DE2805492C2

DE2805492C2 - Anordnung zum Kühlen der Kolben bei einer hydraulischen Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2805492C2
Application number: DE19782805492
Authority: DE
Inventors: Otto Dr.-Ing. 6117 Schaafheim Böinghoff
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1978-02-09
Filing date: 1978-02-09
Publication date: 1982-10-07
Also published as: DE2805492A1

Description

2. Einstellbare Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (14) in einem Bereich der Zylinderwand angeordnet ist, in den zumindest bei Einstellung auf Ideines Hubvolumcif pro Umdrehung der Kolben (7) ständig eintaucht

3. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der Zylinder (8) der Axialkolbenmaschine (wie an sich bekannt) eine Laufbüchse (15) aus einem Metall mit guten Gleiteigenschaften angeordnet ist und daß die Nut (14) in der Laufbüchse (15) angeordnet ist

4. Axialkolbenmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Tiefe der Nut kleiner oder gleich 1 mm ist

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen der Kolben bei einer hydraulischen Axialkolbenmaschine. Zweck der Anordnung ist das Vermeiden des Klemmens und Fressens der Kolben in Zylindern von Axialkolbenmaschinen infolge eines Wärmestaues in bestimmten Bereichen. Solches Klemmen und daraus resultierendes Fressen hat häufig die Folge einer totalen Zerstörung der Axialkolbenmaschine und tritt besonders bei hohen Drehzahlen auf, bei denen hohe Reibgeschwindigkeiten am Kolbenumfang auftreten, gleichzeitig aber auch hohe Fliehkräfte wirken.

Das gilt insbesondere, wenn gleichzeitig der Arbeitsdruck gering ist so daß vom Arbeitsraum her wenig öl in den Spalt zwischen Kolben und Zylinder gedrückt wird. Eine besondere Gefahr ist bei einstellbaren Kolbenmaschinen bei Einstellung auf relativ geringen Hub gegeben. Bei Einstellung auf großen Hub taucht der Kolben mit seinem triebwerkseitigen Teil im Bereich des äußeren Totpunktes weit aus der Zylinderbohrung aus, so daß das aus der Zylinderbohrung ausgetretene Teij von dem öl im Gehäuse umspült wird. Hat der Zylinder nicht eine durchgehende Lauffläche, sondern eine Lauffläche, hinter der sich der Zylinderraum etwas erweitert, so tritt bei Einstellung auf großen Hub auch das kolbenstirnflächenseitige Ende des Kolbens aus der Lauffläche im Zylinder aus, so daß es im Arbeitsraum von öl umspült wird. Bei Einstellung auf kleinen Hub wird aber ein relativ großer Teil des Kolbens in der Lauffläche hin und her bewegt, ohne auf der äußeren oder inneren Seite aus der Lauffläche auszutreten. In diesem Bereich besteht die Gefahr eines Wärmestaues. Die Gefahr eines solchen Wärmestaues entsteht also immer in bestimmten Stellen im Zylinder.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gefahr eines solchen Wärmestaues mit den daraus resultierenden Gefahren des Fressens und Klemmens des Kolbens zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebe nen Merkmale.

Die Gefahr eines solchen gemäß der Erfindung zu vermeidenden Wärmestaues ist um so größer, ;e langer die Lauffläche in der Zylinderinnenwand ist über die der Kolben gleitet

Die Ausgestaltung gemäß der Erfindung ermöglicht Axialkolbenmaschinen, die mit solcher Nut versehen sind, mit höherer Drehzahl zu betreiben als Axialkolbenmaschinen, denen diese Nut fehlt Darüber hinaus ergibt sich der weitere Vorteil, daß durch Fortfall der Gefahr des Kolbenklemmens der Spalt zwischen Außendurchmesser des Kolbens und Innendurchmessers der Zylinderlaufwand verringert werden kann und damit die Leckverluste verringert werden können. Die Nut ermöglicht nicht nur ein Ansammeln von öl, das die Wärme abführt, sondern verringert auch die Länge der Lauffläche, längs der die Kolbenaußenwand in der Zylinderinnenbohrung reibt

Nuten in der Zylinderinnenwand sind an sich bekannt jedoch zu anderen Zwecken. Beispielsweise durch die DE-OS 18 04 529 ist es bei einer Schrägscheiben-Axialkolbenmaschine bekannt in einem Bereich der Zylinderwand, der von einem kolbenstirnflächennahen Teil des Kolbens überstrichen wird, eine Ringnut anzuordnen, die ständig über ein Ventil mit der Hochdrucklei- tung in Verbindung steht Diese an die Hochdruckleitung angeschlossene Nut hat die Aufgabe, Öl einer Bohrung in der Kolbenaußenwand zuzuführen, deren Mündung bei jedem Kolbenhub die Nut überstreicht und die mit einem Druckpolsterraum im Gleitschuh der Schrägscheibenmaschine verbunden ist Hier dient die Nut also zur Zuführung von Druckmittel zum Druckpolsterraum im Gleitschuh und ist in einem Bereich der Zylinderinnenwand angeordnet die von einem kolbenstirnflächennahen Teil des Kolbens über strichen wird.

Bei einer anderen bekannten Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauform sind in der Zylinderinnenwand jeweils ein Teil des Umfanges umfassende taschenförmige Druckpolster angeordnet die mit dem Druckraum vor der Stirnfläche des Kolbens in Verbindung stehen (GB-PS 9 92 230). Diese Druckpolster dienen in ähnlicher Weise wie die Druckpolster im Gleitschuh zur Aufnahme der Seitenkräfte, die zwischen Kolben und Zylinder wirken. Weiterhin ist eine Schrägscheiben- Axialkolbenmaschine für die Flughydraulik bekannt bei der im mittleren Bereich der Zylinderlaufbahn zwei schmale Ringnuten angeordnet sind, die nach Art von Labyrinthdichtungen einen unzulässig hohen Abfluß von Arbeitsmedium durch den Spalt verhindern sollen.

Da nicht einstellbare Axialkolbenmaschinen (Konstantmaschinen) ständig mit großem Hub arbeiten, ist der Bereich des Kolbens, der nie auf der zylinderinneren oder äußeren Seite aus der Lauffläche austritt, klein und damit die Gefahr der Überhitzung klein. Besonders groß ist die Gefahr bei Axialkolbenmaschinen, die einstellbar sind, bei Betrieb mit hoher Drehzahl bei kleinem Schwenkwinkel, weil dann ein großer Teil des Kolbens ständig innerhalb der Zylinderlauffläche verbleibt.

Besonders zweckmäßig ist deshalb die Anwendung der Erfindung bei Axialkolbenmaschine^ die einstellbar sind, wobei die Nut in einem Bereich der Zylinderwand angeordnet ist, in den zumindest bei Einstellung auf kleines Hubvolumen der Kolben ständig eintaucht Die zweckmäßige Lage der gemäß der Erfindung vorgesehenen Nut richtet sich in einer für den Fachmann erkennbaren Weise nach der Geometrie der Axialkolbenmaschine, das heißt insbesondere dem Verhältnis von Kolbenhub und Zylinderlaufflächenlänge und der relativen Lage de« Kolbenmantelweges zur Zylinderlauffläche. Dabei müssen ggfs. Nuten in der Kolbenwand, insbesondere große Nuten, die entstehen, um durch plastisches Verformen den Kolben hinter die Pleuelstangenkugel greifen zu lassen, berücksichtigt werden, wobei jedoch solche Nuten bei großem Hub die gemäß der Erfindung vorgesehene Nut überfahren dürfen. Es ist denkbar, die Nut durch eine zusätzliche Bohrung mit der Außenwand der Zylindertrommel zu verbinden, um durch diese Bohrung einen öiaustausch zu ermöglichen. Insbesondere wäre beispielsweise denkbar, zwei solche Bohrungen vorzusehen, die jeweils tangential in die Nut münden, seitlich nebeneinander versetzt, so daß die eine in der Nähe der unteren Kante und eine in der Nähe der oberen Kante der Nut endet, wobei beide in entgegengesetzter Richtung zum Umfang der Zylindertrommel geführt sind, so daß beim Umlauf der Zylindertrommel ein gewisser Stau an einer der Mündungen entsteht und dadurch ein Durchspülen der Nut erzielt wird. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß durch jede Bohrung, die die gemäß der Erfindung vorgesehene Nut mit dem Außenumfang der Zylindertrommel verbindet, der Druckaufbau in der Nut vermieden wird. In erster Linie ist jedoch vorgesehen, daß diese Nut keine Verbindung zur Außenseite des Zylinders hat, damit sich in dieser Nut ein Öldruck aufbaut, so daß das Öl von dem Druckraum vor der Stirnfläche des Kolbens zum Ende des Zylinders in ähnlicher Weise durch die ganze Länge des Spaltes fließt als wenn diese Nut nicht vorhanden wäre.

Hohe Drehzahlen bei geringem Druck können durchaus auch bei Axialkolbenpumpen entstehen, wenn diese mit unzulässig hoher Drehzahl angetrieben werden, beispielsweise die antreibende Maschine — das kann eine Brennkraftmaschine oder ein Elektromotor sein — auf unzulässig hohe Überdrehzahl angetrieben wird. Häufiger treten Zustände, in denen Überdrehzahlen entstehen, bei Hydromotoren auf und das wiederum insbesondere dann, wenn diese auf kleinen Hub eingestellt sind. Deshalb ist die Anwendung der Nut gemäß der Erfindung insbesondere bei Axialkolbenmotoren vorgesehen.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Nut gemäß der Erfindung bei Axialkolbenmaschinen, bei denen in jedem Zylinder eine Laufbüchse aus einem Metall mit guten Gleiteigenschaften, beispielsweise eine Bronzebüchse, eingesetzt, beispielsweise eingepreßt ist. Bei solchen Bronzebüchsen ist nämlich die Gefahr eines Wärmestaues groß und ist besonders groß die Gefahr, daß diese sich zur Zylinderinnenwand hin ausdehnen, und zwar sowohl infolge der Wärmeausdehnung als auch infolge des nachlassenden Widerstandes gegenüber dem Druck der Wand der Bohrung in der Zylindertrommel, So daß der freie Innendurchmesser der Laufbuchse imfier kleiner wird und damit das Spiel am Kolben <io 'Mein wird, daß der Schmierfilm abgepreßt wird urlti schließlich metallische Berührung und damit Fressen iintste'nt.

Zweckmäßigerweise ist die Nut gemäß der Erfindung im äußeren Drittel, das heißt dem dem offenen Ende des Zylinders zugewandten Drittel der Zylinderläng? angeordnet oder derart angeordnet, daß das Ende des äußeren Drittels der Zylinderlänge in der Nut liegt. Zweckmäßigerweise hat der Abstand der dem äußeren Ende der Zylinderlauffläche zugewandten Kante der Nute von dem Ende der Zylinderlauffläche einen Abstand, der mindestens gleich oder zumindest

ίο annähernd gleich ²h des Kolbendurchmessers ist. Zweckmäßig ist fernerhin die Erstreckung der Nut in axialer Richtung gleich '/3 bis '/2 des Kolbendurchmessers, insbesondere in einer vorteilhaften Ausgestaltung gleich dem 0,4fachen des Kolbendurchmessers.

is Die Tiefe der Nut kann 1 mm betragen, kann aber auch wesentlich geringer sein insbesondere dann, wenn die Wandstärke einer Laufbüchse gering ist, wobei die Laufbüchse nicht aus zwei Teilen, die durch die Nut getrennt sind, bestehen soll, sondern eine durchgehende Laufbüchss in die Bohrung in die Zylindertrommel eingesetzt werden soll. Bei geringer V/andstärke einer solchen Laufbuchse kann die Tiefe der N;jt auch kleiner als '/2 mm sein.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes im Schnitt durch die Zylindertromme-iachse einer vereinfacht dargestellten Triebflansch-Axialkolbenmaschine dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Axialkolbenmaschine, bei der die Kolben unmittelbar in der Zylinderwand laufen;

F i g. 2 zeigt eine Axialkolbenmaschine, bei der die Kolben in einer Laufbüchse innerhalb des Zylinders laufen.

Die Triebwelle 1 ist in einem Gehäuseteil 2 gelagert und fest mit einem Triebflansch 3 verbunden, in dem die Kugelköpfe 4 der Pleuelstangen 5 gelagert sind. Diese Pleuelstangen 5 sind mit je einem weiteren Kugelkopf 6 in je einem Kolben 7 gelagert, der in je einer Bohrung 8 in der Zylindertrommel 9 längs verschiebbar ist. Jede Zylindertrommel 9 ist auf einem Mittdzapicn 10 gelagert, der mit einem Gehäuseteil 11 verbunden ist, in dem Kanäle 12 für die Zufuhr und Abfuhr der Flüssigkeit zu den Bohrungen 13 in der Stirnfläche der Zylindertrommel 9 führen, wobei diese Bohrungen 13 jeweils mit einem Zylinder 8 in Verbindung stehen.

In der Lauffläche jeder Zylinderbohrung 8 ist eine Nut 14 vorgesehen.

Die Strecke L bezeichnet die Zylinderlaufflächenlänge und—bezeichnet ^!/3 der Laufflächenlänge. Es ist also

deutlich zu erkennen, daß die Nut 14 im äußeren Drittel der Zylinderlaufflächenlänge /.angeordnet ist.

Bei der Ausgestaltungsform gemäß F i g. 2 sind die mit gleichen Bezugszeichen versehenen Teile gleich mit den jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehenen Teilen aus Fig. 1. Der Unterschied zwischen den Ausgestaltungsforrrcn gemäß F i g. 1 und 2 besteht darin, daß bei der Ausgestaltungsform gemäß F i g. 2 in jede Zylinderbohrung 8 eine Laufbüchse aus Bronze eingesetzt ist. In diese Laufbüchse 15 aus Bronze ist jeweils die Nut 14 eingearbeitet, deren Tiefe einen Teil der Wandstärke der Laufbüchse 15 ausmacht, Eine zweckmäßige Anordnung für die Lage der Nu". 14 ist gegeben, wenn die Kante 16 der Nut 14 vom äußeren Zylinderende einen Abstand hat, der gleich ²h des

M Innenbohrungsdurchmessers der Laufbuchse 15 ist und wenn die Entfernung zwischen der Kante 16 der Nut 14 und der Kante 17 der Nut 14 gleich dem 0,4fachen des Durchmessers der Innenbohrung der Laufbuchse 15 ist.

I lid/u 2 M;itt

Claims

Patentansprüche:

K Hydraulische Axialkolbenmaschine in Schrägachsbauform, gekennzeichnet durch eine Anordnung zum Kühlen der Kolben mit folgenden Merkmalen:

a) im äußeren Drittel der Zylinderlänge ist in der Zylinderwand eine Nut (14) angeordnet

b) der Abstand der dem äußeren Ende der Zylinderlauffläche zugewandten Kante (16) der Nut (14) von dem Ende der Zylinderlauffläche beträgt mindestens zwei Drittel des Kolbendurchmessers

c) die Erstreckung der Nut (14) in axialer Richtung ist gleich oder größer als ein Drittel des Kolbendurchmessers und gleich oder kleiner als ein Halb des Kolbendurchmessers.