-
Metallisches Buchsen- oder Kolbenelement Die Erfindung betrifft ein
metallisches Buchsen-oder Kolbenelement mit Gleitflächen zum Führen an relativ dazu
hin- und herbewegbaren Gegenflächen, wobei die Gleitflächen zum Erzielen eines hydrodynamischen
Schmierfilms zwischen den gegeneinander bewegbaren Teilen in bezug auf die Gegenflächen
geneigt sind. Bei Verwendung geeigneter Schmiermittel soll durch Bildung eines hydrodynamischen
Schmierfilms zwischen den Gleitflächen eine unmittelbare metallische Berührung der
bewegbaren Gleitflächen vermieden werden, wodurch einerseits die Lebensdauer der
Buchse bzw. des Kolbens und der gegenüberliegenden Gleitfläche erhöht und andererseits
die Wärmeerzeugung durch unmittelbare metallische Reibung vermindert wird.
-
Die bekannten, dem Erfindungsgegenstand nahekommenden Buchsen- oder
Kolbenelemente weisen Mängel auf, besonders im Hinblick auf eine vollkommene hydrodynamische
Schmierung bei sehr hoher Belastung des Kolben- oder Buchsenelements.
-
Beispielsweise ist bei einem vorbekannten Mehrgleitflächenlager nach-
der deutschen Patentschrift 903 054, die eine der relativ zueinander bewegbaren
Gleitflüchen derart wellig profiliert, daß sich, in Bewegungsrichtung gesehen, eine
abwechselnd größer und kleiner- werdende Breite des Spaltes zwischen den Gleitflächen
ergibt, wodurch die Schmierkeilbildung gefördert werden soll. Nachteilig erscheint
dabei, daß die Auflage des profilierten Gleitkörpers auf der Gegenfläche merklich
linienhaft werden kann und dies besonders, wenn eine nur geringe Verkantung beider
Gleitflächen auftritt. Derartige direkte metallische Berührungen der Gleitflächen
sind besonders bei hohen Belastungen unerwünscht. Ein weiterer Nachteil ist dadurch
gegeben, daß die Führungselemente nur eine konstante Neigung aufweisen und sich
somit wechselnden Belastungsfällen nicht wünschenswert anpassen können.
-
Eine weitere bekannte Vorrichtung gemäß derUSA.-Patentschrift 2
785 026 zeigt eine Dichtungskonstruktion, die zwar in ihren Grundformendem
Erfindungsoeaenstand nahekommt, jedoch in erster Linie ein Dichtungsproblem lösen
soll. Das Dichtungseleinent schmiegt sich dabei in seiner gesamten Länge elastisch
an die Gegenfläche an und verhindert dadurch die Bildung eines Schmierkeils zwischen
den Gleitflächen.
-
Bei Vorrichtungen gemäß der USA.-Patentschrift 2815992 und
der französischen Patentschrift 1132 308, die eine, möglichst vollkommene
Abdichtun- zwischen Kolben und Kolbenführung einerseits und zwischen den beidendigen
Kolbenstimflächen andererseits anstreben, ist beispielsweise eine mehr oder weniger
elastische Abdichteinrichtung mit Dichtungslippen versehen, die sich möglichst dicht
an die Gegenfläche anpressen und daher zwangläufig eine hydrodynamische Schmieruncr
unterbinden.
-
Ausschließlich das Abdichtungsproblem liegt einer Einrichtung gemäß
der schweizerischen Patentschrift 243 896 zugrunde, bei der ein hohl gestalteter
Kolben sich unter Druck derart elastisch an die Gegenfläche anpreßt, daß ein zur
Verschiebung nötiges Spiel grundsätzlich aufgehoben und somit eine hydrodynamische
Schmierung unterbunden wird.
-
Ziel der Erfindung ist es, ein- Buchsen- und Kolbenelement zu schaffen,
welches auch unter hohen Belastungen eine vollkommene hydrodynamische Schinierung
gewährleistet und deswegen verschleißfester, betriebssicherer und auch vielseitiger
einsetzbar ist.
-
Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß der mittlere
Teil des Elements einen radialen Flansch hat, der in einer Ringmit eines geteilten
Trägers kippbar gelagert ist und eine elastisch nachgiebige Abstätzung für sich
an den Flansch in axialer Richtung anschließende und durch axiale Schlitze voneinander
getrennte, im Kreis angeordnete Kippse-Mente ergibt, deren innere oder äußere Umfangsfläche
während der Bewegung unter dem Einfluß des Schmiermittels die in bezug auf die Gegenflächen
geneigte Gleitfläche bildet.
-
Der Gegenstand der Erfliidung ist im Nachstehenden unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 einen
Längsschnitt durch eine Kolben-und Zylinderkonstruktion, welche das erfindungsgemäße
Buchsen- und Kolbenelement aufweist, Fig. 2 die Perspektive eines aufgeschnittenen
Buchsenelements, F i g. 3 die Perspektive eines aufgeschnittenen Kolbenelements,
F i g. 4 ein Teilstück der F i g. 1 in größerem Maßstab.
-
Die in F i g. 1 dargestellte Kolben- und Zylindert3
g
einrichtung kann beispielsweise ein hydraulischer Stoßdämpfer od. d.,gl.
sein. Der Zylinder 1 und das Kolbenrohr 2 bewegen sich gegeneinander in axialer
Richtung. Zwischen dem Zylinder und dem Kolbenrohr sowie zwischen dem Zylinder und
einem darin beweglichen Kolben müssen wirksame Führungstelle vorgesehen sein. Am
oberen Ende des Zylinders 1
ist daher eine Führungs- und Dichtungsvorrichtung
angeordnet, die aus ringförmigen Buchsenhaltern 3
und 4 sowie einem Abstandring
5 besteht, die alle mit Hilfe einer auf den Zylinder 1 aufgeschraubten
Ringmutter 6 gegen einen Ansatz im Zylinder verspannt sind. Der Buchsenhalter
4 hat an seinem dem Abstandring 5 zugekehrten Ende eine Ringnut für eine
Dichtungseinrichtung, die aus einem O-Ring 7
aus einem elastischen Material
und einem Abstützring 8 aus einem etwas weniger elastischen Material besteht.
Zwischen dem Buchsenhalte'r 4 und dem Zy-
linder 1 ist in ähnlicher
Weise eine feste Dichtung angebracht, die aus einem O-Ring 9 besteht, der
in einer Ringnut des Buchsenhalters liegt.
-
Zwischen den Buchsenhaltern 3 und 4 ist ein Buchsenelement
eingelegt, das aus einem Ringflansch 10
mit zu beiden Seiten daran sich anschließenden,
in axialer Richtung sich erstreckenden Segmenten 11
besteht. Die Form des
Buchsenelements ist aus F i g. 2 ersichtlich. Sein mittlerer Teil oder Flansch
10 ist in axialer Richtung von zwei ebenen Flächen begrenzt, während der
Flansch in radialer Richtung nach außen vorzugsweise von einer etwas gewölbten Fläche
begrenzt ist. Die Wandstärke der sich zu beiden Seiten an den Flansch anschließenden
Segmente 11 ist geringer als die des Flansches und nimmt vorzugsweise in
Richtung zu den Enden der Segmente ab. Die Innenflächen des Flansches
10 und der Segmente 11 bilden zusammen die zylindrische Gleitfläche
des Buchsenelements. Um die Bildung eines tragfähigen Flüssigkeitsfilms zu erleichtern,
sind die Enden der Seginente 11 an der zylindrischen Gleitfläche gut abgerundet.
-
Der Flansch 10 des Buchsenelements ist beweglich in den Buchsenhaltem
3 und 4 gelager4 die zwischen sich eine Ringnut für den Flansch10 bilden.
Diese Nut ist in axialer Richtung von zwei ebenen Flächen und in radialer Richtung
von einer zylindrischen Fläche begrenzt. Die Nut und der Flansch10 sind so bemessen,
daß zwischen ihnen ein geringer axialer und radialer Spielraum gebildet wird.
-
Das Kolbenrohr2 ist g gleitbar im Buchsenelement 10, 11 gela
'gert. Der radiale Spielraum zwischen dem Kolbenrohr2 und den Buchsenhaltern3, 4
sowie dem Abstandrina 5 ist größer als der Spielraum zwi-C im
schen
dem Kolbenrohr 2 und dem Buchsenelement 10, 11, so daß das Kolbenrohr 2 ausschließlich
vom Buchsenelement 10, 11 geführt wird.
-
Am Ende des Kolbenrohrs 2 ist ein Kolbenhalter 13 mit Hilfe
einer kingmutter 12 befestigt. Zwischen der Ringmutter 12 und dem Kolbenhalter
1.3 ist ein Kolbenelement 14, 15 eingelegt, das aus einem mittleren
Flansch 14 und daran zu beiden Seiten in axialer Richtung sich anschließenden Segmenten
15 besteht. Die Form des Kolbenelements 14, 15 ist aus F i
g. 3 ersichtlich und entspricht der Ausbildung des Buchsenelements
10, 11, so daß eine nähere Beschreibung überflüssig ist. Das Kolbenelement
14, 15 ist mit Hilfe des Flansches 14 in einer Nut zwischen der Ringmutter
12 und dem Kolbenhalter 13 beweg ,lieh gelagert. Der radiale Spielraum zwischen
dem Kolbenhalter 13 und dem Zylinder 1 ist größer als zwischen dem
Kolbenelement 14, 15 und dem Zylinder 1, so daß der Zylinder
1
nur vom Kolbenelement 14, 15 geführt wird.
-
Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt. Infolge des Umstandes,
daß das Buchsenelement 10, 11 bzw. das Kolbenelement 14, 15 durch
eine Anzahl axialer Schlitze in zwei Reihen Segmente auf je einer Seite der
mittleren Flanschpartie aufgeteilt ist, bilden zwei benachbarte Segmente auf entgegengesetzten
Seiten des Flansches zusammen mit einem Teil des Flansches einen Gleitblock, der
sich unter elastischer Verformung des Flansches leicht in kleinen Winkeln zur Normallage
verstellen kann. Diese Verstellungsmöglichkeit unter elastischer Verformung beruht
darauf, daß der Flansch eine verhältnismäßig geringe Torsionssteifigkeit hat und
die an den Flansch sich anschließenden Endteile durch die axialen Schlitze in Segmente
aufgeteilt sind, die zwar die Steifigkeit des Flansches erhöhen, aber dennoch eine
genügend große elastische Verformung gestatten.
-
Es wird vorausgesetzt, daß die Gleitflächen des Kolbenrohrs 2 und
des Zylinders 1 geschmiert sind oder der Zylinder 1 ganz mit einer
Flüssigkeit mit Schmiereigenschaften gefüllt ist. Bewegt sich nun der Kolben beispielsweise
nach unten in Richtung des Pfeils in F i g. 4, so entsteht infolge der Abrundung
der unteren Außenkante des Kolbenelements14, 15
ein überdruck zwischen der
unteren Kante des Kolbenelements 14, 15 und der Gleitfläche des Zyelinders
1. Dieser überdruck bewirkt eine Schrägstellung des Gleitblocks, wie dies
in F i g. 4 übertrieben angedeutet ist, wobei sich ein keilförmiger Flüssigkeitsfilm
16 zwischen dem Gleitbock und der Gleitfläche des Zylinders 1 bildet.
Gemäß der klassischen Gleitlagertheorie können in einem solchen Flüssigkeitskeil
sehr hohe Drücke gebildet werden, die starke Belastungen aufnehmen können und eine
metallische Berührung der sich bewegenden Laufflächen verhindern. Ein tragfähiger
Flüssigkeitsfifin zwischen den Gleitblöcken und der Gleitfläche kann sich also infolge
der elastischen Verstellbarkeit der Gleitblöcke des Kolbenelements 14,
15 bilden. Dieser tragfähige Flüssigkeitsfilm verhindert Verschleiß und Festfressen
der beweglichen Gleitflächen und erhöht dadurch die Lebensdauer und Betriebssicherheit.
Ferner vermindert der tragfähige Flüssigkeitsfilm die Reibung und Wärmeentwicklung.
-
Die elastische Verstellbarkeit der Gleitblöcke des Kolbenelements
14, 15 hat außerdem den Vorteil, daß die Blöcke sich geringen Abweichungen
der Gleitfläche von der rein zylindrischen Form anpassen können. Derartige Abweichungen
können durch Herstellungsfehler oder durch elastische Verformungen unter Belastung
bedingt sein. Auch in diesem Fall trägt die Bauart des Kolbenelements nach der Erfindung
zu erhöhter Betriebssicherheit, geringerem
Verschleiß und größerer
Lebensdauer bei. Das Buchsenelement10, 11 arbeitet offenbar in gleicher Weise
wie das Kolbenelement14, 15 und braucht daher nicht näher beschrieben zu
werden.