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Anwendungsgebiet
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Taumelscheibengetriebe, insbesondere für Axialkolbenpumpen,
mit einer um eine Drehachse drehbaren und geneigt zu dieser angeordneten
Taumelscheibe und einer Gehäusescheibe,
wobei die Neigung der Taumelscheibe, an der stirnseitig oszillierende
Abtriebselemente angefedert sind, über ein zwischen der Gehäusescheibe
und der Taumelscheibe angeordnetes Axialwälzlager eingestellt ist, dessen
in einem Käfig
angeordnete Wälzkörper unterschiedliche
Durchmesser aufweisen
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Hintergrund
der Erfindung
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Ein
derartiges Taumelscheibengetriebe für eine Motorpumpeneinheit eines
Hochdruckreinigungsgerätes
ist aus der
DE 195
22 878 A1 vorbekannt. Die in den Zeichnungen dargestellte
Motorpumpeneinheit umfasst einen Elektromotor mit einem Gehäuse, dass
stirnseitig durch ein Lagerschild abgeschlossen ist. In diesem Lagerschild
ist eine Motorwelle mittels eines die Motorwelle umgebenden Kugellagers
drehbar gelagert, wobei dieses Kugellager die Motorwelle in radialer
Richtung und gegebenenfalls bei geeigneter Ausbildung auch in axialer Richtung
unterstützen
kann. Das Lagerschild weist auf seiner dem Elektromotor abgewandten
Seite eine die Motorwelle konzentrisch umgebende kreisförmige und
stirnseitig offene Ausnehmung auf, in die eine Gehäusescheibe
eingelegt ist. Diese weist eine zentrale Öffnung für den Durchtritt der Motorwelle
auf und eine konzentrisch zur Öffnung
verlaufende ringförmige,
im Querschnitt gesehen kreisbogenförmige Rille auf. Auf dem Ende
der Motorwelle ist drehfest eine Antriebsscheibe gehalten, die sich
senkrecht zur Drehachse der Motorwelle erstreckt. Diese Antriebsscheibe
trägt auf
beiden Seiten einander gegenüberliegend
konzentrisch zur Drehachse der Motorwelle verlaufende Rillen, die
Laufbahnen für
Lagerkugeln sind. Zwischen Antriebsscheibe und Gehäusescheibe
ist ein Käfig
eingelegt, in dem in der Ebene des Käfigs liegend eine Anzahl von
kugelförmigen
Wälzkörpern frei
drehbar gelagert sind. Diese Wälzkörper haben
alle den selben Durchmesser und sie tauchen in die Rillen in der
Gehäusescheibe
und der Antriebsscheibe ein, so dass auf diese Weise die Antriebsscheibe
in axialer Richtung an der Gehäusescheibe abgestützt ist.
In die dem Elektromotor abgewandten Rille der Antriebsscheibe tauchen
ebenfalls Wälzkörper ein,
die in einem zweiten Käfig
frei drehbar gelagert sind. Diese Wälzkörper weisen einen von einer Seite
des Käfigs
zur gegenüberliegenden
Seite ansteigenden Durchmesser auf und sie tauchen auf der der Antriebsscheibe
gegenüberliegenden
Seite in eine kreisförmige
Rille einer Taumelscheibe ein, die auf dem durch die Wälzkörper mit
unterschiedlichem Durchmesser gebildeten Wälzlager aufliegt. Aufgrund
der von einer Seite zur anderen zunehmenden Durchmesser der Wälzkörper ist
die Taumelscheibe gegenüber
der Antriebsscheibe geneigt. Auf der gegenüberliegender Seite der Taumelscheibe
legen sich an diese Kolben einer Pumpe an. Die Kolben werden dabei
durch sie umgebenden Schraubenfedern federnd gegen die Taumelscheibe
gedrückt,
und dadurch drücken
sie auch die Taumelscheibe an die Wälzkörper mit unterschiedlichem
Durchmesser an.
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Dieses
gattungsgemäß ausgebildete
Taumelscheibengetriebe ist jedoch mit entscheidenden Nachteilen
behaftet. Zum einen ist es sehr kompliziert aufgebaut, da zwei in
Käfigen
geführte
Wälzkörpersätze zwischen
drei Scheiben, nämlich
Gehäusescheibe,
Antriebsscheibe und Taumelscheibe abwälzen. Die Herstellung und die
Montage eines solchen Taumelscheibengetriebes ist daher sehr aufwendig. Zum
anderen ist auch der zwischen Taumelscheibe und An triebsscheibe
angeordnete Wälzkörperkranz schwierig
zu handhaben, da die einzelnen Lagerkugeln im Durchmesser sehr eng
aufeinander abgestimmt werden müssen,
um an beiden Scheiben in jedem Fall auch anliegen zu können. Ein
solcher Kugelkranz ist demnach auch sehr aufwendig in der Montage.
Schließlich
ist auch von Nachteil, dass die Bewegung der Taumelscheibe lediglich
durch Reibungsmitnahme zwischen Antriebsscheibe und Wälzlager
einerseits und Taumelscheibe und Wälzlager andererseits gegeben
ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ausgehend von den Nachteilen des
bekannten Standes der Technik ein gattungsgemäß ausgebildetes Taumelscheibengetriebe
so weiter zu entwickeln, dass es mit weniger Bauteilen auskommt.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung
mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass der Käfig über eine
zentrische Aufnahmebohrung mit einer Antriebswelle kraft- oder formschlüssig verbunden
ist.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht
darin, dass im Vergleich mit dem bisherigen Stand der Technik die
Bewegung der Taumelscheibe von der Reibungsmitnahme weggeführt und
durch die Drehung des Käfigs
ersetzt ist, so dass eine gleichmäßige Bewegung der Taumelscheibe
unter allen Betriebsbedingungen gegeben ist. Auch ist von Vorteil,
dass der axiale Bauraum des erfindungsgemäßen Taumelscheibengetriebes
verringert ist, weil ein Wälzkörpersatz
und eine Scheibe, nämlich
die Antriebsscheibe, nicht mehr erforderlich sind. Das erfindungsgemäße Taumelscheibengetriebe
besteht lediglich aus der Gehäusescheibe
und der Taumelscheibe, zwischen denen ein Wälzkörpersatz angeordnet ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsvarianten der
Erfindung sind in den Unteransprüchen
2 bis 10 beschrieben.
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So
geht aus Anspruch 2 hervor, dass der Käfig aus einem Eisenwerkstoff
besteht und einem Härtevorgang
unterworfen ist. Dadurch ist sichergestellt, dass eine Übertragung
der von der Welle ausgehenden Kräfte über den
Käfig und
die darin angeordneten Wälzkörper auf
die Taumelscheibe zuverlässig und
verschleißarm
realisiert ist.
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Wie
aus Anspruch 3 ersichtlich, soll der Käfig drei in Umfangsrichtung
voneinander beabstandete als Lagerkugeln ausgebildete Wälzkörper aufweisen, wobei
zwei der Wälzkörper einen
gleichen Durchmesser besitzen. Der Vorteil dieser Ausführungsvariante
liegt darin, dass die Anzahl der Lagerkugeln mit unterschiedlichem
Durchmesser wesentlich verringert ist. Durch die drei Lagerkugeln
sind Gehäusescheibe
und Taumelscheibe durch eine axiale Dreipunktauflage statisch sicher
abgestützt.
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Nach
einem weiteren Merkmal gemäß Anspruch
4 soll der Käfig
im Querschnitt gesehen dachartig abfallend ausgebildet sein, wobei
seine axiale Stärke
in Richtung des im Durchmesser kleineren Wälzkörpers abnimmt. Durch diese
Gestaltungsvariante des Käfigs
ist sichergestellt, dass die einzelne, im Durchmesser unterschiedliche
Lagerkugel stets im Zentrum des Käfigs festlegbar ist, so dass
deren Befestigung vereinfacht ist.
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Nach
einem anderen zusätzlichen
Merkmal gemäß Anspruch
5 soll der Käfig
der Form eines gleichseitigen Dreiecks angenähert sein und seine Aufnahmebohrung
eine Rändelung
aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass aufgrund der dreieckförmigen Ausgestaltung
des Käfigs
seine Masse verringert ist, was sich vorteilhaft auf das Taumelscheibengetriebe ausweist.
Die Rändelung
hat den Vorteil, dass eine einfache formschlüssige Verbindung zwischen Käfig und
rotierender Antriebswelle möglich
ist.
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In
Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 soll der Käfig vier
in Umfangsrichtung voneinander beabstandete als Lagerkugeln ausgebildete Wälzkörper aufweisen,
wobei jeweils zwei der Wälzkörper einen
gleichen Durchmesser besitzen, die den beiden anderen, einen unterschiedlichen
Durchmesser auf weisenden Wälzkörpern gegenüberliegen. Durch
diese Vierpunktanlage der Taumelscheibe am Wälzkörperkranz ist deren sichere
Abstützung
mit einer erhöhten
Tragfähigkeit
realisiert.
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Nach
Anspruch 7 soll die Aufnahmebohrung des Käfigs eine Rändelung aufweisen, was die
Verbindung zwischen Käfig
und rotierender Antriebswelle vereinfacht.
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Nach
einem weiteren zusätzlichen
Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch
8 sollen die Lagerkugeln durch eine Prägung oder durch in axialer
Richtung verlaufende Halteelement im Käfig gehalten sein. Beide Ausführungsvariante
stehen gleichberechtigt nebeneinander, wobei sich der Vorzug der
einen oder der anderen Variante nach dem konkreten Anwendungsfall
richten wird.
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Nach
einem anderen zusätzlichen
Merkmal der Erfindung ist nach Anspruch 9 vorgesehen, dass der Käfig im Bereich
seiner Aufnahmebohrung eine von dieser beabstandet in Richtung der
beiden größeren Lagerkugeln
verlaufende halbkreisförmige Durchtrennung
aufweist, so dass je eine, vom Beginn und Ende der Durchtrennung
radial nach außen
verlaufende Biegelinie gebildet ist. Diese halbkreisförmige Durchtrennung
erleichtert ein Umbiegen der einen Käfighälfte in Richtung der größeren Lagerkugeln. Dies
hat den Vorteil, dass sich auch die größeren Lagerkugeln in der Mitte
des Käfigs
befinden, so dass deren Halterung unkompliziert möglich ist.
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Schließlich geht
aus einem letzten Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 10 hervor, dass
die Taumelscheibe und die Gehäusescheibe
als Spanlosteile gefertigt sind, die spiegelbildlich zueinander angestellt
sind und die für
jede der unterschiedlich großen
Lagerkugeln eine getrennte Wälzkörperlaufbahn
aufweisen. Dabei ist von Vorteil, dass beide Scheiben identisch
sind und demnach als Taumelscheibe oder als Gehäusescheibe einsetzbar sind, was
die Montage des Taumelscheibengetriebes erleichtert. Die spanlose
Herstellung erlaubt eine unkomplizierte Fertigung von unterschiedlich
dimensionierten Scheiben. Die getrennten Wälzkörperlaufbahn für unterschiedlich
große
Wälzkörper sor gen dafür, dass
eine besonders einfache Zentrierung und ein besonders ruhiger Verlauf
des Taumelscheibengetriebes gegeben ist.
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Die
Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Taumelscheibengetriebe
in schematischer Darstellung,
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2 eine
Einzeldarstellung des Käfigs
mit Gehäusescheibe
und Taumelscheibe aus 1,
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3 eine
Draufsicht auf den erfindungsgemäß ausgebildeten
Käfig nach 2,
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4 eine
Draufsicht auf eine Gehäusescheibe
mit Käfig
und vier Wälzkörpern,
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5 einen
Schnitt entlang der Linie V–V
in 4,
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6 einen
Schnitt entlang der Linie VI–V
in 4 und
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7 eine
perspektivische Darstellung der in den 5 und 6 gezeigten
Taumelscheibenanordnung.
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Ausführliche
Beschreibung der Zeichnungen
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Wie
aus den 1, 2 und 3 ersichtlich,
ist im Gehäuse 1 die
von einem nicht dargestellten Motor angetriebene Welle 2 über das
Rillenkugellager 3 gehalten. Das Rillenkugellager 3 unterstützt die
Antriebswelle 2 sowohl in radi aler als auch in axialer
Richtung, wobei dessen Lagerinnenring 3.1 mit seiner Aufnahmebohrung
die Antriebswelle 2 umfasst und dessen Lageraußenring 3.2 von
der Ausnehmung 1.1 im Gehäuse 1 aufgenommen
ist. Die mit der Rändelung 2.1 versehene
Welle 2 ragt in den vom Gehäuse 1 umschlossenen
Aufnahmeraum 1.2 hinein und ist formschlüssig mit
dem Käfig 4 des
Axialwälzlagers 5 verbunden,
wobei die Rändelung 2.1 der
Welle 2 mit der Rändelung 4.1 des
Käfigs 4 zusammenwirkt.
Die beiden Laufscheiben des Axialwälzlagers sind einmal durch
die Gehäusescheibe 6 und
einmal durch die Taumelscheibe 7 gebildet. Beide weisen
in ihrer Mitte die zentrische Bohrung 6.1, 7.1 auf.
Sowohl die Gehäusescheibe 6 als
auch die Taumelscheibe 7 sind an ihren einander zugewandten
Seiten mit je einer, nicht näher
bezeichneten Laufrille versehen, in der unterschiedlich große Lagerkugeln 8, 9 abwälzen. An
der vom Motor abgewandten Seite der Taumelscheibe 7 liegen
Kolben 10 an, die mittels Federn 11 und Sicherungsringen 12 straff
an der Taumelscheibe 7 anliegen. Wird nun die Antriebswelle 2 vom
nicht gezeigten Motor um ihre Achse 2.2 in Rotation versetzt,
so wird über
deren Rändelung 2.1 und
die Rändelung 4.1 der
Käfig 4 ebenfalls
in Rotation versetzt, so dass die Taumelscheibe 7 aufgrund
der in der Größe unterschiedlich ausgebildeten
Lagerkugeln 8, 9 eine Taumelbewegung ausführt, wobei
die im Gehäuse 1 angeordneten
Kolben 10 eine oszillierende Bewegung vollziehen.
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Wie
aus den genannten Figuren weiter erkennbar, weist der Käfig 4 in
der Draufsicht gesehen die Form eines gleichseitigen Dreiecks auf,
das an seiner äußeren Peripherie
verrundet ist. Durch diese Formgestaltung wird der Käfig 4 in
seiner Masse wesentlich verringert, was für das Funktionieren des Axialwälzlagers 5 von
einiger Bedeutung ist. An drei gleichmäßig voneinander beabstandeten
Stellen des Käfigs 4 sind
die zwei gleichgroßen
Lagerkugeln 9 und die im Durchmesser verringerte Lagerkugel 8 angeordnet,
so dass aufgrund der Durchmesserdifferenz der Neigungswinkel α gebildet
ist, mit dem die Taumelscheibe 7 von der Drehachse 2.2 geneigt
angeordnet ist. Wie insbesondere die 2 und 3 auch
zeigen, sind sowohl die Lagerkugeln 9 als auch die Lagerkugel 8 im
gleichen Teilkreis angeordnet, d.h., es existiert eine Laufbahnrille
für beide
Lagerkugeln 8, 9. Wie auch erkennbar, fällt der
erfin dungsgemäße Käfig 4 dachartig
ab, wobei der Abfall ausgehend von der im Durchmesser größeren Lagerkugeln 9 in
Richtung der im Durchmesser kleineren Lagerkugel 8 erfolgt.
Durch diesen Abfall ist sichergestellt, dass beide Lagerkugeln 9, 8,
in der Mitte des Käfigs angeordnet
sind. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass derer Halterung in
einfacher Weise im Käfig 4 möglich ist.
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Das
in den 4, 5, 6 und 7 gezeigte
Axialwälzlager 13 besteht
aus der mit der Bohrung 14.1 versehenen Gehäusescheibe 14 und der
ebenfalls mit der Bohrung 15.1 versehenen Taumelscheibe 15.
Zwischen beiden ist der metallische Käfig 16 angeordnet,
dessen Aufnahmebohrung 16.2 ebenfalls mit einer Rändelung 16.1 versehen
ist. Der Käfig 16 weist
vier kreisförmig
ausgebildete, nicht näher
bezeichnete Taschen zur Aufnahme der Lagerkugeln 17, 18 auf,
wobei die Lagerkugeln 17 im Durchmesser größer als
die Lagerkugeln 18 sind. Die Taschen und damit die Lagerkugeln 17, 18 sind
so voneinander beabstandet, dass ein durch den Kugelmittelpunkt
gelegter Radius um 90° versetzt
zum anderen angeordnet ist. Dabei sind in der einen Käfighälfte (untere
Käfighälfte) die
großen
Lagerkugeln 17 und in der zugehörigen anderen Käfighälfte (obere Käfighälfte) die
kleineren Lagerkugeln 18 angeordnet. Durch die Durchmesserdifferenz
beider Lagerkugeln 17, 18 zueinander ist wiederum
der Neigungswinkel α der
Taumelscheibe 15 zur Lagerachse 2.2 bestimmt.
Wie weiter erkennbar, ist eine große Lagerkugel 17 jeweils
einer kleinen Lagerkugel 18 gegenübergestellt. Die Gehäusescheibe 14 und
die Taumelscheibe 15 weisen identische Abmessungen auf
und sind als Spanlosteile gefertigt, die einem Härtevorgang unterworfen sind.
Sowohl die Gehäusescheibe 14 als
auch die Taumelscheibe 15 weisen unterschiedliche Kugellaufrillen
für beide
Lagerkugeln 17, 18 auf. Dies hat den Vorteil,
dass die Taumelscheibe 15 über die Lagerkugeln 17, 18 und
deren Laufbahnen präziser
an der Gehäusescheibe 14 geführt ist.
Wie insbesondere die 4 erkennen läßt, sind die im Durchmesser
größeren Lagerkugeln 17 durch
Halteelemente 16.3, 16.4 im Käfig 16 gehalten, wobei
die Halteelemente 16.3 in die eine und die Halteelemente 16.4 in
die andere axiale Richtung verlaufen. Die im Durchmesser kleineren
Lagerkugeln 18 sind im Käfig 16 durch eine
um die Tasche umlaufende Anprägung 16.5 gehalten.
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Wie
aus 4 erkennbar, ist der Käfig 16 mit der Durchtrennung 16.6 versehen,
die in Richtung der größeren Lagerkugeln 17 verläuft und
halbkreisförmig
ausgebildet ist. Sie beginnt im Punkt 16.8 und endet im
Punkt 16.9, so dass je eine Biegelinie 16.7 gebildet
ist, die jeweils vom Punkt 16.8, 16.9 radial nach
außen
verläuft.
Auf diese Weise ist ein halbkreisförmiges Segment 16.10 entstanden,
das mit der nicht dargestellten Welle 2 in trieblicher
Wirkverbindung steht. Dieses halbkreisförmige Segment 16.10 bleibt
in der gleichen Ebene wie die obere Käfighälfte, welche die im Durchmesser
kleineren Lagerkugeln 18 aufnimmt. Auf diese Weise ist
ein unteres, kreisringartiges Segment 16.11 entstanden,
welches die im Durchmesser größeren Lagerkugeln 17 mit
den Halteelementen 16.3, 16.4 aufnimmt. Dieses kreisringartige
Segment 16.11 wird nun entlang der Biegelinie 16.7 in
Richtung der im Durchmesser größeren Lagerkugeln 17 gebogen,
wie die 5 und 6 erkennen
lassen. Dies hat den Vorteil, dass auch die größeren Lagerkugeln 17 mittig
in der unteren Käfighälfte angeordnet
sind und sich so einfacher befestigen lassen.
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- 1
- Gehäuse
- 1.1
- Ausnehmung
- 1.2
- Aufnahmeraum
- 2
- Welle
- 2.1
- Rändelung
- 2.2
- Achse
- 3
- Rillenkugellager
- 3.1
- Lagerinnenring
- 3.2
- Lageraußenring
- 4
- Käfig
- 4.1
- Rändelung
- 4.2
- Aufnahmebohrung
- 5
- Axialwälzlager
- 6
- Gehäusescheibe
- 6.1
- Bohrung
- 7
- Taumelscheibe
- 7.1
- Bohrung
- 8
- Lagerkugel
- 9
- Lagerkugel
- 10
- Kolben
- 11
- Feder
- 12
- Sicherungsring
- 13
- Axialwälzlager
- 14
- Gehäusescheibe
- 14.1
- Bohrung
- 15
- Taumelscheibe
- 15.1
- Bohrung
- 16
- Käfig
- 16.1
- Rändelung
- 16.2
- Aufnahmebohrung
- 16.3
- Halteelement
- 16.4
- Halteelement
- 16.5
- Anprägung
- 16.6
- Durchtrennung
- 16.7
- Biegelinie
- 16.8
- Punkt
- 16.9
- Punkt
- 16.10
- Segment
- 16.11
- Segment
- 17
- Lagerkugel
- 18
- Lagerkugel
- α
- Neigungswinkel