DE2500779C3 - Kolbenschuh für eine hydrostatische Radialkolbenpumpe - Google Patents
Kolbenschuh für eine hydrostatische RadialkolbenpumpeInfo
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
- F04B1/0404—Details or component parts
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kolbenschuh für eine hydrostatische Radialkolbenmaschine mit einer H-förmigen
Führungsfläche, welche an einem durch eine Nut in zwei Führungsflächenteile geteilten Kolbenführungsring
anliegt und welche zwei voneinander getrennte und mit dem zugehörigen Zylinder verbundene hydrostatische
Lagertaschen aufweist.
Ein solcher Kolbenschuh ist durch die DE-PS 13 02 469 bekannt. Die dort vorgesehenen hydrostatischen
Lagertaschen erstrecken sich in Richtung des M-Steges der Führungsfläche, also parallel zur Rotorachse,
und aus den seitlichen Führungsteilen in den M-Steg der Führungsfläche hinein. Ein solcher Kolbenichuh
trägt zur Verminderung der Reibung zwischen Kolbenschuh und Kolbenführungsring wesentlich bei
und ermöglicht eine Erhöhung des in hydrostatischen Radialkolbenmaschinen erreichbaren Druckes. Besonders
hohe Drücke und hohe Drehzahlen konnten jedoch mit diesen Kolbenschuhen bisher nicht erreicht werden.
Wurde ein bestimmter hoher Druckbereich, insbesondere bei hohen Drehzahlen, überschritten, vergrößerte
sich die Leckage und die Reibung unverhältnismäßig stark, und zwar um so stärker, je höher der Druck in der
Maschine anstieg. Entsprechend sank der Wirkungsgrad der Maschine ab. Die Ursachen für diese Erscheinung
waren nur schwer festzustellen und wurden lange Zeit nicht erkannt.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß der vorbeschriebene Mangel nicht, wie ursprünglich angenommen,
in der Maschine als solcher liegt, sondern in einem relativ kleinen Fehler in der bisherigen
Ausbildung der hydrostatischen Lagerung des Kolbenschuhes.
In dem engen Dichtspalt zwischen der Führungsfläche des Kolbenschuhes und der mit dieser zusammenarbeitenden
Führungsfläche des Kolbenführungsringes bilden sich »unsichere Zonen« aus, in der der Druck
rechnerisch nicht erfaßbar ist bzw. der sich unkontrollierbar verändert oder verändern kann. Im allgemeinen
nimmt bekannterweise, wenn von einem Ende her in einen Spalt Druckfluid größeren Druckes eintritt und
am anderen Ende des Spaltes ein niederer Druck herrscht, der Druck im Spalt von der Seite höheren
Dnickes zur Seite niederen Druckes hin etwa linear oder in Form einer schwach gekrümmten Kurve ab.
Deshalb kann man den Druck in einem solchen Spalt etwa als arithmetisches Mittel der Drücke zwischen den
beiden Enden des Spaltes oder etwas darunter annehmen. Erstreckt sich der Spalt jedoch über eine
größere Fläche, kann sich der Druck des Druckfluids
ίο nicht mehr über die ganze Ausdehnung des Passungsspaltes auswirken. Vielmehr tritt Druckfluid nur über
einen Teil der Erstreckung in den Spalt ein; in welcher Tiefe und nach welchem Gesetz der Druck abnimmt, ist
schwer festzustellen. Im Mittel beträgt die Eintrittstiefe wenige Millimeter, z. B. 3 bis 5 mm, wobei diese Tiefe
um so geringer ist, je genauer die aufeinanderliegenden Flächen bearbeitet sind. Infolge der dabei entstehenden
»unsicheren Zone« hat der eine Kolbenschuh weniger, der andere mehr Reibung und Leckage, auch wenn die
Kolbenschuhe in gleicher Weise hergestellt sind. Relativgeschwindigkeiten zwischen Kolbenschuh und
Kolbenführungsring, Genauigkeit und Feinheit der Oberfläche sowie das verwendete Material spielen
dabei ebenfalls eine unkontrollierbare und unberechenbare Rolle mit. Insbesondere besteht die Gefahr, daß bei
niedrigen Relativgeschwindigkeiten die aufeinander gleitenden Flächen infolge unzureichender Schmierung
zum Pressen neigen und bei hohen Relativgeschwindigkeiten infoSge Ausbildung hydrodynamischer Tragfelder
sich voreinander unzulässig abheben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenschuh der eingangs gekennzeichneten Art —
entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 — so auszubilden, daß die Begrenzungsflächen
der hydrostatischen Lagertaschen bei hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen Kolbenschuh und Kolbenführungsring
nicht die Eigenschaft von Undefinierten hydrodynamischen Tragfeldern annehmen und bei
niedrigen Relativgeschwindigkeiten zwischen Kolbenschuh und Kolbenführungsring nicht ungeschmiert
bleiben.
Die Erfindung besteht demgemäß nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 darin, daß sich die
hydrostatischen Lagertaschen in den außerhalb des Verbindungssteges liegenden seitlichen Führungsteilen
der H-förmigen Führungsfläche befinden und in Umlaufrichtung länglich ausgebildet sind, und daß in den
in Umlaufrichtung verbleibenden, nicht von der hydrostatischen Lagertasche eingenommenen Flächen
auf den seitlichen Führungsteilen quer zur Umlaufrichtung verlaufende, durchgehende Abflußnuten angeordnet
sind.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß in den Führungsteilen des Kolbenschuhes keine zu ausgedehnten
Abdicht- oder Begrenzungsflächen der hydrostatischen Lagertaschen entstehen. Die Abdichtflächen
werden so verkürzt, daß selbst bei dichtestem Aneinanderliegen derselben noch Druckfluid im Passungsspalt
verbleibt und sich daher die Abdichtzone aus einer unsicheren, nicht berechenbare in eine berechenbare
und technisch beherrschbare »sichere Zone« verwandelt. Durch die in Umlaufrichtung längliche
Ausbildung der Lagertaschen läßt sich die angestrebte Wirkung besonders zuverlässig erreichen, indem ein
h5 großes Verhältnis »sichere Zone« zu »unsichere Zone«
verwirklicht wird und eine stabilere und betriebssichere Führung des Kolbenschuhes erzielbar ist. Reibung und
Leckage lassen sich auf ein Minimum verringern,
25 OO
während der Wirkungsgrad der Maschine und deren
Leistung entsprechend erhöht wird. Insbesondere ist auch die Erfindung für Hochleistungsmaschinen mit
kleinem Gewicht von Bedeutung. So können beispielsweise ohne Gefahr einer Überhitzung Maschinen mit
300 bis 350 bar und 5000 U-min bei nur 11 kg Gewicht
und 40 bis 150 kW betrieben werden.
Die Erfindung sei anhand der in den Figuren
dargestellten Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. Im einzelnen zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Radialkolbenmaschine
mit eingebautem Kolbenschuh,
Fig.2 einen Querschnitt durch Fig. 1 entlang der
Schnittlinie Ii-II,
F i g. 3 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbenschuhes entsprechend
F i g. 1 und 2,
Fig.4 einen Querschnitt durch Fig.3 entlang der
Schnittlinie IV-IV,
Fig.5 einen Querschnitt durch Fig.3 entlang der
Schnittlinie V-V,
Fig.6 eine Draufsicht auf den Kolbenschuh nach Fig. 3,
Fig.7 einen Längsschnitt durch einen Kolbenführungsring
mit einem in denselben eingesetzten Kolbenschuh,
Fig.8 einen Längsschnitt durch einen an sich bekannten Rotorteil, der zur Aufnahme eines Kolbens
und eines Kolbenschuhes ausgebildet ist, und
F i g. 9 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Kolbenführungsringes.
In dem Ausführungsbeispiel einer Radialkolbenmaschine
nach F i g. 1 und 2 mit den von Fluid durchströmten, durch die Zylinder 38 gebildeten
Arbeitskammern ist der Rotor 9 mittels Lager 18 im Gehäuse 14 umlauffähig gelagert. In den Zylindern 38
laufen in bekannter Weise die Kolben 8 radial auswärts und einwärts, wobei sie über Anschlüsse 16, 17,
Steuermündungen 89, 90 und Rotorkanäle 87, gegebenenfalls über eine Steuerplatte 88 und einen Steuerkörper
15, Fluid in sich aufnehmen und wieder nach außen abgeben. Die Kolben 8 sind, wie ebenfalls bekannt, mit
Kolbenschuhbetten versehen, in denen Schwenkgelenkteile 22 der Kolbenschuhe 7 schwenkbar gelagert oder
schwenkbar mit den Kolben verbunden sind. Die Kolbenschwenkgelenke verjüngen sich radial auswärts
zu schmaleren Kolbenschuhhälsen 25 (Fig.4), die je in
einen Kolbenschuh-Zentralteil 21 übergehen, welcher seinerseits parallel zur Achse des Rotors 9 verläuft und
schmaler als der Rotorschlitz 91, in den er beim Rotorumlauf eintritt, ausgebildet ist. An seinen Enden
trägt der im Grundriß H-förmige Kolbenschuh die Führungsteile 6, die sich senkrecht zur Rotorachse und
senkrecht zum Kolbenschuh-Zentralteil 21 erstrecken, also parallel zur Führungsfläche 10 des Kolbenführungsringes
12 verlaufen, an der sie anliegen und von der sie zur Ausführung des Kolbenhubes geführt sind.
Zwischen seinen Führungsteilen 6 ist der Kolbenschuh 7 entsprechend seiner H-förmigen Ausbildung
durch schlitzartige Ausnehmungen 63 unterteilt, in die die Rotorstege 13 zwischen den Rotorquerschlitzen 91
beim Umlauf des Rotors 9 eintreten. Der Kolbenführungsring 12, der stationär oder umlaufend gelagert sein
kann, kann innen eine ununterbrochene Führungsfläche 34 eines Führungsteiles 35 (F i g. 9) oder zwei Führungs- br>
flächen 33 (F i g. 1,2, 7) aufweisen, die durch eine in den Kolbenführungsring 12 hineinragende Ringnut 19
voneinander getrennt sind. Zwecks Erzielung eines maximal langen Kolbenhubes ist es hierbei unerläßlich,
daß der Kolbenschuh 7 mit schlitzförmigen Ausnehmungen 63 versehen ist, damit der Kolbenschuh auch mit
seinen radial äußersten Teilen an den Rotorstegen 13 vorbei in den Rotorquerschlitz 91 eintreten kann. Der
Führung der Kolben 8 dienen ferner zur Ermöglichung eines langen Kolbenhubes die an den Rotorstegen 13
angeordneten, die Rotorquerschlitze 91 begrenzenden Kolbenführungen 92 (F i g. 1,2,8).
Wie insbesondere aus Fig.6 ersichtlich, werden die
hydrostatischen Lager des Kolbenschuhes 7 im wesentlichen durch zwei Lagertaschen 2 gebildet, weiche sich
in Längsrichtung der Kolbenschuh-Führungsteile 6, also in Umfangsrichtung des Rotors, erstrecken und durch
Kanäle 24 mit dem zugeordneten, als Arbeitskammer dienenden Zylinder 38 verbunden sind. Die hydrostatischen
Lagertaschen sind hierbei derart angeordnet, daß ihre auf die Längsausdehnung der Taschen bezogenen
Mittellinien je von der axial inneren Begrenzungskante des Führupgsteiles 6 einen Abstand 31 hat, der geringer
als ihr Abstand 30 von der Außenkante des Führungstei-Ies
6 ist. Bei einer Breite 28 der Lagertasche 2 ist demgemäß auch der Abstand 27 derselben von der
Innenkante des Führungsteiles kleiner als der Abstand 29 der Lagertasche von der Außenkante des Führungsteiles.
Durch diese ungleiche Bemessung der Abstände 31 und 30 bzw. 27 und 29 wird erreicht, daß auch bei
Verformung des Kolbenschuhes unter den Drücken des Druckfluids ein gleiches Eindringen desselben in die
Dichtspalte gewährleistet werden kann.
Um des weiteren die Flächenelemente der Führungsflächen in den Führungsteilen 6 des Kolbenschuhes klein
zu halten und Spalterweiterungen, insbesondere durch die Ausbildung hydrodynamischer Tragfelder, zu verhindern,
sind in Umlaufrichtung des Kolbenschuhes außerhalb eines jeden Endes der Lagertaschen 2 eine
oder mehrere quer zur Umlaufrichtung verlaufende durchgehende Abflußnuten 1 bzw. 3 vorgesehen. Es
entstehen dadurch außerhalb der Längserstreckung 97 der Lagertaschen 2 in Umlaufrichtung nur kurze
Führungsflächen 4 bzw. 5, was ein sicheres Anliegen dieser Lagerflächen an den Führungsflächen 33 bzw. 34
des Kolbenführungsringes 12 gewährleistet. Die Gefahr der Bildung von hydrodynamischen Tragfeldern, insbesondere
an den Spitzen der Führungsteile 6, wird dadurch praktisch ausgeschaltet. Hierzu kann ferner
auch beitragen, daß die Führungsflächenteile 4 bzw. 5 schmaler als die Führungsteile 6 bemessen werden.
Vorteilhaft ist ferner eine solche Ausbildung der Lagertaschen 2, daß sie nur eine Länge 96 von parallelen
Kanten begrenzt werden und sich an diese Kanten bis zu einer Gesamtlängserstreckung 97 der Lagertasche
halbkreisförmige Begrenzungskanten mit dem Radius der halben Abmessung der Breite 28 der Lagertasche
anschließen. Eine solche Ausführung der Lagertaschen ist besonders leicht herstellbar. Doch ist es auch
möglich, einfache rechteckige oder andere Querschnittsformen für die Lagertaschen der hydrostatischen
Lager vorzusehen.
Nimmt man an, daß, wie Untersuchungen gezeigt haben, das Druckfluid je nach Druck und Geschwindigkeit
etwa 1 bis 5 mm tief in den Spalt zwischen den aneinander anliegenden Führungsflächen des Kolbenschuhes
7 und des Kolbenführungsringes 12 eindringt, wird vorzugsweise die Breite der stegartigen I Jhrungsflächenelemente
4 und 5 etwa mit 1 bis 6 mm bemessen. Die Abmessung der Dichtflächendicke ist am zweckmäßigsten
1 bis 8 min, doch genügen meist 1 bis 4 mm. In
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besonders kompakten Aggregaten kann sie auch 1 mm unterschreiten. Bei Flächen von mehr als 4 mm
Ausdehnung (Dichtflächendicke oder Stegdicke) besteht bereits die Gefahr des Heißlaufens, da unter
Umständen die erwähnte Eintrittsströmung nicht mehr lief genug in den Dichlspalt eindringt. Diese Gefahr ist
um so größer, je höher die Relativgeschwindigkeit zwischen den eng aufeinandergleitcnJen Fiihrungsflächen
ist.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Kolbenschuh für eine hydrostatische Radialkolbenmaschine mit einer H-förmigen Führungsfläche,
welche an einem durch eine Nut in zwei Führungsflächenteile geteilten Kolbenführungsring anliegt und
welche zwei voneinander getrennt und mit dem zugehörigen Zylinder verbundene hydrostatische
Lagertaschen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die hydrostatischen Lagertaschen (2) in den außerhalb des Verbindungssteges
(21) liegenden seitlichen Führungsteilen (6) der H-förmigen Führungsfläche (20) befinden und in
Umlaufrichtung länglich ausgebildet sind, und daß in den in Umlaufrichtung verbleibenden, nicht von der
hydrostatischen Lagertasche eingenommenen Flächen auf den seitlichen Führungsteilen (6) qoer zur
Utnlaufrichtung verlaufende, duichgehende Abflußnuten
angeordnet sind.
2. Kolbenschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der beiden Endteile
der beiden seitlichen Führungsteile (6) zwei Abflußnuten (1,3) angeordnet sind.
Priority Applications (1)
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DE19752500779 DE2500779C3 (de) | 1975-01-10 | 1975-01-10 | Kolbenschuh für eine hydrostatische Radialkolbenpumpe |
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DE19752500779 DE2500779C3 (de) | 1975-01-10 | 1975-01-10 | Kolbenschuh für eine hydrostatische Radialkolbenpumpe |
Publications (3)
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DE2500779B2 DE2500779B2 (de) | 1978-02-02 |
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Family
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Country | Link |
---|---|
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-
1975
- 1975-01-10 DE DE19752500779 patent/DE2500779C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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