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Steuereinrichtungen für die Druckölfelder zur Kolbenentlastung bei
Axialkolbengetrieben Die Erfindung bezieht sich auf Steuereinrichtungen für die
Druckölfelder, die der Entlastung der Kolben von Axialkolbengetrieben dienen. Bei
Axialkolbengetrieben, bei welchen die Kolben an ihrem äußeren Ende fest verbunden
eine Kugel tragen, die von einer Kugeischale umfaßt wird, welche ihrerseits wieder
mit einem Gleitschuh zusammenhängt# ist es
besonders wichtig, die an sich
bei einem innerhalb des Kolbens liegenden Kugelgelenk bekannte Entlastung der Kolbengleitflächen
von dem mit dhi Drehmomentbildung zusammenhängenden Seitendruck auszuführen. Denn
bei der vorgenannten bekannten Kolbenbauart mit im Kolben liegendem Kugelgelenk,
bei welcher die Kugel mit dem Gleitschuh fest verbunden ist und andererseits die
Kugelschale innerhalb des Kolbens selbst angebracht ist, liegt der Angriffspunkt
dieser Seitenkräfte demgemäß noch innerhalb der tragenden oder wenigstens tragfahigen
Kolbengleitfläche, wahrend dagegen bei außen am Kolben angebrachter, mit diesem
fest zusammenhängender Kugel, welche die Ausführung eines großen, über den Kolbendurchmesser
hinausgehenden Kugelgelenkes gestattet, diese Resultierende stets außerhalb der
Kölbengleitbahn. verläuft. Bei dieser demgemäß für hohen Betriebsdruck in Anbetracht
der größeren Ausführung des Kugelgelenks besonders geeigneten Bauart ist daher die
Beanspruchung der Kolbengleitflächen sowie der Gleitbahn an den Zylindern verhältnismäßig
groß, so daß die Anbringung einer öldruckentlastung, die in bekannter Weise von
der Neigung des Gleitschuhes gesteuert wird, hier besonders wünschenswert ist bzw.
bei Hochdruckbetrieb und hohen Drehzahlen auch durchaus notwendig ist. In der bei
innen im Kolben liegendem Kugelgelenk bekannten Weise lassen sich jedoch die Kanäle,
welche die Steuerung der Öldruckfelder mittels der Neigung des Gleitschuhes bewerkstelligen,
bei dieser für Hochdruckbetrieb geeigneten Ausführung nicht herstellen, weil die
außen am Kolben angebrachte Kugel zur Durchführung der Entlastung der Gleitflächen
die Anordnung sehr langer Kanäle zwischen der Gelenkkugel und den von dieser verhältnismäßig
sehr viel weiter entfernten Gleitflächen des Kolbens verlangL Ferner wird nun die
Anbringung der erforderlichen Verbindungskanäle zwischen Kugelgelenk, Gleitflächen
und den zu entlastendL-n, Gleitflächen des Kolbens in der Regel wenigstens noch
dadurch erschwert, daß die Kugel mit dem Kolben mit einer Verjüngung, die man meist
Kugelhals nennt und die in ihrem Außendurchmesser erheblich unter dem Außendurchmesser
des Kolbens zu liegen pflegt, zusammenhängt, wenn man das Kugelgelenk in zweckmäßiger
Weise, insbesondere auch für die Ausführung von- Rückzugkräften an dem Kolben ausbilden
will. Hiermit wird der verfügbare Raum für die Unterbringung der Kanäle so weit
eingeengt, daß mit den üblichen Hilfsmiteln, etwa Einbohren von entsprechenden,
hauptsächlich axial gerichteten Bohrungen in den Kugelhab, diese Aufgabe praktisch
nicht gelöst werden kann. Besonders wenn die erwähnte, Rückzugseinrichtung
angebracht werden soll, muß der Durchmesser des Kugelhalses wesentlich kleiner sein
als derjenige der Kugel selbst, welche bei dieser Ge>-triebebauart aus räumlichen
Gründen in der Regel nicht größer, sondern oft sogar kleiner als der Kolbendurchmesser
ausgeführt werden muß, so daß der erwähnte Kugelhals in der Regel etwa nur zwei
Drittel bis zur Hälfte des Kolbendurchmessers als kleinsten Durchmesser besitzt.
Dazu ist noch festzustellen, daß dieser Kugelhals erheblichen mechanischen Beanspruchungen,
und zwar auch Biegungsbeanspruchungen wenigstens beim Hochdruckbetrieb, woselbst
die Kolbengleitflächenentlastung wichtig ist ausgesetzt ist, so daß die gesamte
Anordnung der Steuerkanäle einschließlich des druckölzuffihrenden Hauptkanals, welcher
auch noch den Gleitschuh mit Drucköl zu versorgen hat, eng um die Mittelachse des
Kolbens und des Kugelhalses zusammengedrängt ausgeführt werden muß. Bohrungen oder
Kanäle, welche sich dem Außenumfang des Kugelhalses nähern, würden an dieser Stelle
gefährliche Spannungskonzentrationen in dem Material des Kugelhalses
bedingen,
so daß sie unbedingt in das weniger hoch beanspruchte Material nahe der Kolben-
oder Kugelhalsachse verlegt werden müssen. Die Kanäle mit Hilfe von Bohrmaschinen
in dieser Weise eng zusammengedrängt an der Kolbenachse herzustellen, ist aber,
zumal bei den meist nicht sehr großen Werkstücken, um welche es sich hier handelt,
ein schwieriger und insbesondere für die Serienherstellung durchaus ungeeigneter
Prozeß,. Solche engen und langen Bohrungen auch noch mit glatten Wandungen auszuführen,
bereitet noch besondere Schwierigkeiten, und dies ist doch zweifellos nötig, um
Spannungskonzentrationen an der Wand dieser Bohrungen und von diesen ausgehende
Ermüdungsbräche zu vermeiden, was auch dann noch wichtig ist, wenn die Kanäle in
der inneren Hälfte des Kugelhalses liegen.
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Die gestellte Aufgabe besteht darin, die erwähnten Nachteile zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird nun eine einfache Ausführbarkeit dieser Kanäle
unter Vermeidung aller schädlichen Spannungskenzentrationen in dem Kugelhals dadurch
erzielt, daß eine genau oder annähernd konzentrisch zur Kolbenachse zentrale und
leicht mit glatten Wandungen herzustellende Bohrung ausgefährt wird, welche in,
der Regel weniger als die Hälfte des Kugelhalsdurchrnessers erfordert und die dabei
leicht mit glatter Wandung und dementsprechend ohne Spannungskonzentrationen zu
verursachen durch den Kugelhals hindurchgeführt worden kann.
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Eine, einzige zentrale Bohrung, deren Durchmesser beispielsweise trotz
leichter Bearbeitbarkeit etwa in der Größe von der Hälfte bis ein Drittel des Kugelhalsdurchmessers
gewählt werden kann, schwächt die Festigkeit dieses Halses einerseits nur in unbedeutendem
Maße. Andererseits kann sie aber mit bekannten Hilfsmitteln nicht nur sehr einfach
und billig, sondern auch außerordentlich glatt hergestellt werden, wie dies aus
den oben angegebenen Gründen notwendig ist. Durch bekannte Maßnahmen läßt sich eine
derartige nicht zu kleine Behrung auch noch mit besonders verdichteter Oberfläche,
z. B. durch Rollen, herstellen.
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Es wird nun in äußerst einfacher Weise die Anlage des Kanalsystems
für die Entlastungsfelder in der Weise durchgeführt, daß in die vorerwähnt-- glatte
zentrale Bohrung des Kugelhalses ein genau passender Stift eingeführt oder eingepreßt
wird, welcher an seinem Außenumfang mit Kannelierungen versehen ist die zur Verbindung
der Druckölfelder mit den an den Gleitflächen der Gelenkkugel anzuordnenden Steuereinrichtungen
dienen. Die aus den oben angegebzned mechanischen Grunden notige glatte Ausführung
del> Wände dieser zentralen Bohrung gewährleistet gleichzeitig die öldichtigkeit
der durch die Kannelierung des Stiftes gebildeten öldruckkanäle. Außerdem enthält
dieser Stift noch in der Regel in seiner Längsachse einen -einzigen eingebohrten
Kanal, welcher der Zuführung des Hochdrucköls für die Gleitschulischmierung und
Entlastung dient, ebenso -auch für die Zuführung des Hochdrucköls, welches durch
die Steuereinrichtungen zu den Entlastungsfeldem zurückgespeist wird.
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An Stelle, an dem Außenumfang des Stiftes, Kannelierungen zur Bildung
der Kanalverbindungen vorzusehen, kann man solche natürlich auch in das Innere -der
erwähnten zentralen Bohrung einziehen, da auch dann mit bekannten Hilfsmitteln,
dessen Oberfläche glatt oder durch die Bearbeitung sogar verdichtet und verbessert
ausgeführt werden kann.
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In Abb. 1 ist beispielsweise eine derartige Kolbengetriebeeinheit
dargestellt, welche sowohl als ölpumpe als auch als Ölmotor arbeiten kann, mit ihrem
Kolben 1 und dem dazugehörigen Zylindertrommelteil 2 sowie den Steueröffnungen
3 und deT Steuerfläche bei 4. Die Einzelheiten der Bauweise dieses Getriebes
sind für die Erfindung unwesentlich. Wesentlich ist die konstruktive Ausbildung
der hy-
draulischen Steuerung der an sich bekannten Entlastungsfelder in der
Kolbenoberfläche. Diese geschieht unter Vermittlung der zentralen Bohrung
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des Kolbens, in welche ein Stift 8 dicht schließend eingepreßt oder
eingesetzt'ist, dessen Oberfläche mit einer Kannelierung 18 oder mit einem
System schraubenartig gewundener ölkanäle ausgestattet ist.
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In Abb. 2 ist der in den, Kolben eingepreßte Stift 8
in vergrößertem
Maßstab dargestellt. Er enthält eine, Längsdurchbohrung 9, und in diese kann
D.ruckbl aus dem Raum 10 eintreten (vgl. auch die Abb. 4). Damit keine störenden
Fremdkörper etwa die feinen ölkanäle verstopfen können, erfolgt die ölzufuhr zu
dem Hochdrucköl führenden Raum 10 über eine oder mehrere Querbährungen
11 und eine Ringnut 12, wodurch in bekannter Weise der Fremdkörpereintritt
verwehrt wird, jedoch genügend öl zur Verfügung steht, insbesondere wenn
man etwa die Kolbenoberfläche neben dieser Ringnut bei 12 etwas kleiner als den
sonstigen Kolben in ihrem Durchmesser ausführt oder mit Abflachungen oder feinen
Nuten versieht. Das durch die Bohnmg 9 strömende Drucköl wird nun der Oberfläche
der Kugel 7 zugefährt, wobei der eingepreßte Stift 8 zusammen mit
der Kugel 7 fertiggeschliffen wird, gegebenenfalls unter Berücksichtigung
einer Vertiefung für den Körner einer Werkzeugmaschme, jedoch so, daß die ölkanäle
noch nicht in ständiger Verbindung mit der Drackölzufuhrbohrung 9 stehen,
wenn die, Hohlkugelfläche in dem Schuh 13 sie bedeckt. In dem
Schuh
13 wird zweckmäßig eine kleine Aussparung 14 mit scharfen oder gerundeten
Kanten vorgesehen, welche kleiner als der Stift 8 abzüglich seiner Kannelierungen
im Durchmesser hergestellt wird, so daß bei Mittellage des Schuhes 13 die
DmcköL-ufahr zu den Kanälen geschlossen oder wenigstens zweckmäßigerweiw etwas gedrosselt
wird.
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Wird nun der Schuh 13, wie in Abb. 1 gezeigt, nach links
geneigt, so läßt sich offenbar erreichen, daß nur die linksseiten Kannelierungen
am oberen Ende des Stiftes 8 mit Drucköl versorgt werden, die übrigen dagegen
verschlossen sind. Die schraubenförrnigen Kannelierungen werden nun entweder als
Rechts- oder Linksgewinde, so ausgeführt, daß sie auf der Entfernung zwischen dem
äußeren Kugelende bis zu den ersten Druckölzuführungen bei 15 eine Vordrillung
von rund 180' ergeben. Hierdurch wird es möglich, daß Drucköl bei dieser
Neigung des Schuhes gerade zu den Verteilungsnuten 151 gelangt, und zum anderen
Teil der Kolbenoberfläche, an dem die höchste Flächenanpressung durch die Drehmomentübertragung
eintritt. Durch die, dargestellten Verteilungsnuten 151 (vgl. Abb.
3) kommt dann das Druckölfeld so weit, daß bei weitmöglichst aus dem Zylinder
herausgezogenem Kolben etwa diese Verteilungsnuten schon zu nahe an die Endbegrenzung
der Zylinderlaufbahn kommen.
Damit ist die selbsttätige Steuerung
der Druckölfelder entsprechend der jeweiligen Lage der Anpreßkräfte am äußeren Kolbenende.
geklärt.
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Es ist nun richtig, daß eine, wenn auch wesent-Ech schwächere Anpressung
auch am inneren Kolb--nende zu gewärtigen ist, allerdings hegt diese an dem linken
Teil der Oberfläche des Kolbens, wenn der Schuh 13 so, wie in Abb.
1 dargestellt, geneigt ist. Die Hinübertransportierung des Druckölzuflusses
zu den Entlastungslöchern 16, die dieses innere Kolbenende versorgen, geschieht
einfach dadurch, daß man etwa mit derselben Schraubensteigung den Druckölstrom jeder
einzelnen Kannelierung nochmals um 180' verdreht, wobei hierfür entweder
besondere Kannelierungen oder aber die gleichen in Verlängerung vorgesehen werden
können, wenn man durch die Längenerstreckung der Nuten zwischen den Bohrungen
15 und 16 für eine genügende Drosselung sorgt bzw. die Nuten oder
Kannelierungen hier besonders klein ausfährt.
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In den meisten Fällen wird man jedoch hierauf verzichten können,
da die Anpreßkräfte am inneren Kolbenende viel geringer sind. Man kann dann den
Stift 8 beinahe auf seine Hälfte verkürzen, etwa so, daß sein Kopf
17 schon in der Nähe der Bohrungen 15 liegt, womit sich die Herstellung
vereinfacht, da man bis zu dieser Stelle den Druckölzuführungsraum mit entsprechend
größerem Durchmesser verlängern kann und nur einen entsprechend kurzen Drossel-und
Umleitungsstift mit den Kannelierungen auszuführen hat.
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Die Einzelheiten sind für die Erfindung nicht wesentlich. Beispielsweise
kann man auch die Kannelierung bis in die Nähe des Kopfes 17 durchziehen,
unter Ausnutzung der hier ohnedies erforderlichen Eindrehung, und dann durch einen
passend deformierten Dichtungsring dafür sorgen, daß an dieser Stelle nicht etwa
ein Kurzschluß eintritt.
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An Stelle. des kanneherten Stiftes und einer glatten Bohrung im Kolbeninnem
kann auch ein glatter Stift benutzt werden und zusammenwirken mit schraubenartig
in das Kolbeninnere eingezogenen Nuten, was insbesondere bei größeren Ausführungen
möglich ist.