reibungskoeffizienten, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen, ist.

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7« Hilfskolben nach den Ansprüchen 1-6, gekennzeichnet durch «ine Druckfeder, welche sich an Ihrem fusseren Bnds an der Rückseite der Scheibe und an Ihrem Inneren End· an einem festen Widerlager Im Zylinder abstützt.

8« Hydrostatische Kugelkolbenmaschine, dadurch rel-ennzeich- net» daft jeder Zylinder einen Kugelkolben und einen Hilfskolben naoh den Ansprüchen 1-6 enthalt und der Hilfskolben hinter der Kugel angeordnet 1st.

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