DE919679C - Selbstzentrierender Kolben, insbesondere zur Anwendung in der Regel- und Messtechnik - Google Patents

Description

• Selbstzentrierender Kolben, insbesondere zur Anwendung in der Regel- und MeBtechnik In der hydraulischen Regel- und Meßtechnik finden vielfach federbelastete Kolben Verwendung, deren Aufgabe es ist, den auf ihnen lastenden Flüssigkeitsdruck in einen verhältnisgleichen Hub umzusetzen. Ferner werden in hydraulischen Verstärkern Steuerkolben verwendet, die von einer geringen Impulskraft bewegt werden und durch ihre Bewegung einen starken Flüssigkeitsstrom zu steuern haben.
• Die Genauigkeit, mit der die Kolben dem sich ändernden Steuerflüssigkeitsdruck bzw. der Impulskraft folgen, hängt von der Reibung zwischen Kolben und Zylinderwand ab. Sind die bei der hydraulischen Regelung verwendeten Drücke relativ niedrig, so sind für die Reibung hauptsächlich die Güte der sich berührenden Oberflächen sowie die Zähigkeit der Druckflüssigkeit, z. B. Öl, maßgebend. Wird dagegen mit höheren Drücken gearbeitet, so macht sich eine Erscheinung bemerkbar, durch die die Einstellgenauigkeit der Kolben erheblich herabgesetzt und dadurch ihre Anwendbarkeit in Frage gestellt wird. Es entstehen nämlich Reibungskräfte, die dadurch hervorgerufen werden, daß der Kolben, der sich im Rahmen seines Durchmesserspieles zufällig an eine Seite der Zylinderwand gelegt haben möge, von dem C51, welches als Lecköl zwischen Kolben und Zylinder auf die drucklose Seite strömt, in dieser Lage radial an die Zwischenwand gedrückt wird. Die Größe dieser Kraft ist gleich dem Produkt aus dem mittleren Druck des längs der Zylinderwand fließenden Lecköls und der nicht vom Öl benetzten Anlagefläche zwischen Kolben und Zylinderwand. Je kleiner das Verhältnis zwischen Spiel und Durchmesser, d. h. je hochwertiger die Passung ist, desto breiter ist diese Fläche, d. h. in einem um so größeren Winkelbereich des Umfangs ist der Abstand zwischen Kolben und Zylinder zu klein, als daß sich ein zusammenhängender, den Druck weiterleitender Ölfilm ausbilden könnte. Auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens wird der Abstand doppelt so groß, als wenn der Kolben in der Mitte stände, so daß der Druck des dort hindurchtretenden Öls radial auf den Kolben wirken kann.
• Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, den Kolben so auszubilden, daß er sich selbst im Zylinder zentriert.
• Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei dichtungslosen Kolben für Verbrennungsmaschinen zur Vermeidung einer metallischen Berührung zwischen Kolben und Laufbüchse und zum Erübrigen einer Schmierung an den beiden Kolbenenden schwach konische, eine Diffusorwirkung ausübende Übergangsstrecken vorzusehen, die zum mittleren, einen kleineren Durchmesser aufweisenden Kolbenteil führen.
• Die Erfindung geht einen anderen Weg, indem sie den Kolben nach Art der in Fig. i beispielsweise dargestellten Ausführungsform an dem gegen die Zylinderwandung liegenden Umfang im Abstand von seinen Stirnflächenebenen mit mehreren Ausnehmungen i versieht, die durch im Kolben, angeordnete Zulaufkanäle 2 mit der dem Druckmittel unterstehenden Seite des Kolbens verbunden sind. Die Ausnehmungen werden dabei vorzugsweise von Anfräsungen mit im wesentlichen ebenen Böden gebildet. Vorzugsweise haben die Kanäle einen Gesamtquerschnitt, der gleich der Differenzfläche ist, die sich aus dem Durchmesserunterschied zwischen Kolben und Zylinder ergibt.
• Wird ein solcher, beispielsweise senkrecht angeordneter Kolben von oben her mit dem öldruck beaufschlagt, so bildet sich durch das längs der Mantellinien strömende Lecköl in jeder der Ausnehmungen ein bestimmter Öldruck aus, dessen Höhe von den Widerständen abhängt, die das Öl beim Ein- und Austritt der Ausnehmungen vorfindet. Der Austrittswiderstand ist gegeben durch den Spalt zwischen Zylinderwand und unteren Begrenzungsstreifen der Ausnehmung, der Eintrittswiderstand durch den entsprechenden Spalt am oberen Begrenzungsstreifen und durch den Zuströmkänal. Bei radialer Bewegung des Kolbens verändern sich nur die Widerstände in den Spalten, nicht dagegen im Zuströmkanal. Durch diese ungleiche Widerstandsänderung im Zu- und Ablauf ergibt sich eine Druckerhöhung in derjenigen Ausnehmung, bei der sich der Abstand zwischen Kolben und Zylinder verkleinert, und diese Druckerhöhung hat die Wirkung, daß sich der Abstand an dieser Stelle wieder vergrößert.
• Die geometrische Summe aller von den Ausnehmungen her auf den Kolben wirkenden Kräfte ist bei symmetrischer Anordnung und gleich großer Bemessung der Ausnehmüngen immer auf die Mitte des Zylinders gerichtet und um so größer, je größer die Abweichung des Kolbens aus seiner Mittellage ist. Der Kolben wird durch die Drücke in den Ausnehmungen zentriert und erfährt mithin nur Flüssigkeitsreibung.
• In der Zeichnung sind die Kanäle 2 in Form von Rillen ausgebildet, die winklige Querschnitte aufweisen. Sie können aber auch einen anderen Querschnitt aufweisen. Ferner können die Kanäle auch aus Bohrungen bestehen, die von den Ausnehmungen aus durch den Kolben hindurch zur Druckseite führen.
• Wird der Kolben waagerecht angeordnet, so tritt das Eigengewicht des Kolbens als eine die Zentrierung störende Kraft zusätzlich in Erscheinung. Es liegt durchaus im Wesen der Erfindung, diese Kraft durch entsprechende unsymmetrische Anordnung und/oder unterschiedliche Bemessung der Ausnehmungen auszugleichen.
• In Fig. 2 ist ein Steuerschieber dargestellt, bei dem zwei gemäß der Erfindung ausgebildete Kolben axial hintereinander angeordnet sind. Der Raum zwischen den beiden Kolben steht mit einer Ölleitung 3 in Verbindung, durch die über eine Blende 4 Öl konstanten Druckes zufließt. Bei 5 befindet sich ein Ablaufquerschnitt, dessen Größe mit Hilfe eines über das Gestänge 7 auf den Kolben wirkenden Impulsgebers, z. B. eines Temperaturreglers, gesteuert wird: Dadurch stellt sich zwischen der Blende 4 und dein Ablaufquerschnitt 5 ein Steueröldruck ein, welcher der auf den Steuerschieber über das Gestänge 7 ausgeübten Impulsbewegung entspricht und z. B. bei 6 abgenommen werden kann, um die Impulsbewegung verstärkt weiterleiten zu können.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Selbstzentrierender Kolben, insbesondere zur Anwendung in der Regel- und Meßtechnik, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Kolbens im Abstand von seinen Stirnflächenebenen vorgesehene Ausnehmungen (i) durch im Kolben angeordnete Zulaufkanäle (2) mit der dem Druckmittel unterstehenden Seite des Kolbens verbunden sind.
2. 2. Selbstzentrierender Kolben nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen von Anfräsungen des Kolbens mit im wesentlichen ebenen Böden gebildet werden.