DE2107653A1

DE2107653A1 - Teleskopische Kolben Zylinder Vorrichtung fur hydraulische Maschinen und Maschinenteile

Info

Publication number: DE2107653A1
Application number: DE19712107653
Authority: DE
Inventors: Lennart Werner Kallhall Freese (Schweden) P
Original assignee: New Invent SA
Current assignee: New Invent SA
Priority date: 1970-02-20
Filing date: 1971-02-17
Publication date: 1971-09-02
Also published as: US3742819A; GB1288704A; SE343110B; DE2107653B2

Description

Dipl.-ing. Hens W. fVienir _M
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S/N 16-1

New-Invent S. A., 6, Rue Beilot, Genf/Schweiz

"Teleskopische KoIben-Zylinder-Vorrichtung für hydraulische Maschinen und Maschinenteile".

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Druckmediummaschinen oder Maschinenteile, insbesondere hydraulische Kolbenmaschinen, wie etwa Axial- und Radialkolbenmaschinen aber auch auf Maschinen, die mit gasförmigen Medien arbeiten, wie etwa pneumatische Maschinen und solche Maschinenteile, wie hydraulische und pneumatische Gelenkverbindungen od. dgl. J

Bei hydraulischen Kolbenmaschinen, insbesondere Axialkolbenmaschinen wird der auf den Kolben wirkende Arbeltsdruck normalerweise auf die Antriebswelle der Maschine oder einen mit der Antriebswelle verbundenen Bauteil mit liilfe einer Kolbenstange oder einem entsprechenden Maschinenteil übertragen. Bei einer üblichen Kolbenbewegung der infragekommenden Art führt der die Kraft übertragende Teil eine klare Winkelbewegung im Verhältnis zum Kolben durch. Die Schräglage des Teiles während des die Kraft übertragenden Zeitraumes bringt seitliche Kräfte und Kippbelastungen auf den Kolben zur Einwirkung, was zu erhöhter Reibung,

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erhöhter Abnutzung und dem Risiko des Fressens zwischen dem Kolben und Zylinder und zwischen dem Kolben und dem die Kraft übertragenden Teil an den gemeinsamen Berührungsoberflächen dieser Teile führt. Insbesondere im Falle von hydraulischen Kolbenmaschinen bringen diese Bedingungen schwere Nachteile wegen der hohen Arbeitsdrücke mit sich und weil die Maschinen in der Lage sein müssen, hohe Kräfte abzugeben und bei hohen Belastungen arbeiten zu müssen, sogar während des Anlaufzeitraumes und beim Lauf mit niederer Tourenzahl, da während dieser Stadien des Maschinenbetriebs die Schmierung der Maschinenteile unvollständig ist. Die seitlichen Kräfte und Kippbelastungen, die auf den Kolben einwirken, bedeuten auch, dass diejenigen Oberflächen des Kolbens, die mit dem Zylinder oder den KoIbenführungsoberflächen darin in Berührung stehen, im Verhältnis zum Durchmesser des Kolbens und Zylinders und der Länge des Kolbenhubes lang sein müssen, wodurch die Gesamtabmessungen der Maschine grosser werden mit einer sich daraus ergebenden Erhöhung des Gewichtes und der Kosten der Maschine. Weitere Nachteile, die im Stande der Technik wohl bekannt sind, sind bei den drehbaren, mechanischen Kraftübertragungseinrichtungen vorhanden, die zwischen dem. Arbeitskolben und der getriebenen oder Antriebswelle der Maschine liegen.

Zweck der Erfindung ist, für hydraulische Maschinen und Maschinenteile eine Baugruppe zu schaffen, die als eine teleskopische KoIben-Zylinder-Gruppe bezeichnet werden kann und deren Hauptfunktion es ist, dem Arbeitsmedium oder Druckmedium der Maschine zu gestatten, in direkte Berührung mit ihrer angetriebenen oder Antriebswelle zu kommen (oder einem Bauteil, der fest mit der Welle verbunden ist), wodurch eine direkte Kraftübertragungsverbindung zwischen dem Medium und der Welle geschaffen wird, ohne das Dazwischensehalten von mechanischen Elementen, wie etwa drehbar gelagerten Kolbenstangen od, dgl. Auf diese Art und Weise wird die von dem Druckmedium entwickelte Kraft praktisch vollständig auf die Welle der Maschine hydraulisch übertragen und die

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Kolbenzylinder gruppe nach der Erfindung kann tatsächlich als eine bewegliche Dichtung in dem hydraulischen System angesehen werden. Weiter hat sich die Erfindung zum Ziel gesetzt, die KoIb en-Zylinder-Gruppe in einer solchen Art und Weise zu bauen, dass der darin auftretende Arbeitsdruck ständig eine Kraft erzeugt, deren Resultierende mit der Symmetrieachse der Gruppe zusammenfällt und dadurch nicht in der Lage ist, die Teile der Baugruppe seitlichen Kräften oder Kraftkippmomenten auszusetzen. Diese Zwecke werden erreicht und eine teleskopische Kolben-Zylinder-Gruppe wird geschaffen, die den Bau von hydraulischen Kolbenmaschinen W

mit geringen Aussenabmessungen, niedrigem Gesamtgewicht im Verhältnis zu der von ihnen abgegebenen Kraft und von hohem Wirkungsgrad unter allen Arbeitsbedingungen gestaltet, und zwar durch die Gruppe nach der Erfindung, die die charakteristischen Merkmale nach Anspruch 1 hat.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele.

Fig. 1 zeigt einen mittigen Längsschnitt durch eine teleskopische Kolben-Zylinder-Gruppe nach der Erfindung, die einen Teil einer hydraulischen Kolbenmaschine darstellt und auch die dazugehörigen Sitzoberflächen zeigt,

Fig. 2 zeigt einen Teil der Ausführungsform nach Fig. 1 in etwas grösserem Masstab,

Fig. 3 ist ein mittiger Längsschnitt durch eine hydraulische Axialkolbenmaschine, bei der die üblichen Kolben und Zylinder durch die teleskopische Kolbenzylinder gruppe nach der Erfindung ersetzt sind, und

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Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch eine KoIben-Zylinder-Gruppe nach der Erfindung in einer Ausführungsform, die sich zur Verwendung in einer hydraulischen Radialkolbenmaschine eignet, wobei die Teile, die die Baugruppe umgeben, schematisch im radialen Schnitt gezeigt sind.

Die grundlegenden Konstruktionspiünzipien der Erfindung werden zunächst unter Hinweis auf Fig. 1 und 2 beschrieben. So weist die Kolben-Zylinder-Gruppe nach Fig. 1 einen äusseren hülsenartigen, drehungs artig en, drehungssymmetrischen Zylinder 10 und einen Kolben 12 auf, der gleitend darin aufgenommen ist und von der gleichen konstruktionsmässigen Bauweise ist, d. h. in der Form einer drehungssymmetrischen Hülse, wobei der Kolben in üblicher Art und V/eise im Zylinder mit Hilfe eines Dichtungsringes 13 abgedichtet ist. Die äusseren, nach aussen gedrehten Endteile 14 und 16 des Zylinders bzw. des Kolbens sind mit Sitzoberflächen 28 und 30 versehen, die gleitend an gegenüberliegenden Sitzoberflächen 22 und 24 angreifen, die auf Zapfen-artig en Sitzkörpern 18 bzw. 20 liegen. Die Sitzoberflächen 22 und 24 haben eine konvex-kugelige Form. In der dargestellten Ausführuagsform erstreckt sich durch einen der Sitzkörper, z.B. 20, ein Mittelkanal 26 zum Zuführen und Ablassen von Druckmedium in das Innere der KoIben-Zylinder-Gruppe zu und von einer Umschaltvorrichtung oder einem Verteilerventil, durch das die Gruppe mit dem hydraulischen System im allgemeinen in Verbindung steht.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Sitzoberflächen, die in den Enden 14, 16 der KoIben-Zylinder-Gruppe liegen, die Form von geraden, stumpfkegeligen, innen konischen Oberflächen oder Kegeln 28 und 30 haben. Die Achsen der konischen Oberflächen fallen mit der gemeinsamen Mittelachse des Zylinders 10 und des Kolbens 12 zusammen und ihre breiteren Enden erstrecken sich nach aussen vom Zentrum der Gruppe. So findet ein Eingriff zwischen den beiden Sitzoberflächen

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in jedem Ende der Kolben-Zylinder-Gruppe entlang Kreislinien 32 statt, wie am besten in Fig. 2 gezeigt, die in etwas grösserem Masstab die rechte Hälfte der Ausführungsform der Fig. 1 zeigt, wobei angenommen wird, dass die geometrischen Bedingungen im Prinzip an beiden Enden der Kolben-Zylinder-Gruppe die gleichen sind. Die Hälfte des Kegelwinkels der konischen Sitz oberfläche 28 des Zylinders 10 ist gleich γ , d.h. der Kegelwinkel beläuft sich auf 2 γ · Durch Erfüllung gewisser Bedingungen, die nachstehend noch besprochen werden, können die Sitz ob erfläch en 30 und 24 des entgegengesetzten Kolbenendes (siehe Fig. 1) von entsprechenden Werten am Ende des Zylinders im Verhältnis zum Kegelwinkel und dem \ Radius des gewölbten Sitzkörpers abweichen.

Durch den Bau der teleskopischen KoIb en-Zylinder-Gruppe nach der Erfindung in dex· vorstehend beschriebenen Art und Weise wird eine Serie von Problemen gelöst, die vorher Schwierigkeiten bei hydraulischen Maschinen und Maschinenteilen dieser Art verursacht haben. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass drei entscheidende Vorteile durch die Erfindung erreicht werden, wobei diese Vorteile sowohl im Prinzip als auch in der Praxis sehr wichtig sind. Da die vorstehend erwähnten Vorteile äusserst wichtig für ein besseres Verständnis der Erfindung sind, werden sie anschliessend im einzelnen beschrieben. , "

Wenn zunächst der Zylinder 10 untersucht wird, dann ergibt sich, dass der gesamte Mediumdruck, der in seinem Inneren wirkt, sich über die Sitzoberfläche 22 ausbreitet, d.h. über das Ende des Sitzkörpers 18, hinaus zu der Berührungskreislinie 32, wo er fast sofort auf der Aussenseite des Kreises auf null abfällt, d.h. der Kreis bedeutet eine scharfe Abgrenzung zwischen dem Druck der im Innern und ausserhalb der Baugruppe herrscht, in diesem Zusammenhang wird angenommen, dass der Kegelwinkel 2 γ so im Verhältnis zum Radius der Sitzoberfläche 22 gewählt ist, dass der Radius der EerührungskreisliRie 32 geringer Ist als der innere Radius R

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des Zylinders, und zwar um die Grosse " , Fig. 2. Wenn ein Druckdiagramm auf einem nach innen herausragenden Anschlag 34 aufgetragen wird, der am Ende des Zylinders und axial vor der konischen Sitz oberfläche 28 liegt, ergibt sich, dass der Zylinder an dem Sitz 22 mit einer Kraft anliegt, die dem herrschenden Mediumdruck ρ entspricht, multipliziert mit dem Bereich des kreisförmigen Ringes mit der Breite : . Dieses letztere Mass kann so gewählt werden, dass der genannte kreisförmige Bereich einen sehr geringen Teil des inneren Querschnittsbereiches des Zylinders umfasst, z.B. zwischen 0, 5 und 2%, etwa 1% davon. So bedeutet das, dass die mechanische Anlagekraft zwischen dem Zylinder 10 und dem Sitzkörper 18 nur ungefähr 1% der Gesamtkraft entspricht, die axial durch den Mediumdruck ausgeübt wird, während der Rest dieser Kraft, ungefähr 99%, direkt dem Sitzkörper 38 in der Form hydrostatischen Druckes übermittelt wird, der durch das Druckmedium ausgeübt wird.

Die Bedingungen sind identisch am entgegengesetzten Ende der Kolbenzylindergruppe, d.h. am Kolbenende 16, und der Kolben 12 ist hydraulisch ausgeglichen, so dass seine mechanische Anlagekraft gegen die Sitzoberfläche 24 des Sitzkörpers 20 lediglich ungefähr 1% der Gesamtkraft darstellt, die axial durch das Druckmedium entwickelt wird. Wenn es als wünschenswert angesehen wird, sei es aus Konstruktionsgründen oder anderen, kann der Kegelwinkel j und der Radius des teilweise kugeligen Sitzkörpers, wie vorstehend erwähnt, andere Werte haben als diejenigen am Zylinderende 14 der Baugruppe, da offensichtlich die Bedingung für die hydraulische Ausgeglichenheit der Baugruppe als Ganzes lediglich die ist, dass die Berührungskreislinien 32 an beiden Enden gleich oder praktisch gleich sind.

Der zweite der drei entscheidenden Vorteile, die durch die Erfindung geboten werden, besteht darin, dass vregeu der symmetrischen Bauweise die beschriebenen Druck» und Kraftbedingungen unabhängig von der Stellung

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der KoIben-Zylinder-Gruppe 10, 12 im Verhältnis zu den ätisseren, kugeliegen Sitzkörpern 18, 20 herrschen, dh. unabhängig von den Winkeln -.. undvp zwischen den Mittellinien 36 der Baugruppe und den Mittellinien 36 und 40 der Sitzkörper 18 bzw. 20 in Fig. 1. Unabhängig von der Winkelstellung der Gruppe im Vei'hältnis zu den kugeligen Sitzkörpern an deren Enden wirkt die resultierende Kraft der von dem Mediumdruck erzeugten Kräfte stets entlang der Mittellinie der Einheit. Im Zusammenhang mit der niedrigen mechanischen Anlagekraft, die durch den Mediumdruck zwischen den Enden der Gruppe und der äusseren Sitz oberfläche mit sich daraus ergebenden geringen Reibungskräften geschaffen wird, verhütet dieses Zen- M

trieren der Kräfte, dass der Mediumdruck von beiden direkt oder indirekt beträchtliche seitliche Kräfte oder Kippmomente zwischen dem Kolben und dem Zylinder auftreten lässt. Andererseits bedeutet dies, dass die innere Reibung in der Gruppe,- abgesehen von der, die durch den Dichtungsring 42 bewirkt wird, niedrig ist und daher sind die Risiken abnormaler Abnutzung oder eines Fressens oder Blockierens in der Baugruppe gering. Schliesslich kann die gemeinsame Führungsoberfläche zwischen dem Kolben und dem Zylinder und so die gesamte Gi*uppe kurz, gebaut werden.

Der dritte Vorteil, der mit der Kolben-Zylinder-Gruppe nach der Erfindung erzielt wird, steht im Zusammenhang mit der Tatsache, dass die Sitzober- jf

flächen 28 und 30 an den Enden der KoIben-Zylinder-Gruppe eine innen konische Gestalt haben. Selbstverständlich können diese Oberflächen im Prinzip von einer anderen geometrischen Form sein, beispielsweise kann es sich um konkav kugelige Oberflächen handeln, die den gleichen Radius haben wie entsprechende äussere Sitzoberflächen 22 und 24, wobei diese letztere Form vielleicht die üblichere ist, womit die Gruppe immer noch im wesentlichen die gleichen funktionellen Eigenschaften erreichen würde, wie die vorher beschriebenen. Wenn jedoch die Polgen einer Bauweise, in der die Sitzoberflächen konkav und gebogen in ihrer Form sind, genauer untersucht werden, ergibt es sich, dass eine solche Konstruktion vom prak-

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tischen und wirtschaftlichen Standpunkt aus gesehen ziemlich ungünstig ist. Zunächst und hauptsächlich müssen Sitzoberflächen 28 und 30 mit einer konkav sphärischen Gestalt sich äusserst genau den entsprechenden konvexen, kugeligen Sitz oberflächen anpassen, damit das Dichtungsspiel zwischen den fraglichen Oberflächen eine genaue und reproduzierbare geometrische Form (Parallelität) und Grosse (Spielspalt) erreicht, ein Zustand der teure und zeitraubende Herstellungsmethoden erfordert, wobei die Oberflächenbehandlung beispielsweise ein Läppvorgang ist. Im Gegensatz dazu ist eine innere konische Oberfläche verhältnismässig einfach mit genügender Genauigkeit herstellbar, z.B. durch Drehen und Schleifen und gleichzeitig können so verhältnismässig bescheidene Toleranzen auf den diametralen Messungen der zusammenwirkenden konvexen, sphärischen Sitz ob erf lachen gestattet werden. Diese Toleranz kann zulässig sein, da eine Abweichung im Durchmesser der Kugel von einem nominalen Mass nur den Durchmesser der Berührungskreislinie 32 beeinflusst, d. h. den Grad des hydraulischen Ausgleiches des Zylinders und Kolbens aber nicht die geometrische Form und Grosse der Dichtungslücke, da die konischen Oberflächen sich selbst auf die kugeligen Oberflächen durch gegenseitige axiale Bewegungen einstellen können.

Die kugeligen Sitzoberflächen, die überall vorgesehen werden, haben jedoch noch ernsthaftere Folgen in Verbindung mit den unvermeidlichen elastischen Verformungen, die in einem Gerät des hier infragestehenden Typs auftreten. Um u. a. dynamische Kräfte, wie etwa Zentrifugalkräfte, so niedrig als möglich zu halten, ist es wünschenswert, dass die Wandstärke des Zylinders und auch des Kolbens der Gruppe so dünn als möglich ist. Andererseits treten sehr hohe Mediumdrücke auf und diese beiden Zustände bewirken., dass die Diametralabmessungen der Kolbenzylindergruppe sich unter Belastung beträchtlich verändern, aber diese Tatsache in Analogie mit der vorhergehenden beeinträchtigt den Dichtungszustand an den Enden der Gruppe nicht. Stattdessen werden die Veränderungen

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durch Axialbewegungen des Zylinders und Kolbens im Verhältnis zu ihren entsprechenden Sitz oberflächen 22 und 24 ausgeglichen und beeinflussen die axialen Ausgleichsbedingungen nur in geringem Masse. Wenn die Sitzoberflächen 28 und 30 in den Enden der Gruppen von sphärischer Gestalt wären, würde diese Durchmesserveränderung sowohl die Dichtungsbedingungen als auch die axialen hydraulischen Ausgleichsbedingungen sehr stark beeinflussen und das Ergebnis wäre das Auftreten von hohen Reibungskräften, erhöhter Undichtigkeit und anderer schwierig zu lösender Probleme. Weiterhin wurden die vorstehend beschriebenen funktioneilen Vorteile der Λ

Gruppe vollständig oder teilweise verlorengehen.

Die vorstehend beschriebenen funktionellen und Herstellungsvorteile, die sich bei konischen Sitz oberflächen 28 und 30 im Verhältnis zu Sitzoberflächen von kugeliger oder anderer geometrischer Form ergeben, werden noch verstärkt durch Verringerung des Wertes des Winkels ? , siehe Fig. 2, d.h. umso näher als der Durchmesser der Dichtungsoberfläche 32 sich dem Durchmesser der kugelförmigen Sitz oberfläche 22 nähert. Das bedeutet, dass die Gruppe nach der Erfindung sich ganz besonders zur Verwendung in hydraulischen Maschinen eignet, die axial angeordnete Kolbensysteme haben, was mit den Bedingungen zusammenfällt, die nachstehend im i Zusammenhang mit einer Beschreibung einer solchen Maschine beschrieben werden.

Wenn die Gruppe sich in ihrer Ruhestellung befindet oder wenn der Druck des Arbeitsmediums gering ist, können die Enden der Kolben-Zylinder-Gruppe im Eingriff mit entsprechenden äusseren Sitzoberflächen mit HiKe einer Schraubendruckfeder 44 gehalten werden, die aussen um die Gruppe angeordnet ist, wobei diese Feder so beschaffen ist, dass sie an äusseren Anschlägen 40 und 48 an den äusseren Enden des Zylinders 10 bzw. des Kolbens 12 anliegen.

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Die Enden der Gruppe können jedoch mechanisch gegen damit zusammenwirkende äussere Sitze in anderer bekannter Weise gehalten werden.

Die grundsätzliche Konstruktion der Kolben-Zylinder-Gruppe nach der Erfindung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, lehrt auch eine praktische nichtmotorische Anwendung der Gruppe. Wenn der äussere Sitzkörper 18, der mit dem Zylinder 10 zusammenarbeitet, ähnlich dem gegenüberliegenden Sitzkörper 20, ebenfalls mit einem durchlaufenden Kanal 27 versehen ist, wie in gestrichelten Linien gezeigt, kann die Gruppe nach der Erfindung als ein hydraulisches Maschinenelement verwendet werden, z.B. in der Form einer Gelenkverbindung oder drehbaren Verbindung in einer Hochdruckleitung für hydraulische oder pneumatische Medien.

Fig. 3 stellt schematisch dar, wie eine Axialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) gebaut sein kann, wenn die Kolben-Zylinder-Gruppe nach der Erfindung benutzt wird. Die Maschine besteht aus einem Gehäuse 50, in dem eine Antriebswelle 52 zur Drehung mit Hilfe einer Lagerbüchse 54 gelagert ist. Die Welle 52 ist auf der Innenseite des Gehäuses mit einem Flansch versehen und mit Hilfe eines Kardangelenkes 58 mit einer kurzen Welle 60 verbunden, die fest mit einer Platte 62 verbunden ist. Die Platte ist auch drehbar in dem Gehäuse 50 in einer nicht gezeigten Art und Weise montiert und bildet einen Winkel X mit dem Flansch 56, der Antriebswelle, wobei die Antriebswelle 52 und die Welle 60 auch den Winkel ~ miteinander bilden. Zwischen dem Flansch 56 und der Platte 62 befindet sich ein Ring von Kolben-Zylinder-Gruppen der vorstehend genannten Art, wobei die Sitzkörper, die hier mit dem Bezugszeichen 118 bezeichnet sind, die mit den Zylinderenden in der Gruppe zusammenarbeiten, auf dem Flansch 56 in einem gleichen Abstand voneinander um einen Teilkreis durch den Mittelpunkt der Sitzkörper montiert, sind« In einer entsprechenden Art und Weise sind die Sitzkörper 120^ die mit den gegenüberliegenden Enden der Gruppe zusammenwirken» auf der Platte 62 in einem gleichen Abstand um ihre Achse

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60 angeordnet. Die Schraubendruckfedern 144 sind in der oben angegebenen Art und Weise auf den Aussenseiten der Gruppen montiert, um die Kolben und Zylinder gegen die Oberflächen der Sitzkörper 118 in der Ruhestellung oder im Leerlauf zu halten, wobei diese Oberflächen mit den Bezugszeichen 122 bzw. 124 bezeichnet sind.

Die KoIben-Zylinder-Gruppe steht durch Kanäle 126 in den Sitzkörpern und entsprechende Kanäle 127 in der Platte 62 der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform mit Ventil Öffnung en 68 und 70 in der linken Endwandoberfläche des Gehäuses 50 in Verbindung, wobei die Ventilöffnungen eine M solche Form haben ("Nierenform"), dass während der Drehung der Antriebswelle die Gruppe abwechselnd in Verbindung mit den Einlass- und Rücklaufleiüingen des hydraulischen Systemes in einer Art gebracht werden, die von hydraulischen Axial«Kolbenmaschinen bekannt ist.

In Übereinstimmung mit dem Prinzip von Axialkolbenmaschinen, und wie klar in Fig. 3 gezeigt^ verändert sich der Mittelpunktabstand eines jeden Paares kugelförmiger Sitz oberflächen, d.h. der A bet and zwischen dem Mittelpunkt der Oberflächen 122 und 124 zwischen einem Gr-össtwert und einem Kleinstwert, wie das oben und unten in Fig. 3 dargestellt ist. Diese Veränderung mit dazugehörigen Veränderungen in dem Volumen, das von Λ

der entsprechenden Kolbenzylinder gruppe umschlossen wird, ist eine Bedingung des Winkels '"^- und stellt eine Funktion von diesem dar und abhängig von den Druckbedingungen und den Rückleitungen der Maschine arbeitet sie demgemäss als Pumpe oder als Motor bei Drehung der Welle

Wenn die Welle 52 sich dreht, wird die Kolben-Zylinder-Gruppe Zentrifugalkräften unterworfen, die in einer Ebene wivken, die im wesentlichen senkrecht zu den Mittellinien der Gruppen liegt vnd Berührungskräfte zwischen den Enden der Gruppe und entsprechenden Sitzkörpern auftreten lässt, Diese letzteren Kräfte erzeugen als Ergebnis d^·' kegeligen Gestalt

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der End ob erf lachen Axialkräfte auf den Kolben und Zylinder und diese Kräfte versuchen, die Gruppen zusammenzudrücken und bewirken so, dass sie ausser Eingriff mit der entsprechenden Sitz oberfläche kommen. Um diese axialen Kräfte soweit als möglich zu verringern und die notwendigen Haltekräfte zu schaffen, z.B. mit Hilfe der dargestellten Schraubendruckfeder 144, um den Axialkräften entgegenzuwirken, ist es wünschenswert, dass der Kegelwinkel 2 X der kegeligen Oberflächen so klein als möglich (siehe Fig. 2) ist. Wegen der vorstehend erwähnten Bedingungen ist es im Prinzip nicht schwierig, kleine Kegelwinkel in der Kolben-Zylinder-Gruppe nach der vorliegenden Erfindung zu wählen, beispielsweise wie in den Figuren angegeben. So werden auf diese Art und Weise die Konstrukti ons Schwierigkeiten verringert, die sich ergeben, wenn die Gruppen gegen die Sitzoberflächen bei hohen Umdrehungszahlen gehalten werden sollen und wenn Maschinen mit axial angeordneten, teleskopischen KoIben-Zylinder-Gruppen mit verhältnismässig hohen Maximalgeschwindigkeiten arbeiten und dies bringt weiterhin günstige Ergebnisse mit sich als Ergebnis der Tatsache, dass die Gruppe nach der Erfindung konische Endoberflächen hat.

Abgesehen von der Reibung in den Lageroberflächen der Maschine, wobei diese Lageroberflächen weitgehend gebaut werden können, um hydraulisch die Lagerdrücke auszugleichen, ist die beschriebene Maschine durch sehr geringe innere Reibung gekennzeichnet, die durch den Mediumdruck erzeugt wird, und zwar sowohl beim Anlassen der Maschine als auch bei niederen und hohen Geschwindigkeiten. Weiterhin sind die Aussenabmessungen der Maschine gering und ihr Gesamtgewicht ist niedrig und gleichzeitig ist die Maschine vom Standpunkt der Herstellung aus aus den oben angegebenen Gründen günstig. Alle diese Eigenschaften sind direkte Folgen der besonderen Merkmale der Kolben-Zylinder-Gruppe nach der Erfindung.

Vorstehend wurde die Kolben-Zylinder-Gruppe beschrieben, die mit äusseren Sitzen zusammenwirkt, die beide kugelförmig ausgestaltet sind. Es muss

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jedoch klargestellt werden, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, die die mehr "universelle" Bewegungsmöglichkeit haben. In vielen Fällen ist es unbedingt genügend oder wünschenswert, dass die Gruppe eine Pendelbewegung in einer Ebene durchführt, in welchem Falle es genügt, die beschriebene Sitzanordnung zwischen einer innen konischen und einer konvexen, gewölbten Oberfläche an einem Ende der Kolbenzylindergruppe anzuordnen, während der Angriff am entgegengesetzten Ende der Gruppe von mehr üblicher Bauweise sein kann. Ein typisches Beispiel der Anwendung der Erfindung ist schematisch in Fig. 4 ge- Λ zeigt, worin dargestellt ist, wie eine KoIben-Zylinder-Gruppe nach der Erfindung in einer Radial-Kolbenmas chine verwendet werden kann. Diese Maschine hat ein Gehäuse 72, in dem eine Welle 74 drehbar montiert ist. Die Welle ist mit einem Exzenter 76 versehen, der eine zylindrische Oberfläche hat und die Mittelpunkte des Exzenters sind mit den Bezugszeichen 0 und O¹ bezeichnet. Die äussere zylindrische Oberfläche 78 der Maschine ist auf deren Innenseite mit einer zylindrischen Oberfläche 80 versehen, gegen die ein Sitzkörper 82 anliegt, wobei die Träger oberfläche des Sitzkörpers sich der zylindrischen Oberfläche des Gehäuses anpasst, wie in Fig. 3 gezeigt. Die radial einwärts gedrehte Oberfläche 84 des Sitzkörpers 82 ist in ihrer Form konvex und sphärisch und an der genannten Oberfläche liegt die innen konische Endoberfläche eines Kolbens 90 an, der einen Teil einer Kolben-Zylinder-Anordnung nach der Erfindung bildet, wobei der Kegelwinkel dieser kegeligen Endoberfläche sich auf 2 y beläuft. Das Innere der Kolben-Zylinder-Gruppe steht mit der Umgebung durch einen Kanal 86 in Verbindung, der mittig in dem Sitzkörper 82 angeordnet ist.

Die gegenüberliegende,radial einwärts gerichtete Endoberfläche der Kolbenzylindergruppe, d.h. die Endoberfläche des Zylinders 92, die einen Teil der Gruppe bildet, ist so geformt, dass sie sich der zylindrischen Oberfläche ¹ des Exzenters 76 anpasst und daran angreift. Die hydraulischen Bedingungen

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sind bei dieser Ausführungsform im wesentlichen die gleichen wie diejenigen, die vorstehend beschrieben wurden, wobei der Mediumdruck, der in der Baugruppe herrscht, direkt auf die Oberfläche des Exzenters einwirkt und durch entsprechende Bauweise und Bemessung der Kantenoberfläche des Zylinders, die an dem Exzenter anliegt, kann ein hoher Grad "hydraulischen Ausgleichs zwischen den Oberflächen erzielt werden. Der hydraulische Ausgleich wird am entgegengesetzten Kolbenende in der vorstehend beschriebenen Art und Weise erzielt, wobei der Kegelwinkel 2 ~\ entsprechend dem Radius der Sitzoberfläche 84 angepasst ist.

Bei Drehung der Welle 74 führt die Kolben-Zylinder-Gruppe eine Pendelbewegung um den Mittelpunkt der Sitz oberfläche 84 aus. Was bekannte Kolbenanordnungen in Radial-Kolbenmaschinen anbetrifft, hat die Einheit 90, 92 die gleichen prinzipiellen und Her Stellungsvorteile wie die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Gruppe.

Infolge des beträchtlichen Ausgleichens der Kräfte, die von dem Mediumdruck der beweglichen Teile des Mechanismus geschaffen werden, die charakteristisch für die Kolben-Zylinder-Gruppe nach der Erfindung ist mit sich daraus ergebenden niedrigen Reibungsverlusten, kann die Gruppe vorteilhaft für Maschinen verwendet werden, die für gasförmige Arbeitsmedien bestimmt sind, z.B. Pressluftmotoren oder Kompressoren.

Die Erfindung ist nicht auf ihre hier beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Rahmens der folgenden Ansprüche abgewandelt werden.

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Claims

Patentansprüche:

1.) Teleskopische Kolben-Zylinder-Gruppe für hydraulische

Maschinen und Maschinenteile mit einem büchsenförmigen Kolben, der gleitend in einem büchsenförmigen Zylinder aufgenommen wird, in den ein Druckmedium eingeführt wird, wobei die Gruppe beweglich zwischen -

äussere^Reaktionskräfte aufnehmende Sitzoberflächen aufgenommen wird, von denen jede an ihrem entsprechenden Ende der Gruppe angreift, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine (z.B. 18) der äusseren Sitz ob erfläch en mit einer konvexen, sphärischen Gleitoberfläche (22) versehen ist, an der das benachbarte Ende (14) der Kolben-Zy linder-Gruppe (10, 12) angreift, wobei dieses Ende innen von kegelförmiger Gestalt ist, wodurch es an der genannten Gleitoberfläche im wesentlichen entlang einer Kreislinie angreift.

2. . Gruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das

innen konische Ende (28) im Verhältnis zu der gegenüberliegenden konvexen, j

kugeligen Sitzoberfläche (28) so gebaut ist, dass der Durchmesser der Berührungskreislinie gleich oder nur wenig geringer (£) ist, als der Durchmesser (2R) des aktiven Druckbereiches der Gruppe, d.h, der Querschnittsbereich senkrecht zur Längsachse der gemeinsamen Gleitebene des Kolbens (10) und des Zylinders (12).

3. Gruppe nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Oberfläche zwischen dem Umfang des aktiven Druckbereiches der Gruppe und der kreisförmigen Berührungslinie (32) ungefähr 0, 5 - 2% des gesamten Druckbereiches ausmacht.

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