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Stößelbetätigter Schieberkolben für hydraulische Pumpen oder Motoren
Die Erfindung betrifft einen stößelbetätigten Schieberkolben zum Steuern des Ein-
und Auslasses in den Zylinder von hydraulischen Pumpen und Motoren.
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Es sind eine Reihe Bauarten von Pumpen und Motoren der obengenannten
Bauart bereits bekannt. Diese weisen jedoch sämtlich den Nachteil auf, daß eine
Leistungsabnahme auftritt infolge der Wärmedehnung der Ventilstößel während des
Betriebes, wodurch unkontrollierbare und unerwünschte Änderungen der Ventileinstellung
auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, stößelbetätigte Schieberkolben
zum Steuern des Ein- und Auslasses in den Zylinder von hydraulischen Pumpen oder
Motoren zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweisen.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist im wesentlichen darin zu sehen, daß
der Schieberkolben eine ringförmige Nut aufweist, die mit dem Zu- bzw. Ablauf in
Verbindung steht und deren wirksame Steuerkante eine hin- und hergehende Bewegung
parallel zu der Querschnittsfläche des Ein- bzw. Auslasses des Motor- bzw. Pumpenzylinders
ausführt, daß der Schieberkolben eine axiale Bohrung aufweist, die sich bis über
die Ebene der Steuerkante erstreckt und an deren innerem Ende der Stößel angreift,
und daß der Stößel einen geringeren Durchmesser hat als die axiale Bohrung im Schieberkolben.
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Bei einer derartigen Konstruktion nimmt der die Zylinder enthaltende
Zylinderblock infolge der guten Wärmeleitfähigkeit von Metall eine einheitliche
Temperatur an. Ein Temperaturgradient wird lediglich an der äußeren Oberfläche des
Zylinderblocks bzw. den daran angrenzenden Mediumsschichten auftreten. Kurzzeitige
Temperaturänderungen des Drucköls bewirken daher infolge der Wärmekapazität des
Zylinderblocks keine wesentliche Temperaturänderung. Andererseits hat der Schieberkolben
bei einer erfindungsgemäßen Ausbildung keine ausreichende Wärmeübertragungsfläche
zu dem Zylinder und ist von diesem noch durch einen Ölfilm mit verhältnismäßig schlechter
Wärmeleitfähigkeit getrennt. Der Schieberkolben stellt sich daher sehr schnell auf
die Drucköltemperatur ein. Infolge einer weitgehend wärmemäßigen Isolierung der
Stößelstange sind Längenänderungen der Stößelstange durch Temperaturänderungen vermieden.
Insbesondere kann die Stößelstange keinen schnellen Temperaturschwankungen folgen,
genausowenig wie es der Zylinderblock vermag. Das Steuerverhalten des Schieberkolbens
bleibt daher immer gleich.
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Vorzugsweise ist die Lagerung für die Stößel-Stange in dem Schieberkolben
und das zugeordnete Angriffsende des Stößels abgerundet, wobei letzteres einen kleineren
Krümmungsradius aufweist. Hierdurch wird eine besonders gute Wärmeisolierung zwischen
dem Schieberkolben und dem Stößel bewirkt.
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Vorzugsweise ist der Stößel am anderen Ende in gleicher Weise ausgebildet
und gelagert.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform weist der Schieberkolben an
seinem Kopfende einen fingerhutartigen Einsatz auf, der die Lagerung für den Stößel
sowie einen äußeren Anschlag für eine Ventilfeder trägt.
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Die_ Erfindung ist im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung
an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben, welches eine Kolbendruckpumpe
darstellt, die teilweise im Axialschnitt gezeichnet ist.
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Auf der nicht dargestellten Welle des Motors oder der Pumpe ist ein
Exzenter 1 angebracht, gegen dessen Umfangsführungsfläche die Gleitstücke 2 der
Kolbenstangen 3 in Anlage gehalten werden. Jede dieser Kolbenstangen 3 ist mit einem
teilkugeligen Lagerkopf 4 versehen, welcher sich innerhalb eines zugeordneten Kopflagers
5 des Kolbens 6 bewegen kann. Der Kolben 6 führt innerhalb eines Zylinders 7 eines
Zylinderblocks 8 hin- und hergehende
Bewegungen aus, wobei der Zylinderblock
8 mit einem abnehmbaren Zylinderkopf 9 versehen ist, der gegenüber jedem Kolben
6 den jeweiligen Kompressionsraum 10 bildet. Dieser Kompressionsraum
10 steht an seinen beiden Enden oder Seiten mit einem Einlaß- bzw. einem
Auslaßdurchbruch 11 bzw. 12 in Verbindung, so daß diese beiden Durchbrüche
11, 12 durch jeweils zugeordnete Schieberkolben 13, 14 gesteuert werden,
deren Betätigung über je einen Stößel 15 erfolgt, welcher einen geringeren
Außendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser der Innenausnehmung des Ventilkörpers.
Die Betätigung jedes Stößels 15 wird durch einen zugeordneten Einlaß- bzw. Auslaßnocken
16 bzw. 17 bewirkt, welche mit dem Exzenter l verschraubt sind.
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Die übertragung der Steuerbewegungen jedes Nockens 16, 17 auf das
zugeordnete Ventil mit dem betreffenden Stößel 15 erfolgt über einen Stößelkolben
18, der die Form eines tiefen Napfes aufweist und mit seinem abgerundeten bzw. teilkugeligen
Sitz 19 sowie einer Seitenwandung 20 versehen ist, die sich nach oben
und außen hin erweitert, so daß ein Innenkonus entsteht, dessen Konuswinkel nur
wenige Grade beträgt. Jeder Stößelkolben 18 wird gleitbar innerhalb einer Buchse
21 geführt, welche mit Preßsitz in einem Sockel des Zylinderblocks 8 gehalten
ist.
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Das untere Ende jedes Stößels 15 ist bei 22 entsprechend
dem zugebrdneten Sitz 19 abgerundet oder halbkugelig geformt, so daß der
Rundungsradius dieses Stößelendes nicht größer, sondern vorzugsweise ein wenig geringer
ist als der Radius des Sitzes 19. Auf diese Weise wird eine Selbstausrichtung jedes
Stößels 15 bewirkt und eine geringste Anlagefläche für die tlbertragung von Wärme
vom Stößelkolben 18 auf den Stößel 15 hin erreicht.
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Ersichtlich ist jeder Schieberkolben 13 bzw. 14 allgemein rohrartig
ausgebildet und weist mit Abstand voneinander angeordnete obere und untere Außenführungsflächen
23 und 24 auf. Der Schaftteil 25 geringeren Durchmessers zwischen diesen Führungsflächen
23 und 24 steht jeweils einer Einlaß-bzw. Auslaßöffnung 26 bzw. 27 gegenüber.
Durch die Führungsflächen 23, 24 wird gegenüber der Wandung von jeweils zugeordneten
Ventilbohrungen 28 bzw. 29 eine Abdichtung gegenüber dem Druckmedium
bewirkt, wobei die obere Führungsfläche 23
gleichzeitig dazu dient, den Einlaß-
bzw. Auslaßdurchbruch 11 bzw. 12 zu öffnen oder zu schließen. Die Länge des Schaftteils
25 zwischen den Führungsflächen 23, 24 ist so gewählt, daß die öffnungen
26 und 27 während des Ventilhubes niemals völlig abgeschlossen sind.
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Der Kopf des Schieberkolbens 13 bzw. 14 wird durch einen fingerhutartig
geformten Teil 30 gebildet, der mit einem inneren abgerundeten bzw. teilkugeligen
Sitz 31 und sich erweiternden oder konischen Seitenwänden 32 versehen ist. Gegen
diesen Sitz 31 liegt das entsprechend abgerundete oder halbkugelige obere Ende 33
des zugeordneten Stößels 15 an, so daß der Radius dieses abgerundeten Endes des
Stößels 15 nicht größer, sondern vorzugsweise geringer ist als der Radius des Sitzes
31.
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Der Teil 30 ist in das obere Ende der durch den jeweiligen
Schieberkolben 13 bzw.14 durchgehenden Axialbohrung eingeschraubt und in der gewünschten
Einstellage mittels einer Flanschmutter 34 gehalten, welche gleichzeitig
als untere Abstützung für eine Ventilfeder 35 dient, die als Schraubendruckfeder
ausgebildet ist. Das obere Gegenlager für diese Feder 35 wird durch einen Flanschstutzen
36 gebildet, welcher gleitbar in einer oberen Verlängerung 37 der betreffenden
Ventilbohrung 28
bzw. 29 gehalten ist und gegen eine Innenschulter
einer Kappe 38 anstößt, die mit Außengewinde auf der oberen Verlängerung 37 der
genannten Ventilbohrungen gehalten ist.
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Während des Laufs des Motors oder der Pumpe erfolgt über die betreffenden
Stößel 15 und Stößelkolben 18 von den zugehörigen Einlaß- bzw. Auslaßnocken
16 bzw. 17 her eine kontinuierliche Hin-und Herbewegung der Schieberkolben
13 und 14. Während des Arbeitens des Motors oder der Pumpe steigt naturgemäß die
Temperatur der arbeitenden Teile an, so daß bei den bisher bekannten Ausführungsformen
von Ventilen durch die Wärmedehnung der Stößel und der Schieberkolben eine Änderung
der Ventileinstellung eintrat, so daß die Leistung der Pumpe oder des Motors geringer
wurde. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird dieser Nachteil aus nachstehenden
Gründen ausgeschaltet oder zum mindesten wesentlich verringert.
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Einmal erfolgt durch den radialen Abstand zwischen der Innenwandung
jedes rohrförmigen Schieberkolbens 13, 14 von dem zugeordneten Stößel
15 eine wesentliche Wärmeisolation letzterer gegenüber der von der Ventilwandung
abgegebenen Wärme.
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Zweitens wird durch die sehr geringe Berührungsfläche zwischen den
abgerundeten Enden 22, 33 der Stößel 15 und den zugehörigen Sitzen
19, 31 von Stößelkolben 18 und Teil 30 eine wesentliche Verringerung der
Wärmeüberleitung von diesen Teilen auf die Stößel 15 erreicht.
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Da drittens die Ventileinstellung hauptsächlich durch eine Änderung
im AxiaIabstand der Krone des abgerundeten Sitzes 31 von der unteren Kante der Führungsfläche
23 bestimmt ist und da dieser Abstand erfindungsgemäß sehr gering ausfallen kann,
ist es möglich, die Wärmedehnung des Ventils praktisch zu vernachlässigen. Jedenfalls
wird durch eine mögliche Längendehnung der Stößel 15 die Krone des abgerundeten
Sitzes 31 angehoben und hierdurch bewirkt, daß Wärmedehnungen des Kopfendes
des betreffenden Ventils ausgeglichen werden können.