DE2554733B2 - Kolben-Zylinderanordnung mit Dichtungsschlauch - Google Patents
Kolben-Zylinderanordnung mit DichtungsschlauchInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinderanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine solche Anordnung ist aus der US-PS 2027979
bekannt.
Zufolge diesem Stand der Technik ist keine besondere Vorsorge für eine sichere Abstandhaltung zwischen
Dichtungsschlauch und Stützfläche getroffen, weil das Einbringen eines - etwa auch hochviskosen
und nicht fließfähigen - Schmiermittels zwischen Dichtungsschlauch und Stützfläche allein noch keine
gleichmäßige Füllung des entsprechenden Zwischenraumes gewährleistet. Dies gilt vor allem im Hinblick
auf die nach Betrag und Richtung wechselnde Relativgeschwindigkeit zwischen Dichtungsschlauchoberfläche
einerseits und Stützfläche andererseits und im Hinblick auf die unterschiedliche räumliche Verteilung
des Betrages dieser Relativgeschwindigkeit über die Schlauchlänge. An demjenigen Ende des Dichtungsschlauches,
der mit der Stützfläche oder einem damit zusammenhängenden Bauteil fest verbunden
ist, herrscht ständig praktisch keine Relativgeschwindigkeit, während sie am anderen Ende im Falle eines
laufend periodisch veränderlichen Arbeitsraumes zwischen Maximalwerten entgegengesetzter Richtung
wechselt. Ein beispielsweise in größeren zeitlichen Abständen eingebrachtes, insbesondere hochviskoses
Schmiermittel wird sich unter der Wirkung dieser ungleichförmigen und räumlich ungleichmäßig verteilten
Relativgeschwindigkeit der Oberflächenbereiche auf beiden Seiten der Schmiermittelfüllung ebenso ungleichmäßig
verteilen und etwa an den stärker gegeneinander bewegten Oberflächenabschnitten unter der
Wirkung des Arbeitsdruckes eine unmittelbare Berührung und Reibung zwischen Schlauch einerseits
und Stützfläche andererseits eintreten lassen. Dies führt bekanntermaßen bei hohen Pulsationsfrequenzen,
Gleitgeschwindigkeiten und Arbeitsdrücken rasch zu einer Beschädigung und Zerstörung des
Dichtungsschlauches.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer gattungsgemäßen Kolben-Zylinderanordnung mit
Dichtungsschlauch, die sich durch verbesserte Haltbarkeit gegenüber hohen Belastungen hinsichtlich
Frequenz, Kolbengeschwindigkeit und Arbeitsdruck auszeichnet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten
Merkmale gelöst.
Die Erzeugung einer Schmiermittelströmung, de-
ren hydrostatischer Druck mittels einer Abströmdrossel
auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird, ermöglicht daher ohne weitere Dichtunps- und Verschleißelemente
eine berührungsfreie Abstützung des Dichtungsschlauches auch bei hohen Arbeitsdrücken
und Relativgeschwindigkeiten.
Durch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ergibt sich die Möglichkeit, die Drosse'.wirkung
den Schwankungen des Arbeitsdruckes selbsttätig anzupassen, und zwar in dem Sinne, daß der
Drosselspalt bei höheren Arbeitsdrücken enger wird, womit sich in bezug auf eine bestimmte Schmiermittelströmung
ein höherer Schmiermitteldruck zwischen Dichtungsschlauch und Stützfläche, also eine zuverlässige
Abstützung gegen den zunehmenden Arbeitsdruck ergibt.
Eine selbsttätige Verstellung und Anpassung des Drosselspaltes in Abhängigkeit von dem wechselnden
Arbeitsdruck ergibt sich nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung in besonders einfacher und zuverlässiger
Weise durch die im Anspruch 3 angegebenen Merkmale. Der Abfall des Schmiermitteldruckes
von seinem Wert im Hauptbereich des Spaltes zwischen Dichtungsschlauch und Stützfläche bis auf den
Druck der Niederdruckseite erstreckt sich über denjenigen Abschnitt des Dichtungsschlauches, in dem die
Abströmdrossel gebildet ist, d. h. in diesen. Fall im Bereich der Übergangszone zum Kolben bzw. Zylinder.
Da nun in der Übergangszone der Arbeitsdruck entgegen dem Schmiermitteldruck auf die Wandung
des Dichtungsschlauches einwirkt, und zwar grundsätzlich im Sinne einer Verminderung der Drossclspaltweitc,
so ergibt sich bei einer zu großen Drosselspaltweite im Bereich der Übergangszone ein
Übergewicht des Arbeitsdruckes gegenüber dem Schmiermitteldruck. Dies hat die erstrebte, selbsttätige
Korrektur der Drosselspaltweite zur Folge.
Diese Selbsteinstellung der Drosselspaltweite im Sinne der Aufrcchterhaltung eines Schmiermitteldruckes,
der für eine stetige Durchströmung und Abstandhaltung zwischen Dichtungsschlauch und Stützfläche
ausreicht, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung noch durch die im Anspruch 4 angegebene
Maßnahme verbessert werden. Durch diese Ausbildung wird der Übergang zwischen dem radial im wesentlichen
freibeweglichen und in seiner Lage nur durch den Ausgleich zwischen Schmiermitteldruck
und Arbeitsdruck bestimmten Abschnitt des Dichtungsschlauches einerseits und dem mit Kolben bzw.
Zylinder verbundenen Endabschnitt des Dichtungsschlauches andererseits, im Hinblick auf die Nachgiebigkeitgegenüber
Differenzen zwischen Aibeitsdruck und Schmiermitteldruck im Bereich der Abströmdrossel,
vergleichmäßigt. Die Einstellung eines stetigen Drosselspalt- und Druckprofils ohne lokal zu stark
erhöhten Druckgradienten, der eine Beschädigung des Schlauchmaterials sowie eine ungleichmäßige
Schmier- und Abstützwirkung zur Folge haben kann, wird dadurch begünstigt.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist im Anspruch 5 angegeben. Eine solche festhaftende
Verbindung zwischen Dichtungsschlauch und Kolben bzw. Zylinder als feste Anschlußteile ist wesentlich
für die Aufrechterhaltung eines durchgehenden Drosselspaltes auch bei - etwa vorübergehend und plötzlich
- zunehmendem Arbeitsdruck, weil der Endabschnitt des Dichtungsschlauches im Bereich der
Übergangszone kurz /or der Niederdruckseite radial gefesselt ist und damit jedenfalls nicht zur unmittelbaren
Anlage an der Stützfläche auch bei niedrigem Schmiermitteldruck kommen kann. Hierfür ist auch
die angegebene Spalteinstellung im unbelasteten Zustand wesentlich.
Besonders zweckmäßig ist ferner eine Ausbildung des Dichtungsschlauches gemäß Anspruch 6. Hierdurch
wird an erster Stelle eine Verminderung der Schubspannungen innerhalb der Übergangszone des
Dichtungsschlauches erreicht, ohne die radiale Verformbarkeit der Übergangszone im Sinne der Bildung
eines selbsteinstellenden Drosselspaltes zu beeinträchtigen. Die Entlastung des Schlauchmaterials innerhalb
des konischen Abschnitts mit nach außen abnehmender Wandstärke rührt daher, daß sich das
elastisch verformbare Schlauchmaterial gegen den Arbeitsdruck in Axialrichtung im wesentlichen auf
seinem gesamten radialen Querschnitt abstützen kann, während die radiale Auswärtsverformung durch
Hineinpressen des Schlauchmaterials in den konischen Raum zwischen Kolben bzw. Zylinder einerseits
und Stützfläche andererseits erfolgt. Bei festhaftender Verbindung zwischen Dichtungsschlauch und Anschlußteil
in dieser Übergangszone nimmt die Schubspannung in der Verbindungsfläche vom Arbeitsraum
bis zur Niederdruckseite stetig ab, so daß an der Niederdruckseite, d. h. im Bereich des Ringspaltes zwischen
Kolben bzw. Zylinder einerseits und Stützfläche andererseits, kein Hinausextrudieren des elastischen
Schlauchmaterials eintreten kann.
Zweckmäßig setzt sich die Übergangszone aus Teilkörpern entsprechend dem Anspruch 7 zusammen.
Die Anordnung der Teilkörper in der Übergangszone kann in verschiedener Weise vorgenommen werden,
doch ist es zweckmäßig, daß mindestens ein Teilkörper niedrigerer Steifigkeit als der andere bzw. die anderen
einen Teilbereich der Oberfläche der Übergangszone bildet. Dadurch, daß die Übergangszone
einseitig, meistens am dichtungsschlauchseitigen Ende, von dem Arbeitsdruck beansprucht wird, tritt
in der Übergangszone eine zwar von dem Arbeitsdruck abhängige, jedoch über die Länge der Übergangszone
unterschiedliche, vorzugsweise nach außen abnehmende Verformung auf, welche von der Steifigkeit,
der Gestalt der Trennkörper und der Ausbildung der Trennflächen abhängig ist.
Im übrigen kann eine selbsteinstellende Abströmdrossel
auch unabhängig von der radialen Verformung des Dichtungsschlauches durch die Merkmale des Anspruchs
10 verwirklicht werden. Ein solcher Kolbenschieber kann einerseits mit dem Arbeitsdruck und
andererseits mit dem Schmiermitteldruck beaufschlagt werden, wobei sich ein Drosselspalt in Abhängigkeit
von der Kolbenschieberstellung selbsttätig im vorgenannten Sinne einreguliert.
Die Aufrechterhaltung eines Mindes'.maßes der Drosselspaltweite auch bei hohen und zeitlich stoßartig
verlaufenden Arbeitsdrücken kann durch die vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch
11 begünstigt werden. Ein solcher eingeprägter Schmiermittelstrom kann beispielsweise mit Hilfe
cir°r volumenstarr fördernden, mit vergleichsweise starrer Drehzahl angetriebenen Pumpe erzeugt werden,
etwa mittels einer Zahnradpumpe. Der Schmiermitteldruck im Spaltraum zwischen Dichtungsschlauch und Stützfläche sowie im Bereich der
Abströmdrossel stellt sich dann gegebenenfalls selbst-
tätig auf genügend hohe Werte ein, so daß dem Arbeitsdruck in jedem Fall das Gleichgewicht gehalten
werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert,
die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Kolben-Zylinderanordnung mit innenseitig vom Arbeitsmedium beaufschlagtem
Dichtungsschlauch,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II in Fig. 1.
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der in Fig. 1 mit III bezeichneten Stelle,
Fig. 4 einen Längsschnitt einer weiteren Kolben-Zylinderanordnung mit außenseitig vom Arbeitsmedium
beaufschlagtem Dichtungsschlauch,
Fig. 5 einen Schnitt einer weiteren Ausbildung des nicht bewegten Endes des Dichtungsschlauches,
Fig. 6 einen Schnitt einer zwischen einem Anschlußteil, z. B. dem Kolben, und dem Dichtungsschlauch befindlichen Übergangszone mit zwei Teilkörpern,
Fig. 7 einen Schnitt einer Übergangszone mit drei Teilkörpern,
Fig. 8 einen Schnitt einer Übergangszone mit vier Teilkörpern, deren Trennflächen unterhalb der Oberfläche
der Übergangszone verlaufen,
Fig. 9 und 10 einen Schnitt einer Übergangszone mit je sechs Teilkörpern,
Fig. 11 einen Schnitt einer Übergangszone mit sieben
Teilkörpern, von denen ein Teilkörper die anderen hülsenförmig umgibt,
Fig. 12 einen Schnitt einer Übergangszone mit drei, an einem elastischen, flexiblen Metallschlauch
als Dichtungsschlauch anschließenden Teilkörpern, und
Fig. 13 einen Schnitt einer Kolbenschieberanordnung zur Bildung einer selbsteinstellenden Abströmdrossel
innerhalb eines fin einen Dichtungsschlauch angeschlossenen Kolbens.
Die Kolben-Zylinderanordnung nach Fig. 1 und 2 weist einen quaderförmigen Zylinder 1 mit einer
Bohrung 2 auf. An einem Ende bildet ein z. B. durch Schraubenbolzen befestigter Zylinderboden 3 den
Abschluß des Zylinders. Die Teilungsfläche zwischen den Elementen 1 und 3 ist durch einen in einer Nut 4
des Zylinders 1 liegenden O-Ring 5 abgedichtet.
In der Bohrung 2 ist ein zylindrisch oder leicht konisch
ausgebildeter Kolben 6 mit einer Kolbenstange 7 gelagert. Die Kolbenstange 7 ist in einer
Büchse 8 verschiebbar geführt, welche ihrerseits in einem Klemmstück 9 befestigt ist. Das Klemmstück 9
ragt durch eine Bohrung 10 des Zylinderbodens 3 und ist durch eine Mutter 11 am Zylinderboden 3 festgeschraubt.
Das Klemmstück 9 weist einen Längskanal 12 mit Mündungen 13 auf, durch den ein Arbeitsmedium,
z. B. Druckgas oder Drucköl, ein- oder ausströmt, und ist in der Nähe der Mündungen 13 mit
einer kugelförmigen Verdickung 14 versehen, welche Wulste 15 aufweisen kann. Die Verdickung 14 dient
dazu, das nicht bewegte Ende 16 eines elastisch dehnbaren Dichtungsschlauchs 17 zwischen der Wandung
der Zylinderbohrung 2 und dem Klemmstück 9 leckfrei festzuklemmen, während das andere Ende 18 mit
einer sich in Bewegungsrichtung des Kolbens 6 erstreckenden Übergangszone A verbunden ist, welch
letztere in den Kolben 6 übergeht. Die Übergangszone A setzt sich aus zwei Teilkörpern 60, 70 unter-
sehiedlicher Steifigkeit zusammen, wobei der Teilkör per 60, z. B. aus demselben Material wie dei
Dichtungsschlauch 17, eine geringere Steifigkeit al: der Teilkörper 70 aufweist, der in den Kolben 6 über
■ geht. Dementsprechend ist die Verformung der Über
gangszone A dichtungsschlauchseitig am größten um nimmt in axialer Richtung ab. Die beiden Teilkörpei
60, 70 sind in einer Trennfläche 62 festhaftend, d. h mittels Klebung oder chemischer Bindung, miteinan
ι» der verbunden. Da die Trennfläche 62 nicht die Ober fläche der Übergangszonc A durchstößt, nimmt die
Verformung derselben kontinuierlich ab, und zwai auch dann, wenn die Materialstärke des Teilkörper:
60 über die ganze Länge konstant ist. Durch die An π Ordnung einer dichtungsschlauchseitigen Verdickunj
61 wird die Verformung der Übergangszone A beein
flußt und gleichzeitig die Trennfläche 62 vergrößert
Der Innenraum des Dichtungsschlauches 17, dei sich im wesentlichen über den zylindrischen Teil H
.'ο des Schlauches erstreckt, bildet einen pulsierendei
Arbeitsraum, der mit dem Arbeitsmedium gefüllt is und über den bereits erwähnten Längskanal 12 mi
seinen Mündungen 13 an ein nicht dargestellte: Drucksystem angeschlossen ist. Der somit an seine:
:~> Innenfläche mit dem Arbeitsdruck beaufschlagte
Dichtungsschlauch stützt sich mit seiner äußeren Um fangsfläche während der pulsierenden Längsbewe
gung mit Kontraktion und Expansion der Schlauch wandung über ein Schmiermittel an einer durch die
κ» Bohrung 2 des Zylinders 1 gebildeten Stützfläche i
reibungsarm ab. Dabei durchströmt das Schmiermitte einen zwischen Dichtungsschlauch und Stützfläch»
gebildeten Spaltraum, so daß keine unmittelbare Be rührung zwischen Dichtungsschlauch und Stützfläche
Γ· eintritt.
Für die Schmiermittelzuführung ist am Überganj zwischen dem Zylinder 1 und dem Zylinderboden ;
eine Ringnut 19 ausgespart (Fig. 3), die über einei Ringspalt 20 mit der Zylinderbohrung 2 verbundei
4Ii ist. Die Ringnut 19 steht mit einer Leitung 22 (Fig. 2
in der Wandung des Zylinders 1 in Verbindung, ai die sich eine Zuführungsleitung 23 anschließt, welch;
durch eine Rohrverschraubung 24 im Zylinder 1 be festigt ist und durch welche ein vorzugsweise druckun
■Γ) abhängiger, konstanter Schmiermittelstrom zugeführ
wird, wobei sich ein dem Arbeitsdruck entsprechende Druck einstellt. Das Schmiermittel tritt über die Ring
nut 19 und den Ringspalt 20 zwischen den Dichtungs schlauch 17 und die durch die Wandung der Zylinder
in bohrung 2 gebildete Stützfläche S, breitet sich an
Umfang des Dichtungsschlauchs 17 aus und tritt kol benseitig in eine Niederdruckseite aus. Da durch dei
Druck des Arbeitsmediums eine von der Höhe diese Arbeitsdrucks und dem Schmiermittelstrom abhän
gige Verformung der Übergangszone A auf tritt, bilde sich an der Oberfläche desselben eine Abströmdrosse
für das unter demselben Druck stehende Schmiermit tel. Es entsteht dadurch für den Dichtungsschlaucl
ein Gleichgewicht der Kräfte. Der unter dem Arbeits druck stehende Dichtungsschlauch 17 kann sich somi
bei seiner Axialbewegung auf seiner ganzen Oberflä ehe über einen dünnen Schmierfilm 21 an der durcl
die Wandung der Zylinderbohrung 2 gebildete: Stützfläche S berührungsfrei abstützen, so daß dii
b5 auftretenden Reibungskräfte außerordentlich niedrij
sind.
Damit das verbrauchte Schmiermittel gesammel und zurückgeführt werden kann, ist das kolbenseitigi
Ende des Zylinders 1 mit eine Dichtungsbalg 25 versehen, der einerseits in einer Nut 26, gegebenenfalls
unter Verwendung eines Klemmringes, gehalten und andererseits mit einem Schraubenbolzen 27 am Kolben
6 zwischen einem Deckel 28 und einem Formkörper 29 festgeklemmt ist, welch letzterer sich auf eine
in einem Vorsprung 31 des Kolbens 6 geführte Buchse 30 abstützt.
Das sich im Dichtungsbalg 25 sammelnde Schmiermittel wird über Leitungen 32, 33 in eine, im Zylinder
1 durch eine Rohrverschraubung 24 befestigte Ablaufleitung 34 geleitet. Die Leitungen 32, 33 können
auch anders angeordnet sein; es muß lediglich der Dichtungsbalg 25 entleert werden können.
In Fig. 4 ist eine weitere Koiben-Zylinderanordnung
dargestellt, bei welcher ein Dichtungsschlauch 35 an einer durch die glatte Umfangsfläche eines Kolbens
36 gebildeten Stützfläche S über ein Schmiermittel abgestützt und auf seiner Außenseite vom Arbeitsmedium
beaufschlagt ist. Der Endteil 16 des Dichtungsschlauchs 35 ist durch ein Klemmstück 37
eingespannt, das mittels eines Schraubenbolzens 38 am Kolben 36 befestigt ist. Die zylindrische Partie 37a
des Klemmstücks 37 führt den Kolben 36. Das Klemmstück 37 weist Bohrungen 39 auf mit Mündungen
39', die den Durchtritt des Arbeitsmediums in den auf der Außenseite des Dichtungsschlauchs 35
befindlichen Arbeitsraum erlauben. Am anderen Ende des zylindrischen Teiles 18 des Dichtungsschlauchs
35 ist eine Übergangszone A gebildet, die sich entsprechend wie bei der Ausführung nach Fig. 1
aus zwei Teilkörpern 60, 70 zusammensetzt, die in einer Trennfläche 62 festhaftend miteinander verbunden
sind. Am dichtungsschlauchseitigen Ende der Übergangszone A ist eine Verdickung 61 gebildet, die
jedoch im Gegensatz zu Fig. 1 auf der Außenseite des Dichtungsschlauchs 35 angeordnet ist. Der Teilkörper
70 ist ein Teil des Randes 40 des Zylinders 41. Auch bei dieser Ausführung der Übergangszone A nimmt die Materialstärke des Teilkörpers 60
nach außen ab, so daß auch hier, wie bei der Ausführung
nach Fig. 1, die örtliche Formfestigkeit von der Arbeitsmediumseite aus zur Niederdruckseite zunimmt.
Bei der Kolben-Zylinderanordnung nach Fig. 4 dient eine Bohrung 43 im Kolben 36 der Zuleitung
des Arbeitsmediums, wobei der Anschluß an eine nicht dargestellte Druckquelle mittels eines durchbohrten
Schraubenbolzens 42 erfolgt, der zudem einen Anschlußteil 44 auf dem Kolben 36 festhält. Der
Anschlußteil 44 weist Gewindebohrungen 45, 46 für den Anschluß von Leitungen für die Zuführung bzw.
Abführung des Schmiermittels sowie eine Bohrung 47 mit einer Ringnut 48 auf, die mittels zweier in Ringnuten
49 liegenden O-Ringen 50 abgedichtet ist. An der Ringnut 48 schließt eine im Kolben 36 angeordnete
Längsbohrung 51 an, durch welche das Schmiermittel zu dem einen Ende 16 des Dichtungsschlauchs 35 geführt
wird. Zwischen dem Kolben 36 und seinem gerundeten, durch eine O-Ring-Dichtung 52 abgedichteten
Kopfstück 53 wird ein schmaler Ringspalt 54, ähnlich Fig. 3, gebildet, durch welchen das Schmiermittel
sich zwischen dem Kolben 36 und dem Dichtungsschlauch 35 ausbreiten kann und am anderen
Ende des zylindrischen Teils 18 des Dichtungsschlauchs über eine variable, durch den Arbeitsdruck
gesteuerte Abströmdrossel an der Übergangszone A zu einer Niederdruckseite austritt. Ein Dichtungsbalg
25 sammelt das austretende Schmiermittel und leitet es über eine Leitung 55 ab.
Der Schraubenbolzen 38, der das Klemmstück 37, das eine Ende 16 des Dichtungsschlauchs 35 und das
Kopfstück 53 am Kolben 36 festhält, ist ebenfalls durchbohrt, so daß das zugeführte Arbeitsmedium in
den zwischen Kolben und Zylinder befindlichen Teil des Arbeitsraumes eintreten kann. Über Bohrungen
39 ist dieser Arbeitsraumteil mit demjenigen an der ι» Außenseite des Dichtungsschlauchs 35 verbunden.
Der Arbeitsraum ist mittels eines Schraubdeckels 56 abgeschlossen und mit einer O-Ring-Dichtung 57 abgedichtet.
Diese Schmierung entspricht derjenigen nach Fig. 1 und es treten hier dieselben niederen Rei-1 1*1 iniw Ιτ^λαΓΡΙ^ΙΟΠΪΑΗ *ϊ ■ ■»
■' UUIIgdKUV'MIZ.IVIItVII UUI.
Wird für den Anschluß des Arbeitsmediums in Fig. 1 ein größerer Durchgang 12 benötigt, so kann
eine Ausführung vorgesehen werden, bei welcher der Endteil 16 des Dichtungsschlauchs 17 nach Fig. 5
-'" ausgebildet ist. Die weiteren in Fig. 5 eingetragenen
Bezugszeichen stimmen mit denjenigen von Fig. 1 überein. Der Endteil 16 wird in Fig. 5 mittels der
Wandung der Zylinderbohrung 2 und dem Kragen 3' des Zylinderbodens 3 formschlüssig gehalten und ge-
-'-> preßt.
Die Übergangszone A kann aus Teilkörpern unterschiedlicher Form und Anordnung zusammengesetzt
sein, wie die Beispiele nach Fig. 6 bis 11 zeigen. Dabei
ist jeweils der sich an den zylindrischen Teil 18 des
κι Dichtungsschlauches anschließende Schlauchabschnitt
bzw. Teilkörper mit dem Bezugszeichen 60 eine in diesem Abschnitt befindliche Verdickung mit
dem Bezugszeichen 61 bezeichnet. Im übrigen sind in den verschiedenen Ausführungen Teilkörper, die
Γ) eine sinngemäße oder ähnliche Anordnung innerhalb
der Übergangszone aufweisen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig. 6 besteht die Übergangszone
A aus zwei Teilkörpern 60, 70 unterschiedlicher Steifigkeit, die in einer stufenförmig
ausgebildeten Trennfläche 62 festhaftend, d. h. durch Klebung oder chemische Bindung, miteinander verbunden
sind. Der Teilkörper 60 ist eine Verlängerung des Endes 18 des Dichtungsschlauchs 17 mit der Verdickung
61 und besitzt die geringere Steifigkeit als der Teilkörper 70. Man erreicht auch hier eine von
der Arbeitsmediumseite aus gegen die Niederdruckseite abnehmende Verformung der Oberfläche der
Übergangszone A.
In Fig. 7 weist die Übergangszone A drei Teilkörper 60, 63, 70 mit zwei Trennflächen 62 auf, von denen
diejenige zwischen den Teilkörpern 60, 63 schräg von der Arbeitsmediumseite weg die Oberfläche der
Übergangszone A durchstößt.
Fig. 8 zeigt eine Übergangszone A mit vier Teilkörpern
60, 64, 70. Die beiden Teilkörper 64 liegen hülsenförmig zwischen den Teilkörpern 60, 70 und
weisen unter sich als auch bezüglich der Teilkörper 60,70 unterschiedliche Steifigkeit auf. Alle Trennflächen
62 liegen unterhalb der Oberfläche der Über-
bo gangszone A.
In Fig. 9 besteht die Übergangszone A aus sechs Teilkörpern; einen mit der Verdickung 61 versehenen
Teilkörper 60 kleinster Steifigkeit, daran anschließend vier scheibenförmige Teilkörper 65 größerer
Steifigkeit und daran anschließend einen Teilkörper 70 größter Steifigkeit. Von den dazwischenliegenden
Trennflächen 62 bildet mindestens eine festhaftende Verbindung. Wegen der größeren Zahl von Teilkör-
pern mit zunehmender Steifigkeit nimmt die Pressung gegen die Stützfläche auch dann nicht in allzu großen
Sprüngen ab, wenn, wie hier, die Trennflächen der scheibenförmigen Teilkörper die Oberfläche der
Übergangszone A durchstoßen. Es brauchen nicht alle Trennflächen festhaftend ausgebildet zu sein, ζ. Β.
wenn ein mit der Ubergangszonc verbundener Kolben dauernd durch eine Gegenkraft belastet ist.
Fig. 10 zeigt eine der Fig. 9 ähnliche Ausführung der Übergangszone A mit sieben Teilkörpern. An die κι
scheibenförmigen Teilkörper 65 schließt noch ein hülsenförmiger Teilkörper 63 an.
In Fig. 11 weist die Übergangszone A einen am
Dichtungsschlauchende 18 sich fortsetzenden Teilkörper 60 mit von der Arbeiismediumseiie aus abneh- ι
> mender Materialstärke auf. Innerhalb des Teilkörpers 60 liegen fünf Teilkörper 66 und ein Teilkörper 70
unterschiedlicher Steifigkeit.
Wird die Zahl von steifer werdenden Teilkörpern immer mehr bei entsprechender Verminderung ihrer
Materialstärke erhöht, so erhält man im Grenzfall eine Übergangszone von sich kontinuierlich ändernder
Steifigkeit. Eine solche Übergangszone kann aus Kunststoff, z. B. Polyurethan, hergestellt sein, wobei
auch der Kolben einen integralen Teil derselben bil- 2r>
den kann.
Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform mit einem Metallschlauch 17, dessen Ende mit einer aus Teilkörpern
67,68,69 bestehenden Ubergangszone A verbunden
ist. Obwohl die Teilkörper aus demselben Material «> bestehen können, verformt sich die Übergangszone A
unterschiedlich. Hier bildet der in seiner Wandstärke gegen den Kolben 6 hin zunehmende, zweckmäßig innenseitig
vom Arbeitsmedium beaufschlagte Teilkörper 68 den Drosselbereich für die Druckschmierung. j >
Die Teilkörper 67, 69 dienen der Führung, lassen jedoch den Schmiermittelstrom, z. B. durch Nuten am
Umfang durchtreten.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 13 liegt die vom Arbeitsmediumdruck beaufschlagte Drossel im 4<i
Innern des Kolbens 6. Letzterer weist eine dichtungsschlauchseitige Teilzone 71 mit einem kleineren
Durchmesser auf als die daran anschließende Teilzone 72, deren Durchmesser mit der zugehörigen Stützfläche,
d. h. hier mit der Zylinderwandung, ein geringes Spiel bildet.
Die Drossel besteht aus einem über eine Bohrung 73 mit dem Arbeitsdruck beaufschlagten, durch eine
Feder 74 an einem Anschlag 75 gehaltenen Kolbenschieber 76. Das Schmiermittel strömt in den durch
die Teilzone 71 und die Stützfläche gebildeten Spaltraum und von dort mindestens zum größten Teil über
eine Leitung 77 zum Kolben 76, wo es sich entspannt und über eine Leitung 78 abströmt. Der Drosselspalt
wird durch die Umfangsfläche bzw. die rechte, stirnseitige Umfangskante des Kolbenschiebers 76 und einem
Ringkanai 79 gebildet, mit dem die Leitung 78 verbunden ist. Der geringere Teil des Schmiermittels
strömt durch den von der Teilzone 72 und der Stützfläche gebildeten Spalt, der jedoch auch vollständig, bo
z. B. durch eine O-Ring-Dichtung, abgedichtet sein kann. Auch mit dieser Drossel kann der Schmiermitteldruck
mit dem Arbeitsdruck im Gleichgewicht gehalten werden. Der Kolben 76 kann, falls dies erforderlich
ist, durch Dämpfungseinrichtungen gedämpft werden.
Im Rahmen der Erfindung können Teilkörper in Form dünner metallischer Scheiben zwischen Teilkörpern
kleinerer Steifigkeit angeordnet sein. Auch dünne, auf der Oberfläche von Teilkörpern geringerer
Steifigkeit aufgebrachte Schichten größerer Steifigkeit sind anwendbar.
Wesentlich ist, daß sich die Übergangszone A in einem ersten Teilbereich entsprechend dem Arbeitsdruck verformt und mit einer im Mittel abnehmenden
Pressung an der Stützfläche abstützt, wobei sich an den ersten Teilbereich ein zweiter Teilbereich anschließt,
welcher unter abnehmender Verformung sich nicht mehr an der Stützfläche abstützt und somit
selbsttragend ist. Übergangszonen mit ebenen oder gewölbten scheibenförmigen Teilkörpern unterseliiedlicher
Steifigkeit mit die Oberfläche derselben durchstoßenden Trennflächen ergeben stufenweise,
bis an die Oberfläche wirksame Unterschiede bezüglich der örtlichen Verformbarkeit und somit einen stufenweisen
Abbau der Pressung der Übergangszone A bzw. eines Teilbereichs derselben, an der Stützfläche.
Eine kontinuierlich abnehmende Pressung an der Stützfläche kann durch eine Übergangszone mit entweder
stufenlos sich ändernder Steifigkeit oder einer endlichen Zahl von Teilkörpern mit unterhalb der
Oberfläche der Ubergangszone stetig verlaufenden Trennflächen erreicht werden. Im letzteren Fall deckt
der am wenigsten steife Teilkörper die ganze Oberfläche der Übergangszone, wie dies in den Fig. 1, 4, 8
und 11 dargestellt ist. Auch in diesem Fall wird zweckmäßig eine von der Arbeitsmediumseite aus zunehmende
örtliche Formfestigkeit der Übergangszone angestrebt.
Die Übergangszone A ist in den Figuren in ihrer Länge durch einen Maßpfeil angegeben und erstreckt
sich vom Ende des zylindrischen Teils 18 des Dichtungsschlauchs, wo die Materialstärke des Dichtungsschlauchs
sich zu ändern beginnt, bis zu dem an den Kolben anschließenden Teilkörper. Selbstverständlich
lassen sich die Ausführungsformen nach Fig. 6 bis 13 in analoger Weise auch bei einer Kolben-Zylinderanordnung
nach Fig. 5 anwenden.
Die beschriebene Kolben-Zylinderanordnung kann mit hohen Betriebsdrücken arbeiten, z.B. mit 100 bar
und mehr. Der Dichtungsschlauch 17,35 kann wegen seiner Abstützung an der Zylinderwandung bzw. am
Kolben günstige Elastizitätseigenschaften aufweisen, so daß die Kraft für den Leerhub gering ist. Insbesondere
ist der Reibungskoeffizient bei Anwendung der beschriebenen Druckschmierung außerordentlich gering,
d.h. kleiner als 0,001. Diese außerordentlich günstigen Werte werden durch die sich zwischen dem
Dichtungsschlauch und der Stützfläche ausbildende hydrostatische Lagerung erreicht, bei der keine Berührung
der Oberfläche des Dichtungsschlauchs mit der Stützfläche stattfindet.
Wenn das Arbeitsmedium unter den herrschenden Betriebsbedingungen praktisch volumenbeständig ist,
ist der Hub der Kolben-Zylinderanordnung der zugeführten Arbeitsmediummenge proportional. Die An-Wendungsmöglichkeiten
der beschriebenen Kolben-Zylinderanordnung sind groß; sie umfassen u. a.
leckfreie Kolbenpumpen, exakte Steuermotoren für große Lasten, Fernsteuerungen und Fernwirkeinrichtungen.
Werden zwei solche Kolben-Zylinderanordnungen paarweise angeordnet, z. B. durch Verbinden
der beiden Kolben, so erhält man eine doppelwirkende Anordnung.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Kolben-Zylinderanordnung mit folgenden Merkmalen:
a) mindestens ein Kolben ist in einem Zylinder axial verschiebbar angeordnet;
b) der Arbeitsraum ist durch einen zwischen Kolben und Zylinder angeordneten, weichelastischen Dichtungsschlauch leckfrei abgedichtet;
c) der Dichtungsschlauch stützt sich an einer Fläche des Zylinders oder Kolbens ab;
d) zwischen Stützfläche und Dichtungsschlauch ist ein Schmiermittel einbringbar;
e) der Dichtungsschlauch ist durch eine Obergangszone mit dem Kolben verbunden, falls
sich der Dichtungsschlauch am Zylinder abstützt, bzw. mit dem Zylinder verbunden,
falls sich der Dichtungsschlauch am Kolben abstützt; gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
f) ein Schmiermittelstrom hält Stützfläche (S) und Dichtungsschlauch (17,35) während der
Arbeitsdruckbeaufschlagung auf Abstand;
g) eine Abströmdrossel steuert das Schmiermittel zu einer Niederdruckseite hin ab.
2. Kolben-Zylinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmdrossel
in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck verstellbar ist.
3. Kolben-Zylinderanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmdrossel
im Bereich der Übergangszone (A) durch einen Spalt zwischen Dichtungsschlauch
(17, 35) und Stützfläche (S) gebildet ist.
4. Kolben-Zylinderanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsschlauch
(17,35) in der Übergangszone (A) eine zum Arbeitsraum hin abnehmende Verdikkung
aufweist.
5. Kolben-Zylinderanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Dichtungsschlauch (17,35) in der Übergangszone (A) in einem Teilbereich mit dem Kolben (6) oder
dem Zylinder (41) festhaftend, d. h. mittels Klebungoder chemischer Bindung, verbunden ist und
im unbelasteten Zustand ein Spiel zur Stützfläche (5) aufweist.
6. Kolben-Zylinderanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsschlauch
(17, 35) innerhalb der Übergangszone (A) einen Abschnitt mit in Richtung vom
Arbeitsraum nach außen abnehmender Wandstärke aufweist.
7. Kolben-Zyiinderanordnung nach einem der
Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangszone (A) aus mindestens zwei, in
einer Trennfläche (62) aneinander festhaftenden Teilkörpern (60, 63, 65, 66, 70) aus Materialien
unterschiedlicher Steifigkeit besteht.
8. Kolben-Zylinderanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
eine Trennfläche (62) jeweils zweier benachbarter Teilkörper (60, 63, 65) der Übergangszone
(A) die schmiermittelseitige Oberfläche des Dichtungsschlauches durchdringt.
9. Kolben-Zvüniicrannrrinunp nach Anspruch
7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangszone (A) aus TeUkörpern (65) mit in
Richtung vom Arbeitsraum nach außen zunehmender Steifigkeit besteht.
10. Kolben-Zylinderanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Abströmdrossel von einem Kolbenschieber (76) gebildet ist.
11. Kolben-Zylinderanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schmiermittelstrom vom Schmierdruck wenigstens annähernd unabhängig ist.
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