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Die
Erfindung betrifft einen ölgeschmierten Exzenterantrieb
für eine
Verdrängermaschine,
insbesondere für
eine Membranpumpe, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei üblichen
Membranpumpen zur Förderung
von Fluiden erfolgt die Bewegung der Membran über eine sich oszillierend
bewegende Pleuelstange, die einerseits an der Membran befestigt
ist und mit ihrem anderen Ende mittels eines Exzenterantriebs bewegt
wird.
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Ein
derartiger Exzenterantrieb ist beispielsweise in der Druckschrift
DE 692 10 752 T2 offenbart, der
eine Radialkolbenpumpe betrifft. Bei dem beschriebenen Exzenterantrieb
wird die Drehbewegung einer Welle in eine oszillierende Linearbewegung
eines oder mehrerer Radialkolben umgewandelt, mit deren Hilfe eine
Membran bewegt wird, um Flüssigkeit
oder dergleichen zu pumpen. Die Welle weist für die Bewegungsumsetzung einen
an einem freien Wellenende aufgesetzten, zylinderförmigen Fortsatz auf,
der in Längserstreckung
exzentrisch zu der Welle angeordnet ist. Ein Radialwälzlager,
das auf dem zylinderförmigen
Fortsatz angeordnet ist, überträgt den durch
die Drehbewegung der Welle erzeugten Exzenterhub des zylinderförmigen Fortsatzes
auf einen Kolben, der an der Außenfläche des
Radialwälzlagers
radial ausgerichtet anliegt.
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Auch
die Druckschrift
DE
198 39 430 A1 , die als nächstkommender Stand der Technik
angesehen wird, offenbart einen derartigen Exzenterantrieb für eine Radialkolbenpumpe,
wobei im Gegensatz zu der Vorrichtung in der zuvor genannten Druckschrift auf
die drehbewegte Welle ein Exzenterring drehfest aufgesetzt ist,
der den Exzenterhub bewirkt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Exzenterantrieb vorzuschlagen,
der eine erhöhte Betriebssicherheit
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Exzenterantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen, der
nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Der
erfindungsgemäße Exzenterantrieb weist
eine Welle auf, die mittels eines Motors oder dergleichen in Rotation
versetzbar ist und die einen exzentrisch ausgebildeten Abschnitt
aufweist, der mit der Welle einstückig verbunden ist oder auf
bzw. an die Welle angesetzt ist.
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Der
exzentrische Abschnitt erzeugt bei einer Drehung der Welle einen
Exzenterhub in radialer Richtung zu der Welle. Auf den exzentrischen
Abschnitt ist ein Radialwälzlager
aufgesetzt, welches mit der Zylinderaußenfläche seines Außenrings
mittelbar oder unmittelbar an einem Übertragungsglied anliegt, so
dass der Exzenterhub in einen Linearhub des Übertragungsglieds umgesetzt
wird bzw. umsetzbar ist. Insbesondere ist das Übertragungsglied als Plunger,
Pleuelstange oder Kolben ausgebildet.
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Bevorzugt
ist der exzentrische Abschnitt und/oder das Radialwälzlager
an einem freien Ende der Welle angeordnet, insbesondere derart,
dass das Radialwälzlager
fliegend gelagert ist.
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Zur
Schmierung des Exzenterantriebs läuft dieser zumindest zum Teil
in einer Schmierölatmosphäre, insbesondere
in einem Ölbad
oder wird durch eine Ölumlaufschmierung
versorgt.
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Erfindungsgemäß weist
das Radialwälzlager beidseitig
eine Dichtvorrichtung auf, die zur Abdichtung des Bereichs oder
Innenraums in dem Radialwälzlager,
in dem die Wälzkörper angeordnet
sind, ausgebildet sind.
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Bei
der Erfindung wurde berücksichtigt,
dass aufgrund der Ausbildung von Exzenterantrieben konstruktionsbedingt
oftmals die Antriebswelle des Exzenterantriebs durchgebogen wird.
Die dadurch im Betrieb entstehenden Radialkräfte sowie weitere Kraftkomponenten
resultieren auch in Axialkräften auf
das Radialwälzlager,
die zu einem axialen Versatz des Radialwälzlagers führen können. Bei einem stirnseitigen
Anlauf oder einer Anlage des Radialwälzlagers z.B. an einem Gehäuse, einer
Gehäuseschulter
oder dergleichen erfolgt in kritischen Fällen eine weitgehende oder
ganzflächige
Abdichtung des Radialwälzlagers über dessen
Stirnseite, so dass eine Ölzuführung oder
-zirkulation unterbunden oder zumindest stark verschlechtert wird.
Diese Verschlechterung führt
im ungünstigsten
Fall zu einer Mangelschmierung und somit zu einer Lebensdauerreduzierung
des Radialwälzlagers.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung des
Außenrings
eines Radialwälzlagers
mit beidseitig angeordneten Dichtvorrichtungen wird sichergestellt,
dass selbst bei vollflächiger
Anlage des Außenrings
an eine plane Anlagefläche
eine ausreichende Schmierstoffmenge in dem Radialwälzlager
zurückgehalten
wird. Auf diese Weise wird durch Bildung eines Schmierstoffnotdepots
eine Mangelschmierung verhindert und damit die Betriebssicherheit
des Radialwälzlagers
und folglich des Exzenterantriebs verbessert.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Radialwälzlager
ein Fettdepot auf, in dem ein Wälzlagerfett
zur Schmierung der Radialwälzlager
eingebracht ist, wobei die die Dichtungsvorrichtungen vorzugsweise
fettdicht ausgebildet sind. Bei einer bevorzugten Weiterbildung
ist der verfügbare Innenfreiraum
des Radialwälzlagers
mindestens zu 30% mit Wälzlagerfett
ausgefüllt.
Insbesondere ist der verfügbare
Innenfreiraum nicht vollständig
mit Wälzlagerfett
ausgefüllt,
so dass der verbleibende Innenfreiraum ausreichend freies Volumen für eine Ölzirkulation
zur Verfügung
stellt. Diese Weiterbildung ermöglicht
somit eine Schmierung des Lagers mit zwei verschiedenen Schmierstoffen,
nämlich mit
dem Wälzlagerfett
und mit dem Öl
der Ölschmierung
des Exzenterantriebs.
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Bei
einer praktischen Realisierung sind die Dichtvorrichtungen als Dichtungsringe
oder Dichtungsscheiben ausgebildet, wobei diese vorzugsweise so
dimensioniert und/oder angeordnet sind, dass ein Eintreten von Öl in das
Radialwälzlager
im Bereich der Wälzkörper ermöglicht ist,
jedoch ein Eindringen von Fremdteilen und/oder ein Austreten von Fett
durch die Dichtungsringe verhindert wird. Durch diese spezifische
Ausbildung der Dichtungsringe wird auch erreicht, dass das Öl der Ölschmierung
des Exzenterantriebs als zusätzlicher
Schmierstoff in das Radialwälzlager
eintreten kann, zugleich aber ein Austreten des Wälzlagerfettes
als Notschmierstoff verhindert wird. Insbesondere sind die Dichtungsringe
in dem Außenring
des Radialwälzlagers
vollständig
integriert. Insgesamt wird bei dieser Ausgestaltung sichergestellt,
dass das Radialwälzlager
jederzeit ausreichend mit Schmierstoff gefüllt ist. Die genannten funktionalen
Merkmale werden vorzugsweise durch eine Ausbildung des Radialwälzlagers
als schmutzgeschütztes
Lager oder „Clean-Bearing" umgesetzt. Somit
ist das Radialwälzlager
insbesondere als fettgeschmierte Radialwälzlager mit zwei Dichtscheiben
als Dichtungsvorrichtungen ausgebildet, die in ölgeschmierte Getriebe einsetzbar
sind.
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Bei
einer bevorzugten Ausbildung ist radial innenseitig zwischen den
Dichtungsringen und dem Innenring oder -bord des Radialwälzlagers
oder dem exzentrisch ausgebildeten Abschnitt ein offener Dicht-
und/oder Ringspalt vorgesehen. Dieser Spalt ist so dimensioniert
und/oder angeordnet, dass ein Eintreten von Fremdteilen, wie z.B.
Abriebspänen oder
andere Teilchen insbesondere mit einem Durchmesser größer als
100 μm,
oder ein Austreten des Wälzlagerfettes
unterbunden wird. Insbesondere können
die Dichtungsringe mit einer radial innenseitig angeordneten Dichtungslippe
in eine umlaufende Nut eingreifen, um die geforderte Dichtwirkung
zu erreichen. Radial außenseitig
sind die Dichtungsringe in dem Außenring des Radialwälzlagers
kraftschlüssig
und/oder formschlüssig
festgelegt, wobei die Dichtungsringe vorzugsweise in eine umlaufende
kanalähnliche
Aufnahme eingespannt, eingeklemmt und/oder eingepresst sind.
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Zur
Erhöhung
der Stabilität
der Dichtungsringe weisen diese bei einer vorteilhaften Ausgestaltung Armierungen
auf, die zur Aufnahme von Anlaufkräften aus dem Wälzkörpersatz,
also aus den Wälzkörpern und/oder
einem Wälzkörperkäfig ausgebildet sind.
Diese Ausgestaltung berücksichtigt,
dass auftretende Axialkräfte
auf das Radialwälzlager
nicht nur zu einem Anlaufen des Radialwälzlagers an einen Anschlag
führen
können,
sondern auch der Wälzkörpersatz
innerhalb des Radialwälzlagers
gegen die Dichtungsringe anlaufen kann. Die Armierungen sind ausgebildet,
um die Anlaufkräfte
des Wälzkörpersatzes
aufzunehmen und dadurch die Gefahr einer Deformierung der Dichtungsringe
und somit einer Einschränkung
der Dichtungsfunktion zu minimieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Armierungen als Stützscheiben,
insbesondere Blechscheiben oder einvulkanisierte Blechscheiben ausgebildet,
die zur Erhöhung
der Stabilität
vorzugsweise an der radialen Außenseite
nach innen gebogen, also im Querschnitt nach innen gekröpft ausgebildet sind.
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Zur
Aufnahme der auftretenden Radialkräfte im Betrieb des Exzenterantriebs
ist der Außenring des
Radialwälzlagers
bevorzugt als insbesondere dickwandige Nadelhülse ausgebildet, die umformtechnisch
hergestellt ist. Ein Außenring
wird beispielsweise als dickwandig eingestuft, wenn dieser eine
Materialdicke von 1,5 mm, 2 mm oder mehr aufweist. Bei einer konstruktiven
Umsetzung ist der Außenring
komplett gehärtet,
insbesondere HF angelassen, und auf diese Weise an das Anwendungsgebiet
des Exzenterantriebs besonders angepasst.
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Bei
einer bevorzugten Realisierung ist das Radialwälzlager als Stützrollenlager
ausgebildet, wobei der Außenring
im Längsschnitt
parallel zur axialen Erstreckung des Radialwälzlagers an der radialen Außenseite
ballig ausgebildet ist, also eine nach außen gewölbte Mantelfläche aufweist.
Bevorzugt beträgt
der Balligkeitsradius der Mantelfläche 300 bis 1000 mm.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung des Radialwälzlagers in dem Exzenterantrieb
sind die Wälzkörper des
Radialwälzlagers
langgestreckt, d.h. als Nadeln ausgebildet, wobei das Verhältnis von Wälzkörperdurchmesser
zur Länge
der Wälzkörper kleiner
als 1:5 ist. Diese langgestreckten Wälzkörper vermindern den eingangs
beschriebenen Axialschub des Radialwälzlagers, der durch die Wellendurchbiegung
und dem damit verbundenen Mittenversatz der Last-Wirklinie begründet ist.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
und den beigefügten
Figuren. Dabei zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
eines Exzenterantriebs gemäß der Erfindung
in einer Membranpumpe in schematischer Querschnittsdarstellung;
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2 ein
Radialwälzlager
in 1;
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3 eine
Abwandlung des Radialwälzlagers
in 1.
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Die 1 zeigt
eine Radialkolbenmembranpumpe 1 für Flüssiggas in schematischer Querschnittsdarstellung,
wobei die Radialkolbenmembranpumpe 1 im zentralen Bereich
einen Exzenterantrieb 2 aufweist. Der Exzenterantrieb 2 umfasst
eine motorisch angetriebene Welle 3 an deren freien Ende ein
verjüngter
Abschnitt als Wellenende 4 vorgesehen ist, auf dem eine
exzentrisch geformte Hülse 5 drehfest
angeordnet ist. Um mit der Hülse 5 einen
Exzenterhub zu erzeugen, weist die Hülse 5 eine außermittig
angeordnete Durchgangsöffnung
auf, die das freie Wellenende 4 aufnimmt. Alternativ kann
auch das freie Wellenende 4 exzentrisch zu der Welle 3 einstückig angesetzt
sein.
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Auf
die Hülse 5 ist – bei diesem
Beispiel ohne Zwischenschaltung eines Innenrings – ein Radialwälzlager 6 aufgesetzt.
Auf der Außenseite
des Radialwälzlagers 6 liegen
die insgesamt fünf
Kolben 7 für die
jeweiligen Membrane 8 auf, so dass der durch Drehung der
Welle 3 über
die exzentrische Hülse 5 erzeugte
Exzenterhub die Kolben 7 in radial gerichtete, oszillierende
Linearbewegungen versetzt. Diese Linearbewegungen der Kolben 7 führen dann
in bekannter Weise zu einer Pumpbewegung der Membrane 8.
Der Exzenterhub in diesem Beispiel beträgt 1,2 mm (Exzentrizität von 0,6
mm) bei einem Hüllkreis
des Lagers von 8 mm, einem Außendurchmesser
von 15 mm und einer Außenringdicke
von 1,8 mm.
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Zur
Schmierung des Exzenterantriebs 2 wird der zugehörige Bereich
zum Teil mit Öl
befüllt. Über einen
konzentrisch zu der Welle 3 angeordneten und schleppend
mitgeführten
Kunststoffring 9, der ein grosssteigiges Gewinde aufweist,
wird das Öl
gepumpt, so dass eine Ölzirkulation
gefördert
wird. Ausgehend von dem Kunststoffring 9 wird das Öl über ein Stützlager 10 in
Richtung des Radialwälzlagers 6 transportiert.
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Aufgrund
des geringen Querschnitts der Welle 3 und den hohen auftretenden
Radialkräften auf
das freie Wellenende 4 von ca. 350 N wird die Welle 3 im
Betrieb durchgebogen. Die Wellendurchbiegung bewirkt, dass das Radialwälzlager 6 auch mit
Axialkräften
beaufschlagt wird, so dass das Radialwälzlager 6 in axialer
Richtung der Welle 3 wandert. Im ungünstigsten Fall wandert das
Radialwälzlager 6 so
aus, dass es an dem Gehäuse
oder der Wellenschulter der Welle 3 flächig abdichtend anliegt. Um eine
drohende Mangelschmierung des Radialwälzlagers 6 selbst
in diesen ungünstigen
Fällen
auszuschließen,
weist das Radialwälzlager 6,
wie in den 2 und 3 gezeigt,
Dichtvorrichtungen auf, die ein Schmierstoffnotdepot innerhalb des
Radialwälzlagers 6 sicherstellen.
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2 zeigt
einen Längsschnitt
durch das Radialwälzlager 6 in 1.
Das Radialwälzlager weist
einen Außenring 11 auf,
der als dickwandige, einstückige
Nadelhülse
ausgebildet ist. Der Außenring 11 ist
durch ein Umformverfah ren hergestellt und konventionell gehärtet, insbesondere
HF angelassen. Zur Aufnahme der Radialkräfte in der Membranpumpe 1 ist
der Außenring 11 ähnlich einer
Stützrollenausführung ausgebildet
und kann insbesondere an der radial außenseitigen Mantelfläche in dem
gezeigten Längsschnitt
eine Krümmung
oder Balligkeit aufweisen.
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Der
Außenring 11 umgreift
mit dem Hartbord 12 bzw. Bördelbord 13 einen
Innenraum 14, in dem eine Mehrzahl von Nadeln 15 angeordnet
und in einem Wälzkörperkäfig 16 gehalten
sind. Das Radialwälzlager 6 ist
mit Schmierfett auf Lebensdauer geschmiert, wobei die Fettmenge
mindestens 30% des freien Innenraums 14 beträgt.
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Zur
Abdichtung des Innenraums 14 sind beidseitig Dichtungsringe 17 in
dem Außenring 11 integriert,
die von Hartbord 12 bzw. Bördelbord 13 formschlüssig gehalten
werden. Die Dichtungsringe 17 erzeugen eine Abdichtung
zwischen dem Außenring 11 und
der exzentrischen Hülse 5 (1)
und dichten auf diese Weise den Innenraum 14, in dem die
Wälzkörper 15 angeordnet
sind, ab. Die Dichtungsringe 17 sind dabei so ausgelegt,
dass ein Eintritt von Schmieröl
aus der Ölzirkulation
möglich
ist und sich somit das in dem Radialwälzlager 6 befindliche
Schmierfett mit dem Schmieröl
vermischen kann. Dagegen sind die Dichtungsringe aber so ausgebildet,
dass ein Austritt von Schmierfett oder ein Eintritt von Schmutz,
insbesondere Partikel größer als
50 μm, verhindert
wird. Derartige Dichtungsanordnungen werden beispielsweise bei schmutzgeschützten Lagern
oder den sogenannten „clean
bearings" eingesetzt.
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Die
Wälzkörper 15 weisen
bei einer abgewandelten, nicht dargestellten Ausführungsform
ein Wälzkörperdurchmesser
zu Wälzkörperlängenverhältnis von
kleiner als 1:5 auf, um den Axialschub des Radialwälzlagers 6 aufgrund
der Wellendurchbiegung und des damit verbundenen Mittenversatzes der
Last-Wirklinie zu
minimieren. Bei einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform
ist der Außenring
als spanend gefertigtes Nadellager ausgebildet. Insbesondere in
der letztgenannten Ausbildung können
die Dichtungsringe 17 radial innenseitige Dichtungslippen
aufweisen, die in eine umlaufende Radialnut einer zwischen Hülse 5 und
Wälzkörper 15 geschalteten
Innenring eingreift.
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Mit
dem Radialwälzlager 6 in 2 ist
sichergestellt, dass auch bei einem Anlaufen des Radialwälzlagers 6 an
eine Anlagefläche
in dem Exzenterantrieb 2 bzw. in der Membranpumpe 1 und
eine damit verbundene stirnseitige, flächige Abdichtung eine ausreichende
Menge an Schmierstoff in dem Radialwälzlager 6 zurückgehalten
wird und kein Mangelschmierzustand auftritt.
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Die 3 zeigt
eine abgewandelte Ausführungsform
des Radialwälzlagers
in 2, wobei zusätzlich
Armierungen 18 zur Aufnahme von Anlaufkräften aus
dem Wälzkörpersatz,
also insbesondere dem Wälzkörperkäfig 16,
vorgesehen ist. Die Armierungen sind als Stützringe oder Blechscheiben
mit mittiger Durchgangsöffnung
für die
Hülse 5 ausgebildet,
die an den Dichtungsringen 17 jeweils axial innenseitig
angeordnet oder in einem axial innenseitigen Bereich der Dichtungsringe 17 einvulkanisiert sind.
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- 1
- Membranpumpe
- 2
- Exzenterantrieb
- 3
- Welle,
Pumpenwelle
- 4
- Wellenende
- 5
- Exzentrische
Hülse
- 6
- Radialwälzlager
- 7
- Kolben
- 8
- Membran
- 9
- Kunststoffring
- 10
- Stützlager
- 11
- Außenring
- 12
- Hartbord
- 13
- Bördelbord
- 14
- Innenraum
- 15
- Wälzkörper
- 16
- Wälzkörperkäfig
- 17
- Dichtungsringe
- 18
- Armierung