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Titel der Erfindung
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Kolben-Gleitschuh-Kombination Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung
betrifft eine Kolben-Gleitschuh-Kombination fUr hydrostatische Kolbenmaschinen,
deren Gleitschuh vorzugsweise eine sphärische, hydrostatisch entlastete Lauffläche
besitzt und Uber eine, einem Kugelgelenk ähnliche und mit einem Federelement gesicherte
Verbindung mit einem Kolben korrespondiert.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bekannt ist eine
Gleitschuhanordnung, insbesondere ftlr Axial- und Radialkolbenmaschinen (DD-PS 124.749),
bei welcher der Kolben einen Kugelkopf und der Gleitschuh eine der Kugel entsprechende
Ausnehmung besitzen. Das offene Ende der Ausnehmung ist an die Kugel angedruckt.
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Die Ausbildung der Lauffläche des Gleitschuhes dient der hydrodynamischen
Entlastung.
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Diese Ausführung ermöglicht zwar einen im Verhältnis zur Sohle des
Gleitschuhes sehr tief liegenden Kraftübergang zwischen Gleitschuh und Kolben und
damit eine Reduzierung der auf den Gleitschuh wirkenden Kippkräfte, vergrößert aber
gleichzeitig £Wr die aus derSchiefstellung (Anstellwinkel) des Gleitschuhes und
der Reibung an der Gleitfläche resultierenden Querkräfte den Hebelarm am ausgefahrenen
Kolben, was wiederum eine lange Kolbenführung im Rotor und damit besonders bei Radialkolbenmaschinen
einen größeren Bauraum erfordert. Nachteilig ist weiterhin, daß fUr Nacharbeits-und
Reparaturzwecke
die Verbindung zwischen Kolben und Gleitschuh, zumindest fUr den Gleitschuh, nicht
zerstörungsfrei gelöst werden kann.
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Es ist auch ein Kolben-Gleitschuh-Element fUr hydrostatische Kolbenmasohinen
(DE-OS 2.229.421) bekannt, dessen Gleitschuh an dem der huberzeugenden Fläche abgewandten
Ende zwei konzentrisch ausgebildete Flächen besitzt, von denen sich die Fläche mit
kleinerem Radius an einerebensolchen Fläche am Kolben abstützt, während an der Fläche
mit größerem Radius ein den Kolben und den Gleitschuh verbindendes Element anliegt.
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Diese GleitschuhausfUhrung mit kugelförmigem Kopf erfordert einen
großen axialen Einbauraum im Kolben und damit auch einen relativ langen Gleitschuhschaft.
Da der Gleitschuhkopf, und damit der KraftUbergangspunkt vom Kolben zum Gleitschuh,
tief in den Kolben hineinverlegt sind, werden die Fhhrungsverhältnisse fUr den Kolben
verbessert. Dafür treten aber erhebliche Nachteile fUr den Gleitschuh auf. Infolge
des großen Abstandes (Hebelarm) zwischen Fußfläche und Kugelkopfmittelpunkt wird
der Anstellwinkel zwischen Gleitschuh und Kolbenachse, vor allem bei größeren Kolbenhüben
relativ groß. Das wiederum führt zu größeren Querkraftkomponennten der vorhandenen
Kolbenkraft. Da diese Kräfte vom Kolben Uber den Kugelkopf des Gleitschuhes, also
an einem langen Hebelarm in den Gleitschuh eingeleitet werden, kommt es auch zu
einem größeren Dreh- oder Kippmoment auf den Gleitschuh und damit zu einer sehr
einseitigen Druckbelastung auf die Gleitschuhsohle.
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Auf dem in Drehrichtung gesehen vorderen Gleitschuhflächenbereich
wird die Flächenpressung sehr hoch und fällt dann nach dem hinteren Bereich stark
ab. Eine hydrostatische bzw.
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hydrodynamische Entlastung der Gleitfläche ist daher nur im begrenzten
Maße möglich, da es sonst zum Abheben der hinteren Gleitschuhfläche oder wenigstens
zu stärkeren Leckverlusten in diesem Bereich kommt. Es bleibt also eine relativ
hohe Flächenpressung des vorderen Gleitschuhbereiches
und damit
höherer Verschleiß bestehen. Nachteilig wirken sich größere Querkräfte auch auf
das Schwingungsverhalten und damit die Geräuschentwicklung der !maschine aus. Ein
weiterer Nachteil ist, daß Kolben-Gleitschuhausführungen mit diesen Hebelverhältnissen
unbedingt am Hubring über besondere Nuten und Puhrungsringe zwangsgeführt werden
müssen, damit die Kolben bei Stillstand der Radialkolbenmaschine in ausgefahrener
Stellung verbleiben, da es sonst beim Anfahren der Maschine zum Verklemmen der Gleitschuhe
kommt.
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Weiterhin ist eine Radialkolbenmaschine (DE-OS 2.218.872) bekannt,
deren hydrostatisch entlasteter Gleitschuh eine größer als eine Halbkugel ausgebildete
Gelenkkugel besitzt, welche in eine entsprechende Ausnehmung des Kolbens eingreift.
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Gleitschuh und Kolben sind mittels eines Stiftes gelenkig verbunden.
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Nachteilig ist auch hier die spezielle Fertigung des Stiftes und die
im Betrieb unsichere Preßverbindung, da sich der Stift unter Belastung lösen und
dann zur Zerstörung des Gleitschuhes und des Hubringes führen kann. Nachteilig ist
auch die zur Bewegungsfreiheit gegenüber dem Stift notwendige größere kegelige Anbohrung
am Gleitschuhkopf, die zur Verringerung der tragenden Fläche zwischen Kopf und Kolben
führt, sowie die einen schädlichen Raum darstellende lange und große Bohrung fUr
den St ift kopf im Gleitschuhschaft. Weiterhin gelten auch hier die bereits genannten
Nachteile eines langen Gleitschuhschaftes sowie die dadurch erforderliche ZwangsfUhrung.
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Bekannt ist auch eine Hochdruck-Radialkolbenpumpe (DE-AS 2.351.465)
mit einem am Kolben angeordneten koaxialen Kugelabschnitt, welcher kleiner als eine
Halbkugel ist und dessen Basisrand einen Durchmesser aufweist, der den Kolbendurchmesser
übersteigt. Der Gleitschuh besitzt einen Randsteg, der an zwei einander diametral
gegenUberliegenden Stellen eingedrückt, den Basisrand des eingesetzten Kugelabschnittes
hintergreift.
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Dabei kann sich an den Basisrand des Kugelabschnittes zweckmäßig eine
einwärts verlaufende Kugelmantelringfläche anschließen, Bei dieser Ausführung muß
darauf geachtet werden, daß das Eindrücken des Randes nur soweit erfolgt, damit
die erforderliche Schiefstellung des Gleitschuhes möglich ist.
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Daraus ergibt sich wiederum ein relativ großes Axialspiel zwischen
Kolben und Gleitschuh, weiches durch eine auf den Kolben in axialer Richtung wirkende
Druckfeder ausgeglichen werden muß.
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Weiterhin gelten auch hier die zur DD-PS 124.749 beschriebenen Nachteile
hinsichtlich Kra£tUbertragung und Demontierbarkeit.
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Ziel der Erfindung Ziel ist die Schaffung einer Kolben-Gleitschuh-Kombination
fltr eine hydrostatisohe Kolbenmaschine, die bei geringem Verschleiß fUr Kolben,
Gleitschuh und Hubring, sowie einem niedrigen Fertigungs- und Montage aufwand eine
hohe Funktionssicherheit und Lebensdauer und einen geräuscharmen Lauf der hydrostatischen
Kolbenmaschine gewährleistet.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung
einer Kolben-Gleitschuh-Kombination £r eine hydrostatische Kolbenmaschine, die eine
sichere und verschleißarme KraftUbertragung zwischen Rotor, Kolben, Gleitschuh und
Hubring ohne Zwangsfährung der Gleitschuhe durch zusätzliche Führungselemente ermöglicht,
und infolge eines kleinen Anstellwinkels des Gleitschuhes die auftretenden Querkräfte
gUnstig beeinflußt und damit Schwingungen des Rotors abbaut.
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Gleitschuh
am Außendurchmesser der sphärisch ausgebildeten
Lauffläche eine
Anlauffase besitzt. Entgegen der Lauffläche ist ein kleiner als eine Halbkugel ausgebildeter
segmentförmiger Kopf angeordnet, welcher mit einer konkaven, dem segmentförmigen
Kopf entsprechenden Ausnehmung in dem Kolben in Wirkverbindung steht, Zwischen einer
den Außendurchmesser des segmentförmigen Kopfes und den Schaft des Gleitschuhes
verbindenden Schräge und einer Nut im Kolben, welche sich entgegen der offenen Seite
der Ausnehmung verbreitert, ist ein in seiner Planebene keilförmig gestaltetes Pederelement
axial spielfrei und lösbar angeordnet.
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Die umlaufende Nut befindet sich in Höhe eines Mittelpunktes des im
Kolben angeordneten konkaven Bodens.
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Der Kippwinkel des Gleitschuhes wird durch eine fläche an der Unterseite
desselben in Verbindung mit der schrägen Stirnfläche des Kolbens begrenzt.
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Die vorliegende Kolben-Gleitsshuh-Kombination benötigt nur einen kleinen
Einbauraum im Kolben und ermöglicht dadurch einen sehr kurzen Gleitschuhschaft.
Damit verringert sich der Anstellwinkel des Gleitschuhes erheblich und entsprechend
auch die Hebelverhältnisse und Querkraftkomponenten fUr den Gleitschuh, ohne die
Fuhrungsverhältnisse am Kolben wesentlich zu verschlechtern. Das Kippmoment am Gleitschuh
wird kleiner und im gleichen Verhältnis auch die unterschiedliche Belastung der
Gleitschuhsohle. Der Gleitschuh kann hydrostatisch höher entlastet werden, was wiederum
zur Verminderung der Flächenpressung und damit des Verschleißes fährt.
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Durch den kleineren Anstellwinkel des Gleitschuhes gegenUber der Kolbenachse
und die dadurch verringerten Querkräfte werden auch die unvermeidlichen Schwingungen
des Rotors und damit die Betriebsgeräusche der hydrostatischen Kolbenmaschine günstig
beeinflußt.
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Ausfährungsbeispiel Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausfuhrungsbeispiel
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Kolben-Gleitschuh-Kombination einer Radialkolbenmaschine
im Betriebszustand.
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Fig. 2 die Gleitschuhstellung im Anfahrzustand.
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In einer Bohrung 1 eines Zglinderkörpers 2 einer hydrostatischen Radialkolbenpumpe
ist ein Kolben 3 angeordnet, welcher sich itber eine sphärische Lauffläche 4 eines
Gleitschuhes 5 an einer ebenfalls sphärischen Lauffläche 6 eines Hubringes 7 abstUtzt.
Anstelle der sphärischen Lauffläche 4 kann die Lauffläche eines Gleitschuhes auch
in Form eines Kreiszglinder-Abschnittes ausgebildet sein.
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Zur Herstellung einer beweglichen Verbindung zur Kraftubertragung
zwischen dem Gleitschuh 5 und dem Kolben 3 ist auf einem sehr kurzen Schaft 8 des
Gleitschuhes 5 ein segmentfUrmiger,kleiner als eine Halbkugel ausgebildeter Kopf
9 angeordnet, welcher sich in einer mit einem konkaven Boden 10 versehenen Ausnehmung
11 des Kolbens 3 abstUtzt.
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Die Sicherung der beweglichen Verbindung stellt ein Federelement 12
her, welches in einer in der Ausnehmung 11 des Kolbens 3 umlaufenden Nut 13 in Höhe
eines Mittelpunktes 14 des konkaven Bodens 10 angeordnet ist und von dem Schaft
8 des Gleitschuhes 5 zentriert wird.
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Die Bewegungsfreiheit um einen erforderlichen Anstellwinkel des Gleitschuhes
5 ermöglicht die entgegen der offenen Seit der Ausnehmung 11 verbreiterte Nut 13.
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ber Gleitschuh 5 kann hierdurch nach jeder Richtung um einen vorbestimmten
Kippwinkel p kippen, ohne am FedeAiement 12 zu verklemmen.
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Das Federelement 12 stützt sich hierbei an einer den Außendurchmesser
des segmentförmigen Kopfes 9 mit dem Schaft 8 verbindenden Schräge 15 des Gleitschuhes
5 ab.
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Das durch die verbreiterte Nut 13 des Kolbens 3 bei Normalstellung
des Gleitschuhes 5 entstehende geringe axiale Spiel zwischen Kolben 3 und Gleitschuh
5 wird durch eine der Breite der Nut 13 entsprechende wellförmige Gestaltung des
Federelementes 12 kompensiert. Eine spielfreie Bewegung des Gleitsdhuhes 5 um den
erforderlichen Anstellwinkel ist damit gewährleistet.
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Die Schräge 15 am segmentförmigen Kopf 9 des Gleitschuhes 5 dient
gleichzeitig der leichten Demontage von Gleitschuh 5 und Kolben 3 bei erforderlicher
Nacharbeit oder Austausch.
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Entsprechend des maximalen Kippwinkels ß des Gleitschuhes beim Anfahren
der als Radialkolbenpumpe ausgebildeten Kolbenmaschine, dargestellt in Fig. 2, welcher
durch die Anlage einer Fläche 16 des Gleitschuhes 5 an einer schrägen Stirnfläche
17 des Kolbens 3 begrenzt wird, ist eine Anlauffase 18 an einem Außendurchmesser
19 der sphärisch ausgebildeten Lauffläche 4 ausgebildet.
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Diese Ausführung gewährleistet einen kantenfreien Anlauf des Gleitschuhes
5 an die sphärische Lauffläche 4 des Hubringes 7 beim uebergang vom Stillstand zum
Betrieb der Kolbenmaschine.
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