DE1948314A1

DE1948314A1 - Einrichtung zur Verminderung der Reibung bei Vorrichtungen mit relativ zueinander beweglichen Maschinenteilen

Info

Publication number: DE1948314A1
Application number: DE19691948314
Authority: DE
Inventors: Kates Willard A
Original assignee: W A Kates Co
Current assignee: W A Kates Co
Priority date: 1968-10-29
Filing date: 1969-09-24
Publication date: 1970-05-06
Also published as: DE1948314C3; CA920445A; DE1948314B2; GB1282435A

Description

Patentanwälte Difl.-Ing. F. Weickmann, 1948314

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincki Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

I MÖNCHEN «6, DEN

POSTFACH 160120

MOHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 413921/22

Vo/th - 2330

W. A. Kates Company

450 Waukegan Road, Deerfield, Illinois,

USA

Einrichtung zur Verminderung der Reibung bei Vorrichtungen mit relativ zueinander beweglichen Maschinenteilen

Priorität: USA vom 29. Oktober 1968
Kr. 771 551

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verminderung der Reibung bei Vorrichtungen mit relativ zueinander beweglichen Maschinenteilen, wie z. B. einem zylindrischen Teil, das verschiebbar in einer Außenteilbohrung aufgenommen ist, deren eines Ende sich zu einem Hochdruckraum und deren anderes Ende sich zu einem Niederdruckrauiii öffnet und deren Durchmesser größer ist als der des zylindrischen Teils, wobei zwischen dem Zylinder und der Wandung der Außenbohrung ein Druckmediumstrom durch den Zwischenraum von dem Hochdruckraum zu dem Nieäerdruckraum gebildet wird.

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Bei Vorrichtungen, die zylindrische Teile wie z. B. Kolben, Wellen usw. aufweisen, die in einer Bohrung eines Außenteils aufgenommen sind, besteht ein Problem in dem Hängenbleiben bzw. dem Reibungswiderstand gegen eine freie Bewegung des zylindrischen !Teils relativ gegenüber der Wandung des Außenteils. Es ist bekannt, den gegenüberliegenden Oberflächen eine hohe Oberflächengüte zu verleihen, um ein solches Hängenbleiben unter Reibung zu vermindern. Biese Problemlösung hat sich Jedoch als nicht vollständig befrie-" digend erwiesen, da bei manchen Vorrichtungen mit hoher Oberflächengüte dennoch ein Hängenbleiben und eine hohe Reibung auftreten.

Eine verbesserte Vorrichtung zur Verminderung des Hängenbleibens und der Reibungskräfte ist in der USA-Patentschrift 3 223 115 gezeigt, die einen ßtrömungsregler betrifft. Da^ bei kann der Kolben an seinem Ende abgeschrägt sein, um in Umfangsrichtung ein® winkelige Oberfläche zu bilden, die ausreicht, um ein Medium, das durch die Vorrichtung zwischen den hin- und hergleitenden Oberflächen strömt, abzuziehen, · um wirksam die Reibung zu vermindern und ein Hängenbleiben ) des Kolbens in dem Zylinder zu verhindern. Außerdem ist der Kolben mit ringförmigen Nuten versehen, die einen Druckgradienten in einer nahezu graden Linie zwischen den beiden Enden des Kolbens bewirken, der bestrebt ist, den Kolben in dem Zylinder zu zentrieren. .

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine weiter verbesserte Einrichtung zum Ausgleichen des Druckes des Mediums um ein zylindrisches Teil vorgeschlagen, um wirksam die Reibung und das Hängenbleiben bei solchen Vorrichtungen zu vermindern. Die Erfindung schlägt insbesondere eine verbesserte

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Einrichtung zur Steuerung des Druckabfalles in der EingangsÖffnung zu dem Zwischenraum zwischen dem zylindrischen Teil und der dieses umgebenden Wandung des Außenteils vor, um den Druckausgleich relativ klein zu machen und dadurch den seitlichen Druck zu vermindern, der das zylindrische Teil einzuspannen und die Reibung an der umgebenden Wand des Außenteils und dessen Hängenbleiben zu erhöhen bestrebt ist. Bei den dargestellten Ausführungsbeispiel kann das zylindrische Teil ein Kolben oder eine Welle sein.

Demgemäß zeichnet sich der Gegenstand der Erfindung aus durch eine Einrichtung an wenigstens einem der Teile, die eine ringförmige Nut in einem der Teile begrenzt, die sich zu dem Zwischenraum an einem Teii des zylindrischen Teils öffnet, der nahe bei einem dicht bei einem der Druekrtuiie befindlichen Teil liegt und eine Einrichtung, die die-Hut und den Hochdruckraum zur Verminderung des Druckabfalls durch den Zwischenraum zwischen den Teilen des zylindrischen Teils auf einen vorgewählten niedrigen Wert verbindet. Die ringförmige Nut kann nahe der Eingangsöffnung zu dem Zwischenraum an dessem Hoerdrückende, an dessen Niederdruckende oder gewünschtenfalls an beiden Enden gelegen sein. Sie ringförmig« Nut kann in dem zylindrischen Teil oder in der Wandung des umgebenden Außenteile ausgebildet sein. Die Verbindungseinrichtung kann Kanäle durch eines der beiden Teile aufweisen} bei dem Aueführungebeispiel befinden sich die Kanäle in dem Teil, in dem die Nut vorgesehen ist. Andererseits kann die Verbindungseinrichtung Nuten aufweisen, die sich seitlich zu dem Zwischenraum und in Längsrichtung zu der ringförmigen Nut und den benachbarten Druckraum öffnen. In den Figuren 1 bis 7 ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt und nachstehend näher erläutert.

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Es zeigt: '

Pig. 1 einen Axialschnitt einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung;

Pig. 2 eine Aufsicht auf die Vorrichtung;

Fig. 3 einen Axial schnitt des unteren Teils der Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 4 einen Axialschnitt durch die Vorrichtung in Ψ einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 5 eine Aufsicht auf die Vorrichtung der Fig. 4;

Fig. 6 einen Axialschnitt eines Teils einer Vorrichtung in einer weiteren Aueführungsform und

Fig. 7 eine Aufsicht auf die Vorrichtung der Pig. 6.

Bei der beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, ist eine verbesserte Einrichtung zur Verminderung der Reibung und des Sängenbleibens zwischen relativ zueinander beweglichen Teilen vorgesehen. Bei der Erläuterung der'Erfindung sind die relativ zueinander beweglichen Teile als Kolben-Zylinder- und Wellen-Zapfen-Vorrichtungen gezeigt; die Erfindung kann jedoch auch auf andere ähnliche, relativ zueinander bewegliche Teile angewandt werden.

Bezugnehmend auf die Figureh 1 und 2 ist ein Zylinder 10, der einen Steuerkolben umfaßt, koaxial beweglich in der Bohrung 11 eines AußenzylinderB 12 angeordnet. Die Bohrung 11 öffnet sich an einem Ende zu einem Hochdruckraum 13 und an ihrem gegenüberliegenden Ende zu einem Niederdruckraum 14. Der Kolben 10 hat einen etwas kleineren Durchmesser als

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die Bohrung 11 und somit kann ein Druckmedium von dem Hochdruckraum 13 durch einen ringförmigen Zwischenraum 15 zwischen dem Kolben 10 und dem Zylinder 12 zu dem Niederdruckraum 14 strömen. In üblichen Kolben-Zylinder-Vorrichtungen ist ein solches Druckmedium bestrebt, den Kolben einzuspannen; dieses Einspannen neigt dazu, die Reibung zwischen dem Kolben und dem Zylinder zu erhöhen und bewirkt, daß die Bewegung des Kolbens erschwert bzw. verlangsamt und dadurch die Genauigkeit der durch den Kolben ausgeführten Steuerung vermindert wird.

Die vorliegende Erfindung umfaßt eine verbesserte Einrichtung zur Verminderung der Reibung, die allgemein mit 16 bezeichnet ist und die eine ringförmige Nut 17 an einem Ende des Kolbens 10 umfaßt, die geringfügig von der Eingangsöffnung 18 von dem Hochdruckraum 13 zu dem Zwischenraum entfernt ist. Wie in Fig· 1 gezeigt ist, öffnet sioh dia ringförmige Nut 17 radial nach außen zu dem Zwischenraum

Eine allgemein mit 19 bezeichnete Einrichtung verbindet den Hochdruckraum 13 und die ringförmige Hut 17· Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Pig. 1 umfaßt die Verbindungseinrichtung 19 eine erste Durchlaßeinrichtung, die von einer axialen Ausnehmung 20 begrenzt wird, und eine zweite Durchlaßeinrichtung, die von mehreren radialen Öffnungen 21 begrenzt wird, die einen Strömungsdurchlaß zwischen dem Hochdruckraum 13 und der Nut 17 bilden· Die Offnungen 21 sind so gewählt, daß sie die Strömung des Druckmediums aus dem Raum 13 beschränken, um einen vorgewählten Strom parallel zu dem Mediumsstrom durch die Eingangsöffnung zu dem Zwischenraum 15 zu bilden.

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Somit wird das Medium, das durch, den Zwischenraum 45 strömt, nahe der Eingangsöffnung 18 auf zwei parallele Wege verteilt, wobei ein Weg durch die Eingangsöifnung 18 von dem Hochdruckraum 13 und der andere Weg durch die Ausnehmung 20, die Öffnungen 21 und die ringförmige Nut 1? führt. Somit kann der Druckabfall an dem Eingang 18 durch Steuerung des Druckabfalls durch die Öffnungen 21 so gesteuert werden, daß er von den Parametern der Kolben- und Zylinderbohrungsabmessungen unabhängig ist. Die sich ergebende Steuerung des seitlichen Druckes des Kolbens vermindert somit wirksam die Reibung des •Kolbens 10 an dem Außenzylinder 12, wodurch wirksam die Genauigkeit und die Geschwindigkeit des Kolbens 10 gegenüber dem Außenzylinder 12 wesentlich, erhöht wird.

Die Einrichtung zur Verminderung der Reibung kann nicht, nur an dem Hechdruckende der Vorrichtungen verwendet werden,, sondern sie kann andererseits oder zusätzlich, an dem Niederdruckende vorgesehen werden. So kann., wie in Fig. $ gezeigt ist, die ringförmige Nut 117 an dem unteren Ende 122 des Kolbens 110 vorgesehen werden, um eine Einrichtung 116 zur Verminderung der Reibung zu begrenzen, die im wesentlichen der Einrichtung 16 der Pig. 1 gleich ist.·

Wie oben kurz angegeben wurde, kann der Zylinder andere Formen als den Zylinder 10 der Pig. 1 umfassen. Eine solche weitere Form ist in Fig. Λ. gezeigt, in der der Zylinder eine Welle 210 umfaßt, die durch die Bohrung 211 des Außenteils 212 verläuft. Die Welle kann beispielsweise in dem Teil 212 gelagert sein. Außerdem kann die Einrichtung 216 zur Verminderung der Reibung, die in den Figuren 4· und 5 dargestellt ist, beispielsweise eine ringförmige Nut 217

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umfassen, die in dem äußeren Teil 212 ausgebildet ist und die sich, radial nach innen zu dem Zwischenraum 215 öffnet. Wie gezeigt ist, ist die Mut 21? dicht an dem Teil der Welle 210 an der Eingangsöffnung 218 von dem Hochdruckraum 213 an. dem Zwischenraum 215 angeordnet. Die Verbindungeeinrichtung 2.19 umfaßt beispielsweiße mehrere öffnungen 221, die parallel zur Achse der Bohrung 211 und der Welle 210 verlaufen. Die Funktionsweisen der Einrichtung 216 zur Verminderung der Reibung ist der Einrichtung 16 zur Verminderung der Reibung gleich, in dem ein gesteuerter niedriger Druckabfall an der Eingangsöffnung 218 zu dem Zwischenraum 215 geschaffen wird, der bestrebt ist, die seitlichen Translationskräfte zu vermindern, die auf die Welle 210 infolge des Druckmediumsströmes durch die Bohrung 211 wirken.

In den Figuren 6 und 7 ist eine weitere Aus führung sform der Erfindung gezeigt, die einen Kolben 310 umfaßt, der mit einer Reibungesteuereinrichtung 316 ähnlich der Einrichtung 16 zur Verminderung der Reibung versehen ist, bei der jedoch die allgemein mit 319 bezeichnete Verbindungseinrichtung mehrere Buten 321 umfaßt, die sich seitlich nach außen zu dem Zwischenraum 315 an der Eingangeöffnung 318 öffnen.

Jede der Ausführungsformen der Figuren 3 bi« 7 ist im Aufbau der Ausführungsform der Figuren 1 und 2 gleich, mit Ausnahme der erwähnten Abweichungen. Gleiche Teile der verschiedenen Ausführungsformen sind in gleicher Weise gekennzeichnet mit Ausnahme der Hunderter-Bezugszeichen, die bei den jeweiligen Aueführungsformen verschieden sind·

Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung in verschiedener Weise abgewandelt werden kann.

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So können ζ. B. die in Längsrichtung verlaufenden Nuten *·^ 321 derart ausgebildet sein, daß sie sich radial nach
innen zu dem Zwischenraum öffnen, statt radial nach außen wie bei der Einrichtung 319, wobei die ringförmige Nut an dem äußeren Teil ausgebildet ist. Wie oben kurz angedeutet wurde, kann die Reibungesteuereinrichtung entweder an dem Hochdruck- oder an dem Niederdruckende oder an beiden Enden der Vorrichtung angeordnet werden·

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Claims

Patentansprüche

1J Einrichtung zur Verminderung der Reibung "bei Vorrichtungen mit relativ zueinander beweglichen Maschinenteilen wie z. B. einem zylindrischen Teil, das verschiebbar in einer Außenteilbohrung aufgenommen ist, deren eines Ende sich zu einem Hochdruckraum und deren anderes Ende sich zu einem Niederdruckraum öffnet und deren Durchmesser größer ist als der des zylindrischen Teils, wobei zwischen dein Zylinder und der Wandung der Außenteilbohrung ein Druckmediumstrom durch den Zwischenraum von dem Hochdruckraum zu dem Niederdruckraum gebildet wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung an wenigstens einem der Teile (10, 12), die eine ringförmige Nut (17) in einem der Teile (10, 12) begrenzt, die sich zu dem Zwischenraum (15) an einem Teil des zylindrischen Teiles (10) öffnet, der nahe bei einem der Druckräume (13, 14) befindlichen Teile liegt und eine Einrichtung (19)» die die Nut (1?) und den Hochdruckraum (13) zur Verminderung des Druckabfalls durch den Zwischenraum (13) zwischen den Teilen des zylindrischen Teils (10) auf einen vorgewählten niedrigen Wert verbindet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das zylindrische Teil (10) aus einem Kolben besteht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das zylindrische Teil (10) aus einer Welle besteht.

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4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Nut (17) in dem zylindrischen Teil (10) ausgebildet ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Nut (17) in dem äußeren Teil (12) ausgebildet ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch W gekennzeichnet, daß die ringförmige Nut

(17) sich nahe dem Teil des zylindrischen Teils (10) befindet, der dicht bei dem Hochdruckraum (13) liegt.
7· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzei c h η e t, daß die ringförmige Nut (17) sich nahe bei dem Teil des zylindrischen Teils (10) befindet, der dicht bei dem Hochdruckxaum (13) liegt, und daß die Verbindungseinrichtung (19) eine erste Stromdurchlaßeinrichtung (20), die sich axial zu dem Hochdruckraum (13) öffnet, und eine zweite Stromdurchlaßeinrichtung (21), die sich quer zur Achse zwischen der ersten Stromdurchlaßeinrichtung (20) und der ringförmigen Nut (17) erstreckt, enthält.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich η et, daß die Verbindungseinrichtung (19) «ine Stromdurchlaßeinrichfcung enthält, die parallel zu der Achse des zylindrischen Teils (10) Yerläuft.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k β η η ζ ei eh η e t, daß die Verbindungseinrichtung Nuten (321) enthält, die sich in einem der Teile (10, 12) befinden und die sich seitlich zu dem Zwischenraum (315) öffnen.

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10. Einrichtung nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Verbindungseinrichtung eine Bohrung (221) in einem der Teile (10, 12) enthält, die quer zu der Achse im Abstand von dem Zwischenraum (215) angeordnet ist.

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