DE2805492A1 - Anordnung zum kuehlen der kolben bei einer axialkolbenmaschine - Google Patents

Anordnung zum kuehlen der kolben bei einer axialkolbenmaschine

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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0002Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F01B3/0008Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders having self-acting distribution members, e.g. actuated by working fluid
    • F01B3/0014Conical distribution members
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
    • F01P3/06Arrangements for cooling pistons

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
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Description

  • Anordnung zum Kühlen der Kolben bei einer Axialkolbenmaschine
  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen der Kolben bei einer Axialkolbenmaschine. Zweck der Anordnung ist das Vermeiden des Klemmens und Fressens der Kolbens in Zylindern von Axialkolbenmaschinen infolge eines Wärmestaues in bestimmten Bereichen. Solches Klemmen und daraus resultierendes Fressen hat häufig die Folge einer totalen Zerstörung der Axialkolbenmaschine und tritt besonders bei hohen Drehzahlen auf, bei denen hohe Reibgeschwindigkeiten am Kolbenumfang auftreten gleichzeitig aber auch hohe Fliehkräfte wirken.
  • Das gilt insbesondere, wenn gleichzeitig der Arbeitsdruck gering ist; so daß vom Arbeitsraum her wenig Öl in den Spalt zwischen Kolben und Zylinder gedflkkt wird. Eine besondere Gefahr ist bei einstellbaren Kolbenmaschinen bei Einstellung auf relativ geringen Hub gegeben. Bei Einstellung auf großen Hub taucht der Kolben mit seinem triebwerkseitigen Teil im Bereich des äußeren Totpunktes weit aus der Zylinderbohrung aus, so daß das aus der Zylinderbohrung ausgetretene Teil von dem Öl im Gehäuse umspült wird. Hat der Zylinder nicht eine durchgehende Lauffläche sondern eine Lauffläche, hinter der sich- der Zylinderraum etwas erweitert, so tritt bei Einstellung auf großen Hub auch das kolbenstirnflächenseitige Ende des Kolbens aus der Lauffläche im Zylinder aus, so daß es im Arbeitsraum von Öl umspült wird. Bei Einstellung auf kleinen Hub wird aber ein relativ großer Teil des Kolbens in der 1lauffläche hin und herbewegt, ohne auf der äußeren oder inneren Seite aus der Lauffläche auszutreten. In diesem Bereich besteht die Gefahr eines Wärmestaues.
  • Die Gefahr eines solchen Wärmestaues entsteht also immer in bestimmten Stellen im Zylinder.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gefahr eines solchen Wärmestaues mit den daraus resultierenden Gefahren des Fressens und Klemmens des Kolbens zu vermeiden.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß in einem Bereich der Zylinderwand, der ständig den Kolben umfaßt, das heißt der bei Jeder in diesem Betriebszustand möglichen Lage des Kolbens einem Teil der Kolbenaußenwand gegenüberliegt und von diesem überfahren wird, eine Nut angeordnet ist, in der sich das durch den Spalt zwischen Kolben und Zylinderwand fließende Öl sammelt, so daß die Wärme durch dieses Öl aus diesem Bereich, in dem der Kolben immer über den Schmierfilm mit der Zylinderwand in Kontakt bleibt, abgeführt fJird.
  • Die Gefahr eines solchen gemäß der Erfindung zu vermeidenden Wärmestaues ist um so größer, je länger die Lauffläche in der Zylinderinnenwand ist, über die der Kolben gleitet.
  • Die Ausgestaltung gemäß der Erfindung ermöglicht, Axialkolbenmaschinen, die mit solcher Nut angrsehen sind, mit höherer Drehzahl zu betreiben als Axialkolbenmaschinen, denen diese Nut fehlt. Darüber hinaus ergibt sich der weitere Vorteil, daß durch Fortfall der Gefahr des Kolbenklemmens der Spalt zwischen Außendurchmesser des Kolbens und Innendurchmessers der Zylinderlaufwand $verringert werden kann und damit die Leckverluste verringert werden können. Die Nut ermöglicht nicht nur ein Ansammeln von Öl, das die Wärme abfunrt, sondern verringert auch die Länge der Lauffläche, längs der die Kolben- außenwand in der Zylinderinnenbohrung reibt.
  • Nuten in der Zylinderinnenwand sind ansich bekannt jedoch zu anderen Zwecken beispielsweise durch die 3E-OS 1 804 529 (= US-FS 3 437 015) ist es bei einer Schrägschelben-Axialkolbenmaschine ikannt, in einem Bereich der Zylinderwand, der von einem kolbenstirnflächennahen Teil des Kolbens überstricnen wird, eine Ringnut anzuordnen, die ständig über ein Ventil mit der Hochdruckleitung in Verbindung steht. Diese an die Hohdruckleitung angeschlossene Nut hat die Aufgabe, Öl einer Bohrung in der Kolbenaußenwand zuzuführen, deren Mündung bei Jedem Kolbenhub die Nut überstreicht und die mit einem Druckpolsterraum im Gleitschuh der Schrägscheibenmaschine verbunden ist. Hier dient die Nut also zur Zuführung von Druckmittel zum Druckpolsterraum im Gleitschuh und ist in einem Bereich der Zylinderinnenwand angeordnet, die von einem kolbenstirnflächennahen Teil des Kolbens überstrichen wird.
  • Bei einer anderen bekannten Axialkolbenmaschine in Schräe;-scheibenbauform sind wider Zylinderinnenwand Jeweils ein Teil des Umfanges umfassende taschenförmige Druckpolster angeordnnet, die mit dem Druckraum vor der Stirnfläche des Kolbens in Verbindung steten (GB-PS 992 230). Diese Druckpolster dienen in ähnlicher Weise wie die Druckpolster im Gleitschuh zur Auf- nahme der Seitenkräfte, die zwischen Kolben und Zylinder wirken. Weiterhin ist eine Schrägscheiben-Axialkolbenmaschine für die Flughydraulik bekannt, bei der im mittleren Bereich der Zylinderlaufbahn zwei schmale Ringnuten angeordnet sind, die nach Art von Labyrinthdichtungen einen unzulässig hohen Abf luß von Arbeitsmedium durch den Spalt verhindern sollen.
  • Da nicht einstellbare Axialkolbenmaschinen (Konstantmaschinen) ständig mit großem Hub arbeiten, ist der Bereich des Kolbens, der nie auf der zylinderinneren oder äußeren Seite aus der Lauffläche austritt, klein und damit die Gefahr der Überhitzung klein. Besonders groß ist die Gefahr bei Axialkolbenmaschinen, die einstellbar sind, bei Betrieb mit hoher Drehzahl bei kleinem Schwenkwinkel, weil dann ein großer Teil des Kolbens ständig innerhalb der Zylinderlauffläche verbleibt. Besonders zweckmäßig ist deshalb die Anwendung ci der Erfindung bei Axialkolbenmaschinen, die einstellbar sind, wobei die Nut « in einem Bereich der Zylinderwand angeordnet ist, in den zumindest bei Einstellung auf kleines Hubvolumen der Kolben ständig eintaucht. Die zweckmäßige Lage der gemß der Erfindung vorgesehenen Nut richtet sich in einer für deni Fachmann erkennbaren Weise nach der Geometrie der Axialkolbenmaschine, das heißt insbesondere dem Verhältnis von Kolbenhub und Zylinderlaufflächenlänge und der relativen Lage des Kolbenmantelweges zur Zylinderlauffläche. Dabei müssen ggfs. Nuten in der Kolbenwand, insbesondere große Nute, die entstehen, um durch plastisches Verformen den Kolben hinter die Pleuelstangenkugel greifen zu lassen, berücksichtigt werde; wobei Jedoch solche Nuten bei großem Hub die gemäB der Erfindung vorgesehene Nut überfahren dürfen. Es ist denkbar,die die Nut durch eine zusätzliche Bohrung mit der Außenwand der Zylindertrommel zu verbinden, um durch diese Bohrung einen Ölaustausch zu ermöglichen. Insbesondere wäre beispielsweise denkbar, zwei solche Bohrungen vorzusehen, die jeweils tangential in die Nut münden, seitlich nebeneinander versetzt, so daß die eine in der Nähe der unteren Kante und eine in der Ngne der oberen Kante der Nut endet, wobei beide in entgegengesetzter Richtung zum Umfang der Zylindertrommel geführt sind, so daß beim Umlauf der Zylindertrommel ein gewisser Stau an einer der Mündungen entsteht und dadurch ein Durcnspülen der Nut erzielt wird Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß durch jede Bohrung, die die gemäß der Erfindung vorgesehene Nut mit dem Außenumfang der Zylindertrommel verbindet, der Druckaufbau in der Nut vermieden wird. In erster Linie ist jedoch vorgesehen, daß diese Nut keine Verbindung zur Außenseite des Zylinders hat, damit sich in dieser Nut ein Öldruck aufbaut, so daß das Öl von dem Druckraum vor der Stirnfläche des Kolbens zum Ende des Zylinders in ähnlicher Weise durch die ganze Länge des Spaltes fließt als wenn diese Nut nicht vorhanden wäre.
  • Hohe Drehzahlen bei geringem Druck können durchaus auch bei Axialkolbenpumpen entstehen, wenn diese mit unzulässig hoher Drehzahl angetrieben werden, beispielsweise die antreibende Maschine - das kann eine Brennkraftmaschine oder ein rlektromotor sein - auf unzulässig hohe Überdrehzahl angetrieben wird. Häufiger treten Zustände, in denen ÜDerdrehzahlen entstehen, bei Hydromotoren auf und das wiederum insbesondere dann, wenn diese auf kleinen Hub eingestellt sind. Deshalb ist die Anwendung der Nut gemäß der Erfindung insbesondere bei Axialkolbenmotoren vorgesehen.
  • Vorzugsweise ist die Anwendung der Nut gemäß der ErfIndung bei Schrägachsmaschinen vorgesehen.
  • Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Nut gemäß der Erfindung bei Axialkolbenmaschinen, bei denen in jedem Zylinder eine Laufbüchse aus einem Metall mit guten Gleiteigenschaften, beispielsweise eine Bronzebüchse, eingesetzt, beispielsweise eingepreßt ist. Bei solchen Bronzebüchsen ist nämlich die Gefahr eines Wärmestaues groß und ist besonders groß die Gefahr, daß dIese sich zur Zylinderinnenwand hin ausdehnen und zwar sowohl infolge der Wärmeausdehnung als auch infolge des nachlassenden Widerstandes gegenüber dem Druck der Wand der Bohrung in der Zylindertrommel, so daß der freie Innendurchmesser der Laufbuchse immer kleiner wird und damiidas Spiel am Kolben so klein wird, daß der Schmierfilm abgepreßt wird und schließlich metallische Beruhrung und damit Fressen entsteht.
  • Zweckmäßigerweise ist die Ilut gemäß der Erfindung im äußeren Drittel, das heißt dem dem offenen Ende des Zylinders zugewandten Drittel der Zylinderlänge,angeordnet oder derart angeordndet, daß das Ende des äußeren Drittels der Zylinderlänge in der Nut liegt. Zweckmäßigerweise hat der Abstand der dem äußeren Ende der Zylinderlauffläche zugewandten Kante der Nute von dem Ende der Zylinderlauffläche einen Abstand, der mindestens gleich oder zumindest annähernd gleich 2/3 des Kolbendurchmessers ist. Zweckmäßig ist fernerhin die Erstreckung der Nut in axialer Richtung gleich 1/3 bis 1/2 des Kolbendurchmessers, insbesondere in einer vorteilhaften Ausgestaltung gleich dem 0,4-fachen des Kolben durchmessers.
  • Die Tiefe der Nut kann 1 mmgkann aber auch wesentlich geringer sein insbesondere dann, wenn die Wandstärke einer Laufbüchse gering ist, wobei die Laufbüchse nicht aus zwei Teilen, die durch die Nut getrennt sind> bestehen soll sondern eine durchgehende Laufbüchse in die Bohrung in die Zylindertrommel eingesetzt werden soll. Bei geringer Wandstärke einer solchen Laufbüchse kann die Tiefe der Nut auch kleiner als 1/2 mm sein.
  • In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes im Schnitt durch die Zylindertrommelachse einer vereinfacht dargestellten Triebflansch-Axialkolbenmaschine dargestellt.
  • Figur 1 zeigt eine Axialkolbenmaschine, bei der die Kolben unmittelbar in der Zylinderwand laufen.
  • Figur 2 zeigt eine Axialkolbenmaschine, bei der die Kolben in einer Laurbüt7ichse innerhalb des Zylinders laufen.
  • Die Triebwelle 1 ist in einem Gehäuseteil 2 gelagert und fest mit einem Triebflansch 3 verbunden, in dem die Kugelköpfe 4 der Pleuelstangen 5 gelagert sind. Diese Pleuelstangen 5 sind mit Je einem weiteren Kugelkopf 6 in Je einem Kolben 7 gelagert, der in Je einer Bohrung 8 in der Zylindertrommel 9 längs verschiebbar ist. Jede Zylindertrommel 9 ist auf einem Mittelzapeen 1C gelagert, der mit einem Gehäuseteil 11 verbunden ist, in dem Kanäle 12 für die Zufuhr und Abfuhr der Flüssigkeit zu den Bohrungen 13 in der Stirnfläche der Zylindertrommel 9 f:=hren, wobei diese Bohrungen 13 Jeweils mit einem Zylinder 8 in Verbindung stehen.
  • In der Lauffläche Jeder Zylinderbohrung 8 ist eine Nut 14 vorgesenen.
  • Die Strecke L zeichnet die Zylinderlaufflächenlänge und die L bezeichnet 1/3 der Laufflächenlänge. Es ist also deutlich w zu erkennen, daß die Nut 14 gim äußeren Drittel der Zylinderlaufflächenlänge L angeordnet ist.
  • Bei der Ausgestaltungsform-gemäß Figzr 2 sind die mit gleichen Bezugszeichen versehenen Teile gleich mit den jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehenen Teilen aus Figur 1. Der Unterschied zwischen den Ausgestaltungsformen gemäß Figuren 1 und 2 besteht darin, daß bei der Ausgestaltungsrcrm gemäß Figur 2 in Jede Zylinderbohrung 8 eine Laufbü#chse aus Bronze eingesetzt ist. In diese Laufbüchse 15 aus Bronze ist Jeweils die Nut 14 eingearbeitet, deren Tiefe einen Teil der Wandstärke der Laufbüchse 15 ausmacht. Eine zweckmäßige Anordnung für die Lage der Nut 14 ist gegeben, wenn die Kante 16 der Nut 14 vom äußeren Zylinderende einen Abstand hat, der gleich 2/3 des Innenbohrungsdurchmessers der Laurbühcse 15 ist und wenn die Entfernung zwischen der Kante 16 der Nut 14 und der Kante 17 der Nut 14 gleich dem 0,4-fachen des Durchmesserd der Innenbohrung der Laufbüchse 15 ist.

Claims (8)

  1. Anordnung zum Kuhlen der Kolben bei einer Axialkolbenmaschine Patentansprüche: l.) Anordnung zum Kühlen der Kolben bei einer Axialkolbenmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bereich der Zylinderwand,der ständig den Kolben (7) umfaßt, eine Nut (14) angeordnet ist.
  2. 2.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeinnet, daß die A.rialkolbenmaschine einstellbar ist und die Nut (14) in einem Bereich der Zylinderwand angeordnet ist, in den zumindest bei Einstellung auf kleineres Hubvolumen pro Umdrehung der Kolben (7) ständig eintaucht.
  3. 3.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialkolbenmaschine eine Schrägachsmaschine ist.
  4. 4.) Anordnung nach Anspruch 1 oder vorzugsweise Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aialkolbenmaschine ein Motor ist.
  5. 5.) Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden der Zylinder (8) der Axialkolbenmasch ne eine Laufbüchse (15) aus einem Metall mit guten leiteigenschaften eingesetzt ist.
  6. 6.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (14) im äußeren Drittel der Zylinderlänge angeordnet ist.
  7. 7.) Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der dem äußeren Ende der Zylinderlauffläche zugewandten Kante (16) der Nut (14) von dem Ende der Zylinderlauffl äche mindestens gleich oder zumindest annähernd gleich zwei Drittel des Kolbendurchmessers ist und daß die Erstreckung der Nut (14) in axialer Richtung bleich ein Drittel bis ein Halb des Kolbendurchmessers ist.
  8. 8.) Anordnung nach einem der vorangegangenen ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Nut kleiner oder gleich 1 mm ist.
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