DE1074346B

DE1074346B - Kolbenschieber

Info

Publication number: DE1074346B
Application number: DENDAT1074346D
Authority: DE
Inventors: South Bend Ind. Frank C. Mock (V. St. A.)
Original assignee: Bendix Aviation Corp
Current assignee: Bendix Aviation Corp
Priority date: 1955-02-21
Publication date: 1960-01-28
Also published as: US2952275A; GB820797A; FR1149196A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen Kolbenschieber mit einer im Gehäuse vorgesehenen, versetzt zueinander angeordnete Einlaß- und Auslaß Öffnungen aufweisenden Führungsbüchse für einen in ihr gleitend verschiebbaren, aus zwei miteinander verbundenen Vollkolben bestehenden Steuerkolben zur Steuerung der Verbindung zwischen der Einlaß- und der Auslaßöffnung.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß derartige Kolbenschieber, wenn 'diese in der Führung dicht genug sitzen, um ein übermäßiges Durchlassen von Medium zu verhindern, dazu neigen, in der Fühnung zu klemmen. Die Kraft, die aufgewandt werden muß, um die Kolbenschieber aus der festgeklemmten Stellung zu befreien, ist beträchtlich groß. Bei manchen Anordnungen ist diese aufzuwendende Kraft derart groß, daß bei einer Bewegung des Kolbenschiebers Zerstörungen eintreten würden. Diese Kraft zum Lösen der Kolbenschieber ist meist deswegen unregelmäßig, da es wegen des sehr geringen Spieles, das bei hydraulischen Vorrichtungen gewöhnlich in der Größenordnung einiger zehntausendstel μ liegt, sehr schwierig ist, ein für alle auftretenden Drücke passendes Spiel zwischen der Führung und 'dem Kolbenschieber vorzusehen.

Es wurden bislang die verschiedensten Versuche unternommen, um das Klemmen der Kolbenschieber zu verhindern. Sie bezogen sich im allgemeinen darauf, eine Kompensation der größenmäßigen Ungenauigkeit beim Kolbenschieber oder bei der Führung zu bezwecken. So sind z. B. Mittel vorgesehen, um Kolbenschieber in der Führung zu zentrieren, indem man den Kolbenschieber mit einer umlaufenden Nut versieht, um so die -seitlichen Kräfte zu verkleinern. Eine derartige Ausbildung, die in einigen Fällen teilweise erfolgreich ist und die Größe der Kraft verringert, die zur Behebung des Klemmens aufgewandt werden muß, versagt, wenn man das Klemmen der Kolbenschieber verhindern will. Bei einer anderen Ausführung wird versucht, diesen Nachteil dadurch zu beheben, daß das Spiel zwischen dem Kolbenschieber und der Kolbenführung vergrößert wird. Die demzufolge auftretende größere Undichtigkeit macht diese Ausführung zu einer zweifelhaften, unpraktischen oder nicht wünschenswerten.

Es wurde festgestellt, daß nicht nur Ungenauigkeiten in der äußeren Abmessung oder ein nicht genaues Anliegen der Kolbenschieber in der Führung ein Klemmen hervorrufen kann, sondern daß der hauptsächliche Grund für das Klemmen die Verkleinerung der Führung, also ein Zusammenpressen derselben um den Kolbenschieber ist. Diese Kontrakttion wird durch die unter Druck stehende Flüssigkeit, welche auf das Äußere der Führung wirkt, veranlaßt.

Anmelder:

Bendix Aviation Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 21. Februar 1955

Frank C. Mock, South Bend, Ind. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Demzufolge ist es Hauptzweck der vorliegenden Erfindung, das Klemmen der Kolbenschieber in den Führungen dadurch zu vermeiden, indem man die Kontraktion der Kolbenführung um den Kolbenschieber verkleinert oider verhindert.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß Ausnehmungen, die mit der von den Vollkolben gesteuerten Öffnung in Verbindung stehen, an den Vollkolben oder in der Führungsbüchse neben dieser Öffnung vorgesehen sind und sich zum Anlegen des Strörnungsmitteldruckes an die innere Wand der Führungsbüchse von der Öffnung um eine vorbestimmte Länge erstrecken und dadurch die Wirkung des Strömungsmitteldruckes auf die äußere Wand der Führungsbüchse ausgleichen.

Zweckmäßig sind als Ausnehmungen Längsnuten in den Vollkolben vorgesehen.

Eine weitere zweckmäßige Ausbildungsform des Erfindungsgegenstandes sieht als Ausnehmung eine Erweiterung· eines Ringraumes vor, der in der Innenwand dfer Führungsbüchse ausgebildet ist und mit der von dem entsprechenden Vollkolben gesteuerten Öffnung in Verbindung steht.

Es ist bei Kolbenschiebern zwar an sich bekannt, die Einmündungen der Ein- und Auslaß Öffnungen zu einem Ringraum zu erweitern, wobei diese bekannten

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Ringräume jedoch nicht dem Druckausgleich dienen, wie es erfindungsgemäß der Fall ist.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Kolbenschiebers, bei dem in an sich bekannter Weise Dichtungsmittel in der äußeren Wand der Führungsbüchse an jeder Seite der von dem Vollkolben gesteuerten Öffnung angeondnet sind, zeichnet sich dadurch aus, daß die auf dem Vollkolben angeordneten Längsnuten in der Schließstellung des Kolbenschiebers von der gesteuerten Öffnung bis unter die Dichtungsmittel bzw. den Bereich der Führungsbüchsenwand, der sich in der Richtung zu den Dichtungsmitteln an den mit der gesteuerten Öffnung in Verbindung stehenden Ringraum anschließt, erstrecken und daß die Längsnuten räumlich von den Enden der Vollkolben abgesetzt sind.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung bei einem Kolbenschieber, bei dem Dichtungsmittel in der äußeren Wand der Führungsbüchse an jeder Seite der von den Vollkolben gesteuerten Öffnungen angeordnet sind, besteht darin, daß die Erweiterungen in der Führungsbüchsenwand eine Länge halben, die dem Abstand zwischen der gesteuerten Öffnung und dem betreffenden Dichtungsmittel gleich ist.

Zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer Kolbenschieberabsperrvorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt des in Fig. 2 gestrichelt gezeigten Teiles,

Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt des in Fig. 3 gezeigten Teiles, welcher die Kontraktion der Führungsbüchse bei einem üblichen Kolbenschieber zeigt,

Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt eines in Fig. 3 gezeigten Teiles mit einem erfindungsgemäß en Kolbenschieber,

Fig. 6 einen vergrößerten Schnitt eines in Fig. 2 gezeigten Teiles mit einer zusätzlichen erfindungsgemäßen Ausführung.

Eine Kolbenschieberabsperrvorrichtung 10 besteht, wie es Fig. 2 am besten zeigt, aus einem Schiebergehäuse 12 mit einer Führungsbüchse 14 und einem Stenierkolben 16, der in der Führungsbüchse 14 hin- und herbeweglich angebracht ist.

Die Führungsbüchse 14 hat mehrere Zuflußöffnungen 18, die in einen üblichen, ringförmigen Raum 20 münden. Dieser Ringraum 20 stimmt in seiner Breite etwa mit einer Leitung 22 des Gehäuses 12 überein, durch die Medium unter einem hohen Druck P₀ zügeführt wind. Beidseitig der Zuflußöffnung 18 befinden sich in einem gewissen Abstand Ringräume 24 und 26, die mit mehreren Ausflußöffnungen 28 und 30 verbunden sind. In dem Gehäuse 12 befindet sich die Leitung 32, die das Medium bei einem mittleren D ruck P₂ und eine Leitung 34, welche das Medium bei einem mittleren Druck P₃ abführt. Diese Leitungen stehen mit den Ringräumen 24 und 26 in Verbindung.

In der Außenfläche der Führungsbüchse 14 befinden sich mehrere Nuten 36 a, 36 b, 36 c und 36 d in Abstand voneinander, welche mit Dichtungsmitteln, beispielsweise O-Ringen 38 a, 38 b, 38 c und 38 d versehen sind und die einzelnen Ringräume gegeneinander und die Räume mit niedrigem Druck P₁ und P₄ abdichten.

Die Führungsbüchse 14 hat eine zylindrische Bohrung 40, in welcher .der Steuerkolben 16 gleitet. Der Steuerkolben 16 hat zwei im Abstand nebeneinander befindliche Vollkolben 42 und 44, wobei der Abstand gleich dem Abstand der inneren Ringräume 46 und 48 der Ausflußöffnungen 28 und 30 ist. An jedem Ende der Vollkolben 42 und 44 ist eine Zumeßvorrichtung, beispielsweise eine übliche Kerbe 50, angebracht. In der gezeigten Ausführung sind an jedem Ende des Vollkolbens zwei solche Kerben im Abstand von 180° angebracht. Die Anzahl, Form und Stellung dieser Kerben kann bei den verschiedenen Ausführungen verändert oder in einigen Fällen sogar gänzlich fortgelassen werden. Eine Bewegung des Steuerkolbens 16 nach irgendeiner Seite aus der neutralen Stellung heraus verbindet eine der Mitteldruckleitungen P₂ oder P₃ mit der Hochdruckleitung P₀, während die andere Mitteldruckleitung P₃ oder P₂ mit dem Niederdruckraum P₁ oder P₄ verbunden ist.

Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Schnitt eines Teiles der Fig. 2 in abgeänderter Form. Hier werden die unausgeglichenen Druckkräfte, welche auf die Führungsbüchse 14 eines üblichen Kolbenschiebers wirken, verdeutlicht. Zwischen der Führungsbüchse 14 und dem Gehäuse 12 führt von dem Ringraum 24 zu dem Dichtungsring 38a ein Sickerweg, durch welchen die unter dem Druck P₂ stehende Flüssigkeit durchleckt.

Ein weiterer Sickerweg ist zwischen dem Steuerkolben 16 und der Führungsbüchse 14 vorhanden, die von dem Ringraum 46 zu dem unter dem DrUCkP₁ stehenden Raum führt und durch welchen die unter dem DruckP₂ stehende Flüssigkeit durchleckt. In Fig. 3 sind durch Vektorpfeile die von außen und von innen auf die Führungsbücbse 14 wirkenden Drücke gezeichnet. Die Pfeile zeigen deutlich das Übermaß des von außen radial nach innen wirkenden Druckes, welcher die Kontraktion der Führungsbüchse hervorruft.

Fig. 4 zeigt in einem vergrößerten Maßstab einen Teil der Fig. 3 und verdeutlicht die Kontraktion der Führungsbüchse 14 um einen üblichen Steuerkolben 16. Die gestrichelte Linie bezeichnet die normale Lage der inneren Führungsbüchsenwand.

Fig. 2 und 5 zeigen einen Steuerkolben, welcher gemäß vorliegender Erfindung mit mehreren längsverlaufenden Ausnehmungen wie Kerben, Längsnuten 52 oder Vertiefungen verseben ist, die auf den Vollkolben 42 und 44 angebracht sind, um die unter dem DnuckP₂ stehendeFlüssigkeit zwischen dieFührungsbüohse und Vollkolben zu leiten und so gegen den von außen wirkenden DruckP₂ zu wirken. Die Längsnuten 52 haben einen gewissen Abstand gegenüber dem Ende der Vollkolben 42 und 44, um ein Durchsickern von P₂ nach P₁ oder P₄ zu verhindern. In der Praxis hört die Nut, wenn das Spiel zwischen Führungsbüchse und Vollkolben etwa ²⁵/ioo 000 000 mm beträgt, im allgemeinen 0,8 mm von dem Ende des Vollkolbens auf, um eine dichtende Oberfläche zu schaffen, die gewöhnlich ausreichend ist, tun das unerwünschte Durchsickern zu verhindern. Die Form und der Bereich der Längsnuten 52 sowie deren Länge entsprechen dem Bereich der äußeren Oberfläche der Führungsbüchse, die dem Druck P₂ unterworfen ist. Dadurch wird die Kontraktion, die durch diesen DruckP₂ hervorgerufen wird, gänzlich aufgehoben oder zumindest eine vorteilhafte Verkleinerung dieser Kontraktion bewirkt, so daß ein erträgliches .Spiel ohne ein Verklemmen der Teile gegeben ist. Die Längsnuten 52 können entweder im Stauerkolben 16 oder an der Innenwand der Führungsbüchse 14 angebracht sein. Wichtig ist nur, daß der Druck P₂ zwischen die Führungsbüchse und die Vollkolben 42 und 44 geleitet wird, um gegen den von außen wirkenden Druck P₂, welcher die Kontraktion bewirkt, zu wirken und ein Klemmen der Teile zu vermeiden.

Die Fig. 6 zeigt eine Abänderung der erfindungsgemäßen Ausführung, bei der dieLängsnuten52 durch Erweiterungen 46' des inneren Ringraumes 46 ersetzt sind, die sich in Längsrichtung über eine Strecke hin ausdehnen, welche gleich der Strecke zwischen dem Dichtring 38 und dem Ringrauim 24 ist; dadurch wird der von außen wirkende Druck P₂ durch den von innen wirkenden Druck annähernd ausgeglichen.

Wie sich aus der Beschreibung ersehen läßt, widerstehen diese Kolbenschieberabsperrvorrichtungen einer Kontraktion und klemmen nicht. Es können übliche Kolbenschieber abgeändert und erfindungsgemäß ausgebildet wenden, so daß durch geringe Kosten eine vorteilhaftere Arbeitsweise ermöglicht wird.

Claims

Patentansprüche.·

1. Kolbenschieber mit einer im Gehäuse vorgesehenen, versetzt zueinander angeordnete Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweisenden Führungsbüchse für einen in ihr gleitend verschiebbaren, ao aus zwei miteinander verbundenen Vollkolben bestehenden Steuerkolben zur Steuerung der A^erbindung zwischen der Einlaß- und der Auslaßöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß Ausnehmungen, die mit der von den Vollkolben (42, 44) gesteuerten öffnung (28 oder 30) in Verbindung stehen, an den Vollkolben (42 oder 44) oder in der Führungsbüchse (14) neben dieser Öffnung vorgesehen sind und sich zum Anlagen des Strömungsmitteldruckes an die innere Wand der Führungsbüchse von der öffnung um eine vorbestimmte Länge erstrecken und dadurch die Wirkung des Strömungsmitteldruckes auf die äußere Wand der Führungsbüchse ausgleichen.

2. Kolbenschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausnehmungen Längsnuten (52) in den Vollkolben (42., 44) vorgesehen sind.

3. Kolbenschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausnehmung eine Erweiterung (46') eines Ringraumes, der in der Innenwand der Führungsbüchse ausgebildet ist und mit der von dem entsprechenden Vollkolben gesteuerten öffnung (28, 30) in Verbindung steht, vorgesehen ist.

4. Kolbenschieber nach Anspruch 1 und 2, bei welchem Dichtungsmittel in der äußeren Wand der Führungsbüchse an jeder Seite der von den Vollkolben gesteuerten Öffnungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Vollkolben angeordneten Längsnuten (52) in der Schließstellung des Kolbenschiebers von der gesteuerten Öffnung bis unter die Dichtungsmittel bzw. den Bereich der Führungsbüchsenwand, der sich in der Richtung zu den Dichtungsmitteln an den mit der gesteuerten Öffnung in Verbindung stehenden Ringraum anschließt, erstrecken und daß die Längsnuten räumlich von den Enden der Vollkolben abgesetzt sind.

5. Kolbenschieber nach Anspruch 1 und 3, bei welchem Dichtungsmittel in der äußeren Wand der Führungsbüchse an jeder Seite der von den Vollkolben gesteuerten Öffnungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterungen (46') in der Führungsbüchsenwand eine Länge haben, die dem Abstand zwischen der gesteuerten Öffnung und dem betreffenden Dichtungsmittel gleich ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 893 749; britische Patentschriften Nr. 720966, 665 511,

662 448; USA.-Patentschriften Nr. 2 205 788, 1 704 759,

1 484 533.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen