DE2455306A1

DE2455306A1 - Arrangements for lubricating swashplate engine pistons - effective at low speeds, minimising risk of blocked oil ports

Info

Publication number: DE2455306A1
Application number: DE19742455306
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Lachner; Hans Warnke
Original assignee: Kloeckner Werke AG
Current assignee: Kloeckner Werke AG
Priority date: 1974-11-22
Filing date: 1974-11-22
Publication date: 1976-08-12

Abstract

The piston (5), hollow but closed at one end, has on its outer surface a number of flats (1) and grooves (3) so arranged that working fluid supplied to the flats through ports(19) will be retained even when the engine is stopped. To reach these ports, fluid enters the piston through central holes in the closing plate (16) and spring washer (14) securing respectively throttling discs (6) and a sleeve (7) whose other end presses against a second spring (10) so that when the engine runs it will oscillate axially. This movement prevents clogging of the ports in the sleeve (4) and of the metering passages (12) between the trhrotling discs (6).

Description

Kolben für Schrägscheiben-Axialkolbenmaschinen Die vorliegende. Erfindung betrifft Kolben für Schräscheiben-Axialkolbeniaschinen mit mit einem. oder mehreren Drosselelementen verseh'enen.Drosselstellen für die Versorgung der hydrostatischen-Lagerung der Kolben über Lagertaschen am Umfang des Kolbens.Pistons for swash plate axial piston machines The present. invention relates to pistons for swashplate axial piston machines with with a. or more Throttle elements provided. Throttle points for the supply of the hydrostatic bearing the piston via bearing pockets on the circumference of the piston.

Bei den Schrägscheiben-Axialkolbenmnschinen wird das wirksame Drehmoment von den Kolben auf die Zylindertrommel mit Welle übertragen'oder'umgeRehrt von der Welle mit Zylindertrommel auf die Kolben, ersteres ist beim Motorbetrieb, letzteres beim Pumpenbetrieb der Fall. Der mechanische-Wirkungsgrad dieses tbertragungsmechanismus wird durch die- Reibung zwischen Kolbenlaufbüchsen und Kolben beeinträchtigt, welche durch die zur Ubertragung des Drehmoments erforderlichen Kolbenquerkräfte hervorgerufen wird. Es ist bekannt, daß diese Reibung bei hinreichend großer. Kolbengeschwindigkeit durch den Aufbau eines.hydrodynamischen Schmierfilms sehr-gering ist, so daß der-Gesamtwirkungsgrad derartiger-,Maschinen dadurch nicht merklich beeinträchtigt wird. Der-Reibungsverlust steigt jedoch erheblich -an, wenn. die Kolbengeschwin--digkeit den für den Aufbau eines,vollkommenen'hydr'odynamischen Schmierfilms erforderlichen Wert nicht mehr erreicht. Besonders nachteilig ist dieser 'Zusam-.With swashplate axial piston machines, the effective torque is from the piston to the cylinder drum with the shaft 'or, conversely, from the Shaft with cylinder drum on the pistons, the former is during engine operation, the latter the case with pump operation. The mechanical efficiency of this transmission mechanism is affected by the friction between the piston liners and the piston, which caused by the piston transverse forces required to transmit the torque will. It is known that this friction is sufficiently large. Piston speed is very low due to the build-up of a hydrodynamic lubricating film, so that the overall efficiency such machines are not noticeably affected. The-friction loss however increases significantly if. the piston speed that for the build-up a 'perfect'hydr'odynamic lubricating film is no longer required achieved. This is particularly disadvantageous.

menhang zwischen Kolbengeschwindigkeit und Reibung verlust für die Anlaufeigenschaften solcher Maschinen, weil hier zunächst die Ruhereibung zwischen, Kolbenlaufbüchse und Kolben überwunden werden muß, ehe eine Bewegung überhaupt in Gang kommt. Daher ist auch der Anlaufwirkungsgrad und ebenso der Wirkungsgrad bei Langsamlauf Von Schrägscheiben-Axialkolben- -maschinen meßbar schlechter als derjenige von Maschinen anderer Bauart, z.B. solchen mit schwendLbarer Zylinde.rtrommel, bei welchen die Kolben nahezu querkraftfrei sind.relationship between piston speed and friction loss for the Start-up properties of such machines, because here initially the static friction between, Piston liner and piston must be overcome before movement gets going at all. Hence the start-up efficiency as well as the efficiency at slow speed of swashplate axial piston machines measurably worse than that of machines of a different design, e.g. those with a spiral cylinder drum, in which the pistons are almost free of transverse forces.

Es ist bereits bekannt, hydrostatische Lager. zur.Führung der Kolben zur Beseitigung dieser Nachteile einzusetzen. Mit solchen Lagern. wird der Schmierfiln zwischen Kolbenlaufbüchse und K.olben unter allen Betriebsbedingungen, aflch im Falle des -Langsamlaufs und des Stillstands, aufrechterhalten, so daß selbst die dabei auftretende Reibung nahezu vollständig beseitigt und der mechanische Wirkungsgrad der Bewegungsübertragung entsprechend angehoben wird.It is already known hydrostatic bearings. for guiding the piston to eliminate these disadvantages. With bearings like that. becomes the lubricating film between the piston liner and the piston under all operating conditions, aflch im Case of slow speed and standstill, so that even the the friction that occurs in the process is almost completely eliminated and the mechanical efficiency is reduced the movement transmission is increased accordingly.

Es sind hydrostatische Lager für'Eolben vorgeschlagenworden, welche Drosselstifte zur Bindung der erforderlichen hydraulischen Widerstände für die Versor-.There have been proposed hydrostatic bearings for pistons which Throttle pins to bind the necessary hydraulic resistances for the supply.

gung der einzelnen Lagerstellen vorsehen. Hierbei besteht jedoch der Nächteil, -daß bei. den Bedingungen, wie sie in Schrägscheibe-Axialkolbenmaschinen vorliegen, die Drosselstifte mit so engem Spiel eingesetzt werden müssen, daß die Drosselspalte sich in kurzer Zeit durch Schmutzpartikel, die bei üblichen Betriebsbedingungen nicht zu entfernen sind, zusetzen würden.provide for the individual bearing points. Here, however, there is the Disadvantage, that at. the conditions in swashplate axial piston machines exist, the throttle pins must be used with so close play that the Throttle gap is quickly removed by dirt particles that occur under normal operating conditions cannot be removed, would clog.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. daher, die Gefahr des Zusetzens... der Drosselstellen für die Versorgung der hydrostatischen Lagerung zu beseitigen.It is the object of the present invention. therefore, the risk of clogging ... to eliminate the throttling points for the supply of the hydrostatic bearing.

Diese Aufgabe wird durch einen Kolben der eingangs genannten Art gelöst, der gekennzeichn.et ist durch Mittel zum Halten von mindestens einem Teil der Drosselelemente in oszillierenden Bewegung in allen Betriebszuständen unter Verwendung von hydraulischen und elastischen Kräften-sowie von Massenkräften, wobei wenigstens dieser Teil des Drosselelementes federnd gelagert ist, Dadurch, daß die Dosselelemente beim Betrieb der Schr'ägscheiben-Axialkolbenmaschine ständig in Bewegung ge-.This object is achieved by a piston of the type mentioned at the beginning, the gekennzeichn.et is through means for holding at least part of the throttle elements in oscillating motion in all operating conditions using hydraulic and elastic forces - as well as inertia forces, at least this part of the Throttle element is resiliently mounted, characterized in that the Dosselelemente during operation the swashplate axial piston machine is constantly in motion.

halten werden, wozu die ohnehin äuftretenden hydraulischen, elastischen und Massenkräfte Verwendung finden, wird mit Sicherheit verhindert, daß sich Schmutzteilchen im Drosselspalt festsetzen und damit dessen Funktion zum Erliegen bringen. Vorzugsweise.weisen die Droäseie.lemente- einen Drosselstift auf, der federnd gelagert ist, jedoch können auch die- Drosselelemente aus zwei federnd gelagerten Zeilen, beispielsweise 'Scheiben, bestehen. Insbesondere werden die Drosselstifte in Langsrichtung zur Kolbenachse federnd gegelagert angeordnet, wobei zweckmäßigerweise das den Drosselstift umgebende Teil des Drosselelemeflts Kanäle aufweist, während der Drosselstift mit einem Einlaß versehen hohl -ausgeführt ist und nach außen gerichtete Bohrungen besitzt, wobei die Kanäle mit den Bohrungen korrespondieren. Rierbei ist es vorteilhaft, wenn die Bohrungen und die Kanäle derart angeordnet sind, daß nebeneinander liegende Drosselstellen im Umfang gegenüberliegende oder in Bewegungsrichtung hintereinander liegende Lagertaschen versorgen. Insbe-.will hold, including the already occurring hydraulic, elastic and inertial forces are used, dirt particles are definitely prevented from settling stuck in the throttle gap and thus bring its function to a standstill. Preferably. Wise die Droäseie.lemente- a throttle pin, which is spring-mounted, but can also the throttle elements from two resiliently mounted rows, for example 'discs, exist. In particular, the throttle pins become the piston axis in the longitudinal direction Arranged resiliently supported, the expediently surrounding the throttle pin Part of the throttle element has channels, while the throttle pin has an inlet provided is hollow and has outwardly directed bores, wherein the channels correspond to the holes. It is advantageous if the Bores and the channels are arranged in such a way that throttle points lying next to one another Storage pockets lying opposite one another in the circumference or one behind the other in the direction of movement supply. In particular

Sondere kann der ruhende Teil des Drosselelementes aus den Drossel stift umgebenden Drossel scheiben bestehen, die vom Kolbenmantel mit dichtendem Sitz aufgenommen werden. The resting part of the throttle element can special out of the throttle Pin surrounding throttle discs consist of the piston skirt with sealing Seat can be added.

Auch können die Drosselstifte quer zur-längSrichtung der Achsen des Kolbens federnd gelagert mit Spiel angeordnet sein, wobei die Drosselstifte abgesetzt ausgebildet sein können. Insbesondere können hierbei die Drosselstifte innerhalb eines mit einer mittleren Bohrung versehenen Füllstücks angeordnet sein, das vom Mantel des Kolbens aufgenonnen wird.The throttle pins can also be transverse to the longitudinal direction of the axes of the Piston be arranged resiliently with play, the throttle pins offset can be formed. In particular, the throttle pins can be inside a filler piece provided with a central bore can be arranged, which from Jacket of the flask is received.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Aus führungsb eispielen näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to the accompanying figures illustrated exemplary embodiments explained in more detail.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kolbens in Seitenansicht und im Querschnitt. Fig. 1 shows a first embodiment of one designed according to the invention Piston in side view and in cross section.

Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des Kolbens im Längsschnitt. FIG. 2 shows the embodiment of the piston shown in FIG. 1 in longitudinal section.

Fig. 3 zeigt schematisch die Versorung der einzelnen Lagertaschen des Kolbens durch die einzelnen Drosselstellen. Fig. 3 shows schematically the supply of the individual storage pockets of the piston through the individual throttling points.

Fig. 4 zeigt eine weitere.AusSührungsform des Kolbens im Längsschnitt. 4 shows a further embodiment of the piston in longitudinal section.

Der in Fig. 1 dargestellte, in einer Kolbenlaufbüchse angeordnete Kolben weist Lagertaschen 1 auf, die von Dichtlippen 2 begrenzt sind, die von Nuten 3 umgeben sind, welche dafür sorgen, daß der Randdruck der Dichtlippen stets etwa die Hälfte des Betriebsdrucks, d.h.The one shown in Fig. 1, arranged in a piston liner Piston has bearing pockets 1 which are delimited by sealing lips 2, which are grooves 3 are surrounded, which ensure that the edge pressure of the sealing lips is always around half the operating pressure, i.e.

des Drucks im Zylinderraum hinter dem Kolben beträgt.of the pressure in the cylinder space behind the piston.

Der aus einem Kolbenmantel 5 gebildete Kolben nimmt mit dichtendem Sitz Drosselscheiben 6 auf, die das feststehende Teil des Drosselelementes bilden. Im vorderen Teil des Kolbens stützen sich diese Drosselscheiben 6 gegen ein Kopfstück 15 ab, während sie am rückwärtigen Teil des Kolbens durch ein Abstätzelement 16 gehalten werden, das mittels eines Segerrings 17 gegenüber dem Kolbenmantel 5 gehalten wird.The piston formed from a piston skirt 5 takes with sealing seat throttle discs 6, which are the fixed part of the throttle element form. In the front part of the piston, these throttle disks 6 are supported against each other a head piece 15, while on the rear part of the piston by a Abstätzelement 16 are held, which by means of a Seger ring 17 opposite the piston skirt 5 is held.

Die.Drosselscheiben 6 nehmen in ihrem Innern mit dichtendem Sitz 8 einen Drosselstift 7 auf, der mit einer Innenbohrung sowie einem Einlaß für die Betriebsflüssigkeit versehen ist. Der Drosselstift'7 besitzt Bohrungen 14, während zwischen den. -Drosselscheiben 6 Kanäle 12 angeordnet sind, die mit den Bohrungen 14 des Drossel stiftes 7 korrespondieren und über Bohrungen 19 im Kolbenmantel 5 die Lagertaschen 1 versorgen.The throttle disks 6 take in their interior with a sealing seat 8 a throttle pin 7, which has an inner bore and an inlet for the Operating fluid is provided. The throttle pin'7 has holes 14 while between. Throttle discs 6 channels 12 are arranged with the holes 14 of the throttle pin 7 correspond and via bores 19 in the piston skirt 5 supply the storage pockets 1.

Das Kopfstück-15 weist eine Dichtkammer 11 auf, die .über einen weiteren Kanal 12 Verbindung mit dem äußeeinen Kolbenmantel und damit bei entsprechender Stellung des Kanals 12 zur Kante 19a der Zylindertrommel auch zum Leckölraum steht. Der Drosselstift 7 ragt in die Dichtkammer 11 hine'irL.und weist.~an diesem Ende -einen Dichtbolzen 9 auf, der einen aus dem Drosselstift 7. herausragenden.Ansatz aufweist, der zur Lagerung von Federlementen 10 dient, so daß der Drosselstift 7 in der Dichtkammer 11 in Richtung der Kolbenlängsachse federnd abgestützt ist. Am hinteren Ende des Kolbens ist der Drossel stift 7 gegenüber dem Abstützelement 16 mittels einer Feder 14 gelagert. Das Abstützelement 16 und die Feder 14 besitzen jeweils eine mittlere Bohrung, so daß die Arbeitsflüssigkeit in den hohlen Drosselstift, durch die Öffnungen 145 die Kanäle 12 und aus den Bohrungen 19 heraus, in die Lagertaschen 1 eintreten kann. Das Federelement 14 dient zur elastischen Fixierung des Drosselstiftes 7, wobei die Federsteifigkeit dieses Federelementes 14 etwa im Verhältnis Massenlrra fte/hydraulische Kräfte, also ca. etwa 1/20 kleiner als die Federsteifigkeit des Federelements 10 ist.The head piece 15 has a sealing chamber 11, which. About another Channel 12 connection with the outer piston skirt and thus with the corresponding Position of the channel 12 to the edge 19a of the cylinder drum is also to the leakage oil space. The throttle pin 7 protrudes into the sealing chamber 11 and points at this end -a sealing bolt 9, which protrudes from the throttle pin 7. approach has, which is used to support spring elements 10, so that the throttle pin 7 is resiliently supported in the sealing chamber 11 in the direction of the piston longitudinal axis. At the At the rear end of the piston is the throttle pin 7 opposite the support element 16 mounted by means of a spring 14. The support element 16 and the spring 14 have a central hole each, so that the working fluid in the hollow throttle pin, through the openings 145 the channels 12 and out of the bores 19 into the storage pockets 1 can occur. The spring element 14 is used for the elastic fixation of the throttle pin 7, the spring stiffness of this spring element 14 roughly in proportion Mass forces / hydraulic forces, i.e. approx. 1/20 smaller than the spring stiffness of the spring element 10 is.

Im Kopfstück 15 ist eine Bohrung 13 vorgesehen, die die ungedrosselte Verbindung zwischen dem Zylinderräum und dem nicht dargestellten Gleitschuh herstellt.In the head piece 15 a bore 13 is provided which the unthrottled Establishes connection between the cylinder space and the sliding shoe, not shown.

Wie sich aus Big. 3 ergibt, in der der Zylindermantel in Abwicklung mit den Lagertaschen 1 dargestellt ist, sind die Bohrungen 14 und die Kanäle 12 derart angeordnet, daß nebeneinander liegende Drosselstellen 4 im Umfang gegenüber liegende oder in Bewegungsrichtung hintereinander liegende Lagertaschen versorgen.How to get out of Big. 3 results, in which the cylinder jacket is in development is shown with the storage pockets 1, the bores 14 and the channels 12 arranged such that adjacent throttle points 4 opposite in the circumference Supply storage pockets that are lying or lying one behind the other in the direction of movement.

Zur Bewegung des Drosselstiftes 7 tragen bei: 1. Änderungen des Betriebsdrucks, 2. Ubergang vom Betriebsdrmck auf den Zulaufdruck und umgekehrt, 3. Änderung in der Kammer 11- bei konstantem und gleichem Druck in Zu- und Ablauf (des wird durch die Änderung der Spaltlänge zwischen dem vorderen Kanal 12 und der Kante 19a infolge der Kolbenbewegung bewirkt) und 4q Massenkräfte infolge der Translationsbewegung des Kolbens.Contributing to the movement of the throttle pin 7 are: 1. Changes in the operating pressure, 2. Transition from the operating pressure to the inlet pressure and vice versa, 3. Change in of the chamber 11 - with constant and equal pressure in the inlet and outlet (des is determined by the change in the gap length between the front channel 12 and the edge 19a as a result the piston movement) and 4q inertia forces due to the translational movement of the piston.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform entspricht die'Anordnung der Lagertaschen 1 und der die Dichtlippen 2 begrenzenden Nuten 3 der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform. Hierbei nimmt der Kolbenmantel 20 mit dichtendem Sitz ein mit mehreren, beispielsweise vier abgesetzten'Querbohrungen 21 und 22 versehenesFüllstück 23 auf. Eine Längsbohrung 24 im Füllstück 23 verbindet die Querbohrungen 21 und 22 und den nicht dargestellten Gleitschuh ungedrosselt mit dem Betriebsdruck. In den Querbohrungen 21 und 22 sind beweglich Drossel stifte 25 angeordnet, die durch Federelemente 26 gegen den Kolbenmantel 20 abgestützt sind. Die Drosselstifte 25 sind mit Spiel in den Querbohrungen 21 und 22 angeordnet und in ihrem mittleren Teil, der in der Längsbohrung 24 liegt, mit einen verringerten Querschnitt versehen, wobei der Durchmesser'der Drosselstifte 25 an den beiden dem Mittelstück mit verringerten Querschnitt benachbarten Endstücken unterschiedlich gewählt ist, so daß in Richtung der Längsachse der Drosselstifte Ringflächen gebildet werden, auf die der Betriebsdruck gegen die Kraft der Federelemente 26 wirkt. Die für die Versorgung der Lagertaschen 1 erforderliche Flüssigkeit gelangt über die Drosselstifte 25 und eine Ansenkung 27 am äußeren Umfang des Füllstücks 23 durch Bohrungen 28 im Kolbenmantel 20 zu den Lagertaschen 1.In the embodiment shown in FIG. 4, the arrangement corresponds to of the bearing pockets 1 and the grooves 3 delimiting the sealing lips 2 in FIG. 2 illustrated embodiment. Here, the piston skirt 20 takes with a sealing Seat a filler piece provided with several, for example four offset, transverse bores 21 and 22 23 on. A longitudinal bore 24 in the filler piece 23 connects the transverse bores 21 and 22 and the sliding shoe, not shown, unthrottled with the Operating pressure. In the transverse bores 21 and 22 are movable throttle pins 25 arranged, the are supported against the piston skirt 20 by spring elements 26. The throttle pins 25 are arranged with play in the transverse bores 21 and 22 and in their middle Part that lies in the longitudinal bore 24 is provided with a reduced cross-section, the diameter of the throttle pins 25 being reduced on the two at the center piece Cross-section adjacent end pieces is chosen differently, so that in the direction the longitudinal axis of the throttle pins annular surfaces are formed on which the operating pressure acts against the force of the spring elements 26. The ones for the supply of the storage bags 1 required liquid passes through the throttle pins 25 and a countersink 27 on the outer circumference of the filler piece 23 through bores 28 in the piston skirt 20 the storage pockets 1.

Zur Bewegung der Drosselstifte 25 quer zur Längsachse des Kolbens tragen bei: 1. Änderung des Betriebsdruckes, 2. uMergang vom Betriebsdruck auf den Zulaufdruck und umgekehrt, 3. Änderung des Drucks in den Lagertaschen 1, und 4. Massenkräfte infolge der Rotation der die Kolben aufnehmenden Zylindertrommel und minderung der Eraftrichtung dieser Massenkräfte durch die Nebenrotation der Kolben.To move the throttle pins 25 transversely to the longitudinal axis of the piston contribute to: 1. change in operating pressure, 2. change from operating pressure to Inlet pressure and vice versa, 3. Change of pressure in storage pockets 1, and 4. Mass forces as a result of the rotation of the cylinder drum receiving the piston and Reduction of the direction of force of these inertial forces through the secondary rotation of the pistons.

PatentansprücheClaims

Claims

Claims 1. Pistons for SchrCig disc axial piston machines with one or more throttle elements for the supply the hydrostatic bearing of the pistons via bearing pockets on the circumference of the piston, characterized by means for holding at least a portion of the throttle elements in oscillating motion in all operating conditions using hydraulic and elastic forces as well as inertial forces, at least this part of the Throttle element is resiliently mounted.

2. Piston according to claim 1, characterized in that the throttle elements. have a throttle pin (7.25).

3. Piston according to claim 2, characterized in that.

the throttle pin (7) is resiliently mounted in the longitudinal direction to the piston axis is arranged.

4. Piston according to claim 3, characterized in that the throttle pin (7) surrounding part of the throttle element Eanäle (12), while.der Throttle pin (7) provided with an inlet, is made hollow and outward has directed bores (14), the channels (12) with the bores (14) correspond.

5. Piston according to claim 4, characterized in that the bores (14) and the channels (12) are arranged in such a way that throttle points lying next to one another Storage pockets lying opposite one another in the circumference or one behind the other in the direction of movement (1) supply.

6. Piston according to one of claims 3 to 5, characterized in that that the resting part of the throttle element consists of the throttle disks surrounding the throttle pin (7) (6), which are taken up by the piston casing (5) with a sealing seat.

7. Piston according to one of claims 3 to 6, characterized in that that the throttle pin (7) is resiliently loaded on both sides in the longitudinal direction to the piston axis.

device, the spring stiffness of the spring element (14) at the rear Part of the piston about 1/20 of the spring stiffness of the operating element (10) for support of the throttle pin (7) in the front part of the piston.

8. Piston according to claim 1 or 2, characterized in that the Throttle pins' (25) resiliently mounted transversely to the longitudinal direction of the axes of the piston (20) are arranged with play.

9. Piston according to claim 3, characterized in that the throttle pins (25) are formed separately.

10. Piston according to claim 8 or 9, characterized in that the Throttle pins (25) within a filler piece provided with a central bore (24) (23) are arranged. which is taken up by the jacket of the piston (-20).