DE3701168A1 - Kolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine mit mindestens einem Druckkolben gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zur Er­ zeugung eines Förderstromes in einer angetriebenen Kolbenpumpe bzw. in der Ausführungsform eines mit einem Druckmittel betriebe­ nen Hydraulikmotors.

Aus der DE-PS 33 32 355 ist eine Zylinderkolben-Anordnung für eine Kolbenmaschine bekannt, bei welcher der in den Arbeitsraum eintauchende Druckkolben in einer zylindrischen Führungsbüchse axial verschiebbar geführt ist. In der Ausführungsform als Kol­ benpumpe erfolgt der Antrieb des Druckkolbens über eine im Pum­ pengehäuse gelagerte Exzenterwelle, deren Hubbewegungen über einen gleichfalls in der Führungsbüchse verschiebbar gelagerten Schubkolben auf den Druckkolben übertragen werden.

Als Druckflüssigkeit ist eine niederviskose HFA-Betriebsflüssigkeit vorgesehen, die zur Verbesserung des Wirkungsgrades von einer Vorfüllpumpe mit einem Vorfülldruck über ein Einlaßventil in den Arbeitsraum eingespeist wird. Die Druckflüssigkeit wird durch die Hubbewegungen des Druckkolbens verdichtet und über ein Auslaßven­ til zum angeschlossenen Druckmittelverbraucher ausgestoßen.

Zur Abdichtung des Arbeitsraumes ist ein in der Führungsbüchse gelagerter, elastisch verformbarer Dichtungsschlauch vorgesehen, der mit der Führungsbüchse einerseits und mit dem Druckkolben andererseits verspannt ist und mit den Hubbewegungen des Kolbens gedehnt wird. Die Lagerung des Dichtungsschlauches in der Füh­ rungsbüchse verlangt jedoch eine sehr aufwendige Schmierung der Außenmantelfläche durch ein geeignetes Schmiermittel, das über eine Schmiermittelpumpe in sorgfältiger Dosierung zuzuführen ist. Der Dichtungsschlauch erweist sich im Dauerbetrieb zudem als sehr empfindlich gegenüber Beschädigungen durch Reibung, Schmiermit­ telstau und nicht zuletzt durch Materialermüdung infolge konti­ nuierlich, mit hoher Frequenz erfolgender Dehnung.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine dauer­ hafte verschleißarme Abdichtung für den Druckkolben einer mit ei­ ner Niederviskose-Druckflüssigkeit betriebenen Kolbenmaschine zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Mitteln gelöst. Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung ist der mit Hochdruckflüssigkeit beaufschlag­ te Arbeitsraum am Druckkolben durch eine in der Führungsbüchse gelagerte Hochdruckdichtung abgedichtet, die auf der Niederdruck­ seite mit einer Niederdruckflüssigkeit geschmiert ist. Zu diesem Zweck ist in der Führungsbüchse zwischen der Hochdruckdichtung und der antriebsseitig angeordneten Niederdruckdichtung ein Ring­ kanal vorgesehen, in den von der Antriebsseite her Niederdruck­ flüssigkeit auf die Hochdruckdichtung auftrifft und diese durch den Aufbau eines Gegendruckes entlastet. Mit der in den Ringkanal eingeleiteten Flüssigkeit wird gleichzeitig ein Flüssigkeitsfilm an der Dichtung aufgebaut, der einen Trockenlauf der Hochdruck­ dichtung auf der druckabgewandten Seite vermeidet. Durch die beidseitige Beaufschlagung der Hochdruckdichtung mit Druckflüs­ sigkeit wird eine dauerhafte, verschleißarme Abdichtung für Kol­ benmaschinen geschaffen, die vorzugsweise für den Betrieb mit niederviskosen Druckflüssigkeiten oder Wasser geeignet sind.

Die in den Ringkanal eingeleitete Niederdruckflüssigkeit wird in einer Pumpe als einer der möglichen Ausführungsformen der Kolben­ maschine, unmittelbar einer Vorfüllpumpe entnommen, welche die Druckflüssigkeit mit dem Vorfülldruck zur Verbesserung des volu­ metrischen Wirkungsgrades über das Einlaßventil in den Arbeits­ raum einspeist. Wird dagegen die Kolbenmaschine als Motor verwen­ det und Hochdruckflüssigkeit über ein zwangsgesteuertes Einlaß­ ventil in den Arbeitsraum eingeleitet, dann ist es zweckmäßig, die in den Ringkanal einzuleitende Niederdruckflüssigkeit über ein Druckminderventil der Hochdruckleitung zu entnehmen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der abgedichtete Druckkolben nicht mit dem Schubkolben verbunden und somit frei von Seitenkräften genau zentrisch in der Führungsbüchse geführt, in der er weitgehend reibungsfrei an der Hochdruckdichtung entlanggleitet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an einem Aus­ führungsbeispiel näher erläutert. Die Zeichnung zeigt den Zylinder­ block einer Pumpe mit einer Zylinderkolben-Anordnung im Längsschnitt.

Der Zylinderblock 1 ist an das Maschinengehäuse 2 einer im übrigen nicht weiter dargestellten Pumpe angesetzt. In dem Zylinderblock 1 und dem Maschinengehäuse 2 befindet sich eine Stufenbohrung 3, in die eine aus hülsenförmigen Abschnitten 4 a, b, c zusammengesetzte Führungsbüchse 4 eingesetzt und durch eine Andruckscheibe 5 am Zylinderblock 1 arretiert ist. In den einzelnen Abschnitten 4 a, b, c der Führungsbüchse 4 sind nicht bezeichnete Ausnehmungen zur Auf­ nahme von Dichtungsringen vorgesehen.

In der Führungsbüchse 4 sind hintereinander liegend ein Schubkol­ ben 6 und Druckkolben 7 längsverschiebbar geführt. Der Druckkol­ ben 7 taucht mit seinem oberen Ende in einen durch den Zylinder­ deckel 8 verschlossenen Arbeitsraum 9 ein, in den eine nicht darge­ stellte Vorfüllpumpe Druckflüssigkeit mit Niederdruck einspeist, die durch die Hubbewegungen des Druckkolbens komprimiert wird. Die Einspeisung der Druckflüssigkeit von der Vorfüllpumpe erfolgt über die Einlaßkanäle 10 und 11 sowie das dem Arbeitsraum 9 vorgeschal­ tete Einlaßventil 12. Die Hochdruckflüssigkeit verläßt den Arbeits­ raum 9 über das Auslaßventil 13 und die Auslaßkanäle 14 und 15.

Der Antrieb des Druckkolbens 7 erfolgt über den Schubkolben 6 und den Kolbenschuh 16, der auf einem nicht dargestellten Flächenring einer angetriebenen Exzenterwelle der Pumpe gelagert ist. Diese Bauweise wird im allgemeinen bei einer Radialkolbenpumpe angewendet. Der Einsatz des Zylinderblockes ist jedoch nicht nur auf diese Bauform beschränkt.

In die Ausnehmung des oberen hochdruckseitigen Abschnitts 4 a der Führungsbüchse 4 ist eine Hochdruckdichtung 17 eingelegt, die den Arbeitsraum 9 auf der Mantelfläche des Druckkolbens 7 abdichtet. In der Ausnehmung vom mittleren Abschnitt 4 a der Führungsbüchse 4 ist eine Niederdruckdichtung 18 gelagert. Eine weitere Dichtung 19 ist im Bereich des Schubkolbens 7 als Ölabstreifer in der Ausnehmung des unteren Abschnitts 4 c der Führungsbüchse 4 vorgesehen. Mit 20 ist eine Entlüftungs- und Kontrollbohrung bezeichnet.

In dem oberen Abschnitt 4 a der Führungsbüchse 4 ist ein zum Druck­ kolben 7 offener Ringkanal 21 zwischen der Hochdruckdichtung 17 und der Niederdruckdichtung 18 ausgeformt. Der Ringkanal 21 ist durch einen Stichkanal 22 mit den Einlaßkanälen 10, 11 verbunden, so daß die von der Vorfüllpumpe geförderte Niederdruckflüssigkeit in den Ringkanal 21 eintritt und die Hochdruckdichtung 17 von der Nieder­ druckseite her schmiert und entlastet.

Der Druckkolben 7 ist nicht mit dem Schubkolben 6 verbunden und frei in der Führungsbüchse 4 geführt. Beide Bauteile liegen mit ih­ ren Stirnseiten flächig aneinander, wobei der Vorfülldruck den not­ wendigen Andruck auf den Schubkolben 6 auch während der Abwärtsbe­ wegung im Saughub der Pumpe auf den Druckkolben 7 ausübt.

Die Kolbenmaschine ist in der nicht dargestellten Ausführung als Motor mit zwangsgesteuertem Einlaßventil mit Hochdruckflüssigkeit beaufschlagt. Die in den Ringkanal 21 eingeleitete Niederdruck­ flüssigkeit wird dann über ein nicht dargestelltes Druckminder­ ventil aus der Hochdruckleitung abgezweigt. Eine Kolbenmaschine, ob in der Ausführung als Pumpe oder als Motor, ist im allgemei­ nen mit mehreren Zylinderblöcken ausgestattet.

Claims (4)

1. Kolbenmaschine mit mindestens einem Druckkolben, der in einen mit Hochdruckflüssigkeit beaufschlagbaren und über Einlaß- und Auslaßventile verschließbaren Arbeitsraum eintaucht, der ge­ meinsam mit einem Schubkolben in einer zylindrischen Führungs­ büchse des Maschinengehäuses axial verschiebbar geführt und der durch ein in der Führungsbüchse gelagertes Dichtungselement druckdicht abgedichtet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) ein zylinderförmiger Druckkolben (7) ist in der Führungs­ büchse (4 a, b, c) durch eine ringförmige Hochdruckdichtung (17) zum Arbeitsraum (9) und durch eine Niederdruckdichtung (18) zur Antriebsseite abgedichtet;
• b) im hochdruckseitigen Abschnitt (4 a) der Führungsbüchse (4 a, b, c) ist zwischen der Hochdruckdichtung (17) und der Nieder­ druckdichtung (18) ein Ringkanal (21) angeordnet und mit einem Niederdruckflüssigkeit führenden Stichkanal (22) verbunden.

2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1 zur Erzeugung eines Förderstro­ mes, mit einem angetriebenen Schubkolben und mit einer Vor­ füllpumpe zur Erzeugung eines Vorfülldruckes in der zugeführ­ ten Druckflüssigkeit, die über das Einlaßventil in den Ar­ beitsraum eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (21) über den Stichkanal (22) an die Vorfüllpumpe angeschlossen ist.

3. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, in deren Arbeitsraum Hoch­ druckflüssigkeit über ein zwangsgesteuertes Einlaßventil zur Erzeugung einer Drehbewegung eingeleitet wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der in den Ringkanal (21) einmündende Stichkanal (22) an ein mit Hochdruckflüssigkeit beaufschlagbares Druckminder­ ventil angeschlossen ist.

4. Kolbenmaschine nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (7) und der Schubkolben (6) voneinander getrennte Baueinheiten sind.