DE2118712A1

DE2118712A1 - Kolben-Gleitschuh-Element für hydrostatische Kolbenmaschinen

Info

Publication number: DE2118712A1
Application number: DE19712118712
Authority: DE
Inventors: Ulrich; Kersten Günter; Knödel Emil; 7000 Stuttgart Aldinger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1971-04-17
Filing date: 1971-04-17
Publication date: 1972-11-16
Also published as: CH534804A; FR2136481A5; US3828653A; GB1357995A

Description

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart ■

Kolben-Gleitschuh-Element für hydrostatische Kolbenmaschinen

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Gleitschuh-Elernent für hydrostatische Kolbenmaschinen, das aus einem Kolben mit einem als Zylinder- oder Kugelabschnitt ausgebildeten Kolbenende und einem sich stets an diesem abstützenden, sich relativ gegenüber einer huberzeugenden Gleitfläche eines Führungsgliedes bewegenden Gleitschuh besteht, der eine Lagerstele für das Kolbenende hat, die den gleichen Radius R aufweist und bei dem sich Kolben und Gleitschuh an ihrer Berührunssstelle relativ zueinander gleitend bewegen, .

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Aus der DT-OS 1 9β2 546 ist ein Kolben-Gleitschuh-Element für Radialkolbenpumpen bekannt, bei dem der in einer Zylinderbohrun;; geführte Kolben sich mit einem als Kugelabschnitt ausgebildeten Ende in einer Kugelkalotte im Gleitschuh abstützt. Eine Druckfeder preßt den Kolben gegen den Gleitschuh, so daß der relativ zur umlaufenden und zur Antriebsachse exzentrischen Pührungsfläche sich bewegende Gleitschuh eine Hubbewegung des Kolbens bewirkt.

Diese Ausführung hat den Nachteil, daß das Kolbenende aus der Kugelkalotte herausgleiten kann, wenn der Reibungswiderstand, den der Gleitschuh auf der Führungsfläche erfährt, größer ist als die diesem entgegenwirkende Komponente der durch den Flüssigkeitsdruck und die Druckfeder hervorgerufenen Kraft, die den Kolben gegen den Gleitschuh preßt. Des v/eiteren führt das Aufschlagen des Kolbens auf den Gleitschuh nach einem zuvor eingetretenden Abheben zu erheblichen Geräuschen, unter Umständen zum Beschädigen der beiden Teile. .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kolben-Gleitschuh-Element zu schaffen, das diesen Nachteil vermeidet.

Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß Kolben und Gleitschuh durch ein Verbindungselement formschlüssig miteinander verbunden sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verbindungselement aus einem im Gleitschuh fest angeordneten, in eine den Kolben durchdringende Längsbohrung hineinragenden keulenartigen Bolzen mit einer sphärischen Schulter, deren Mittelpunkt mit dem des Radius H zusammenfällt, und einer an dieser Schulter mit einer ebenfalls sphärischen Auflagefläche anliegenden Scheibe besteht, und Bolzen und Scheibe durch ein Federelernent miteinander verbunden sind.

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Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung viiedergegeben.

Diesezeigt in den Fig. 1 bis 7 verschiedene Ausführungsbeispiele von Kolben-Gleitschuh-Elementen, dargestellt in der Anwendung bei einer Radialkolbenmaschine. Die mit dein Index a bezeichnete Figur stellt jeweils einen Querschnitt durch das Kolben-Gleitschuh-Element dar, die mit dem Index b bezeichnete Figur einen Längsschnitt desselben.

In eirer ZyIinderbohrung 2 eines Rotors 1 ist ein Kolben 3 geführt, der n;it einem an der Gleitfläche 5 eines Hubrings 6 anliegenden Gleitschuh ^;i durch en η bügelartiges Verbindungsteil 7 zu einem Kolbongleit.'schuh-Element verbunden ist. Zwei Führungsringe 8, 9 verhindern ein Ablieben der Gleitschuhe 4 von der Gleitfläche 5 des Hubringe

Der Verbindungsteil 7 liegt mit einem Ringteil 10 an einer konischen Schulter 11 einer den Kolben 5 iⁿ Längsrichtung durchdringenden Stufc-nbohrung 12 an. Es ragt mit seinen beiden Stegen 7¹ durch cineix im Gleitschuh 4 an?eordnten Schlitz l.y in eine Ausnehmung lA in der Gleitschuhsohle Vj, wo es mit einem an jedem Steg ausgebildete:! hakenartigen Teil 7" an der von der Ausnehmung 14 gebildeten Schulter l6 straff anliegt. Das Yerbinclungsteil 7 preSt den Iloir-jn 3 mit seinem als Kugelabschnitt ausgebildeten Ende 17, das eine Abflachung 17' aufweist, in eine Kugelkalotte l8 im Gleitschuh ·■!-. Die Abflachung 17' und die Kugelkalotte Io umschHe/Fcn einen Druic rau:.: Γ,". Der i-'ittelpunkt des Ringteils 10 des Federbügel: \ fl^rllt mit dor.i Mittelpunkt des kugole-bschnittförmigen Kolbenen-ΰοκ ?', susa:..:;cj;:. Die I.adien R der Kugelkalotte und des i'ugelabschnitts Γ.-. i:olbenende Γ, sind genau gleich gvoZ und so 'bemessen, da Γα er r.uf der Ko] benachse liegende IIittelpun::t .'·" auch in der Stellung, in do:." der Kolben ar.i vreitesten aus der Zjlinuerbohrung herausragc, noch innerhalb der Zylinderbohrung liegt. Durch diese Ausbildung ist cewMh-^ioistet, da2 stets Kontakt zv;isehen Kolben und Gleitschuh besteht. Hierfür ist nur ein sehr einfaches Verbindungselement erfordoriich. 2098A7/0U9

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Der vom Druckraum 17"* in dem der Druck der Zylinderbohrung herrscht, auf die Abflachung 17' einwirkende Druck gleicht die von der Zyl:inderbohrung her auf den Kolben ~$ ausgeübte Druckkraft weitgehend aus, so daß die Flächenpressung zwischen diesen und dem Gleitschuh gering bleibt. Die Reibungskräfte bei Schwenkbewegungen der Kolben sind klein, wodurch das Anlaufverhalten und der Wirkungsgrad günstig beeinflußt werden.

Infolge der geringen Wandstärke wird der Kolben mit zunehmendem D?uok aufgeweitet, wodurch ein gleichzeitiges Ansteigen der Leckverluste durch die Verringerung des Spaltes zwischen Kolben und Zylinderwandung verhindert wird.

Das Kolbcn-Gleitschuh-Element nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Verbindung von Kolben und Gleitschuh.

■Eine von der Ausnehmung 19 im Gleitschuh 20 ausgehende Stufenbohrung 21 mündet in eine den Kolben 22 durchdringende Bohrung 25, die eine Verengung 24 mit einer s phärisch ausgebildeten Schulter 25 an der dem Gleitschuh gegenüberliegenden Seite aufweist. In der Stufenbohrung 21 im Gleitschuh ist eine Zylinderschraube 2.6 mit einer durchgehenden Längsbohrung 27 angeordnet. Diese Schraube 26 ragt mit ihrem Schaft in die Bohrung 2j5 im Kolben 22, wo eine Kugelmutter 28 so auf das Gewindetmde geschraubt ist, daß sie an der sphärischen Schulter 25 der Bohrung 2j5 anliegt und ihr Mittelpunkt mit dem des sphärischen Kolbenendes zusammenfällt. An diesem ist eine Abflachung 22' angeordnet, die mit der Kugelkalotte im Gleitschuh einen Druckraum 22'' bildet.

Eine Sicherung, z. B. durch Verstemmen des Gewindes, verhindert ein selbsttätiges Lösen der Mutter während des Betriebs der Maschine. Die Schraubenverbindung gestattet eine feinfühlige Einstellung des Spiels zwischen Kolben und Gleitschuh, und bewirkt eine sichere Mitnahme des Gleitschuhs durch den Kolben.

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Das Kolben-Gleitschuh-Element nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 zeigt wiederum eine Abwandlung der Verbindung von Kolben und Gleitschuh.

Der Gleitschuh 30 besitzt eine als Zapfen 31 ausgebildete Verlängerung, die in eine den Kolben 29 durchdringende Stufenbohrung hineinragt. Von diesem Zapfen Jl wird eine Scheibe 33 geführt, die eine sphärische Auflagefläche 34 besitzt, und die mit dieser an einem von der Stufenbohrung gebildeten konischen Übergang 35 anliegt. Der konische Übergang 35 der Stufenbohrung ist so angeordnet, daß ' der Mittelpunkt der sphärischen Auflagefläche der Scheibe mit dem Mittelpunkt der sphärischen Kolben-Endfläche zusammenfällt. Zwischen der Scheibe 33 und einem in einer Nut des Zapfens 31 eingelegten Sicherungsring sind vorgespannte Tellerfedern 37 angeordnet. Eine den Zapfen 31 durchdringende Bohrung 38 mündet in der Ausnehmung der Gleitschuhsohle. Das sphärische Kolbenende besitzt eine Abflachung 29^!, die mit der Kugelkalotte 30^l im Gleitschuh einen Druckraum 29" bildet;.

Die Federkraft bewirkt wiederum die richtige Lage von Kolben und Gleitschuh zueinander und den Ausgleich von Abnützung an den Lagerflächen an Kolben oder Gleitschuh. Durch den Zapfen ist eine sichere Mitnahme des Gleitschuhs auch bei Ausweichbewegungen des Kolbens gewährleistet. Durch (fen auf die Abflachung 29' einwirkenden Druck besteht nahezu ein Kräftegleichgewicht am Kolben, so daß die auf den Gleitschuh übertragenen Kräfte klein sind und damit auch die zwischen beiden wirksame Flächenpressung und Reibungskraft.

Das Kolben-Gleitschuh-Element nach dem Ausführungsbeispiel der B¹Ig. ~ zeigt wiederum eine Abwandlung der Verbindung von Kolben und Gleitschuh.

Im Kolben 39 ist eine diesen durchdringende Stufenbohrung 40 angeordnet, die an dem dem Gleitschuh 41 gegenüberliegenden Ende als Drossel 42 ausgebildet ist. Eine Querbohrung 4-3 durch den Kolben 39j deren Achse die der Stufenbohrung schneidet, nimmt einen Stift 44 · auf, der die Drehachse eines in einer Stufenbohrung 45 angeordneten und durch den Gleitschuh dringenden, mit einem Bund an einer Schulterdieser Bohrung anlötenden Verbindungsgliedes 46 bildet. Der Kolben Z-I' besitzt an seinem am Gleitschuh anliegenden Ende eine Abflachung 39' 1 die mit einer Kugelkalotte 4l' im Gleitschuh 4.1 einen Druckraum 39" umschließt. 209847/0149

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Diese Verbindung gewährleistet ebenfalls ein sicheres Mitnehmen und leichtes Schwenken des Gleitochuhs. Gleitzeitig läßt sich der schädliche Raum besonders klein halten.

Das Kolben-Gleitschuh-Element nach dem Ausführungsbeispiel der Pig. 5 zeigt wiederum eine Abwandlung der Verbindung von Kolben und Gleitschuh.

Im Kolben 48 ist eine diesen axial durchdringende Stufenbohrung 49 ausgebildet, die aus einem zylindrischen und einem kegelförmigen k Längenabsehnitt besteht. Die zwischen beiden Länccnabschnitten gebildete Schulter v/eist eine ebene Ringfläche 50 auf, die in einen sphärischen Abschnitt 51 übergeht. Ein Hohlniet 52 ist mit seinem Ende fest im Gleitschuh angeordnet und liegt mit seinem sphärisch ausgebildeten Kopf 55 an der sphärischen Schulterfläche 51 der Stufenbohrung 4-9 an. Die Länge des Nietschaftes ist so bemessen, daß der Gleitschuh 54 mit geringem Spiel Sehwenkbeviogungen um das Kolbenende ausführen kann. Eine Druckfeder 55* die sich im Inneren des Zylindersterns abstützt und an der Schulter der Stufenbohrung anliegt, drückt den Kolben mit seinen sphärischen Ende, an dem eine Abflachung 48' ausgebildet ist, in die Kugelkalotte des Gleitcchuhs. Kugelkalotte und Abflachung 48'umschließen einen Druck raum 48".

Durch die Nietverbindung ist wiederum eine sichere Mitnahme des Gleitschuhs durch den Kolben gewährleistet, während die Druckfeder Abnutzungserscheinungen an den Gleitflächen von Kolbenende und Kalotte ausgleicht.

Beim Kolben-Gleitschuh-Element nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 ist in einer den Kolben 57 durchdringenden Stufenbohrung 58 eine Führungshülse 59 angeordnet, die von einer sich am Zylinderstern 1 abstützenden Druckfeder 60 gegen eine vnn der Stufenbohrung 58 gebildete Schulter 6l gepreßt wird. Ein Zentrierbolzen 62 mit durchgehender Längsbohrung 63, der in einer von der Ausnehmung 64 in der Gleitschuhsohle ausgehen-

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den Bohrung 65 i'est angeordnet ist, ra.gt in die Stufenbohrung hinein, v.^?o sein Schaft in der Führungshülse 59 geführt ist. Day in einer Kugelkalotte am Gleitschuh anliegende Kolberiende ist mit einer Abflachung 57' versehen, die mit der Kalotte einen Druckraum 57" urr.schlie.'it. Der Kolben 57 wird beim Betrieb der Maschine durch die Federkraft sowie durch Fliehkräfte und hydrostatische Druckkräfte in die Kugelkalotte im Gleitschuh gepreßt. Erfährt der Gleitschuh einen Gleitv.'iderstand, der grüßer ist als die von dem Kolben auegeübte I-litnahmckraft, dann weicht der Kolben in Richtung des Zylindersterns aus, bis durch den Zentrierbolzen eine Mitnahme des Gleitschuhs erfolgt. Die Betriebssicherheit der Haschine ist damit gewährleistet.

Bei dem Kolben-Gleitschuh-Element nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 ragt ein im Gleitschuh 70 fest angeordneter Führungsbolzen 71 in eine den Kolben 72 in Längsrichtung durchdringende Stufenbcr±rung 73· An eimr sphärisch ausgebildeten Schulter ^r[h des rührungsbolzens 71, deren Mittelpunkt mit dem des ebenfalls sphärischen ί·ο3 cenondes 75 zusammenfällt, liegt eine Scheibe 76 mit einer ebensolchen Anlagefläche 77 an. Ein an der Scheibe Jo sich abstützendes Federelement 78 liegt an einer Schulter 79 der Stufenboh:-ung 73 an und prcSt den Kolben mit seinem mit einer Abflachung 72' versehenen Ende 75 in eine Kugelkalotte 80 im Gleit·-

dxe
schuh. Die Abflachung 72¹ und Kugelkalotte 80 umschließen einen Druckraurn 72". Eine Längsbohrung Bl durchdringt den Führungsbolzen 71 und rr.ündet in eine Ausnehmung 62 in derOleitschuhsohle.

Der Gleitschuh 70 wird bei einer Drehbewegung des Zylindersterns durch Reibungskraft zvrischen ihm und dem Kolben 72, hervorgerufen durch die Kraft des FcdereLernents 7S und durch die wirksamen Druckkräfte, mitgenommen. Erfährt der Gleitschuh 70 einen Gleitwiderstand, der größer ist als die Mitnahmekraft, dann weicht der Kolben 72 entgegen der Federkraft aus, bis durch das Anliegen der Scheibe 76 an der Wandung der Stufenbohrung 73 der Gleitschuh 70 zv;angsv.^Teise mitgenommen wird.

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Die in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Kolben-Gleitschuh-Elemente., die in der Anwendung bei einer Radialkolbenmaschine dargestellt
sind, können bei sinngemäßer Gestaltung auch in Axialkolbenmasehinen verwendet werden. Eine mechanische Verbindung zwischen Kolben und Gleitschuh ist nicht unbedingt erforderlich. Zur kraftschlüssigen Verbindung genügen in besonderen Fällen die Flüssigkefcsdruekkräfte und Fliehkräfte.

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Claims

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Ansprüche;

1.) Kolben-Gleitschuh-Element für hydrostatische Kolbenmaschinen, das aus einem Kolben mit einem als Zylinder- oder Kugelabschnitt ausgebildeten Kolbenende und einem sich stets an diesem abstützenden, sich relativ gegenüber einer huberzeugenden Gleitfläche eines Führungsglieds bewegenden Gleitschuh besteht, der eine Lagerstelle für das Kolbenende hat, die den gleichen Radius R aufv.^Teist und bei dem sich Kolben und Gleitschuhe an ihrer Berührungsstelle relativ zueinander gleitend bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß Kolben (J>, 22, 29, 39, 48, 57, 72) und Gleitschuh (4, 20, j50, 41, 54, 66, 70) durch ein Verbindungselement (7j, 26, 28; 31, 23, 36, 37; 46; 52;, 59, 60, 62; 71, 76, 78.) formschlüssig miteinander verbunden sind.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement federnde Mittel enthält.

5. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verbindungselement (7) nach Art eines Bügels ausgebildet ist, der eine ringförmige, sich an einer Schulter (11) einer den Kolben (j5) durchdringenden Stufenbohrung (12) abstützenden Öse (lO) aufweist, an die sich zwei bis in den Gleitschuh dringende Stege (7¹) anschließen und dort mit hakenartigen Enden (7") in eine Ausnehmung (14) ragen (Fig. l).

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4. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement aus einer mit ihrem Kopf in einer Ausnehmung des Gleitschuhs anliegenden Schraube (26) und einer Kugelnutter (28) besteht, die sich an einer im Kolben (22) ausgebildeten Schulter (25) abstützt. (Fig. 2).

5. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die

P Schraube eine als Drossel ausgebildete Längsbohrung (2?*) aufweist.

6. Element nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement aus einem am Gleitschuh (30) ausgebildeten, in eine Stufenbohrung (32) des Kolbens ragenden Portsatz (31) und einer Scheibe (33) besteht, die sich mit einer sphärischen Auflagefläche an einer von der Stufenbohrung gebildeten Schulter (35) abstützt, und daß der Portsatz und die Scheibe mit Hilfe eines Federelements verbunden sind. (Fig. 3).

7. Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Drossel ausgebildete Langsbohrung (38) den Portsatz (31) durchdringt .

8. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement aus einem sich am Gleitschuh (4l) abstützenden

. Icolbenartigen Körper (46) besteht, der um einen im Kolben (39) angeordneten Bolzen (44) drehbar ist, dessen Achse mit dem Mittelpunkt des Radius ,R zusammenfällt (Fig. 4).

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9. Element nach Anspruch δ, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (42) der den Kolben durchdringenden Stufenbohrung (4o), welcher in die Zylinderbohrung einmündet, als Drosselstelle ausgebildet ist.

10. Element nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement aus einem im Gleitochuh (5*0 fest angeordneten keulenartigen Körper (52) besteht, der sich mit einer sphärischen Fläche an einer von einer den Kolben (48) durchdringenden Bohrung (49) gebildeten sphärischen Schulter (51) abstützt, deren Krümrnungsinittelpunkt mit dem Mittelpunkt des Radius R zusammenfällt und daß ein Federelement (55) den Kolben (48) gegen den Gleitschuh (54) preßt. (Fig. 5)·

11. Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der keulenartige Körper (52) eine als Drossel ausgebildete Längsbohrung (56) aufweist.

12. Element nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement aus einem im Gleitschuh fest angeordneten, in eine denXolben (57") durchdringende Stufenbohrung (58) hineinragenden Bolzen (62) und einer durch ein Federelement (60) an eine Schulter der Stufenbohrung gepreßte Hülse (59) besteht, die den Bolzen (62) zentriert. (Fig. 6).

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13>. Element nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dal: der Bolzen (62) eine als Drossel ausgebildete Längsbohrung (6p) aufweist.

14. Element nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, da S das Verbindungselement aus einem im Gleitschuh (70) fest ange-

^ ordneten, in eine den Kolben (?'2) durchdringende Längsbohrung (J(J>) hineinragenden keulenartigen Bolzen (71) mit einer sphärischen Schulter (JJk), deren Mittelpunkt mit dem das Radius R zusammenfällt, und einer an dieser Schulter (7^0 mit einer ebenfalls sphärischen Auflagefläche anliegenden Scheibe (76) besteht, und daß Bolzen (71) und Scheibe (76) durch ein Focerelement (7b) miteinander verbunden sind. (Fig. 7).

15. Element nach Anspruch 14, dadurch gekennζά chnet, daß der keulenartige Bolzen (71) eine a]s Drossel ausgebildete Länss-

™ bohrung (öl) aufweist.

16. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, da2 zwischen¹Kolben und Gleitschuh ein Druckraum (17", 22", 29", 59", 48", 57", 72") gebildet ist, der mindestens eine teilweise hydrostatj sehe Entlastung des Kolbens zur Folge hat. f

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