DE2719190C2

DE2719190C2 - Schmier- und Dichtanordnung

Info

Publication number: DE2719190C2
Application number: DE19772719190
Authority: DE
Inventors: Werner 8012 Ottobrunn Malburg
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-04-29
Filing date: 1977-04-29
Publication date: 1983-11-17
Also published as: DE2719190A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schmier- und Dichtanordnung fuer einen in einer Stufenbohrung verschieblich angeordneten, hochbelasteten Differenzdruckkolben, insbesondere einer Wasserpulskanone, der beim Arbeitshub mit seiner groesseren Kolbenflaeche einen Hochdruck-Gasraum und mit seiner kleineren, zentralen Kolbenflaeche einen Fluessigkeitsraum hoeheren Drucks begrenzt, waehrend die Kolbendifferenzflaeche gemeinsam mit der Stufenbohrung eine Niederdruckkammer bildet, wobei zwischen der Kolbenmantelflaeche und der Stufenbohrung ein schmaler Dichtspalt freigehalten ist. In der zwischen dem Gasraum und der Niederdruckkammer verlaufenden Kolbenmantelflaeche ist eine Ringnut ausgebildet, die ueber einen Kanal im Kolben und eine Drosselstelle mit dem Fluessigkeitsraum in Verbindung steht. Durch die aus dem Fluessigkeitsraum abgezapfte Betriebsfluessigkeit wird waehrend des Arbeitshubs des Kolbens eine sichere, gasdichte Sperre in dem Dichtspalt zwischen dem Gasraum und der Niederdruckkammer erreicht und zugleich eine wirksame Schmierung, Lagerung und Kuehlung des Kolbens im Bereich der gasseitigen Kolbenmantelflaeche garantiert. Die Erfindung eignet sich insbesondere fuer heissgasgetriebene Freiflugkolben von Wasserpulskanonen, ohne dass es einer eigenen, aufwendigen Fremddruckschmierung bedarf. ...U.S.W

Description

65 Die Erfindung bezieht sich auf eine Schn_-:er- und Dichtanordnung für einen in einer Stufenbohrung verschieblich angeordneten, hochbelasteten Differenzdruckkolben, insbesondere einer Wasserpulskanone, der beim Arbeitshub mit seiner größeren Kolbenfläche einen Hochdruck-Gasraum und mit seiner kleineren, zentralen Kolbenfläche einen Flüssigkeitsraum höheren Drucks begrenzt, während die Kolbendifferenzfläche gemeinsam mit der Stufenbohrung eine Niederdruckkammer bildet, wobei zwischen der Kolbenmantelfläche und der Stufenbohrung ein schmaler Dichtspalt freigehalten ist.

Bei Schmier- und Dichtanordnungen dieser Art, die insbesondere für Freifiugkolben von Wasserpulskanonen Verwendung finden und wegen der extremen Druckunterschiede zwischen dem Gas- bzw. Flüssigkeitsraum und der Niederdruckkammer mit einer berührungsfreien Abdichtung in Form eines schmalen Dichtspalts arbeiten besteht vor allem im Bereich des gasseitigen Dichtspalts die Gefahr, daß der Freifiugkolben beim Arbeitshub an die zylindrische Innenwand der Stufenbohrung anläuft, was einen starken Verschleiß oder gar ein Verklemmen des Kolbens in der Stufenbohrung zur Folge hat. Andererseits erfordert eine Fremdschmierung des Dichtspalts, durch die zwischen der Kolbenmantelfläche und der Stufenbohrung kontinuierlich ein Schmiermittelfilm aufrechterhalten wird, ein eigenes, kompliziertes Druckschmiersystem und einen entsprechend hohen Bau- und Steueraufwand.

Demgegenüber soll erfindungsgemäß eine Schmier- und Dichtanordnung der beanspruchten Art geschaffen werden, bei der die Lagerung, Schmierung und Abdichtung der gasseitigen Kolbenmantelfläche in konstruktiv einfacher Weise durch die beim Arbeitshub des Kolbens auf die zentrale Kolbenfläche einwirkende Betriebsflüssigkeit selbst bewirkt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schmier- und Dichtanordnung der eingangs erwähnten Gattung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß in der zwischen dem Gasraum und der Niederdruckkammer verlaufenden Kolbenmantelfläche eine Ringnut ausgebildet ist, die über einen Kanal im Kolben und eine Drosselstelle mit dem Flüssigkeitsraum in Verbindung steht.

Erfindungsgemäß wird durch die aus dem Flüssigkeitsraum abgezapfte Betriebsflüssigkeit während des Arbeitshubs des Kolbens eine sichere, gasdichte Sperre in dem Dichtspalt zwischen dem Gasraum und der Niederdruckkammer erreicht und zugleich eine wirksame Schmierung, Lagerung und Kühlung des Kolbens im Bereich der gasseitigen Kolbenmantelfläche garantiert, mit der Besonderheit, daß durch die Drosselstelle die aus dem Flüssigkeitsraum in den Kanal überströmende Flüssigkeitsleckage begrenzt und eine unzulässige Verschmutzung des Gasraums mit in diesen eindringender Sperrflüssigkeit verhindert wird. Aufgrund dieser einfachen und betriebssicheren Bauweise eignet sich die Erfindung insbesondere für heißgasgetriebene Freiflugkolben von Wasserpulskanonen, ohne daß es einer eigenen, aufwendigen Fremddruckschmierung bedarf.

in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mündet der Kanal auf der kleineren, zentralen Kolbenfläche in den Flüssigkeitsraum und die Drosselstelle ist als im Kanal angeordnete Laminarspaltdrossel ausgebildet, was eine gleichbleibend exakte Einstellung des Druckabfalls zwischen dem Flüssigkeitsraum und der Ringnut ermöglicht

Um beim Kolbenrückhub ein Überströmen von Gas längs des Koibenkanals aus dem Gas- sn den Flüssigkeitsraum zu verhindern, etwa wenn der Freiflugkolben einer Wasserpulskanone unter adiabatischer Kompression einer im Gasraum verbliebenen Reaktionsgas-Restmenge in die Ausgangslage zurückgeführt wird und dabei der Druck in dem Flüssigkeitsraum unter den Gasdruck absinkt, ist im Kanal zweckmäßigerweise ein sich in Richtung der Ringnut öffnendes Rückschlagventil angeordnet.

In manchen Anwendungsfällen kann es sich empfehlen, den gasseitigen Dichtspalt anstatt mit Betriebsflüssigkeit mit einem eigenen Schmiermittel, das bessere Stoffwerte, etwa eine höhere Viskosität aufweist, zu füllen, und zu diesem Zweck ist der Kanal in besonders bevorzugter Weise zwischen der Drosselstelle und der Ringnut mit einer zur Kolbenmantelfläche verlaufenden Zweigbohrung einschließlich eines sich zum Kanal öffnenden Rückschlagventils verbunden, die in der im wesentlichen druckentlasteten Kolbenlage an eine in die Stufenbohrung mündende Schmiermittelzufuhrstelle angeschlossen ist Der Kanal bildet somit eme Art Vorratsraum, der jeweils nach Beendigung des Kolbenarbeitshubs im wesentlichen drucklos mit Schmiermittel aufgefüllt wird, während die Schmiermitteldruckförderung in den gasseitigen Dichtspalt weiterhin durch die Betriebsflüssigkeit selbst unter der Steuerungswirkung der Drosselstelle jeweils beim Arbeitshub des Kolbens erfolgt

Um die Lagerung des ungefesselten Differenzdruckkolbens innerhalb der Stufenbohrung weiter zu verbessern, weist die zwischen dem Gasraum und der Niederdruckkammer verlaufende Kolbcnmantelfläche vorzugsweise eine an den schmalen Dichtspalt anschließende, in Richtung der Niederdruckkamm^r konisch verjüngte Zentrierfläche auf. Hierdurch wird in Verbindung mit der Druckschmierung aus dem Flüssigkeitsraum an der gasseitigen Kolbenmantelfläche während des Arbeitshubs ein keilförmiges hydrodynamisches Flüssigkeits- bzw. Schmiermittelpolster aufgebaut, auf dem der größere Kolbenabschnitt auch bei schlagartiger Druckbelastung exakt und verkantungsfrei in der Stufenbohrung geführt wird. Um den Kolben in gleicher Weise auch im Bereich seines kleineren Kolbenabscimitts hydrodynamisch zu zentrieren, empfiehlt es sich, die an den Flüssigkeitsraum angrenzende Kolbenmantelfläche in Richtung der kleineren, zentralen Kolbenfläche konisch verjüngt auszubilden.

In besonders bevorzugter Weise ist ferner zwischen der Ringnut und dem Gasraum in der Kolbenmantelfläche eine weitere Ringnut ausgebildet, die über einen gedrosselten Kanal im Kolben mit der Niederdruckkammer in Verbindung steht, wobei der Druck in der zweiten Ringnut vorzugsweise geringfügig kleiner als der Druck im Gasraum ist. Somit wird die aus dem gasseiligen Dichtspalt in Richtung des Gasraums abströmende Flüssigkeits- bzw. Schmiermittelleckage gemeinsam mit einem entgegengesetzt gerichteten, geringen Leckgasstrom an der zweiten Ringnut abgefangen und in die N iderdruckkammer abgesaugt und ein noch weitergehender Schutz des Gisraums

gegen ein Eindringen von Betriebsflüssigkeit bzw. Schmiermittel gewährleistet

Besonders zweckmäßig ist es schließlich, den Dichtspalt derart zu steuern, daß dieser im druckentlasteten Zustand des Kolbens verhältnismäßig groß ist, mit steigender Druckbelastung jedoch zunehmend bis zu einer äußerst geringen Spaltgröße, z. B. 0,02 mm, verkleinert wird. Dies wird unter Ausnutzung der elastomechanischen Querstauchung des Kolbens vorzugsweise dadurch erreicht daß der Kolben zumindest im Bereich des Dichtspalts aus einem hochfesten Material mit einem vergleichsweise niedrigen Elastizitätsmodul besteht

Die Erfindung ist in der nachfolgenden, beispielsweisen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Schmier- und Dichtanjrdnung nach der Erfindung in Verbindung mit einer Wasserpulskanone in schematischer Darstellung;

F i g. 2 eine Teilansicht der Dror-" i:\ gemäß F i g. 1 längs der Linie 2-2;

F i g. 3 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

F ig. 4 einen schematischen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels unter Verwendung eines mehrteiligen Kolbens zur Steuerung des Dichtspalts.

F i g. 1 zeigt eine Wasserpulskanone 2 mit einem Hochdruckzylinder 4 und einem in dessen stufenförmiger, zylindrischer Innenbohrung 6 verschieblich angeordneten Freiflugkolben 8 in Form eines Differenzdruckkolbens, der mit seiner größeren Kolbenfläche 10 einen Gasraum 12 und mit seiner kleineren, zentralen Kolbenfläche 14 einen Flüssigkeitsraum 16 begrenzt, während die Kolbendifferenzfläche 18 gemeinsam mit der Stufenbohrung 6 eine beim Arbeitshub des Kolbens 8 über eine Öffnung 20 mit einer Niederdruckzone verbundene Zwischenkammer 22 bildet.

Zum Antrieb des Differenzdruckkolbens 8 wird eine dosierte Flüssigtreibstoffmenge über Einspritzbohrungen 14 in den Gasraum 12 eingespritzt und gezündet, wodurch der Kolben 8 unter der Wirkung des an der größeren Kolbenfläche 10 angreifenden, heißen Reaktionsgases hohen Drucks, z. B. in der Größenordnung von 5000 bar, aus der in F i g. 1 gezeigten Ausgangsstellung in Richtung des Flüssigkeitsraums 16 getrieben wird und die dort eingefüllte Wassermenge unter Erzeugung eines extrem hohen Drucks, der um das Verhältnis der Kolbenflächen IQ und 14 höher als der Gasdruck liegt und z. B. 10 000 bar beträgt, aus der am vorderen Zylinderende ausgebildeten Strahldüse 26 in Form eines dünnen Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsütrahlr ausschießt. Dieses Wasserprojektil dient beispielsweise zum nicht-mechanischen Gesteinsabbau.

Am Ende des Arbeitshubs wird das expandierte Treibgas über nicht-gezeigte Zylinderbohrungen ausgepufft und der Kolben 8 unter gleichzeitiger Wasserzufuhr zum Flüssigkeitsraum 16 über die Düse 26 oder nicht-gezeigte Zufuiiröffnungen in die Ausgangslage zurückgefahren, und zwar etwa durch Druckmittelzufuhr zur Zwischenkammer 22 über die Öffnung 20. Beim Kolbenrückhub wird die aus dem Gasraum 12 nicht-ausgepuffte Reaktionsgas-Restmenge adiabatisch komprimiert und bewirkt dadurch in der Kolbenausgangsstcllung die thermische Zündung des über die Einspritzbohrungen 24 eingebrachten Flüssigtreibstoffs.

Zur berührungsfreien Abdichtung zwischen dem Gitsraum 12 bzw. dem Flüssigkeitsraum 16 und der

Zwischenkammer 22 während des Kolbenarbeitshubs ist ein schmaler Dichtspalt 28 b/w. 30 zwischen der Stufenbohrung 6 und der flüssigkeitsseitigen bzw. gasseitigen Kolbenmantelfläehe 32 bzw. 34 freigehalten, dessen wirksame Spaitbreite im hochdruckbelasteten '> Zustand des Kolbens 8 etwa /wischen 0.01 und 0.02 mm liegt. Während der Dichtspalt 28 während des Arbeitshubs unmittelbar aus dem Flüssigkeitsraum 16 von einer begrenzten Wasserleckage. die gleichzeitig zur Schmierung dient, durchsetzt ist. wird der gasseitige ι» Dichtspa'i 30 über einen von der kleineren, zentralen Kolbenfläche 14 zu einem Verteilerraum in Form einer .;! der KolbenmantelfUiche 34 ausgebildeten Ringnut 36 \erlaufenden Kanal 38 mit Betriebsflüssigkeit versorgt, tieren Druck in der Ringnut 36 durch eine im Zuge des ι "■ Kanals 38 angeordnete Drossel 40 auf der Höhe des Reaktionsgasdrucks im Gasraum 12 gehalten wird, also /. B. 5000 bar beträgt. Die aus dem Flüssigkeitsraum 16 /ur gasseitigen Koibenmanteifiäcne 34 übergeieiteie Betriebsflüssigkeit bildet im Dichtspalt 30 eine Flüssig- -" keitssperre gegen das heiße Hochdruck-Reaktionsgas und schmiert und kühlt gleichzeitig den Kolben 8 im Bei eich der Kolbenmantelfläehe 34.

Im Hinblick auf einen exakt steuerbaren Druckabfall isl die Drossel 40 als i..iminarsp.iltdrossei ausgebildet '"· und besteht bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer mit dem flüssigkeitsseitigen Kolbenende verschraubten Gewindekopfschraube 42 mit einem zylindrischen Schaft 44. der gemeinsam mit dem Kanal 38 einen ringförmigen Drosselspalt 46 begrenzt, durch >" dessen Länge sich die Drosselwirkung und somit auch die zur gasseitigen Kolbenmantelfläehe 34 übergeleitete Sperrflüssigkeitsmenge exakt einstellen läßt. Wie F i g. 2 zeigt, ist der Gewindekopf 48 der Schraube 42 von in LJmfangsrichtung verteilten Axialschlitzen 50 durch- J> setzt und an seiner Innenseite mit einer ringförmigen Hohlkehle 52 versehen, über die die Flüsigkeit sus dem Flüssigkeitsraum 16 in den Drosselspalt 46 strömt.

Um einen Übertritt von Sperrflüssigkeit aus dem gasseitigen Dichtspalt 30 in den Gasraum 12 zu -*" verhindern, ist in der Kolbenmantelfläehe 34 zwischen der Ringnut 36 und der Kolbenfläche 10 eine weitere Ringnut 54 ausgebildet, die über einen Kanal 56 im Kolben 8 einschließlich einer weiteren Drossel 58 mit der Niederdruckkammer 22 in Verbindung steht. Die ·»"> Drossel 58. die wiederum als schmaler, einerseits vom Kanal 56 und andererseits von dem zylindrischen Schaft 60 einer mit dem gasseitigen Kolbenende verschraubten Gewindekopischraube 62 begrenzter Ringspalt ausgebildet ist. hält den Druck in der Ringnut 54 während des M Arbeitshubs geringfügig unterhalb des Drucks im Gasraum 12. also z.B. auf 4800 bar. Während des Arbeitshubs strömt somit von der Ringnut 36 zur Niederdruckkammer 22 reine Wasserleckage. und da der Druck in der zweiten Ringnut 54 sowohl unterhalb " des Gasdrucks als auch unterhalb des Flüssigkeitsdrucks in der Ringnut 36 liegt, fließt ein Teil der in die Ringnut 36 übergeleiteten Sperrflüssigkeit auch durch den Dichtspalt 30 zwischen cer Ringnut 36 und der Ringnut 54. wo er gemeinsam mit der entgegengesetzt ^b'> gerichteten Gasleckage abgefangen wird und über den gedrosselten Kanal 56 in die Niederdruckkammer 22 entweicht. Auf diese Weise wird wirksam verhindert, daß der Resktionsablauf im Gasraum 12 durch Zentrierung des Kolbens 8 ausgenutzt. Zu diesem Zweck ist die Kolbennuinteinäche 34 mit an den Dichtspalt 30 anschließenden, in Richtung des Flüssigkeitsraums 16 konisch verjüngten Zentrierflächen 64 und 66 versehen, an denen sich während des Arbeitshubs ein keilförmiges Sperrllüssigkeitspolster aufbaut, das für eine exakte, hydrodynamische Zentrierung des gasseitigen Kolbenabschnitts sorgt. Zur hydrodynamischen Zentrierung des kleineren Kolbenabschnitts ist die flüssigkeitsseiiige Kolbenmantelfläehe 32 in entsprechender Weise mit einer an den Dichtspalt 28 anschließenden, /ur kleineren, zentralen Kolbenfläche 14 konisch verjüngten Zentrierfläche 68 versehen. Die Konizität der /cntrierilächen 64, 66 und 68 ist der Deutlichkeit halber stark übertrieben gezeichnet, in der Praxis wird ein Konuswinkel von weniger als 0.1 ^: gewählt.

Fig. 3 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel

Außer zur Schmierung. Kühlung und Abdichtung der gasseitigen Kolbenmanielfiäche 34 uirc die in den Dichtspai: 30 ünsrge-ei'ete Sperrflüssi^-ie;; auch zur tier t'.nifiuuMg. tuis irr seuici
Betriebsweise dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. I entspricht; die einander entsprechenden Bauteile sind daher durch das gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Gemäß F i g. 3 wird /war auf die zweite Ringnut 54 und den zugeordneten, gedrosselten Kanal 56 verzichtet, jedoch können diese gewünschtcnfalls auch bei diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich vorhanden sein.

Gemäß F i g. 3 ist im Kanal 38 jedoch ein sich in Richtur^ der Ringnut 36 öffnendes Rückschlagventil 70 angeordnet, das einen Übertritt von Reaktionsgasen aus dem Gasraum 12 über den Kanal 38 in den Flüssigkeitsraum !6 verhindert, wenn der Druck im Flüssigkeitsraum 16 unter den Druck im Gasraum 12 absinkt, wie dies etwa beim Kolbenrückhub mit adiabatischer Kompression einer über die Auspufföffnung 72 nicht-ausgepufften Reaktionsgas-Restmenge der Fall sein kann.

Aus Gründen einer verbesserten Schmierung und hydrodynamischen Zentrierung und zur Verringerung der Leckverluste werden hier ferner die flüssigkeits- und gasseitigen Dichtspalte 28, 30 und die anschließenden Zentrierflächen 64, 66 und 68 nicht mit Wasser aus dem Flüssigkeitsraum 16. sondern mit einem viskosen Schmiermittel, z. B. Flugmotorenöl, versorgt.

Zu diesem Zweck ist die Kolbenmantelfläche 34 in der Nähe der ringförmigen Kolbendifferenzfläche 18 mit einer ringförmigen, beidseitig durch O-Ringe 74 gesicherten Aussparung 76 versehen, die mit dem Kanal 38 über eine Zweigbohrung 78 einschließlich eines sich zum Kanal 38 öffnenden Rückschlagventils 80 in Verbindung steht. Außerdem ist der Drosselspalt 46 nicht über den Gewindekopf 38 der Schraube 42 auf der kleineren, zentralen Kolbenfläche 14 mit dem Flüssigkeitsraum 16 verbunden, sondern ist an diesen über eine in der konischen Zentrierfläche 68 ausgebildete Ringnut 82 und seitliche Bohrungen 84 angeschlossen.

Am Ende des Arbeitshubs, wenn die Aussparung 76 fluchtend zu einer den Zylinder 4 radial durchsetzenden Schmiermittelzufuhröffnung 86 ausgerichtet und der Gas- sowie der Flüssigkeitsraum 12, 16 im wesentlichen drucklos ist, wird Schmieröl oder -fett von außen über die Öffnung 86 in die Aussparung 76 gepreßt, so daß das Rückschlagventil 80 öffnet und das Schmiermittel über den Kanal 38 und das Rückschlagventil 70 bzw. den Drosselspalt 46 an der Ringnut 36 bzw. der Ringnut 82 austritt- Beim Kolbenrückhub wird die Schmiermittelzufuhr über die Öffnung 86 unterbrochen, und wenn sich der Kolben 8 erneut in der in Fig.3 gezeigten Ausgangsstellung befindet, sind sämtliche KoTbengleit-

flachen bereits für ilen Arbeitshub vorgeschmieri. Nach dem Zünden des llüssigtreibstoffs schließt das Rückschlagventil 80, und durch den Flüssigkeitsdruck wird das Schmiermittel einerseits längs der konischen Zenlricrfläche 68 über den Dichtspalt 28 in die Niederdriiekkamnier 22 und andererseits über den Kanal 38, in dem der Druck mit Hilfe des Drosselspalts 46 wic^rum im wesentlichen dem Druekwert iir. Gasraum 12 angeglichen wird, sowie über die Ringnut 36 in den gasseitigen Dichtspalt 30 und zu den daran angrenzenden Zentrierflüehert 64 und 66 getrieben. Durch den im druckentlasteteri Zustand des Kolbens 8 über die Schmiermittelzuführöit'nung 86 in die Ringnuten 36, 82 und die Kanüle 38, 84 aufgefüllten Schniiennilielvorrat wird somit der Kolben 8 wahrend des Arbeitshubs sowohl auf der gas- als auch flüssigkeitsseitigen Kolbenmanielflächc 34 bzw. 32 wirksam abgedichtet, geschmiert und hydrodynamisch /cr,:r;cri, v.i;bc; d;c eigentliche Druckschmierung auch hier wiederum durch die Betriebsflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum 16 bewirkt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4, bei dem die den F i g. 1 bis 3 entsprechenden Bauteile erneut durch das gleiche Bezugs/eichen gekennzeichnet sind, ist in der gasseitigen Kolbenmantelfläche 30 wiederum eine Ringnut 36 ausgebildet, die über einen Kanal 38 und eine Drosselstelle 40 mit Jem Fliissigkeitsraum 16 in Verbindung steht. Die Schmierung. Abdichtung und hydrodynamische Zentrierung erfolgt im wesentlichen in gleicher Weise wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß .^n F i g. 1 bis 3. und zusätzlich kann der Kolben 8 auch noch mit der Schmiermittelrückführeinriehtung 54, 56,58 gemäß F i g. I und/oder dem Rückschlagventil 70 bzw. der öi- oder Fettschmierung gemäß F i g. 3 versehen sein.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 wird jedoch die elastomechanische QiierstauchunE des Kolbens 8 zur verbesserten Steuerung der Dichtspaltbreite ausgenutzt. In jedem Fall muß der Kolben 8 — ebenso wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. I bis 3 — aus einem hochfesten Werkstoff bestehen, damit unter der Einwirkung des Flüssigkeitsbzw. Gas-I lochdrucks die Werkstofffließgrenze nicht überschritten und die Spaltbreite der ringförmigen Dichtspalte 28, 30 nicht unter das zulässige Mindestmaß, also unter etwa 0.01 bis 0,02 mm, verringert wird. Wenn jedoch der Kolben vollständig aus einem hochfesten Werkstoff mit einem vergleichsweise großen Elastizitätsmodul, ζ B. Stahl, besteht, vergrößert sich die Spaltbreite im druckentlastelen Zustand des Kolbens 8 nur geringfügig, also der Kolben 8 muß etwa beim Kolbenrückhub, wo die Dichtspalte 28, 30 nicht oder nur unwesentlich druckgesehmiert werden, mit verhältnismäßig engem Gleitsitz in der Stufenbohrung 6 zurückgefahren werden. Dm jedoch die wirksame Dichtspaltbreite im druckentlasteten Zustand des Kolben·, merklich /u vergröüern. wird der Kolben 8 entweder vollständig oder zumindest teilweise im Bereich der Dichtspalte 28 und/oder 30 durchgehend aus einem hochfesten Werkstoff mit einem vergleichsweise niedrigen Elastizitätsmodul, z. B. Titan, hergestellt. So ist der Kolben 8 gemäß F i g. 4 mehrteilig ausgebildet und besteht aus einem Kolbenkopf 88 aus Titan, der die kleinere, zentrale Kolbenfläche 14 einschließlich der Zentrierfläche 68 und die den Dichtspalt 28 begrenzende Kolbenmantelfläche 32 trägt und mit dem mittleren Kolbenabschnitt 90, der z. B. aus Stahl besteht, verschraubt ist. Auf diese Weise vcrgi ißert sich die Breite des Dichtspalts 28 unabhängig von der Länge des Kolbenkopfes 88 von etwa 0.01 bis 0.1.2 mm im driickbelastetcn Zustand des Kolbens 8 auf etwa 0.0b bis 0,07 mm bei Druckentlastung des Kolbens für einen Durchmesser des Kolbenkopfes von etwa 35 mm. Durch die besondere Werkstoffwahl wird somit die Gefahr eines V'erklemmens des Kolbens 8 in der Stufenbohrung 6 weiter verringert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schmier- und Dichtanordnung für einen in einer Stufenbohrung verschieblich angeordneten, hochbelasteten Differenzdruckkolben, insbesondere einer Wasserpulskanone, der beim Arbeitshub mit seiner größeren Kolbenfläche einen Hochdruck-Gasraum und mit seiner kleineren, zentralen Kolbenfläche einen Flüssigkeitsraum höheren Drucks begrenzt, während die Kolbendifferenzfläche gemeinsam mit der Stufenbohrung eine Niederdruckkammer bildet, wobei zwischen der Kolbenmantelfläche und der Stufenbohrung ein schmaler Dichtspalt freigehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der zwischen dem Gasraum (12) und der Niederdruck- ^t5 kammer (22) verlaufenden, gasseitigen Kolbenmantelfläche (34) eine Ringnut (36) ausgebildet ist, die über einen Kanal (38) im Kolben (8) und eine DrosselsteJis (40) mit dem Flüssigkeitsraum (16) in Verbindung'Steht-

2. Schmier- und Dichtanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (38) auf der kleineren, zentralen Kolbenfläche (14) in den Flüssigkeitsraum (16) mündet und die Drosselstelle als im Kanal angeordnete Laminarspaltdrossel (46) ausgebildet ist

3. Schmier- und Dichtanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Kanal (38) ein sich in Richtung der Ringnut (36) öffnendes Rückschlagventil (70) angeordnet ist.

4. Schmier- und Dichtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Jadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (38·) zwischen der Drosselstelle (40) und der Ringnut (36) mit el er zur Kolbenmantelfläche (34) verlaufenden Zweigbohrung (78) ^⁵ einschließlich eines sich zum Kanal öffnenden Rückschlagventils (80) verbunden ist, die in der im wesentlichen druckentlasteten Kolbenlage an eine in die Stufenbohrung (6) mündende Schmiermittelzufuhrstelle (86) angeschlossen ist.

5. Schmier- und Dichtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Gasraum (12) und der Niederdruckkammer (22) verlaufende, gasseitige Kolbenmantelfläche (34) eine an den schmalen Dichtspalt (30) angrenzende, in Richtung der Niederdruckkammer konisch verjüngte Zentrierfläche (64,66) aufweist.

6. Schmier- und Dichtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Flüssigkeitsraum (16) angrenzende Kolbenmantelfläche (32) in Richtung der kleineren, zentralen Kolbenfläche (14) konisch verjüngt (bei 68) ausgebildet ist.

7. Schmier- und Dichtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ringnut (36) und dem Gasraum (12) in der Kolbenmantelfläche (34) eine weitere Ringnut (54) ausgebildet ist, die über einen gedrosselten Kanal (56, 58) im Koiben (8) mit der Niederdruckkammer (22) in Verbindung steht.

8. Schmier- und Dichtanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der zweiten Ringnut (54) geringfügig kleiner als der Druck im Gasraum (12) ist.

9. Schmier- und Dichtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) zumindest im Bereich des Dichtspalts (28 bzw. 30) aus einem hochfesten Material mit einem vergleichsweise niedrigen Elastizitätsmodul besteht