DE2420542A1 - Mittel zur sicherung eines kolbenschuhes in radialkolbenaggregaten - Google Patents

Description

Anmelder:

Karl Eickmann, 2420 Isshiki, Hayama-machi, Kanagawa-ken/Japan

"Mittel zur Sicherung eines Kolbenschuhes in Radialkolbenaggregaten"

Die Erfindung betrifft Mittel zur Sicherung eines Kolbenschuhes gegen Herausfallen aus dem Kolben in von Fluid durchströmten Radialkammernaggregaten, wie insbesondere hydrostatischen Pumpen und Motoren.

Es sind viele Arten von Radialkolben bekannt, die mit Kolbenschuhen ausgerüstet sind. Meistens sind sie mit dem Kolben verbunden, so daß sie nicht aus ihm herausfallen können. Bei sehr hohen Drehzahlen, wenn die Kolben beim Einlaßhub sehr hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind, kann es jedoch vorkommen, daß die Schwenkverbindung zwischen Kolben und Kolbenschuh versagt und der Kolbenschuh aus dem Kolbensitz herausfällt. Der Kolbenschuh wird dann zwischen dem Rotor und der Kolbenantriebsvorrichtung zerquetscht und in Stücke zerschlagen, die das Aggregat in Sekundenschnelle völlig vernichten.

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Durch die Erfindung werden diese Gefahren herkömmlicher Kolbenschuhe überwunden, indem der Kolbenschuh im Kolben überhaupt nicht befestigt ist, sondern lose auf dessen Sitze liegt. Der Kolbenschuh kann unter Fliehkraft sich völlig vom Sitze abheben und innerhalb eines begrenzten Raumes frei bewegen. Die Erfindung besteht nun darin, daß Mittel angeordnet sind, die trotz der Bewegungsfreiheit des Kolbenschuhes relativ zum Kolben sichern, daß der Kolbenschuh niemals so vom Kolben fort kann, daß er sich nicht mehr selbst in den Sitz im Kolbenschuh hinein zentriert, wenn er sich demselben wieder nähert, oder der Rotor weiter umläuft und den Kolben dem Kolbenschuh radial nähert. Diese Mittel sind;

die Anordnung eines tiefen Kolbensackes, an dessen Boden ein Kolbenschuhsitz ausgebildet ist, dessen Boden weiter von der Kolbenöffnung entfernt ist als der Kolbenhub des Aggregates ist. Dadurch -.kann der Kolbenschuh nie aus dem Kolben ganz heraus. Ferner die Anordnung von Wänden axial jenseits des Kolbenschuhes, so daß dieser in Rotorrichtung axial nicht wegfallen kann und die Anordnung einer Ausdrehung in die Rotoraußenfläche hinein zur Aufnahme von an mindestens einem Kolbenschuhende angeordneten Radialverlängerungen, die radial länger sind als die Exzentrizität des Aggregates sowie weitere Anordnungen von Sicherungen, oder Sicherungsmittel, die in den Patentansprüchen beschrieben sind.

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mit den

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Maschine eingebauten Sicherungsmitteln in einem Ausführungsbeispiel in beispielhafter Form,

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch Fig. 1 entlang der Schnittlinie H-II.

Mittels der Lager 14 ist im Gehäuse 30 der Rotor 2 eines Radialkolbenaggregates, Pumpe, Motor od.dgl. gelagert und von dem Kolbenhubantrieb 33 umgeben, der mit einer inneren Führungsfläche 32 zur Führung der Kolbenschuhe 1 in radialer Richtung versehen ist und der mit mindestens einer Ringnut 12 radial von innen her versehen sein kann. Im Rotor 2 sind die etwa radialen Zylinder 3 angeordnet, in denen in bekannter Weise die Kolben 4 radial auswärts und einwärts gleiten und dadurch wird Fluid in die Zylinder aufgenommen oder aus ihnen abgeführt. Die Kolben 4 sind mit einer Ausnehmung 30 versehen, an deren radial innerem Ende sich ein hohlkugelteilförmiger Sitz zur Lagerung des Kolbenschuhfußes befindet. Derartige Kolbenausbildung ist an sich bekannt, doch ist es erfindungsgemäß so, daß die Ausnehmung 30 im Kolben 4 tiefer sein muß als der Kolbenhub des Aggregates ist, denn dadurch wird das Herausfallen des Kolbenschuhes aus dem Kolben verhindert. Selbst wenn der Kolben 4 die tiefste und der Kolbenschuh 1 die äußerste Badialstellung hat, ist der Kolbenschuhfuß 5 dann immer noch etwas innerhalb der Kolbenausnehmung 30. Diese kann zum radial äußeren Ende des Kolbens 4 hin sich konisch erweitern, was den KoI-

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benfuß 5 dann leichter in seinen Sitz im Kolben 4 zurückleitet.

Der Kolbenschuh ist mit seinem äußeren Teil in Richtung der Rotorachse nach beiden Richtungen ausgedehnt und mit der Kolbenschuhführungsflache 3I versehen, die an der Innenfläche der Kolbensehuhführung.32 des Kolbenhubantriebes 33 gleiten kann, aber in Richtung der Pührungsflache so weit tangential peripherial ausgedehnt ist, daß die Kolbenschuhaußenführungsflache 31 in dieser Richtung langer ist als die radiale Höhe des Kolbenschuhes. Das hat den Vorteil, daß der Kolbenschuh nicht umkippen kann. An den axialen Enden hat der Kolbenschuhl'ührungsflächen, die jedoch nicht zu eng an den Wänden 36 oder 37 oder an anderen Kolbenschuhenden benachbart sind. Die Wände 36 und 37 sind am Rotor angeordnet oder dem Rotor 2 zugeordnet und sie verhindern, daß der Kolbenschuh 1 axial aus dem Rotor herausfallen kann. Sie umgreifen an dessen Enden den Kolbenhubantrieb 33. Zwar ist statthaft, daß die Kolbenschuhe eng an den Wänden 36 oder 37 oder an anderen Kolbenschuhenden anliegen, doch ist das nicht vorteilhaft, denn wenn etwas Zwischenraum zwischen den Kolbenschuhaxialenden und den Wänden 36,37 vorhanden ist, können die Kolbenschuhe diese nicht berühren und folglich an ihnen keine Reibung verursachen, was den Wirkungsgrad der Maschine erhöht.

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In Doppelgruppenaggregaten, wie in der Fig. 1, Kolbenschuhgruppen axial nebeneinander. Dann wird in die Rotoraußenfläche eine Ringnut 10 eingearbeitet, die so tief bemessen ist, daß erfindungsgemäß die an dem betreffenden Kolbenschuhaxialende angeordnete Kolbenschuhradialverlängerung. (Radialvertiefung 6), die tiefer ist in radialer Richtung als die Exzentrizität der Maschine, in diese Ringnut 10 eintreten kann. Zwei Kolbenschuhvertiefungen (6) liegen sich dann benachbart gegenüber und sie sichern sich gegenseitig gegen Axialbewegung der Kolbenschuhe. Auch in diesem Falle ist ein kleiner Zwischenraum zwischen den Kolbenschuhverlängerungen (Vertiefungen 6) zweckdienlich, um Reibung unmöglich zu machen. Selbst, wenn ein Kolbenschuh die radial tiefste und der andere benachbarte die radial äußerste Lage hat, bleibt ein Teil der Verlängerungen (6) erfindungsgemäß einander benachbart, so daß keiner der Kolbenschuhe axial wegfallen kann, was durch die Bedingung erreicht ist, daß jede der Radialverlängerungen (6) ausgedehnter ist als das Ausmaß der Exzentrizität zwischen den Achsen des Rotors 2 und des Kolbenhubantriebes 33· Der Kolbenschuh ist vorteilhafterweise mit hydrostatischen Lagern 29,8 und deren Verbindungen 9 versehen, die durch die Kolbenbohrung 4-1 mit Druckfluid beaufschlagt werden und zwischen Kolbenschuh und Kolben (4) oder Führung (32) angeordnet sind. Zwecks Erzielung eines großen Kolbenhubes und damit einer großen Leistung und einem hohen Wirkungsgrad ist der Kolbenschuhkörper 28, der die Verlängerungen

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des Kolbenschuhes 1 verbindet und diese mit dem Kolbenfuß 5 verbindet, so schmal ausgebildet, daß er in den Rotorquerschlitz 38 eintreten kann und die zwischen den Rotorschlitzen verbleibenden Rotorstege 13 an der Führungsfläche j52 vorbei in die betreffende Ringnut 12 in dem Kolbenhubantrieb eintreten können. Zwischen dem Kolbenfuß mit dem Schwenkkörper und dem Kolbenschuhkorper 28 kann der Kolbenschuhhals 7 angeordnet sein und schmaler im Durchmesser als der Kolbenfuß-Schwenkkörper ausgebildet sein.

Wenn die Maschine als Pumpe arbeitet, wird dieser das Fluid praktischerweise unter Vordruck zugeführt, damit die Kolben und damit auch die Kolbenschuhe beim Einlaßhub in die radiale Außenlage gepreßt werden.

Die Maschine hat Pluidleitungen und Anschlüsse 15 bis 26, die Anschlüsse im Anschlußkörper 27.

Durch die Erfindung ist einmal ein für höchste Drücke geeigneter, radial fester Kolbenschuh es^ielt worden und zum anderen ist dieser durch Benachbarung von Fiäehenmitteln und durch seine Formgebung und seine Ausdehnungen gegen Verlassen des Kolbens 4 gesichert, so daß er sich immer wieder selbst in den Sitz im Kolbenboden innerhalb der Kolbenausnehmung 30 zentriert.

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Da keinerlei Verbindung zwischen Kolben und Kolbenschuh angeordnet ist, kann auch eine solche nicht zerbrechen und die erfindungsgemäße Anordnung ist deshalb auch für hohe und höchste Drehzahlen und Drücke geeignet.

Während die Erfindung anhand der Fig 1 im wesentlichen in ihrem Aufbau und ihrer Wirkungsweise beschrieben worden ist, wird sie noch deutlicher verständlich anhand der Schnittfiguren und Erläuterungsfiguren 3 bis 5.

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch Fig. 1 entlang eines Teiles der Schnittlinie HI-III,

Fig. 4 ist ein Schnitt durch Fig. 3 entlang der Schnittlinie IV-IV und

Fig. 5 erläutert die Lage zweier Kolbenschuhe der Erfindung in einem der Fig. 3 ähnlichen Schnitt.

In Fig. 3 ist ein Zylinder 3,103 leer eingezeichnet, also ohne eingebauten Kolben und Kolbenschuh. Daraus wird ersichtlich, wie sich infolge der Abnehmungen des Rotoraussendurchmessers auf die Durchmesser 91 und 9h der Fig. 1 (in Fig. 3 strichliert gezeichnet) zwischen den Rotorradialstegen 13 der Rotorquerschlitz 38 zur Aufnahme des Kolbenschuhzentralteiles 28 dadurch ausgebildet, daß der Zylinder 3,103 den Radialsteg I3 aufbohrt. Im oberen Teil der Fig. 3 ist sichtlich, wie xdie Radialstege I3 infolge der exzentrischen Lage des Kolbenschuhführungsteiles 33 in die radiale

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Ringnut 12 in der Kolbenschuhführung 33 eintreten. Dabei treten die Außenteile der Radialstege 13 radial nach außen an de» Kolbenhubführungsflachen 32 der Kolbenschuhführung vorbei in diese hinein. Dadurch wird der große Kolbenhub und die hohe Leistung des Aggregates bei hohem Wirkungsgrad erzielt. Unten links in Fig. 3 ist sichtbar, wie die Kolbenschuhradial Verlängerung 6 jenseits des Rotorsteges 13 in die Ausnehmung im Rotor 2 zwischen den Radialstegen 13 eintritt (strichliert gezeichnet) und auch in die Ringnut 10 des Rotis 2 ein-

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treten kann. In Fig. 2, 3 und 4 sind schließlich/die Dichtflächen Begrenzungsnuten 95 eingezeichnet, die eine zu weite Ausdehnung der Laufflächen des Kolbenschuhes verhindern. Jenseits derselben bleiben Führungsf1ächenaußenteile 31 stehen, die der stabilen Führung des Kolbenschuhes an der Kolbenschuhführungsflächenanordnung 32 dienen. Die Formgebung der Druekfluidtaschen 8 im Kolbenschuh ist aus Fig. 1 und 4 ersichtlich. Durch die Ausnehmungen 95 ist die Fläche um die Druckfluidtaschen herum begrenzt, so daß die Anpreßkräfte genauer wirksam werden. In Fig. 4 ist schließlich ersichtlich, wie die Kolbenschuhe mit Schlitzen zwischen den Führungsflächen 3I versehen sind, damit die Rotorstege 31 in diese eintreten können und der Kolbenschuh am Außendurchmesser des Rotors vorbei in die Ausnehmungen beiderseits der Radialstege 3I eintreten kann in die betreffenden Rotorausnehmungen.

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In dem Doppelgruppenaggregat sind zwei Zylindergruppen vorhanden, von denen die eine mit 3 und die andere mit 103 gekennzeichnet ist. Das Aggregat kann aber natürlich auch als Eingruppenaggregat mit lediglich den Zylindern3 ausgebildet sein. Wenn das Aggregat mit mehreren Zylindergruppen versehen ist, kann die eine Kolbenschuhverlängerung 6 mit gekennzeichnet werden, wodurch man in Fig. 4 deutlich sieht, daß jeweils eine Kolbenschuhverlängerung 6 einer Kolbenschuhverlängerung 66 der anderen Kolbenschuhgruppe benachbart ist. Dadurch, daß die Kolbenschuhverlängerungen 6 in radialer Richtung langer ausgedehnt sind als die Exzentrizität e zwischen den Mittellinien 92 und 93 des Rotors und der Kolbeneehubführung 33, verhindern die Kolbenschuhverlängerungen 6 und zweier Gruppen gegenseitig, daß die Kolbenschuhe sich in axialer Richtung verlagern können. Das ist durch Fig. 5 näher erläutert. Es ist angenommen, daß infolge eines Unfalls, z.B. durch Festklemmen des Kolbens in der Rotorbohrung der strichliert gezeichnete Kolben 4 in der radial inneren Lage im Rotor festsitzt in Fig. 5» Der Kolbenschuh, der ebenfalls schraffiert eingezeichnet ist, ist ebenfalls in seiner radial inneren Lage eingezeichnet. Demgegenüber ist der in Ansicht dargestellte Kolbenschuh der anderen Kolbengruppe mit der Verlängerung 66,der teilweise strichiiert gezeichnet ist, da er teilweise hinter dem Radialsteg 13 des Rotors liegt, in einer radial äußeren Lage eingezeichnet. Die beiden Kolbenschuhverlängerungen 6 und 66 liegen dann in der strichiiert en Fläche 96 aneinander an oder benachbart zueinander,

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so daß keiner der Kolbenschuhe nach vorne oder hinten in Axialrichtung wegfallen kann.

Die Rotor-Kolben-Kolbenschuh-Anordnung nach der Erfindung ist ein Super Sicherheitssystem. Wenn einer der Kolben im Rotor festklemmt im Betrieb, dann bleiben Kolben und Kolbenschuh einfach arbeitslos im Aggregat, ohne sich gegenseitig zu zerstören. Die übrigen Kolben und Kolbenschuhe des Aggregates arbeiten dann weiter, so daß das Aggregat nicht ausfällt, sondern lediglich mit weniger Kolben weiter arbeitet. Während also die bekannten Aggregate mit Verbindungen zwischen Kolben und Kolbenschuhen bei einem Kolbenklemmer oder Heißläufer zur Zerstörung des gesamten Aggregates führen, kann das Sicherheitsaggregat der Erfindung auch bei einem oder einigen Heißläufern der Kolben in hohem Umfange, wenn auch nicht im vollen Umfange,, weiter arbeiten. Das macht dieses erfindungsgemäße Aggregat anwendbar in Hubschraubern und Luftfahrzeugen, bei denen herkömmliche Aggregate, wenn zum Propellerantrieb verwendet, bei Kolbenfressern oder Heißläufern zum Absturz des Hubschraubers oder gegebenenfalls des Plugzeuges führen würden. Das Sicherheitssystem der Erfindung leitet auch bei einem oder einigen Kolbenfressern den Hubschrauber noch abstur ζ frei zur Erde zurück.

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Claims (6)

1. 24205A2

   E 88

   15. August 1974

   Ansprüche;

   l.j Mittel zur Sicherung eines Kolbenschuhes in Radialkolbenmaschinen gegen Trennung desselben vom Kolben, dem er zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Kolben (4) nicht verbundene Kolbenschuh (l) mit einem tief in den Kolben (4) eintretenden Kolbenfuß (5) versehen ist, die Ausnehmung (30) im Kolben (4) tiefer ist und der Kolbenschuhfuß (5) länger ist als der durch das zweifache der Exzentrizität zwischen Rotoraehse (2) und Kolbenhubantriebsachse (33) bestimmte Kolbenhub.
2. 2. Mittel nach Anspruch 1 und dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschuh mit äußeren Führungsflächen (3I) an seinen Verlängerungen (1,6) versehen ist, die der Form der Kolbenhubführung (33) angepaßt und langer ausgedehnt sind als die radiale Höhe des Kolbenschuhes (1).
3. 3. Mittel nach Anspruch 2 und dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Enden des Kolbenschuhes (1) zwischen am Rotor (2) angeordneten oder ausgebildeten Wänden mit Spiel geführt sind.

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   NACHGEREICHT
4. 4. Mittel nach Anspruch 1 und dadurch gekennzeichnet, daß im Rotor (2) radial von außen her eine Vertiefung (Ringnut 10) angeordnet ist zur Aufnahme der an dem Kolbenschuh (1) radial länger als die Exzentrizität des Aggregates ausgebildeten Radialverlängerung (en) (6).
5. 5. Mittel nach Anspruch 1 und dadurch gekennzeichnet,

   . daß der Kolbenschuh (l) mit einem schmaler als der Rotorquerschlitz(34)ausgebildeten Kolbenschuhkörper (28) versehen ist.
6. 6. Mittel nach Anspruch 1 und dadurch gekennzeichnet,

   daß der Kolben (4) einen sphärischen (kugelteilförmigen) Kolbenschuhsitz und der Kolbenschuhfuß einen kugelteilförmigen Schwenkkörper (5) hat und zwischen diesem und dem Kolbenschuhkörper (28) ein langer Kolbenschuhfuß (7) ausgebildet ist, dessen Durchmesser kleiner als der des Schwenkkörpers (5) ist.

   7· Mittel nach Anspruch 1 und dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kolbenschuhe von Kolbenschuhgrußßen eines Mehrstromaggregates mit ihren radialen Verlängerungen (6) nahe beieinander liegen und die Radialverlängerungen (6) radial tiefer als die Exzentrizität des Aggregates sind.

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