DE2546940A1 - Reibungsarme kolbendichtung - Google Patents

Description

"Reibungsarme Kolbendichtung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine reibungsarme Kolbendichtung, die in einer Vorrichtung zum Umsetzen von Druckmittelenergie in mechanische Energie eine Druckmittelkammer von einer anderen abdichtend trennt. Die Dichtung wird nach außen in Anlage an die Wandungen der Vorrichtung durch hydraulische und mechanische Einrichtungen gedrückt.

In einer Vorrichtung zum Umsetzen der Druckmittelenergie in mechanische Energie, z.B. in einem Hydromotor, muß der Kolben, z.B. Flügelkolben, bei seiner Verschiebung Erhöhungen oder Vertiefungen der Kammerwandungen überwinden und unterliegt plötzlichen Druckänderungen in diesen Kammern. Dabei soll der Verschleiß auf ein Mindestmaß beschränkt sein.

Die reibungsarme Dichtung nach der Erfindung wird von einem Flügelkolben getragen und an die Wandungen des Innenraumes des Hydromotors angedrückt, um dessen eine Kammer von

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der anderen abzudichten. Die abdichtende Baugruppe enthält einen Schnurring, der mechanisch eine Dichtung an die Wandungen der Kammern des Hydromotors andrückt. Auf diesen Sehnurring wirkt das hydraulische Druckmittel, das in radialer Richtung auf einen Teil der Oberfläche des Schnurringes eine hydraulisch ausgeglichene Kraft ausübt, um dadurch die Kraft zu verringern, die auf die Dichtung ausgeübt wird. Außerdem ist die von den Seiten her auf die Oberfläche de» Schnurringes ausgeübte Kraft ausgeglichen, um die auf den Halter wirkende Kraft zu verringern und um dadurch die Baugruppe in ihrem Halter leichter verschiebbar zu machen»

In den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, zeigen

Fig. 1 einen Teilschnitt einer Regelpumpe mit axialen Kolben und mit einer Schiefscheibe, die durch einen Flügelkolben mit der erfindungsgemäß ausgestalteten Abdichtung verstellbar ist,

Fig. 2 die der Abdichtung des Flügelkolbens dienende

reibungsarme Baugruppe, deren Teile auseinandergezogen schaubildlich dargestellt sind,

Fig. 3 diese Baugruppe in zusammengebautem Zustande unter Fortlassung einer Hälfte einer Stützplatte,

Fig. k einen Schnitt durch den Flügelkolben und die

in ihm angeordnete Baugruppe nach der Linie k—k der Fig. 3 und

Fig. 5 den oberen Teil der Fig. 4 in vergrößertem Maßstabe.

In Fig. 1 ist eine Regelpumpe mit axialen Kolben 10 und mit einer verstellbaren Schiefscheibe 11 zum Teil dar-

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ORIGINAL INSPECTED

gestellt. Die Kolben 10 sind mit kugelförmigen Enden in Schuhen gelagert, die auf der Schiefscheibe Ii gleiten und sich daher hin- und herbewegen, wenn der auf der Welle 12 befestigte Zylinderblock, in dessen Zylinderbohrungen die Kolben 10 gleitend geführt sind, in Umlauf versetzt wird. Dieser Zylinderblock ist in Fig. i nicht dargestellt. Er ist um die Achse der Welle 12 umlaufend in dem Pumpengehäuse 17 gelagert. Die Schiefscheibe 11 sitzt an einem Träger 13f der in bekannter Weise um eine Achse pendeln kann, welche die Achse der Welle 12 und die Zeichenebene rechtwinklig schneidet und mit der Achse einer zylindrisch gewölbten Fläche 14 des Trägers 13 zusammenfällt. Die Fläche 14 gleitet auf einer hohlzylindrischen Fläche 15 eines Halters l6, der in dem Pumpengehäuse 17 sitzt und an ihm befestigt ist.

Von der Schräglage der Schiefscheibe 11 hängt das Gesamthubvolumen der Kolben 10 ab* Dieses Gesamthubvolumen läßt sich daher auf den gewünschten Wert einstellen, indem man den Träger 13 auf die gewünschte Schräglage im Halter einstellt. Diese Einstellung erfolgt durch einen Hydromotor mit einem Flügelkolben 20, der starr am Träger 13 befestigt ist, und mit einem starr im Pumpengehäuse 17 angeordneten Gehäuse 19, in dessen Innenraum der Flügelkolben hin und her verschiebbar ist. Er unterteilt den Innenraum des Gehäuses 19 in zwei Kammern 21 und 22, deren Wandungen von den Wänden 25 des Gehäuses 19, von einer Fläche 26 des Trägers 13, von einer Fläche 26· des Halters l6 und von einem nicht dargestellten Deckel gebildet wird. Der Flügelkolben 20 hat einen Schlitz 24, in den eine abdichtende Baugruppe 23 eingesetzt ist, welche die beiden Kammern 21 und 22 abdichtend voneinander trennt.

Wird das unter hohem Druck stehende Druckmittel in die eine der beiden Kammern 21, 22 eingeführt, dann wird dadurch

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der Träger 13 der Schiefscheibe geschwenkt. Dabei vergrößert sich die eine dieser beiden Kammern, während sich die andere zusammenzieht und die Flüssigkeit aus ihr abfließt. Bei der Bewegung des Flügelkolbens 20 gleitet die abdichtende Baugruppe 23 auf, den Wandungen 25, 26 und 26' der Kammern 21 und 22 und verhindert, daß Leckflüssigkeit an dem Flügel— kolben vorbei von der Druckkammer in die andere Kammer fließt.

Die Baugruppe 23 enthält zwei Stützplatten 27» 28, einen Abstandsteil 29, eine in eine Bohrung 31 dieses Abstandsteils passende Scheibe 30, einen Schnurring 32 und eine biegsame Dichtung 33. Eingebaut wird diese Baugruppe 23» indem man die Scheibe 30 in die Bohrung 31 einsetzt, auf den Umfang 34 des Abstandsteils 29 den Schnurring 32 aufbringt und dann den aufgebrachten Schnurring 32 in eine in der Dichtung 33 vorgesehene Öffnung, deren Wandung mit 35 bezeichnet ist, hineinquetscht und dann die auf diese Weise zusammengebauten Teile 29, 30, 32 und 33 zwischen ebene Flächen 27' und 28· von Stützplatten 27 und 28 einlegt. Die auf diese Weise fertiggestellte Baugruppe 23 wird dann in den Schlitz 24 des Flügelkolbens 20 eingeschoben, wie Fig. 4 zeigt. Dabei wird die Dichtung 33 an die Innenwandung der Kammern 21 und 22 abdichtend angedrückt, so daß die beiden Kammern voneinander getrennt werden.

Die biegsame Dichtung 33 wird also durch mechanischen Druck an die Innenflächen 25» 26 und 26' der Kammern 21 und 22 angedrückt, und dieser Druck wird durch den Schnurring 32 ausgeübt, der in radialer Richtung zusammengedrückt wird, wenn die Baugruppe 33 in den Flügelkolben hineingesteckt wird. Damit der Schnurring 32 auch in radialer Richtung zusammengequetscht wird, wird der Abstand zwischen dem Umfang 34 des Abstandsteiles 29 und der Wandung 35 der Dichtung 33 annähernd 0,15 mm kleiner gemacht als der Durchmesser des

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dünnstmöglichen Schnurrings 32. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Abmessung A zwischen den einander gegenüberliegenden Innenflächen 25 des Gehäuses 19 37,525 bis 37,575 mm. Die-radiale Höhe B des Abstandsteils 29 beträgt 27,375 bis 27,475 mm. Der Abstand C zwischen der Wandung und dem äußeren Umfang 36 der Dichtung 33 beträgt 2,75 bis 2,90 mm. Der Durchmesser d des Schnurringes 32 beträgt 2,50 bis 2,65 mm. Die größte radiale Höhe h des den Schnurring 32 aufnehmenden Zwischenraums beträgt

A - B - 2C 37,575 - 27,375 - 2(2,75)

max ⁼ 2= 2 = ²'³5

Die geringste radiale Höhe h des Zwischenraumes für den Schnurring 32 beträgt

37,525 - 27,475 - 2(2,90)
h_mln = ₂ - 2,15 mm.

Da die radiale Höhe des den Schnurring 32 aufnehmenden Zwischenraumes zwischen 2,35 und 2,15 mm schwankt, und da der Schnurring 32 einen geringsten Durchmesser von 2,5 mm hat, wird der Schnurring in radialer Richtung um ein Maß zusammengequetscht, das zwischen 0,15 mm und 0,375 mm liegt.

Auch seitlich wird der Schnurring 32 zwischen den Stützplatten 27 und 28 zusammengequetscht, wenn das Aggregat 23 in den Flügelkolben 20 gemäß Fig. 5 eingebaut ist und wenn dann der Deckel auf dem Gehäuse 19 festgeschraubt wird. Dadurch wird verhindert, daß das Druckmittel in der abdichtenden Baugruppe zu der den niedrigen Druck aufweisenden Kammer abfließt. Um den Schnurring 32 seitlich zusammenzudrücken, muß der Abstand zwischen den Innenflächen 27* und 28* der Stützplatten 27 und 28 mindestens 0,15 mm kleiner bemessen werden als die Dicke des dünnstzulässigen Schnurringes 32. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Schlitz eine

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Weite D = 6,25 - 6,35 mm. Die Stützplatten 27, 28 haben eine Dicke E von 2,00 - 2,025 mm. Das Höchstmaß des Abstandes der Stützplatten 27, 28, die zwischen sich den Schnurring 32 aufnehmen, beträgt 1 = D - 2E =6,325 2(2,0) = 2,325 mm. Das Geringstmaß des Abstandes der Flächen 27' und 28» beträgt l_min = 6,25 - 2,025 =2,20 mm. Da der Platz zwischen d_en Flächen 27^! und 28^f für den Schnurring zwischen 2,35 und 2,20 mm schwankt, und da der Schnurring eine Mindestdicke von 2,50 mm hat, wird er seitlich zusammengequetscht um 0,15 bis 0,30 mm. Wie Fig. 4 und 5 zeigen, ist der Schnurring 32 dicker als die Dichtung 33, deren Dicke F sich auf 2,05 bis 2,20 mm beläuft. Der Abstandsteil 29 hat eine Dicke G von 1,95 bis 2,075 mm.

Der Querschnitt und das Volumen des Schnurringes 32 können größer sein als diejenigen des Zwischenraumes, der ihn aufnehmen soll. Das ergibt die folgende Rechnung: Der Querschnitt des größten Zwischenraumes für den Schnur-

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ring 32 beträgt h · 1 =52,1 mm (0,00836 in ). Die Querschnittsfläche des kleinstmöglichen Zwischenraumes für

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den Schnurring 32 beträgt h_min · ¹J_nJ_n = 62,5 mm (0,0077²I in ) Der Querschnitt des Schnurringes 32 mit einer Dicke von

2,50 bis 2,65 mm beträgt zwischen 49,0 mm² (0,0078539 in²) bis

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55,1 mm (0,0088247 in ). Da das Volumen des Schnurringes den Bereich überschreiten kann, der durch den Abstand zwischen dem Umfang 34 des Abstandsteiles 29 und der Wandung 35 und durch den Abstand zwischen den Flächen 27' und 28' gegeben ist, sind im Umfang 34 des Abstandsteiles 29 flache Kerben 37 oder Vertiefungen im Abstand voneinander vorgesehen, um dadurch Raum zu gewinnen, in den sich der Volumenüberschuß des Schnurringes 32 hineindrücken kann. Die Kerben 37 haben ein größeres Volumen als der Volumenüberschuß des Schnurringes 32. Ohne diese Nuten 37 verhindern die üblichen Toleranzen bei der Abmessung der Teile der Baugruppe 23, daß

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sich der Schnurring 32 gleichzeitig in zwei Richtungen quetschen läßt.

Wie die neue reibungsarme abdichtende Baugruppe 23 im Schlitz 24 des Flügelkolbens 20 wirkt, sei nunmehr mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 erläutert. Wird die Kammer 2i mit dem unter hohem Druck stehenden Druckmittel beschickt, dann fließt dieses Druckmittel zwischen dem Flügelkolben 20 und der Stützplatte 27 durch eine Nut 38 der Stützplatte zu einer Bohrung

39 in dieser Stützplatte 27. Dieses Druckmittel läßt die Scheibe 30 als Rückschlagventil wirken, indem €ß diese Scheibe auf die Fläche 28' drückt und dadurch eine Bohrung

40 der Stützplatte 28 versehließt. Dadurch wird verhindert, daß das Druckmittel durch die Nut 41 der Stützplatte 28 in die Kammer 22 fließt. Das Druckmittel fließt daher in das Loch 31 und an beiden Seiten des dünner als die Dichtung 33 bemessenen Abstandsteiles 29 vorbei in die Räume 51 und 52, die sich an der unteren Querschnittshälfte des Schnurringes 32 befinden. Dieser Schnurring wird dadurch radial nach außen gedrückt. Die Kerben 37 sorgen also dafür, daß das Druckmittel auf beide Seiten des Abstandsteiles 29 wirkt und dies ist daher vom hydraulischen Druck entlastet.

Zusätzlich sickert das unter hohem Druck stehende Druckmittel zwischen der Fläche 27' und der Seitenfläche 42 der Dichtung 33 hindurch in den Raum 53 hinein und drückt den Schnurring 32 zur Seite in Richtung auf die Fläche 28' der anderen Stützplatte 28. Infolgedessen führt das in den Räumen 5i> 52 und 53 wirkende Druckmittel dazu, daß der Schnurring 32 in radialer Richtung und zur Seite in Richtung auf den Raum 54 gedrückt wird, in welchem ein niedriger Druck herrscht. Dieser Raum 54 befindet sich über dem in Fig. 5 rechts oben liegenden Quadranten des Schnur-

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ringquerschnitts. Wie dort gezeigt, heben sich die auf die linke Hälfte des Querschnitts wirkenden hydraulischen Kräfte auf, die in radialer Richtung wirken. Ebenso heben sich die Kräfte auf, die auf die beiden Seiten der unteren Querschnittshälfte des Schnurringes 32 wirken. Die auf den Schnurring in radialer Richtung und in axialer Richtung wirkenden hydraulischen Kräfte stellen die Hälfte der Kraft dar, die auf einen Schnurring wirkt , wenn dieser in der üblichen Weise eingebaut ist, bei der ein Ausgleich der hydraulischen Kräfte, die auf den halben Querschnitt des Schnurringes wirken, fehlt. Infolgedessen übt der Schnurring 32 auf die Stützplatten 27 und 28 nur eine geringe seitliche Kraft aus. Daher kann der Schnurring über die Stützplatten gleiten, wenn die Dichtung 33 bei der Verschiebung des Flügel— kolbens auf Erhöhungen oder Vertiefungen in den Wandungen 25, 26 und 26' trifft. Der Schnurring 32 übt auch eine geringe radiale Kraft auf die Dichtung 33 aus, was zur Folge hat, daß ein übermäßiger Verschleiß der Dichtung 33 vermieden wird.

Daß auch das Abstandsteil 29 vom hydraulischen Druck entlastet ist, weil das Druckmittel auf seine beiden Seitenflächen wirkt, ist bereits erwähnt worden. Dadurch wird die Reibung vermindert, die auf die Baugruppe 23 wirkt, wenn sich die Dichtung 33 gegenüber dem Flügelkolben 20 verschieben muß, wenn sie über Erhöhungen oder Vertiefungen der Kammerwandungen gleitet. Wie Fig. 2 zeigt, sind die Stützplatten 27, 28 kürzer als der Abstand bemessen, den die parallelen Wandungen 25 im Gehäuse 19 haben. Gleitet die Dichtung daher über irgendwelche Erhöhungen oder Vertiefungen der Wandungen 25, dann können sich die Dichtung 33, der Schnurring 32 und das Abstandsteil 29 nach innen oder außen verschieben, während die Stützplatten 27 und 28 relativ zum Flügelkolben 20 in Ruhe verbleiben. Das ist

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erwünscht, weil das auf die Flächen 27' und 28· der Stützplatten wirkende Druckmittel diese Platten gegen die Wandungen des Schlitzes 24 preßt und dadurch an einer Verschiebung verhindert.

Die Stützplatten 27 und 28, die beim beschriebenen Ausführungsbeispiel dazu dienen, die Dichtung 33 und den Schnurring 32 zu tragen und Dichtungsflächen für den Schnur— ring 32 zu bilden, können fortfallen, falls der Flügelkolben 20 groß genug bemessen ist, damit die Wände des Schlitzes die Funktion der Platten 27, 28 übernehmen können, also die Seitenflächen 42 der Dichtung 33 zum größten Teil überdecken. In anderen Worten: Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann dadurch abgeändert werden, daß die Platten und 28 aus einem Stück mit dem Flügelkolben 20 bestehen.

Zusammenfassend ist also festzustellen, daß bei der der Abdichtung des Flügelkolbens dienenden Baugruppe nach der Erfindung ein Schnurring in radialer Richtung und in achsparalleler Richtung zusammengepreßt wird, damit die Dichtung sich Unregelmäßigkeiten der Kammerwandungsgestalt anpassen kann und damit das Druckmittel von der einen der beiden Kammern auf die andere umgeschaltet werden kann.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann auch in mannigfacher weiteren Hinsicht abgeändert werden.

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Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Vorrichtung zum Umsetzen der Energie eines Druckmittels in mechanische Energie mit einem Gehäuse, mit einem das innere dieses Ge&änses in eine erste und eine zweite Kammer unterteilenden !Beweglichen Kolben, mit Ein- und Auslassen zum wahlweises Beschicken einer der beiden Kammern mit dem Druckmittel, iraci mit einer der Kolbendichtung dienenden Baugruppe in einem alt parallelen Flanken versehenen Schlitz des Kolbens zum Abdichten der beiden Kammern voneinander, dadurch gekennzeieitnet, daß die Baugruppe einen Abstandsteil (29), ein auf dessen Umfang angebrachtes elastisches Glied (32) und eine Sichtung (33) hat, die an der Wandung des Gehäuses (19) anliegt, wobei das elastische Glied (32) in einem Loch der Dicate»g (33) eingesetzt ist und in radialer Richtung zwisehea dem Abstandsteil (29) und der Dichtung (33) und seitlich zwischen den parallelen Flanken (27', 28') der Nut mechanised eingequetscht ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch weitere Einlasse (38, 39» 3i), die das Druckmittel zwischen die parallelen Flanken (27*, 28') führen, um das Abstandsteil (29) trad die Hälfte des elastischen Gliedes (32) in radialer Sichtung und die Hälfte des elastischen Gliedes in seitlicher Sichtung vom Druck zu entlasten.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei Stützplatten (27» 28), die in dem Schlitz des Kolbens gleitend beiderseits des Abstandsteils (29) angeordnet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsteil (29) weniger dick als die Dichtung (33)

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   oder das elastische Glied (32) bemessen ist und zusammen mit der Dichtung (33) und dem elastischen Glied (32) gemeinsam auf den Stützplatten (27, 28) gleiten kann, wenn die Dichtung (33) bei der Verschiebung des Kolbens auf Erhöhungen oder Vertiefungen der Wandung (25, 26, 26') des Gehäuseinnenraumes trifft.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Einlasse für die Druckflüssigkeit ein Loch (39, 40) in jeder der Stützplatten (27, 28) und ein Rückschlagventil (30) enthalten, um gleichzeitig das Druckmittel durch das Loch (39 oder 40) einer der Stützplatten hindurehfließen zu lassen und einen Abfluß des Druckmittels durch das Loch (40 oder 39) der anderen Stützplatte zu verhindern.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil ein scheibenförmiges Verschlußstück (30) aufweist, das in einem Loch (31) des Abstandsteils (29) angeordnet und größer bemessen ist als die Löcher (39, 40) der Stützplatten (27, 28).
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Glied einen kreisförmigen Querschnitt hat und im Umfang des Abstandsteils (29) flache Kerben (37) vorgesehen sind, in die sich das elastische Glied (32) hineindrücken kann_fund daß die zusätzlichen Einlasse (38) in den Stützplatten (27 und 28) vorgesehen sind.

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