DE2529473C3

DE2529473C3 - Gleitschuhanordnung, insbesondere für Axial- und Radialkolbenmaschinen

Info

Publication number: DE2529473C3
Application number: DE2529473A
Authority: DE
Inventors: Carl Verner Nordborg Oehrberg (Daenemark)
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1975-07-02
Publication date: 1980-11-20
Also published as: CH596478A5; BE842941A; DK295176A; SE7607501L; DD124749A5; DK145647B; GB1543082A; JPS527003A; US4261250A; DE2529473A1; FR2316455B1; IT1071110B; DE2529473B2; NL7607200A; DK145647C; FR2316455A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitschuhanordnung, bei der die Gleitsohle des Gleitschuhs auf einer Gleitbahn bewegbar ist und mit dieser einen Spalt bildet, der einen Film enthält, welcher sich lediglich aus auf der Gleitbahn bereits vorhandenem Schmiermittel bildet, insbesondere für Axial- und Radialkolbenmaschinen, bei denen der Gleitschuh mittels eines Gelenks mit dem Kolben verbunden ist.

Bei diesen und anderen Anwendungszwecken, bei denen der Gleitschuh mit einer weitgehend konstanten Geschwindigkeit über die Gleitbahn hinwegbewegt wird, baut sich in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit, der Dicke des Schmiermittelfilms, der Viskosität des Schmiermittels u. dgl. unter der Gleitsohle ein hydrodynamischer Druck auf, der verhindert, daß der Gleitschuh mit der Gleitbahn in unmittelbare Berührung tritt. Die Gleitsohle kann hierbei eine der Gleitbahn entsprechende Form haben, so daß sich eine etwa konstante Spaltdicke ergibt. Der Spalt kann aber auch zur Erhöhung des hydrodynamischen Drucks einen keilförmigen Verlauf haben oder abgestuft sein.

Da derartige Konstruktionen über für stark belastete Gleitschuhanordnungen unzureichend sind, ist es auch schon bekanntgeworden, in der Mitte des Gleitschuhs eine ringsum durch einen Dichtrand begrenzte Vertiefung vorzusehen, welcher Schmiermittel unter Druck zugeführt wird, so daß der Gleitschuh teilweise durch hydrostatischen Druck und teilweise durch hydrodynamischen Druck entlastet wird.

Bei einer bekannten Gleitschuhanordnung der gattungsgemäßen Art (US-PS 19 45 391) ist die Gleitsohle ebenso wie die Gleitbahn eben. Das Kugelgelenk ist außermittig angeordnet, so daß sich eine ungleichmäßige Lastverteilung ergibt und ein größerer Lastanteil vom hinteren Ende des Schuhs aufgenommen werden muß. Infolgedessen kann sich ein von der Vorderkante ausgehender keilförmiger Ölfilm bilden, wodurch sich eine hydrodynamische Lagerung ergibt. Dies stellt bereits eine Verbesserung dar, denn üblicherweise ergibt sich eine hydrodynamische Abstützung auch schon dann, wenn ein mittig belasteter Gleitschuh mit einer ebenen Gleitsohle auf einer ebenen Gleitbahn umläuft, wie es die US-PS 33 57 363 zeigt.

Bei einer anderen bekannten Gleitschuhanordnung (DE-PS 9 60 776) wirkt die konvex gekrümmte Gleitbahn mit einer konkav gekrümmten Gleitsohle zusammen. Die Sohle hat einen etwas größeren Krümmungsradius als die Gleitbahn, so daß sich ein ausgeprägter

μ Keilspalt ergibt, in dem sich hydrodynamisch ein Druck aufbauen kann.

Wegen der geringen Belastbarkeit rein hydrodynamisch arbeitender Gleitschuhanordnungen bevorzugte man daher einen hydrostatischen Druckaul'bau, indem

κ man den Spalt mit dem Innenraum des Kolbens verband und die dabei auftretenden Leckverluste in Kauf nahm.

So 2:eigt die GB-PS 12 03 585 eine hydrostatisch arbeitende Gleitschuhanordnung, bei der inmitten des Gleitschuhs eine Vertiefung vorgesehen is.t. die über einen Kanal unter Druck stehendes Schmiermittel aus dem inneren des Kolbens bzw. Zylinders erhält. An die kegelig ausgebildete Verliefung schließt sich eine ebene Ringfläche an, die die kleinste Spaltdicke bestimmt. Äußern erweitert sich der Spalt längs einer Kegelfläche, die einem Kippen des Gleitschuhs entgegenwirken soll. Eine sowohl mit hydrodynamischem als auch hydrostatischem Druck arbeitende Gleitschuhanordnung ist der CH-PS 4 99 722 zu entnehmen. Bei der einen Ausführungsform hat der gegen Drehung gesicherte Gleitschuh einen mittleren Teil mit einer kreisförmigen Vertiefung, in die eine Druckmittelzuleitung mündet. Sie ist von einer Oberfläche umgeben, die durch hydrostatischen Druck abgestützt wird. Zu beiden Seilen dieser Oberfläche befinden sich zwei hydrodynamische Gleitschuhe, die zwei elastische Schenkel an einer Mittelstütze aufweisen und sich unter dem Einfluß der Relativdrehung und des Schn.ierfilms verformen können. Der restliche Druck wird daher durch das Biegen der Schenkel hydrodynamisch aufgenommen.

Bei der anderen Ausführungsform mündet der Druckmittelkanal unmittelbar in die ebene Sohlenfläche. Der hydrostatische Teil ist von einem Flansch umgeben, unter dem sich ein hydrodynamischer Druck ausbilden kann. Damit der hydrostatische Druck an dieser Stelle nicht mehr wirkt, sind Bohrungen vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleitschuhanordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der der Gleitschuh verhältnismäßig

hohen Druckbelastungen ausgesetzt werden kann, ohne daß eine unzulässige Reibung auftritt und ohne daß Schmiermitte! unter Druck zugeführt werden muß. Insbesondere soll die Gleitschuhanordnung für solche Anwendungen geeignet sein, bei denen die hohen Druckbelastungen pulsierend auftre en.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spaltdicke — ausgehend von einem ringförmigen Bereich kleinster Spaltdicke — wenigstens in ünem an diesen Bereich angrenzenden Ringabschnitt zum Ringinnern hin allmählich zunimmt

Bei dieser Konstruktion wird in Bewegungsrichtung hintereinander an zwei Stellen ein hydrodynamischer Druck aufgebaut, der die Gleitsohle insbesondere auch im ringförmigen Bereich kleinster Spaltdicke, in einem ausreichenden Abstand von der Gleitbahn hält Wird nun der Gleitschuh stärker belastet, beispielsweise beim Druckhub einer Rotationskolbenpumpe, wird zwar der Gleitschuh geringfügig in Richtung au^f die Gleitbahn gcirückt Einem Zerreißen des Schmiermittelfilms an dieser Stelle wirken aber mehrere Faktoren entgegen. Erstens wird die Belastung auf einen größeren Ringbereich verteilt, weil die angrenzenden Ringabschnitte an der Druckübertragung im Bereich kleinster Spaltdicke beteiligt werden. Zweitens wird das Schmiermittel, das innerhalb des ringförmigen Bereichs kleinster Spaltdicke eingeschlossen ist, unter einen hohen Druck gesetzt. Dieser hohe Druck wirkt der Gleitschuhbelastung entgegen. Soweit Schmiermittel unter diesem hohen Druck durch den ringförmigen Bereich kleinster Spaltdicke nach außen zu dringen versucht, wirkt er einem Abreißen des Schmiermittelfilms an dieser Stelle entgegen. Insbesondere bei pulsierender Druckbelastung kann die Anordnung so getroffen werden, daß der Austritt des Schmiermittels unter dem Einfluß des J5 hohen Drucks für die gesamte Zeit der höheren Druckbelastung sichergestellt ist. Die hohe Druckbelastung des Sehmiermittels erhöht die Viskosität des Schmiermittels. Auch diese Folge trägt dazu bei, ein Festfressen im Bereich kleinster Spaltdicke zu verhindem.

Besonders günstig ist es, wenn die Spaltdicke — ausgehend von dem ringförmigen Bereich kleinster Spaltdicke — auch nach außen hin allmählich zunimmt. Diese Maßnahme trägt einerseits dazu bei, den Bereich kleinster Spaltdicke unter Belastung nach innen und nach außen zu vergrößern. Durch die Keilform des Spaltes entsteht auch an dieser Stelle ein ausgeprägter hydrodynamischer Druck. Nicht zuletzt wird auf diese Weise dafür gesorgt, daß genügend Schmiermittel von der Gleitbahn aufgenommen wird, um den Raum innerhalb des ringförmigen Bereichs kleinster Spaltdikke in den Zeiten geringerer Druckbelastung immer wieder nachzufüllen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß der ringförmige Bereich kleinster Spaltdikke durch einen elastisch nachgebenden Teil des Gleitschuhs begrenzt ist. Insbesondere kann der elastisch nachgebende Teil ein rings um den Gleitschuh laufender Flansch sein. Die Elastizität erlaubt eine Verformung der Gleitso¹-¹ ·.. :r dem Einfluß höherer Druckbelastung derart, daß sich der ringförmige Bereich kleinster Spaltdicke besonders stark vergrößert.

Auf besonders einfache Weise läßt sich der Spalt unterschiedlicher Dicke herstellen, wenn die konkav gekrümmte Gleitbahn längs eines Kreises mit einem ersten Radius verläuft und die Gleitsohle in Bahnumfangsrichtung einen demgegenüber größeren Krümmungsradius besitzt, insbesondere kann die Gleitbahn durch einen Abschnitt einer Kugel mit einem ersten Radius und die Gleitsohle durch den Abschnitt einer Kugel mit einem demgegenüber größeren zweiien Radius gebildet sein.

Des weiteren kann der Spalt innerhalb des ringförmigen Bereichs kleinster Spaltdicke mit dem Kugelgelenk zwischen Gleitschuh und Kolben in Verbindung stehen. Der unter dem Gleitschuh pulsierend auftretende Druck führt dann auch zu einer pulsierenden Druckspeisung von Schmiermittel zum Kugelgelenk.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Radialkolbenmaschine.

Fig.2 eine vergrößerte Darstellung der Gleitschuhanordnung im Querschnitt,

F i g. 3 die Gleitschuhdarstellung im Längsschnitt,

F i g. 4 eine Draufsicht auf die Gleitsohle eines Gleitschuhs,

F i g. 5 eine abgewandelte Ausführungsform einer Gleitschuhanordnung im Querschnitt und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer Gleitschuhanordnung im Längsschnitt

Die Radialkolbenmaschine der Fig. 1 besitzt ein aus zwei Teilen 1 und 2 bestehendes Gehäuse, in welchem eine Welle 3 in Lagern 4, 5 und 6 gelagert ist. Auf der Welle ist d^rehfest ein Kolbenträger 7 befestig', der Radialbohrungen 8 zur Aufnahme je eines Kolbens 9 aufweist und radial innen mit einem Querkanal 10 in Verbindung steht, der abwechselnd mit einem Eintrittsstutzen 11 und einem Austrittsstutzen 12 in Verbindung tritt. Der Kolben besitzt einen Kugelkopf 13, auf welchem ein Gleitschuh 14 montiert ist Die Gleitschuhe arbeiten mit der Bahn 15 eines Bahnträgers 16 zusammen. Der Bahnträger ist um eine gehäusefeste Achse 17 schwenkbar. Die Verschwenkung erfolgt mit Hilfe eines Handrades 18, das über ein Schneckengetriebe 19 und einen Zapfen 20 auf den Bahnträger 16 einwirkt. Der Kolbenträger 7 weist außerdem noch Axialgleitschuhe 21 auf, die mit einer ringförmigen Bahn 22 zusammenwirken. Über einen Längskanal 23 wird das durch Kugelkopf 13 und Gleitschuh 14 gebildete Gelenk mit Schmiermittel versorgt

Aus F i g. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Gleitbahn 15 durch einen Abschnitt einer Kugel mit dem Radius /?i gebildet ist. Der Gleitschuh 14 besitzt eine Gleitsohle 24, die durch den Ausschnitt einer Kugel mit dem Radius /?2 gebildet wird. Der Radius R2 ist größer als der Radius /?,. Allerdings ist die Zeichnung stark übertrieben, um zu veranschaulichen, daß sich zwischen Gleitbahn 15 und Gleitsohle 24 ein Spalt 25 ergibt, der einen ringförmigen Bereich a kleinster Spaltdicke besitzt, welcher durch die Pfeile angedeutet ist, und sich im Bereich b zur Ringmitte hin sowie im Bereich czum Ringäußeren hin allmählich vergrößert. In Fig.4 ist nochmals veranschaulicht, wie der Bereich a kleinster Spaltdicke und die Bereiche b und c zunehmender Spaltdicke auf der Gleitsohle 24 verteilt sind. Der Gleitschuh 14 besitzt einen Teil 26 in Form eines rings umlaufenden Flansches, der eine gewisse Elastizität hat. Der Bereich a befindet sich unterhalb dieses elastischen Flansches.

Es sei angenommen, daß sich der Gleitschuh in Richtung des Pfeiles X längs der Gleitbahn 15 bewegt. Hierbei gelangt auf der Gleitbahn befindliches Schmiermittel auch zwischen Gleitschuh und Gleitbahn.

Betrachtet man hierbei einen in Bewegungsrichtung verlaufenden Streifen, wie er gestrichelt in Fig.4 dargestellt ist, so entstehen innerhalb des Spaltes 25 zwei Bereiche mit keilförmig zulaufendem Querschnitt, nämlich die Bereiche d und e, in denen ein erhöhter hydrodynamischer Druck entsteht. Die Keilöffnung im Bereich d ist vorzugsweise etwas größer, um möglichst viel Schmiermittel, z. B. Öl, von der Gleitbahn aufnehmen zu können. Die Keilöffnung im Bereich e ist geringer. Wenn nun beim Druckhub der Radialkolbenmaschine eine höhere Druckbelastung auf den Gleitschuh ausgeübt wird, verformt sich zunächst der Flansch, so daß der Bereich a kleinster Spaltdicke eine größere Fläche erhält. Wenn gleichzeitig der Gleitschuh etwas dichter an die Gleitbahn herangedrückt wird, erhält das Schmiermittel im Bereich b eine höhere spezifische Belastung. Das Schmiermitel dringt teilweise durch den Bereich a kleinster Spaltdicke nach außen, so daß dort während der hohen Druckbelastung ein ausreichender Schmiermittelfilm zur Verfügung steht. Gleichzeitig erhält das Schmiermittel wegen des hohen Drucks eine erhöhte Viskosität, was gleichfalls dazu beiträgt, ein Abreißen des Schmiermittelfilms zu verhindern. Sobald die Druckbelastung nachläßt, füllt sich der Spalt 25 im Bereich b rasch wieder mit Schmiermittel von der Gleitbahn.

Bei der Ausführungsform nach Fig.5 ist von dem Spalt 25 im Bereich b ein Kanal 27 zum Gelenk zwischen Kolben 9 und Gleitbahn 14 geführt. Infolgedessen wird bei jeder höheren Druckbelastung, bei der sich der Spalt 25 geringfügig verkleinert, auch ί Schmiermittel in die Fläche 28 zwischen Kugelkopf 13 und Gleitschuh 14 geführt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 sind für gleiche Teile um 100 erhöhte Bezugszeichen gegenüber den vorangehenden Figuren benutzt. Hier hat der Bahnträ-

H) ger 116 eine ebene Gleitbahn 115, die z. B. kreisförmig verlaufen kann. Ein Kolben 109 trägt auf einem Kugelkopf 113 einen Gleitschuh 114. Zwischen der Gleitsohle 124 und der Gleitbahn 115 ergibt sich ein Spalt 125, der wiederum die in Fig.4 angegebenen Bereiche a, b und c hat. Der Gleitschuh und die Gleitbahn können aus den hierfür üblichen Werkstoffen bestehen. Insbesondere hat sich Stahl, der gegebenenfalls eine Oberflächenbehandlung erfahren hat, für beide Teile als günstig erwiesen.

Der Axialgleitschuh 21 in Fig. 1 kann ähnlich aufgebaut sein wie der Gleitschuh 114 in Fig.6. Ein solcher Gleitschuh wird auch dann mit geringer Reibung arbeiten, wenn infolge von Fluchtungsfehlern periodisch höhere Drücke zwischen Gleitschuh und Gleitbahn 22

2^r> auftreten. In den veranschaulichten Ausführungsfornien hat der ringförmige Bereich a Kreisform. Er kann aber auch oval oder rechteckig sein.

Hierzu 3 Blatt 21eichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gleitschuhanordnung, bei der die Gleitsohle des Gleiischuhs auf einer Gleitbahn bewegbar ist und mit dieser einen Spalt bildet, der einen Film enthält, welcher sich lediglich aus auf der Gleitbahn bereits vorhandenem Schmiermittel bildet, insbesondere für Axial- und Radialkolbenmaschinen, bei denen der Gleitschuh mittels eines Gelenks mit dem Kolben verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltdicke — ausgehend von einem ringförmigen Bereich (a) kleinster Spaltdicke — wenigstens in einem an diesen Bereich angrenzenden kingabschnitt (b) zum Ringinneren hin allmählich zunimmt.

2. Gleitschuhanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltdicke — ausgehend von dem ringförmigen Bereich (^kleinster Spaltdikke — auch nach außen hin allmählich zunimmt.

3. Gleitschuhanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Bereich (a) kleinster Spaltdicke durch einen elastisch nachgebenden Teil (26,126) des Gleitschuhs (14,114) begrenzt ist.

4. Gleitschuhanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch nachgebende Teil (26, 126) ein rings um den Gleitschuh (14, 114) laufender Flansch ist.

5. Gleitsehuhanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konkav gekrümmte Gleitbahn (15) längs eines Kreises mit einem ersten Radius (R\) verläuft und die Gleitsohle

(24) in Bahnumfangsrichtung einen demgegenüber größeren Krümmungsradius (R₂) besitzt.

6. Gleitschuhanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitbahn (15) durch einen Abschnitt einer Kugel mit einem ersten Radius (R\) und die Gleitsohle (24) durch den Abschnitt einer Kugel mit demgegenüber größerem zweiten Radius (R₂) gebildet ist.

7. Gleitschuhanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt

(25) innerhalb des ringförmigen Bereichs (a) kleinster Spaltdicke mit dem Kugelgelenk zwischen Gleitschuh (14) und Kolben (9) in Verbindung steht.