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Kolbenschieber Die Erfindung bezieht sich auf Kolbenschieber. Es sind
bereits Kolbenschieber mit einem hydraulisch betätigten Kolben mit Führungsrohr
bekannt, bei dem der Kolben mit Dichtungen in der Nähe seiner beiden Enden und rund
um die Teile herum versehen ist, die in geschlossener Stellung den Durchflußöffnungen
im Gehäuse gegenüberliegen, wobei die Enddichtungen die Durchflußöffnungen nicht
überlaufen, wenn der Kolben in seine Endlagen bewegt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kolbenschieber dieser Gattung,
insbesondere hinsichtlich der Abdichtung zu verbessern.
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Zu diesem Zweck ist bei einem Kolbenschieber der vorstehenden Art
erfindungsgemäß der Kolben mit einem Spalt versehen, der in einer Ebene durch die
Längsachse des Kolbens quer zur Strömungsachse verläuft und der in axialer Richtung
im Abstand von jedem Ende des Kolbens endet und wobei an sich bekannte Schmiermittelnuten
als Abdichtungsmittel vorgesehen sind, die in jeder Stellung des Kolbens rund um
die Durchflußöffnungen liegen.
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Das Gehäuse weist vorzugsweise eine Querschmiermittelnut auf, die
mit den Schmiermittelnuten in dem Kolben bei geschlossener Stellung verbunden ist.
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Das Gehäuse kann auch gegenüberliegende Querschmiermittelnuten aufweisen,
die mit den Schmiermittelnuten im Kolben in geschlossener Stellung verbunden sind
sowie Schmiermittelspeiseorgane, die mit jeder der entgegengesetzten Längskolbennuten
in allen Stellungen des Kolbens verbunden sind.
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Der Kolben hat zweckmäßig eine umgekehrt U-förmige Schmiermittelnut
über den Durchflußöffnungen, die die Auslaßöffnung in geschlossener Stellung gabelförmig
umfaßt, wobei das Gehäuse eine Quernut unter der Auslaßöffnung aufweist.
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Im allgemeinen ist eine innere Längsleitung im Kolben vorgesehen,
die seitlich von dem Kolbendurchlaß im Abstand angeordnet ist und die die Querschmiermittelnut
mit einer der Längsnuten verbindet.
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Neben der besseren Abdichtung hat die Erfindung auch den Vorteil,
die innere Abnutzung sowie Ausfressungen infolge der Strömungsmittel des Kolbenschiebers
zu verringern.
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Durch die Schmiermittelnutkonstruktion wird das Schmiermittel nur
an der Hochdruckseite des Schiebers in geschlossener Stellung zugeführt. Ferner
können der Kolben und die O-Ringe zusammengebaut werden, ohne die O-Ringe über den
Schieberdurchlaß hinwegzuführen. Infolge der Ausgleichmittel des Kolbens kann auch
seitlicher Druck auf den Kolben durch Verformung des Schiebergehäuses infolge Ausdehnung
oder Zusammenziehung der Rohrleitung vermieden werden, wodurch engere Toleranzen
zwischen dem Kolben und dem Gehäuse zulässig sind.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Darin ist
F i g. 1 eine senkrechte Schnittansicht des verbesserten Kolbenschiebers in geschlossener
Stellung, wobei der Kolben teilweise im Aufriß gezeigt ist, F i g. 2 eine Draufsicht
auf Linie 2-2 in F i g. 1, F i g. 3 eine senkrechte, F i g. 1 ähnliche Schnittansicht,
mit dem Kolben in geöffneter Stellung und im Aufriß gezeigt, F i g. 4 eine Draufsichtschnittansicht
auf Linie 4-4 in F i g. 1., F i g. 5 eine Draufsichtschnittansicht auf Linie 5-5
in F i g. 1, F i g. 6 eine senkrechte Schnittansicht auf Linie 6-6 in F i g. 1 und
2, F i g. 7 eine teilweise senkrechte Schnittansicht auf Linie 7-7 in F i g. 2,
F i g. 8 eine .auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Kolbens und des zylindrischen
Körpers, wobei der Körper im Schnitt mit entfernten Kopf-und Bodenwänden gezeigt
ist.
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Das Gehäuse des Kolbenschiebers ist allgemein mit 10 bezeichnet
und hat zylindrische Form mit gegenüberliegenden fluchtenden Fluidumdurchlässen,
wobei mit 11 der Einlaßdurchlaß und mit 12 der Auslaßdurchlaß bezeichnet ist. Wie
in den F i g. 1
und 3 gezeigt ist, werden die Durchlässe 11 und
12 nach auswärts weiter und haben an ihren Außenenden den gleichen Innendurchmesser
wie die Rohrleitung, in die der Schieber eingeschaltet ist. Während die Durchlässe
11 und 12 kreisförmig sind, können ihre inneren Enden viereckig sein, wenn ein viereckiger
Strömungsdurchgang in dem Kolben vorgesehen ist. Die Wände, die die Durchlässe 11
und 12 bilden, haben an ihren Außenenden Flansche 13, um die üblichen Flanschverbindungen
mit der Rohrleitung herzustellen.
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Der Körper 10 hat abnehmbare Endplatten 14 und 15, die daran durch
Schraubenbolzen 16 befestigt sind, und jede Endplatte weist einen L-förmigen Durchlaß
17 auf, der mit einer Fluidumdruckverbindung 18 versehen ist, um abwechselnd an
entgegengesetzte Enden des Körpers Fluidumdruck zuzuführen und abzuziehen, um den
Kolben darin in geöffneten und geschlossenen Stellungen hin- und herzubewegen.
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Der Kolben, der in dem Körper 10 hin- und herbewegbar ist, ist allgemein
mit 20 bezeichnet und ist an jedem Ende mit einem Paar O-Ringen 21 versehen, wobei
der Außenring jedes Paares als ein Abstreifring wirkt, bei einem verminderten Durchmesser
21' an dem Kolben axial auswärts von dem Ring und der Innenring als ein Dichtungsring.
Der verringerte Durchmesser 21' befreit zwischen den Ringen aufgebauten Druck, wobei
auf diese Weise die Lebensdauer des Innenringes verlängert wird. Der Kolben ist
zwischen seinen Enden mit einem Durchlaß 22 der gleichen Größe, wie die Durchlässe
11 und 12 in dem Körper versehen, der mit diesen Durchlässen übereinstimmt, wenn
der Kolben sich in der vollen Offenstellung befindet, wie in F i g. 3 gezeigt ist.
Wie dargestellt, befindet sich der Durchlaß 22 im wesentlichen näher zum Bodenende
des Kolbens hin als zu der Spitze, für einen noch zu beschreibenden Zweck.
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Es sind Mittel vorgesehen, um die Axialdrehung des Kolbens
20 zu verhindern, wenn er hin- und hergeht, und er enthält z. B. einen Schraubenbolzen
23, der sich unter 90° zu den Durchlässen 11 und 12 durch den Körper 10 erstreckt,
und verschiebbar in einer senkrechten Nut 24 in der Außenseite der Kolbenwand (F
i g. 7) aufgenommen ist, um die senkrechte Bewegung des Kolbens von der vollen Offenstellung
zur vollen geschlossenen Stellung zuzulassen.
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Es ist ein senkrechter Spalt 25 vorgesehen, der sich quer vollständig
durch den Kolben 20 unter 90° zu dem darin befindlichen Durch'laß 22 erstreckt,
so daß die Nut 24 mit dem Spalt 25 mit einem Teil der Länge des Spaltes zusammenfällt.
Der Spalt 25 erstreckt sich senkrecht von Punkten axial angrenzend an die inneren
Dichtungsringe 21 und kann durch Bohren eines Loches 26 an einem Ende und Herstellung
eines Sägeschnittes von dort zu dem anderen Ende gebildet sein.
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Ein Zweck des Spaltes 25 ist der, seitlichen Druck auf den Kolben,
infolge Verformung des Körpers, die sich aus der Ausdehnung oder Zusammenziehung
der Rohrleitung ergibt, in welche der Kolbenschieber eingeschaltet ist, zu kompensieren
oder auszulösen. Dies gestattet engere Toleranzen zwischen dem Kolben und dem Körper,
um eine dichtere Fluidumdichtung dazwischen in geschlossener Stellung zu erhalten.
Wie am besten in den F i g. 1, 6 und 7 gezeigt ist, hat der Kolben 20 eine kreisförmige
Bohrung 27, die sich darin axial von der Spitze zu dem Strömungsdurchlaß 22 erstreckt,
wobei ein verjüngtes Gewinde einen verjüngten Schraubenstöpsel28 aufnimmt, der angrenzend
an dem Durchlaß 22 vorgesehen ist. Am Stöpsel 28 ist eine viereckige Stange 29 befestigt,
die sich nach aufwärts durch die Bohrung 27 erstreckt und verschiebbar in
einem viereckigen Lager 30 (F i g. 6) in dem unteren Ende einer Welle 31 eingepaßt
ist, die sich nach aufwärts durch die Oberplatte 14 des Zylinders mit O-Ringdichtungen
32 rund um die Welle herum erstreckt. Das oben vorstehende Ende der Welle ist mit
Schlüsselflächen 33 versehen, um die Welle mit einem Schlüssel drehen zu können.
Das Ausmaß, welches von dieser Welle 31 hervorragt, ist ein sichtbarer Anzeiger
für die Stellung des Kolbenschiebers (F i g. 3).
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Das untere Ende der Welle 31 ist mit einem ringförmigen Bund 35 versehen,
welcher in einem Schulterteil 36 an dem oberen Ende der Bohrung 27 sitzt und darin
durch eine Platte 37 gehalten ist, die durch Schrauben 38 in einer ringförmigen
Ausnehmung in der Spitze des Kolbens 20 befestigt ist. Nun kann durch Drehung der
Welle 31 die verjüngte Schraube nach abwärts geschraubt werden, um eine Keilwirkung
auf die beiden Hälften des Kolbens, gebildet durch den Spalt 25, auszuüben, so daß,
wenn der Kolben sich in der geschlossenen Stellung in F i g. 1 befindet, der Arbeitsspielraum
zwischen dem Kolben und Zylinder vermindert werden kann, um eine bessere Dichtung
zu sichern. Diese Arbeitstoleranz sollte etwa 0,025 mm (0,001") bis 0,05 mm (0,002")
sein, wenn der Kolben während des öffnens oder Schließens bewegt wird, und diese
Toleranz gestattet normal etwas Sickern unter hohen Drücken. Durch das Vorsehen
zum Auseinanderkeilen der Hälften des Kolbens in geschlossener Stellung kann die
normale Arbeitstoleranz etwas vermindert werden, um einen dichten Abschluß in geschlossener
Stellung zu schaffen sowie eine leichte Vergrößerung, um die freie Bewegung des
Kolbens zwischen offenen und geschlossenen Stellungen zu sichern.
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Die Höhe des Kolbens 20 ist zu der Höhe des Körpers 10 zwischen den
Durchlaßöffnungen 11 und 12 und dem Boden des Zylinders so bemessen, daß die O-Ringe
21 an den Enden des Kolbens angebracht werden können, ohne die O-Ringe über die
Durchlässe hinwegzuführen und so, daß die O-Ringe niemals über die Verschleißfläche
des Zylinders hinweggehen. Unter Bezugnahme auf F i g. 1 ist die Verschleißfläche
der Teil der Innenoberfläche der Auslaßseite des Zylinders, der sich zwischen dem
Auslaßdurchlaß 12 und dem Auslaßende des Kolbendurchlasses 22 in der geschlossenen
Stellung des Kolbens erstreckt. Der Durchlaß 22 ist so angeordnet, daß in geschlossener
Stellung die Höhe der Verschleißfläche zwischen dem Kolbendurchlaß 22 und dem Körperdurchlaß
12 oder in anderen Worten, die Überlappung des Kolbens wesentlich ist, um die Wirksamkeit
der Dichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder um den Körperdurchlaß 12 herum
zu vergrößern.
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Wenn der Kolben zwischen den offenen und geschlossenen Stellungen
bewegt wird, ist diese Verschleißfläche der Verschleißwirkung des Druckfluidums
unterworfen, welches durch den teilweise geöffneten Durchlaß 22 hindurchgeht und
den Zylinder am Auslaßende des Durchlasses trifft, und die Verschleißfläche wird
bekratzt oder abgerieben. Nun
würden, wenn die O-Ringe quer über
diese Oberfläche bewegt werden, dieselben bis zu dem Ausmaß der Herabsetzung der
Wirksamkeit ihrer Dichtung beschädigt werden.
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Wenn unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 3 das Kolbenventil zusammengebaut
wird, werden die Ober- und Unterplatten 14 und 15 entfernt, und der Kolben 20 wird
in die Spitze des Zylinders mit angebrachten oberen O-Ringen 21, entfernten unteren
Ringen, eingesetzt. Der Kolben wird dann nach abwärts geschoben, damit sein unteres
Ende genügend vorsteht, um die unteren Ringe daran anzubringen, was ohne Vorbeigehen
der oberen Ringe über die Durchlässe 11 und 12 ausgeführt werden kann, infolge der
Höhe des Kolbens über den Durchlässen in der geschlossenen Stellung in F i g. 1.
Nachdem der Kolben angehoben ist, um das untere Ende in den Zylinder zu bringen,
kann die Welle 31 mit dem oberen Ende des Zylinders verbunden und dann können die
oberen und unteren Platten 14 und 15 angebracht werden.
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Durch Vergleich der F i g. 1 und 3 ist ersichtlich, daß wegen des
Abstandes zwischen dem Boden des Kolbens und seinem Durchgang 22 die unteren O-Ringe
21 niemals über die Verschleißfläche des Zylinders bei der Bewegung zwischen geschlossenen
und offenen Stellungen hinweggehen.
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Die Anordnung von Schmiermitteldichtungsnuten enthält doppelte Sätze
von Nuten an den Einlaß- und Auslaßseiten des Kolbens und Zylinders mit einer getrennten
Schmiermittelquelle für jeden Satz, so daß Schmiermittel wahlweise der einen oder
der anderen Seite zugeführt werden kann. Unter Bezugnahme auf F i g. 3 und 8 ist
der Kolben 20 mit einer umgekehrt U-förmigen Nut versehen, die allgemein mit 39A
über dem Einlaßende des Durchlasses 22 bezeichnet ist, wobei sie senkrechte Schenkelteile
40A hat, die an ihren oberen Enden durch eine horizontale Quernut 41A verbunden
sind. Eine identische Nut 39 B ist diametral gegenüber Nut 39 A
über
dem Auslaßende des Durchlasses 22 vorgesehen, die senkrechte Schenkelteile 40B hat,
die an ihren oberen Enden durch eine horizontale Quernut 41B verbunden sind. Wenn
der Kolben 20 sich in geschlossener Stellung befindet, gabeln diese U-förmigen Nuten
39 A und 39 B die Körperdurchlässe 11 bzw. 12 ein, wie es in F i g.
1 und 7 gezeigt ist, mit den Quernuten 41A und 41B über den Durchlässen.
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Um eine Schmiermitteldichtungsnut auszuführen, die die Durchlässe
11 und 12 in der geschlossenen Stellung des Kolbens umgibt, sind horizontale Quernuten
42A und 42B in der inneren Oberfläche des Zylinders 10 in solcher Stellung vorgesehen,
um die Bodenenden der Schenkel40A und 40B zu verbinden. Durch Anbringung der Quernuten
42A und 42B in dem Zylinder anstatt in dem Kolben ist kein Teil der Schmiermittelnut
genötigt, über die Körperdurchlässe 11 und 12 während der öffnungs- und Schließungsbewegung
hinwegzugehen, so daß das Schmiermittel in den Nuten nicht durch das Druckfluidum
ausgeblasen wird, welches durch das Ventil hindurchgeht.
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Für die Nuten 39A und 39B sind Schmiermittelspeisekanäle 43A und 43B
vorgesehen, wobei sich die Kanäle senkrecht durch die zylindrische Wand des Körpers
10 erstrecken und durch die obere Platte 14 und wobei sie mit Schmiermittelarmaturen
44 A und 44B versehen sind, durch welche Schmiermittel von Zeit zu Zeit eingeführt
werden kann. Die Armaturen 44 A und 44 B haben rohrförmige Zuführungsschrauben 45
A und 45 B, die in die Kanäle 43 A und 43B eingeschraubt werden, um Schmiermittel
in den Kanälen in die Schmiermittelnuten 39 A und 39 B zu
drücken.
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Die Bodenenden der Kanäle 43A und 43B sind mit radialen Durchlässen
46A und 46B verbunden, die sich durch die Zylinderwand erstrecken und mit einem
der senkrechten Schenkel 40A bzw. 40B übereinstimmen. Diese Kanäle 46A und 46B sind
so angeordnet, daß sie mit den Spitzen der Schenkel 40A und 40B verbunden sind,
wenn sich der Kolben in geschlossener Stellung (F i g. 6) befindet sowie mit den
Böden der gleichen Schenkel, wenn der Kolben sich in geöffneter Stellung befindet.
In den Kanälen 43 A und 43 B sind Rückschlagventile 47 A und 47 B bekannter Konstruktion
angebracht.
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Wenn der Kolben 20 sich in der geschlossenen Stellung der F i g. 1,
6 und 7 befindet, drückt der Fluidumdruck in dem Einlaß oder Stromaufwärtsdurchlaß
11 den Kolben gegen das Innenende des Auslaßdurchlasses 12 und der Speiseschraube
45B
werden eine oder zwei Drehungen erteilt, um Schmiermittel durch den Kanal
43B und in die Schmiermittelnut 39B und dann in die Quernut 42B zu drücken, um eine
Schmiermitteldichtung zu bilden, die den Auslaß 12 vollständig umgibt. Um einen
vollständig dichten Abschluß zu sichern, kann die Welle 31 mit einem Schlüssel gedreht
werden, um den verjüngten Stöpsel 28 einzuschrauben und die beiden Teile des Kolbens
auseinanderzukeilen. Die wesentliche Höhe der Verschleißfläche zwischen dem Kolbendurchlaß
22 und dem Körperdurchlaß 12 verhilft zur Aufrechterhaltung eines dichten Abschlusses.
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Wenn der Kolben durch Einführung von Druckfluidum in die Bodenarmatur
18 in die Offenstellung angehoben wird, beginnt der Durchlaß 22 über die Körperdurchlässe
11 und 12 hinwegzukreuzen, das Leitungsdruckfluidum bläst das Schmiermittel aus
den Quernuten 42A und 42B in den Körper, und die Nut 42B wird in der
gerade beschriebenen Weise wieder gefüllt, wenn der Kolben wieder geschlossen wird.
Das Schmiermittel in Nut 39 B wird durch die Speisung aus Leitung 43B aufrechterhalten
und schmiert den Kolben, wenn er sich anhebt. Ein geringer Schmiermittelbetrag kann
von Zeit zu Zeit für Schmierzwecke in die Nut 39 A gespeist werden, aber die Hauptfunktion
der Schmiermittelzufuhr aus Leitung 43 A besteht darin, Schmiermittel an die Nuten
39A und 42A zu liefern, wenn die Strömung durch den Schieber umgekehrt ist und Durchlaß
11 der Aussaß- oder Stromabwärtsdurchlaß wird. Die besondere Anordnung und Anbringung
der Schmiermittelnuten 39A und 39B und die Speisung der Durchlässe
46A und 46B gestattet die Schmiermittelspeisung an die Nuten 39
A und 39 B in irgendeiner Stellung des Kolbens 20, ohne irgendeinen
Schmiermitteldruck in den Nuten 39A und 39B zu verlieren.
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Um den Kolben unter seinem Durchlaß 22 jeder Zeit zu schmieren, können
Schmiermittelleitungen 48A und 48B innerhalb des Kolbens 20 vorgesehen sein, um
Schmiermittel aus den Nuten 39 A und 39 B
an die Quernuten 49 A bzw.
49 B zu leiten, die in dem Kolben unter den gegenüberliegenden Enden des Durchlasses
22 gebildet sind. Die Leitung 48A ist an ihrem oberen Ende durch einen Kanal
50A
mit dem unteren Ende einer der Nuten 40A verbunden und
ist durch einen Kanal 51A mit der Quernut 49A verbunden. In ähnlicher Weise
ist die Leitung 48B an ihrem oberen Ende durch einen Kanal 50B mit dem unteren Ende
einer der Nuten 40B verbunden und ist durch einen Kanal 51B mit der Quernut
49 B verbunden. Wie in F i g. 3 gezeigt ist, stimmen in voller Offenstellung
die Quernuten 49A und 49B mit den Körperquernuten 42A bzw. 42B überein, so daß,
wenn der Kolben sich zwischen offenen und geschlossenen Stellungen bewegt, die Nuten
49A und 49B den Zylinder von den Quernuten 42A und 42B nach abwärts zu der Stellung
der Quernuten 49A und 49B in der geschlossenen Stellung in F i g. 1 schmieren.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß ein verbesserter
Kolbenschieber geschaffen ist, welcher Schmiermitteldichtungen aufweist, die die
Strömungsdurchlässe des Schieberkörpers in der geschlossenen Stellung des Kolbens
umgeben und welcher O-Ringdichtungen an beiden Enden des Kolbens aufweist, die niemals
über Körperdurchlässe oder Schmiermittelnuten während des Zusammenbaues oder des
Betriebes hinweggehen. Ferner ist der Kolben gespalten, um Verformungen des Körpers
infolge Ausdehnung oder Zusammenziehung in der Rohrleitung, in welcher er eingeschaltet
ist, zu kompensieren und zu gestatten, die Kolbenhälften auseinanderzukeilen, um
die Dichtheit der Abdichtung in geschlossener Stellung rund um den Durchlaß in dem
Körper zu steigern. Außerdem sorgen die relativen Abmessungen des Kolbens und Körpers
für eine wesentliche Verschleißfläche in dem Körper zwischen seinem Auslaßdurchlaß
und dem Kolbendurchlaß in geschlossener Stellung, und diese Fläche wird durch die
O-Ringe auf dem Kolben nicht überquert.