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Kombination zweier Körper, bei der der eine gegenüber dem anderen
eine Hin- gnd Herbewegung ausführt Die Erfindung bezieht sich auf eine Kombination
zweier Körper,. bei der der eine gegenüber denn anderen eine Hin- und Herbewegung
ausführt, und bei der zwischen den einander zugewendeten Oberflächenteilen dieser
Körper ein Zwischenraum geringer Querabmessung vorhanden ist, der ein Schmiermittel
enthält.
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Es ist bekannt, daß bei einer derartigen Kombination von Körpern die
Möglichkeit besteht, d'aß das Schmiermittel von der Zuführungsstelle dieses Mittels
nach einer anderen Stelle dieses Körpers befördert wird. Liegt diese Kombination
auf der Seite des Arbeitsraumes einer Maschine, wobei diese Maschine z. B. ein Kompressor,
eine Kühlmaschine, Heißgaskolbenmaschine, Dampfmaschine oder eine Brennkraftmaschine
ist, so besteht die Möglichkeit, daß das Schmiermittel von dem in diesem Arbeitsraum
vorhandenen Arbeitsmittel mitgeführt wird. Dieses Schmiermittel kann sich dabei
an unerwünschten Stellen absetzen, z. B. auf Wärmeaustauschern. Unter Wärmeaustauschern
können in dieser Beziehung z. B. Kondensatoren, Kühler, Erhitzer und Regeneratoren
verstanden werden. Dies beeinträchtigt die Wärmeübertragungseigenschaften dieser
Wärmeaustauscher und demnach die Ausbeute der betreffenden Maschine. Infolge des
mitgeführten Schmiermittels kann auch eine starke Kohlebildung stattfinden, z. B.
bei Brennkraftmaschinen, wodurch auch die Wirkung der Maschine beeinträchtigt wird.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei den vorerwähnten Maschinen der Schmiermittelverbrauch
unnötig hoch ist.
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Liegen auf der Seite, zu der das Schmiermittel befördert wird, andere
gegebenenfalls zu ölende Maschinenteile, so kann es wichtig sein, daß die
diesen
Maschinenteilen zugeführte Schmiermittelmenge herabgemindert wird. Ist das sich
hin- und herbewegende Organ mit Ringen versehen, wie es bei Kolben der Fall sein
kann, so führen bekanntlich diese Ringe eine Pumpwirkung aus, so dla.ß eine besonders
große Menge Schmiermittel befördert wird.
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Die Wirkungsweise dieser Schmiermittelabwehr geht von folgernder Beobachtung
aus: Wie Versuche ergeben haben, bewegt .sich bei einem auf und nieder gehenden,
mit einer schräg gestellten Fläche versehenen Maschinenteil ein Tropfen
01,
welcher sich auf dieser schrägen Fläche befindet, zufolge der auf und
nieder gehenden Bewegung dies Körpers der schräg gestellten Fläche entlang nach
oben. Wird beispielsweise die Oberfläche eines Kolbens mit einer solchen schräg
gestellten Platte versehen, dann zeigt sich, daß der Tropfen sich der Platte entlang
nach oben bewegt und, am oberen Rand der Platte angekommen, über den Plattenrand'
hinweg nach unten rollt und sich an der Unterseite der Platte nach unten bewegt.
Diese auf und nieder gehende Bewegung des Tropfens ist die Folge der Beschleunigungs-
und Verzögerungskräfte, welche bei der auf und nieder gehenden Bewegung des Kolbens
auftreten.
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Um dien Schmiermitteltransport herabzusetzen, weist die Kombination
der zwei Körper gemäß der Erfindung das Merkmal auf, daß ein bestimmter Teil der
Oberfläche eines sich hin- und herbewegenden Körpers frei von überflüssigem Schmiermittel
gehalten wird, wozu sich im beweglichen Körper wenigstens eine an der Oberfläche
dieses Körpers mündende und sich quer zur Hin- und Herbewegungsrichtung dieses Körpers
erstreckende Nut befindet. Die Projektion der Hauptrichtungen der Seitenwände der
Nut, gerechnet in Richtung des Nutbodens, auf die Richtung der Hin- und Herbewegeng
dies beweglichen Körpers, ist auf denjenigen Oberflächenteil gerichtet, der von
überflüssigem Schmiermittel freigehalten werden muß. Dieser letztgenannte Teil der
Oberfläche liegt daher in einem größeren Abstand von der Oberfläche des anderen
Teils als der Teil der Oberfläche des beweglichen Körpers, .an dem noch Schmiermittel
vorhanden ist. Es ist hierbei möglich, daß die Ränder der Nut ein wenig abgerundet
oder abgeschrägt sind und daß die Seitenwände einige Unebenheiten aufweisen Mit
dein Ausdruck frei von überflüssigem Schmiermittel ist irn allgemeinen gemeint,
daß auf dem Oberflächenteil, der frei von überflüssigem Schmiermittel ist, weniger
Schmiermittel als auf einem anderen Teil dieser Oberfläche vorhandien ist. In manchen
Fällen befindet sich auf den Oberflächenteilen, die frei von überflüssigem Schmiermittel
gehalten werden müssen, praktisch gar kein Schmiermittel, auf anderen derart bezeichneten
Oberflächenteilen hingegen in geringerer Menge. Es ist einleuchtend, daß die Hin-
und Herbewegung entweder von einem des beiden oder von den beiden Körpern vollführt
werden kann. Um eine hinreichende Schmiermittelabwehr zu erzielen, empfiehlt es
sich, die Nut über die ganze Breite der einander gegenüberliegenden Oberflächen
erstrecken zu lassen. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß die Längsrichtung dieser
Nut senkrecht zur Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers steht. Es äst z. B.
bei einem runden, zylindrischen Körper auch eine schraubenlinienförmige oder elliptische
Nut möglich.
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An Hand von Fig. r wird die Lage der Nut gegenüber den anderen Teilen
des sich in Richtung P hin- und herbewegenden Körpers näher erläutert. Der in dieser
Figur dargestellte Querschnitt der Nut mündet an den Punkten D und F der Oberfläche
des beweglichen Körpers J aus. Dieser Körper J vollführt eine Hin- und Herbewegung
gegenüber dem Körper K. Die Oberfläche des Körpers J wird nun von der Nut in zwei
Oberflächenteile geteilt, d. h. den Teil HF und den Teil DE, wobei
der Teil HF weiter als der Teil DE
von der Oberfläche des Körpers K
entfernt ist.
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Der Teil HF muß frei von überflüssigem Schmiermittel gehalten
werden, der Teil DE hingegen kann mit überflüssigem Schmiermittel versehen
sein. Die Hauptrichtungen der Seitenwände der Rille werden nun von den Vektoren
AB und DL
angedeutet, die zum Nutenboden gerichtet sind.
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Die Projektion AC des Vektors AB und die Projektion DN des
Vektors DL auf die Richtung des sich hin- und herbewegenden Körpers J sind
nun auf den frei von überflüssigem Schmiermittel zu haltenden Teil HF gerichtet.
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Die Nut ist also mit zwei schräg gestellten Flächen versehen. Bei
der auf und nieder gehenden Bewegung des Kolbens wird das Schmiermittel, das sich
auf dem Teil DE des Kolbens befindet, nach oben geleitet und gelangt auf
die untere Flanke der Rille, längs welcher sich der Oltropfen dann nach oben bewegt.
Hat er den Boden der Rille erreicht, läuft er längs dieser Rille zu der oberen Flanke,
und läuft diese herab, bis er den Punkt F erreicht hat. Zufolge der Beschleunigungs-
und Verzögerungskräfte wird er dann wieder an die Zylinderwand befördert, und zwar
nahezu im untersten Stand des Kolbens. Das Schmiermittel wird also, was wichtig
ist, nicht längs des obersten Teils HF des auf und nieder gehenden Kolbens
in den Arbeitsraum transportiert. Würde dieser oberste Teil des Kolbens einen gleichen
Durchmesser besitzen wie der Teil DE des Kolbens, würde der Teil
HF durch die Zylinderwand befeuchtet werden, und es würde das Schmiermittel
in den Arbeitsraum transportiert werden. Dies wird dadurch verhindert, daß denn
Teil HF ein geringerer Durchmesser gegeben wird als dem Teil DE, und
zwar ist die Durchmesserverkleinerung so erheblich, daß der Teil HF mit der
vom Schmiermittel feuchten `'band nicht mehr in Berührung kommen kann.
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Ist die Schmiermittelverteil,ung über die Oberfläche des sich nicht
bewegenden Körpers ungleichmäßig, so kann man, um eine gleichmäßige Verteilung des
Schmiermittels in Längsrichtung der Nut zu bewirken, gemäß einer Ausführungsform
der
Erfindung den Boden von einer oller mehreren Nuten einen Kapillarschlitz bilden
lassen.
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Es kann vorkommen, daß der eine Körper, der sich dem anderen gegenüber
bewegt, nicht hinreichend geradgeführt wird oder der Abnutzung unterliegt. Es ist
infolgedessen möglich, daß der Oberflächenteil des beweglichen Körpers, der frei
von überflüssigem Schmiermittel ist, dichter an die Oberfläche des anderen Körpers
heranrückt. Es ist außerdem möglich, daß die Schmiermittelzuführung Änderungen unterliegt.
Hierdurch kann -der Schmiermitteltransport größer als der ursprünglich geplante
worden. Zur Behebung dieses Nachteils kann, gemäß einer Ausführunigsformder Erfindung,
der bewegliche Körper mit wenigstens zwei direkt aufeinanderfolgenden gleichgerichteten
Nuten versehen sein, wobei, in Richtung der Oberfläche des beweglichen Körpers gerechnet,
die frei von überflüssigem Schmiermittel ist, jeder der aufeinanderfolgenden Oberflächenteile
dieses beweglichen Körpers, die voneinander durch Nuten getrennt sind, weiter von
der Oberfläche des anderen Körpers abliegt als der vorhergehende Oberflächenteil.
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Die Kombination gemäß der Erfindung kann gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung erfolgreich angewendet werden, wenn die beiden Körper wenigstens im
wesentlichen zylindrisch oder prismatiech sind. Ein Beispiel derartiger zylindrischer
Körper ist z. B. ein Kolben und ein buchsenförmiger Körper, z. B. ein Zylinder,
in dem sich der Kolben bewegt. Ein anderes Beispiel ist z. B. eine Kolbenstange
oder eine Ventilspindel mit einem dieser zugeordneten buchsenförmigen Körper.
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Die vorliegende Erfindung kann auch bei Körpern mit Querprofilen sehr
verschiedener Form Anwendung finden, z. B. der Schuh eines Kreuzkopfes mit der entsprechenden
'Führungsbahn, wobei das Querprofil der einander zugewandten Oberflächen des Schuhes
und der Führung z. B. flach oder leicht gekrümmt ausgebildet stein kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist bei einem
mit Kolbenringen versehenen Kolben, von demjenigen Teil der Oberfläche des beweglichen
Körpers gerechnet, der frei von überflüssigem Schmiermittel gehalten werden muß,
die Nut vor den Ringen angeordnet.
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Bei doppelt wirkenden Kolben kann es wichtig sein, @daß das Schmiermittel
in keinen der Arbeitsräume eintritt, die beiderseits eines Kolbens liegen. Um dies
zu sichern, kann der bewegliche Körper gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
mit wenigstens zwei in einem Abstand voneinander liegenden entgegengesetzt gerichteten
Nuten versehen sein, wobei die Schmiermittelzufuhr in dem mit Schmiermittel ausgefüllten
Raum zwischen diesen Nuten erfolgt. Die gleiche Ausbildung kann bei einer in einer
Buchse geführten Stange, z. B. bei einer Ventilspindel, Anwendung finden, wobei
das Schmiermittel z. B. durch eine zu diesem Zweck geeignete Öffnung in der Oberfläche
der Buchse der Oberfläche der Stange zugeführt wird.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung befindet
sich auf dem beweglichen Körper, gerechnet von der Nut hinter dlem Teil, der in
einem größeren Abstand von .der Oberfläche des anderen Körpers liegt, ein anderer
Teil, der wieder dichter zur Wand des anderen Körpers liegt.
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In bestimmten Fällen, besonders wenn die Schmiermittelzufuhr zu bestimmten
Maschinenteilen herabgemindert werden muß, kann die Nut in einem gesonderten Ring,
z. B. in einem Kolbenring, angeordnet werden.
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Die Fig. 2 bis 5 der Zeichnung stellen schematisch einige Ausführungsformen
der Kombination von Körpern gemäß der Erfindung dar.
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In Fig.2 besteht diese Kombination aus einem Zylinder und einem in
diesem beweglichen Kolben, wobei auf der linken Hälfte der Figur eine Ausführungsform
des Kolbens und auf der rechten Hälfte eine andere Ausführungsform dieses Kolbens
dargestellt ist.
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In Fig.3 besteht die Kombination aus einer Stange, die sich in einer
Führung hin- und herbewegt. Zur linken und rechten Seite dieser Figur sind verschiedene
Ausführungsformen der Nut dargestellt.
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In Fig. 4 ist ein Kolben dargestellt, der sowohl mit einer Nut zum
Regelung des Schmiermitteltransports für die Ringe als auch mit einer Nut zur Verringerung
des Schmiermitteltransports zu einem Arbeitsraum versehen ist.
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In Fig. 5 ist ein Kolben dargestellt, der in einer doppeltwirkenden
Maschine hin- und herbewegbar ist.
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In Fig. 2 ist ein Kolben. i in einem Zylinder 2 hin- und herbewegbar.
Der Kolben i ist gemäß der linken Hälfte der Zeichnung mit drei zylindrischen Teilen
3, 4 und 5 versehen, die ungleiche Durchmesser haben. Die Abtrennungen zwischen
diesen Teilen werden von den Nuten 6 und 7 gebildet. Der Kolben .gemäß, der Ausbildung
auf ,der rechten Hälfte der Figur ist .rnur mit einer Nut 8 nach der Erfindung versehen,
die die Trennung zwischen den Kolbenteilen 3° und 4° bildet. Zur richtigen Wirkung
der Schmiermittelabwehr ist es erforderlich, daß der Durchmesser des Teils 3 größer
als derjenige des Teils 4 ist, der wieder größer als derjenige des Teils 5 ist.
Ebenso muß der Durchmesser des Teils 3° größer als der Durchmesser des Teils 4°
sein. Der Kolben i ist mit Kolbenringen 9 und io versehen.
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Die Wirkungsweise dieser Schmiermittelabwehr ist folgende: Bei der
Kolbenbewegung wird das Schmiermittel längs der Kolbenwand heraufbeför-¢ert. Diese
Wirkung kann durch die Pumpwirkung der Ringe 9 und to wesentlich vergrößert werden.
Diese Ringe passen nämlich mit etwas Spielraum in die Kolbennuten hinein und dieses
Spiel hat zur Folge, daß sich der Ring beim Kolbenspiel etwas in dieser Nut bewegen
kann. Hierdurch wind das Schmiermittel 'hinter dem Ring heraufgepreßt. Die Nuten
6 und 7 nehmen beim oberen Teil des Hubes das Schmiermittel der Wanddes Körpers
2 auf und geben es nahezu im untersten Stand des Kolben wieder ab, wie dies zuvor
an Hand der Fig. i
erläutert wurde. Auf dieseWeise wird erreicht,daß
der Schmiermitteltransport längs des Wandteils 4 herabgemindert wird.
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Die-Ausbildüng der linken Hälfte von Fig. 2 ist besonders vorteilhaft,
wenn der Wandteil 4 des Kolbens wegen unzureichender Geradführung oder anderer Umstände
zu dicht an die Zylinderwand 2 heranrücken würde, oder wenn die §chmiermittelzufuhr
Änderungen unterliegt. In diesem Fall sichert die Anordnung der Nut 7, die die gleiche
Aufgabe wie ,die Nut 6 erfüllt, die erwünschte Herabminderung der Sehmiermittelmenge.
Es wird einleuchten, daß in bestimmten Fällen statt zwei auch drei oder mehr als
drei Nuten hintereinander angeordnet werden können.
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In Fig. 3 bewegt sich eine Stange i i in einer Führung 12 hin und
her. Die Aufgabe der Nut entspricht im vorliegenden Fall derjenigen der in den Fig.
i und 2 dargestellten Nuten. Die auf der linken Seite der Zeichnung, dargestellte
Nut ist an der Unterseite mit einer zur Bewegungsrichtung des Körpers nahezu senkrecht
stehenden Seitenwand 12a und auf der oberen Seite. mit einer schräg gerichteten
Seitenwand 13 versehen. Zur richtigen Wirkung dieser Nuten ist es erforderlich,
daß wenigstens eine Projektion, vorzugsweise jedoch die beiden Projektionen der
Hauptrichtungen dier Seitenwände der Nut, in Richtung des Nutenbodens gerechnet,
auf die Richtung der Hin-und Herbewegung des beweglichen Körpers, auf denjenigen
Oberflächenteil dieses Körpers gerichtet sind, der frei von überflüssigem Schmiermittel
gehalten werden muß. Bei' dieser Stange hat wieder der zylindrische Teil oberhalb
der Nut einen kleineren Durchmesser als der zylindrische Teil unterhalb der Nut.
Die Nut auf der rechten Seite der Zeichnung ist mit zwei schrägen Seitenwänden 14
und 15 versehen. Der Boden der Nut hat die Form eines von den Seitenwänden 16 und
17 gebildeten Kapi,llarschlitzes. In dieser Weise wird erzielt, daß, wenn die Schmiermittelzufuhr
ungleichmäßig i!st, die Verteilung des Schmiermittels in Längsrichtung der Nut möglichst
gleichmäßig wird.
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Der Kolben nach Fig.4 bewegt sich längs der Zylinderwand 21. Dieser
Kolben ist mit zwei Nuten 22 und 23 versehen. Das Schmiermittel, das beim Kolbenspiel
heraufbefördert wird, gelangt in die Nut 22, aus der es wieder an die Zylinderwand
abgetreten wird. Der zylindrische Teil des Kolbens oberhalb dieser Nut hat einen
kleineren Durchmesser als der zylindrische Teil des Kolbens unterhalb dieser Nut.
Die Schmiermittelmenge, die den Ringen 24 und 25 zugeführt wird, ist nun durch die
Wahl des Abstandes A zwischen dem Ring 24 und der Nut 22 bestimmt. Übersteigt dieser
Abstand den Kolbenhub, so iist es möglich, daß diesem Ring kein oder nahezu kein
Schmiermittel zugeführt wird, da er sich immer über eine nahezu trockene Zylinderwand
hin- und herbewegt. Ist dieser Abstand kleiner als der Hub, so kommt der Ring in
größerem oder geringerem Maße mit der Schmiermittelschicht auf der Zylinderwand
21 in Berührung, wodurch eine größere oder kleinere Schmiermittelmenge mitgeführt
wird. Die Kolbenwand, deren in der Nähe der Kolbenringe 24 und 25 liegender Teil
zur besseren Geradführung einen dem Kolbendurchmesser unterhalb der Nut gleichen
Durchmesser hat, und die Ringe 24 und 25 befördern diese Schmiermittelmenge weiter.
Obgleich diese Menge wesentlich geringer als die der Nut 22 zugeführte Schmiermittelmenge
sein kann, ist es nachteilig, daß diese Menge in den Arbeitsraum der Maschine gelangt.
Um dies zu verhüten, kann die Nut 23 vorgesehen werden, die gemäß einer der in den
Figuren dargestellten Formen ausgestaltet ist. Der zylindrische Teil oberhalb der
Nut 23 hat einen kleineren Durchmesser als der zylindrische Teil unterhalb dieser
Nut. Die Nut 22 ist in dieser Figur an den Enden ihrer Seitenwände bei 26 bzw. 27
etwas abgerundet oder abgeschrägt. In bestimmten Fällen, z. B. hei Brennkraftmaschinen,
kann der Kolben ausschließlich mit einer Nut 22 versehen sein.
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Der Kolben 30 der Fig. 5 bewegt sich längs der Zylinderwand
31 einer doppelt wirkenden Maschine. Da bei einer doppelt wirkenden Maschine die
Arbeitsräume sowohl oberhalb als auch unterhalb des Kolbens verwendet werden, ist
es wichtig, daß die beiden Arbeitsräume frei von überflüssigem Schmiermittel bleiben.
Der Kolben weist in diesem Fall zwei Teile auf, von denen der eine Teil dafür sorgt,
daß der eine Raum möglichst frei von überflüssigem Schmiermittel gehalten wird,
während der andere, Teil bewirkt, daß der andere Raum möglichst frei von überflüssigem
Schmiermittel gehalten wird. Bei diesem Kolben wird das Schmiermittel durch das
Kanalsystem 32, 33 zugeführt, wobei es in den schlitzförmigen Raum zwischen den
Nuten 34 und 35 gelangt. Bei ununterbrochener Schmierung wird das überflüssige Schmiermittel
,durch die Kanäle 36 und 37 abgeführt. Dies ergibt außerdem eine vorzügliche Kühlung
des Kolbens und der Stange. Auch in diesem Fall befördert der Kolben das Schmiermittel
in die Nutenrichtung. Die Schmiermittelabwehr, die von den Nuten 34 und 35 mit ihren
entsprechenden Wandteilen gebildet wird, bewirkt, daß das Schmiermittel nicht oder
nur teilweise w"eiterl)efördert wird. Es wird einleuchten, daß die Nuten 34 und
35 verschieden ausgebildet werden können, wie in den anderen Figuren dargestellt
ist. Auch in diesem Fall hat derjenige Teil des Kolbens, der weiter von der Schmiermittelzufiihrungsstelle
als der zwischen der Nut und der Schiniermittelzuführungsstelle liegende Kolbenteil
entfernt ist, einen kleineren Durchmesser als der andere Kolbenteil. Die Schmiermittelzufuhr
kann auch durch die Zvlinderwand hindurch erfolgen. Dabei ist es jedoch erforderlich,
daß die Zuführung dem zw-ischE-i1 den Nuten liegenden Kolbenteil gegenüber erfolgt.
Die Schmiermittelzuführung kann bei dieser Ausbildung vorzüglich in unterbrochener
\\'eise erfolgen, was eine freie Wahl der Kolbenhublänge gegenüber dem Abstand zwischen
den Kolbennuten gestattet. Es ist jedoch erforderlich, daß die Zuführung des Schmiermittels
in der richtigen Kolbenlage erfolgt.
Obgleich sämtliche Figuren
senkrechte Kolben und sich senkrecht bewegende Kolbenstangen darstellen, ist gemäß
der Erfindung auch eine passende Schmiermittelabwehr möglich, wenn diese Teile schräg
oder waagerecht angeordnet sind.
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In oben geschilderten Fällen handelt es sich immer um eine genau geradlinige
Hin- und Herbewegung des Körpers; es wird jedoch einleuchten, daß in vorkommenden
Fällen die Bewegung des beweglichen Körpers nicht genau geradlinig zu sein braucht,
sondern daß z. B. auch die Möglichkeit besteht, der geradlinigen Bewegung absichtlich
oder zufällig eine andere Bewegung, z. B. eine Drehbewegung, zu überlagern.
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Es ist auch möglich, daß die Hin- und Herbewegung nicht längs einer
Geraden, sondern längs einer Kurve stattfindet, z. B. bei Schaukelbewegungen.