SE458629B - Saett att reglera gapet mellan ett cylinderlopp och en kulkolv, samt anordning foer genomfoerande av saettet - Google Patents

Description

15 20 25 30 .--@_-_-__y~, 1f-_--- ------- - - 458 629 a som äger rum under drift och av att kunna hålla cyllnderväggens tjocklek inom rimliga gränser.

Medel, som i viss grad pâverkar.gapets bredd och begränsar det vid högre tryck är redan kända, exempelvis i form av särskilt formade muffar eller liknande.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är emellertid att åstadkomma ett sätt , som kan användas utan att kolven behöver förses med särskilda tät- ningsorgan och vilket är speciellt lämpligt för användning vid s.k. kul- kolvar eller kolvar, vilka vad avser formen är jämförbara med dessa kolvar och vid relativt höga tryck. Ett exempel på användningen av kulkolvar i cylindrar i vilka höga tryck kan uppstå och för vilka sättet enligt före- liggande uppfinning är mycket lämpligt, utgöres av en hydraulisk kulkolv- motor med högt vridmoment. Dylika motorer är tillgängliga i handeln. En dylik motor beskrivas exempelvis i den holländska patentansökningen 80.00ll5.

Uppfinningen är dock inte begränsad till användning i samband med hydrau- liska kulkolvmotorer.

I l syfte att övervinna ovannämnda problem har uppfinningen de kännetecken som framgår av patentkraven.

Uppfinningen beskrives i det följande mera i detalj med hänvisning till bifogade ritningar.

Pâ bifogade ritningar visar Fig. l schematiskt en cylinder med en däri anordnad sfärisk kolv, Fig. 2 visar en anordning enligt fig . l och några krafter som verkar vid uppfínningens tillämpning, Fig. 3 visar schematiskt en del av anordningen enligt uppfinningen, Fig. 4 visar en variant av uppfinningen och Fig. 5 visar en annan anordning, även den liggande inom uppfinningens ram.

Fig. l visar en cylinder 1 i vilken är anordnad en kula 2 fungerande som kolv 2 och vilken kan utföra en fram- och âtergâende rörelse i förhållande till cylindern. Tidigare har föreslagits att i stället för konventionella l0 15 20 25 30 35 5 _. 458 629 rätcylindriska kolvar använda kulkolvar. Trots att tätningslängden eller snarare längden av gapet 5 mellan kulans yta och cylinderns inneryta, sett i cyllnderns längdriktning, är ganska kort så att stora läckageför- lustar kan förväntas har det konstaterats att vid vissa tillämpningar, där låga tryck användes är en kulkolv mycket lämplig. Vld högre tryck ökar emellertid läckageförlusterna på ett sätt som icke kan tolereras i de flesta användningsområden.

Detta gäller även för kolvar med en form som, vad avser tätningslängd, är jämförbar med den för kulkolven och uppfinningen kan även tillämpas på sådana kolvar. Exempel på sådana är tillplattade kulkolvar, kolvar med låg höjd eller kolvar med fläns riktad mot cylinderväggen, vilken fläns är kort sedd i rörelseriktningen.

Vid det i fig. 1 visade fallet råder ett driftstryck p till vänster' ' om kulkolven 2. Som följd av detta driftstryck p, som åstadkommas av ett tryckfluidum, exempelvis hydraulolja, sker en viss läckageström via gapet s, angivet med pilar 3. Enligt uppfinningen kan denna läckage- ström reduceras genom anordnandet av ett förhöjt tryck på cylinderväggens utsida vilket tryck exempelvis kan vara lika med trycket p men, som fram- går av det följande, även kan uppvisa andra värden.

Vid det l flg. 2 illustrerade fallet råder ett tryck pu på cylinderväggens utsida. Om p=pu råder sålunda samma tryck på cylinderväggens varandra motstående sidor till vänster om planet 6-6 vid kulkolvens centrum och till höger om planet kan ungefärligen normalt atmosfärstryck råda vid cylinderns insida, men driftstrycket på utsidan. Det resulterande yttre övertrycket visas i stort av pilarna 5.

På grund av det yttre övertryck, som råder på högra sidan om planet 6-6 tenderar cylindern där att krympa och krökas eller bågformas något kring kulkolven.

Vid det valda exemplet råder till_vänster om tvärplanet 6-6 sammå tryck' på cylinderns insida som dess utsida. När cylinderväggen uppvisar en viss tjocklek är den yttre arean hos cylindern något större än den inre arean och som följd därav verkar en större kraft på cylinderns yttre vägg än pä dess inre vägg. Det totala resultatet av allt detta är att utgående från ett jämviktstillstånd cylindern tenderar att krympa till vänster om planet 6-6 då driftstrycket ökar och på grund av detta blir gapet s mindre med l0 20 25 30 458 629 _ Ål ökande driftstryck varför l motsats till vad som kan förväntas läckage- förlusterna inte behöver öka.

Denna effekt kan förklaras såsom följer: Antag att en cylinder har en inre diameter Di och en yttre diameter Du och att ett tryck p=pl råder i cyllnderloppet och ett tryck p=O pa cylinderns utsida. Som följd härav uppstår i cylinderns vägg en genomsnittlig dragpåkänning per längdenhet i varje tvärsektlon enligt följande: Tgi-Di x Pi (Du-Dil som kan beräknas pâ'känt sätt med användning av konventionell mekanisk teknik. På liknande sätt gäller att om ett tryck p-0 råder i cylinder- loppet och ett tryck p=pu på cylinderloppets utsida så uppstår en genom- snittlig tryckpåkänning per längdenhet i varje tvärsektion av cylinder- loppets vägg enligt följande: Tgu= Du x Pu lDu-Dil Om ett tryck p=pc rader både inom och utom cylindern så uppstår f genomsnittliga pakänning i varje tvärsektion: Tgl=Dl x Pc - Du x Pc = -Pc Du-Di öljande Detta är en tryckpåkännlng. Enligt Hooke's lag resulterar detta i en dia- meterminsknlng, som varierar med elasticitetsmodulen hos cylindermatarialet.

Sammanfattningsvis kan det fastslås att i fallet enligt fig. 2 inträffar en krympnlngseffekt till vänster om planet 6-6 trots det faktum att trycket i cyllnderloppet är lika med trycket på cylinderns utsida. Till höger om planet 6-6 uppstår en än starkare krympningseffekt på grund av att trycket pa cylinderns utsida överskrider trycket i cyiinderloppet.

Dessutom gäller att i området för det gap eller mellanrum, som i själva verket bildar förbindelsen mellan den belastade sidan av kolven och kolvens obelastade sida sker ett tryckfall på cylinderns insida som i det i fig. 2 illustrerade fallet motsvarar en krympningseffekt i detta område av cy- lindern symboliserat av pilarna 6, vilken effekt ökar från kolvens be- lastade sida till dess obelastade sida.

Ovanstående visar att.vid uppfinningens tillämpning läckageförlusterna utmed en i en cylinder anordnad kulkolv eller jämförbar kolv minskar i stället för att öka när driftstrycket ökar.

Den grad i vilken läckageförlusterna minskar när drlftstrycket höjes kan 10 15 20 25 30 5 458 629 kan regleras eller kontrolleras exempelvis genom att man väljer ett yttre tryck som inte överensstämmer med det inre trycket utan exempel- vis är lägre än detta. Detta kan i praktiken möjliggöras genom att man använder en tryckreducerande ventil i den ledning, som matar tryckmediet till det utrymme som förefinns kring cylínderloppet. En dylik reducer- ventil kan ha sådan form att trycket inte reduceras förrän det ligger över ett förutbestämt tröskelvärde..

Dessa egenskaper kan vara önskvärda i vissa fall för att tillförsäkra att kolven ständigt är tillräckligt smörjd och/eller i syfte att hindra kärvnlng.

Det är dessutom möjligt att exempelvis hålla läckageförlusterna konstanta inom ett bredare intervall av tryckvärden genom att man på lämpligt sätt reglerar det på cylinderns utsida alstrande trycket. Detta kan till exempel baseras på graden av läckageflödet av tryckrluidum utmed kolven.

Den krympningseffekt, som uppstår i praktiska situationer beror, bland andra parametrar på cyllnderloppets väggtjocklek, i vilket fall som helst l området där det inre trycket är skilt från det yttre trycket ocn på det slag av material som ingår l cylínderloppet. Om data om dessa fakta är kända kan krympningseffekt och läckageförluster beräknas för de övervägde driftstrycken.

Exempel l ett cylinderlopp av stål med elasticitetsmodul E-2,1 x 106 kg/cmz, en innerdiameter Di=60 mm och en ytterdiameter Du=80 mm och ett driftstryck Pi=210 bar över kolven, vilket driftstryck också råder pa utsidan av cy- Iinderloppet och ett tryck P2=0 bar som råder under kolven, så reduceras halva diametern ovanför kolven med 0,0036 cm=3,6 ym och under kolven redu- ceras nalva diametern med 0,DlüH cm=lë,4 pm. I området för kolven redu- ceras sålunda gapet med ett värde i intervallet från 3,6 till iü,ü pm.

Vid framställning av kolvar och cylindrar tillåter dagens teknik exakthet ned till en mikron, varvid den krympningseffekt som inträder är av stor praktisk betydelse.

Fig. 3 visar en del av en kulkolvmotor vari uppfinningen tillämpas. En kulkolv 30 är anordnad en cylinder 31 för uppåt- och nedåtrörelse som 15 20 25 30 458 629 ß visas av dubbelpllen 32. Cylindern är placerad i ett schematiskt visat motorblock 33 och är tillsluten på ena sidan medelst ett cyllnderlock 3b. Genom en lämplig borrning 35 i motorblocket kan ett tryckfluidum matas till ett ihàligt utrymme 36 bildat kring cyllndern i motorblocket.

Genom en eller fler borrningar 37 i cylinderns vägg matas tryckfluidet också till utrymmet ovanför kolven.

Förjaktligen råder driftstrycket både i cylinderloppet i utrymmet ovanför kolven och kring cylindern l hàligheten 36 och ungefärligen atmosfärstryck råder under kolven. l en så utformad motor inträffar den nämnda krympningseffekten ocn gapet mellan kolv och cylinder kan regleras på sätt som tidigare beskrivits.

En dylik motor är lämplig för höga driftstryck utan att det är nödvänd- igt att cyllnderloppet uppvisar en extremt tjock vägg. Detta är ett resultat av det kända faktum att en cylinder kan belastas med ett högre yttre övertryck än den kan belastas med ett inre övertryck.

En ytterligare fördel är att en sådan ganska tunnväggig cylinder lättare och till lägre kostnad kan ersättas än en mycket tjock cylinder.

Som tidigare nämnts kan det i vissa fall vara av vikt att ha ett tryck, med annat värde i cylindern ovanför kolven än det tryck, som råder kring cylinderloppet.

Sålunda är det exempelvis möjligt att i den i fig. 3 visade motorn det driftstryck, som även råder l hâligheten 36 på cylinderns utsida, under vissa betingelser pa grund av den krympningsverkan , som är förknippad därmed blir så högt att kolven kärvar.

Sådan kärvning kan förhindras genom att man tillförsäkrar att det tryck som råder i hâligheten 37 kring cylinderloppet förblir lägre än driftstrycket. l praktiken kan detta genomföras om man matar tryckfluidet genom separata ledningar och/ eller kanaler till cylindern och nåligheten kring cylinderloppet och genom att ordna en tryckreducerande ventil i den ledning som för till håligheten.

Allt detta visas schematlskt i fig. är En ledning i vilken, som visas av pilen hl, ett tryckfluidum transporteras under driftstr ycket avgrenas till en ledning 42 , som för till kammaren ovanför kolven 30 och en ledning ÅS som leder till håligheten 36 kring cylinderloppet 31 och var i en tryck- reducerande ventil hä , visad schematiskt, är monterad. Ventilen MÅ kan 10 15 20 25 30 7 458 629 vara utformad så att den icke börjar att arbeta förrän fluidumtrycket har uppnått en förutbestämd nivå. Ventilen kan också vara utförd reglerbar, indikerat i fig. Å av pilen #5. Sålunda kan exempelvis ventilen regleras i beroende av fluidumläckageflödet från kammaren under kolven, vilket ut- gör en indikering på den rådande gapbredden. Trycket i håligheten redu- ceras därefter om flödet av läckande olja blir alltför litet och kolven riskerar att fastna eller kärva.

I princip är det också möjligt att välja trycket i hâligheten kring cy- lindern högre än driftstrycket. På detta sätt är det möjligt att kompen- sera för ett gap mellan kolven och cylindern som är alltför stort från början eller för ett som blivit allför stort genom förslítning.

Ett dylikt relativt förhöjt tryck i håligheten kan alstras medelst speci- ella organ, exempelvis en pump eller en tryckackumuiator eller genom en tryckbegränsande ventil i den ledning som för till kammaren ovanför kolven.

På liknande sätt är det som tidigare visats möjligt att kompensera för ett gap som från början är alltför litet genom att bringa trycket i häligheten kring cylindern att bli lägre än driftstrycket.

Vidare är det möjligt att kompensera för dimensionsändringar på grund av temperatureffekter genom att man reglerar trycket i hàligheten.

Fig. S visar en annan tillämpning av föreliggande uppfinning. En kolv 50 i en press kan röra sig uppåt och nedåt, som visas med dubbelpil 51 i kolv- stången 52i ett cylinderlopp 53. Kring cylinderloppet 53 är en hålighet Sk ordnad till vilken tryckfluidum kan matas via en kanal 55. Håligheten Sk kommunicerar via en borrning 56 i cylinderväggen med kammaren É7 under kolven, så att driftstrycket ånyo råder både i och utom cylinderloppet.

För fullständlghets skull indikeras en kanal 58 för tryckfluidum, som strömmar förbi kolven för att återföra kolven till dess utgångsläge.

Det kan noteras att uppflnningens tillämpning ej är begränsat till en kulkolvmotor eller en press utan att också modifierade former är tänkbara.

Dylika tillämpningar samt uppenbara varianter faller även inom uppfinningens fam.

Claims (10)

1. 0 l5 20 25 30 _.........q-_-.,._ --._-__ ,_._.. 458 629 PÅiENTKRAV l. Sätt att reglera gapet mellan ett cyllnderlopp (1) och en kolv (2,30,50), vilken sistnämnda under drift rör sig fram och åter i cylinderloppet k ä n n e t e c k n a t därav att kolven (2,30,50) ges kulform eller annan liknande form som ger kort tätnlngslängd, varvid vid drift åt- minstone periodiskt på ena sidan om kolven råder ett arbetstryck i cy- linderloppet (l ,53) och varvid i åtminstone ett utrymme (36,5Å) som om- ger åtminstone en del av cylindèrloppet (l,53) utövas ett tryck som är jämförbart med det momentana arbetstrycket i cyllnderloppet så att inom ett i förväg bestämt omrâde av arbetstryck gapet hålls mellan ett i för- väg bestämt lägre värde och ett i förväg bestämt högre värde.

2. Sätt enligt krav 1, K ä n n e t e c k n a t därav, att man för ut- övande av trycket på cylinderloppets (1) utsida använder samma tryck- fluidum, som tillföres tryckkammaren inom cylinderloppet på ena sidan om kolven.

3. Sätt enligt krav i eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att trycket pà utsidan av cylinderloppet (l) reduceras åtminstone i ett för utbestämt driftstryckintervall. Ä.

4. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t därav, sidan av cylinderloppet (1) tryckfluidum utmed koiven. att trycket på ut- regleras beroende på storleken av flödet av

5. S. Anordning för att reglera gapet mellan ett c ylinderlopp och en kolv (2.30,S0) vilken sistnämnda under drift rör sig fram och åter i cylinder- loppet och vilken kolv uppvisar kulform eller annan form som ger kort tätningslängd, varvid vid drift ett tryckfluidum tillförs ena sidan av kolven i cylinderloppet, k ä n n e t e c k n a d därav, att kolvens största diameter understiger cylinderloppets diameter att den cylinder- loppet uppvisande cylindern är stel och att ett ihåligt utrymme (36,SÄ) är anordnat utanför cylinderloppet (l) samt att organ (37,4l ordnade för att i -ÅS) är an-- sagda ihåliga utrymme alstra ett tryck, som är jämför- bart med det i cylinderloppet föreliggande driftstrycket.

6. Anordning enligt krav 5, K ä n n ett e c k n a d därav, att det ihåliga utrymmet via en kanal och/eller ledning kommunicerar med samma källa av tryckfluidum som arbetsrummet i cylindern. 10 l5 20 25 Q 458 629

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att en tryck- reducerande ventil är (ÄH) anordnad i kanalen och/eller ledningen (43). °

8. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att den tryckreducerande ventilen (#3) icke reducerar tryckfluidets tryck under ett förutbestämt tryckvärde utan reducerar fluidumtrycket till ett värde liggande högre än detta tryckvärde.

9. Anordning enligt krav 7, k ä_n n e t e c k n a d därav, att den inne- fattar en mätanordning för att mäta storleken av läckagefiödet av tryck- fiuidet, vilken mätanordning kontrollerar den tryckreducerande ventilen (4A).

10. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att en an- ordning för att öka trycket hos tryckfluidet i det ihåliga utrymmet (36) i förhållande till det förliggande driftstrycket i cylindern är kopplad till nämnda kanal och/eller ledning (43). ii. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att en matar- ledning eller -kanal (35) för tryckfluidum slutar i det ihåliga utrymmet (36) och att cylinderioppet är försett med minst en borrad kanal (37) i sin vägg, som förbinder arbetsutrymmet inne i cylindern med detta ihåliga utrymme. l2. Anordning enligt något av kraven 5-ii, k ä n n e t e c k n a d därav, att åtminstone nämnda ena cylinderiopp och kolv utgör en dei av en hydrau- lisk kuikolvmotor. l3. Anordning enligt något av kraven 5-ii, k ä n n e t e c k n a d därav, att åtminstone nämnda ena cylinder och kolv utgör en dei av en hydraulisk eller pneumatisk press.