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Die Erfindung betrifft ein Sintergleitlager mit den Merkmalen von Anspruch 1 und eine Radialkolbenpumpe mit den Merkmalen von Anspruch 10.
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Stand der Technik
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Eine Zweikolben-Radialpumpe, wie sie beispielsweise zur Druckerzeugung in einem hydraulischen Antiblockiersystem (ABS) an Bord eines Kraftfahrzeugs verwendet wird, umfasst ein Sintergleitlager zum Lagern einer Welle der Radialpumpe. Insbesondere bei tiefen Betriebstemperaturen unterhalb von ca. –20°C kann im Bereich des Sintergleitlagers eine Körperschallanregung stattfinden, die einen erhöhten Verschleiß der Pumpe nach sich ziehen und im Innenraum des Kraftfahrzeugs als unangenehm empfunden werden kann. Der Körperschall kann daher rühren, dass der Schmierstoff im Sintergleitlager aufgrund der geringen Temperaturen hoch viskos ist, sodass die sich drehende Welle entgegen ihrer eigentlichen Drehrichtung an einer Wand des Gleitlagers „hochklettert” und wieder „zurückfällt”.
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Zum Unterdrücken der Körperschallanregung kann ein Schmierstoffdepot im Sintergleitlager größer dimensioniert werden. Dabei sinkt jedoch die Tragfähigkeit der Lagerflächen. Bei zahlreichen Anwendungen, beispielsweise der oben erwähnten ABS-Pumpe, die aufgrund relativ häufiger, nur kurzzeitiger Anläufe und einem hochfrequenten Wechsel des Kraftrichtungssinns auf die Welle erhöhte Anforderungen an das Sintergleitlager stellt, ist eine Verringerung der Tragfähigkeit oft nicht akzeptabel.
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Aus
EP 1606525 B1 ist es bekannt, ein Sintergleitlager im Bereich der Lagerbohrung mit hochverdichteten, geschlossenporigen Bereichen zu versehen, zwischen denen jeweils niedrigverdichtete, offenporige Bereiche angeordnet sind. Dabei ist der Lagerbohrungsdurchmesser der hoch- und niedrigverdichteten Bereiche im Wesentlichen identisch. Auf diese Weise kann zwar eine Belastungsfähigkeit des Sintergleitlagers gesteigert und eine Schmierfähigkeit in gewissen Grenzen erhalten werden, jedoch bleibt das Problem der hohen Viskosität des Schmierstoffs bei niedrigen Temperaturen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sintergleitlager mit verbesserter Schmierfähigkeit und/oder erhöhter Tragfähigkeit anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer Radialkolbenpumpe mit verringerter Neigung zur Körperschallanregung.
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Die Erfindung löst die gestellten Aufgaben mittels eines Sintergleitlagers mit den Merkmalen von Anspruch 1 und einer Radialkolbenpumpe mit den Merkmalen von Anspruch 10. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Offenbarung der Erfindung
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Sintergleitlager zum Lagern einer Welle mit kreisrundem Querschnitt in einem Lagergehäuse eine Lagerbuchse mit einer Wellenbohrung auf, die von einem kreisrunden Querschnitt abweicht, so dass zwischen der Welle und der Wellenbohrung in Bereichen, die von dem kreisrunden Querschnitt abweichen, Aufnahmebereiche für einen Schmierstoff gebildet sind.
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Durch die Aufnahmebereiche für den Schmierstoff kann ein beliebiger Punkt der Welle pro Umdrehung mindestens einmal mit Schmierstoff in Kontakt geraten. Dadurch kann eine verbesserte Schmierung der Welle im Sintergleitlager erzielt werden, so dass ein Quietschen der Welle verhindert werden kann. Phasen der Mischreibung, beispielsweise beim Anlaufen der Welle, in denen die Welle und das Sintergleitlager einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt sind, können durch die verbesserte Schmierung der Welle im Sintergleitlager weniger verschleißintensiv sein. Zudem können diese Phasen der Mischreibung durch die verbesserte Schmierung auch kürzer gehalten sein als bei einem herkömmlichen Sintergleitlager ohne Aufnahmebereiche für Schmierstoff.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Wellenbohrung die Form einer Ellipse auf, so dass zwei Aufnahmebereiche für den Schmierstoff entstehen, und ein beliebiger Punkt der Welle pro Umdrehung zwei Mal mit Schmierstoff in Kontakt geraten kann.
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In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Lagerbuchse in Bereichen eines Pferchkreises der Wellenbohrung jeweils eine höhere Verdichtung als in Bereichen eines Hüllkreises der Wellenbohrung auf. Durch die bereichsweise hochfeste Verdichtung kann das Sintergleitlager vorteilhaft insbesondere an Wellen eingesetzt werden, die in einer Richtung belastet sind, die parallel zu einer Nebenachse des von der Kreisform abweichenden Querschnitts verläuft. Eine weniger gute Schmierung an dem hochfest verdichteten Bereich kann durch die Benetzung der Welle mit Schmierstoff in den Aufnahmebereichen kompensierbar sein, so dass insgesamt ein belastbares Sintergleitlager mit guter Schmierung einer im Sintergleitlager aufgenommenen Welle bereitgestellt sein kann.
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Die hoch verdichteten Bereiche können jeweils die Form eines Halbmonds aufweisen. Somit sind die hoch verdichteten Bereiche hauptsächlich im Bereich der Welle ausgebildet und erstrecken sich nicht notwendigerweise in radialer Richtung bis zu einem Außenumfang des Sintergleitlagers. Die halbmondförmigen, hoch verdichteten Bereiche können insbesondere leicht herstellbar sein.
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Vorzugsweise ist in den Aufnahmebereichen ein Festschmierstoff angeordnet. Schmiereigenschaften des Festschmierstoffs, der beispielsweise Molybdändisulfid oder Graphit umfassen kann, können auch bei sehr niedrigen Temperaturen und/oder einem dünnem Schmierfilm ausreichend sein, so dass der Verschleiß und die Neigung zur Anregung von Körperschall der sich im Sintergleitlager drehenden Welle reduziert sein können.
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Vorzugsweise sind Partikel des Festschmierstoffs in einer hochviskosen Trägersubstanz gelöst, die in den Aufnahmebereichen angeordnet ist. Die hochviskose Trägersubstanz kann beispielsweise ein Heißlagerfett sein, welches die Schmierung der Welle zum Sintergleitlager bei höheren Temperaturen sicherstellt, während der Festschmierstoff verbesserte Notlaufeigenschaften beim Anlaufen und Anhalten der Welle sowie ausreichende Schmiereigenschaften bei niedrigen Temperaturen sicher stellen kann.
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Die Lagerbuchse des Sintergleitlagers kann einen Außenquerschnitt mit einer von einem kreisrunden Querschnitt abweichenden Form aufweisen, wobei die Hauptachsen des Außenquerschnitts mit den Hauptachsen der Wellbohrung fluchten. Vorzugsweise weist der Außenquerschnitt der Lagerbuchse die Form einer Ellipse auf. Dadurch kann das Sintergleitlager ausgehend von einer zylindrischen Ausgangsform vereinfacht herstellbar sein. Zudem kann ein Presssitz des Sintergleitlagers in einer Lagerbohrung kontinuierlich sein, um eine verbesserte Festigkeit zu erzielen.
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Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst eine Radialkolbenpumpe zwei einander gegenüberliegende, axial betätigbare Pumpenstößel, eine Welle mit einem zwischen den Pumpenstößeln angeordneten Exzenter zur Betätigung der Pumpenstößel, eine Antriebseinrichtung für die Welle und ein Wälzlager und das oben beschriebene Sintergleitlager zur Lagerung der Welle. Dabei verlaufen die die Bereiche des Pferchkreises der Wellenbohrung der Lagerbuchse des Sintergleitlagers parallel zu einer Betätigungsrichtung der Pumpenstößel.
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Radiale Kräfte, die zwischen den Pumpenstößeln und der Welle wirken, pressen die Welle stets gegen einen der hochverdichteten Bereiche des Hintergleitlagers im Bereich des Pferchkreises der Wellenbohrung. Das entlang der Aufnahmebereiche vorhandene erhöhte Lagerspiel (die sogenannte Lagerluft) kann die Tragfähigkeit des Sintergleitlagers innerhalb der Radialkolbenpumpe nur unwesentlich oder gar nicht verringern. Durch die Verwendung des Sintergleitlagers an der Radialkolbenpumpe können signifikante Kosten für ein ansonsten erforderliches Wälzlager eingespart werden. Zudem können die guten Lagereigenschaften eines Gleitlagers an dieser Stelle der Radialkolbenpumpe ausgenutzt werden, beispielsweise ein geräuscharmer Lauf oder eine hohe zu erwartende Lebensdauer. Ein Gleitlagerschaden aufgrund der hohen Beanspruchung der Radialkolbenpumpe kann durch die erfindungsgemäße Schmierung der Welle im Sintergleitlager vermieden werden.
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Das Sintergleitlager und die Antriebseinrichtung können bezüglich des Wälzlagers auf einer anderen Seite als der Exzenter liegen. Dadurch wird ein wirksamer Hebel, den die Welle zwischen dem Wälzlager und dem Sintergleitlager bildet, vergrößert, so dass eine Belastung des Sintergleitlagers verringert werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Antriebseinrichtung zwischen dem Sintergleitlager und dem Wälzlager auf der Welle. Die Antriebseinrichtung ist üblicherweise ein Rotor eines Elektromotors. Durch die gewählte Anordnung kann der Hebel weiter vergrößert und dadurch die Belastung auf das Sintergleitlager weiter verringert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Wellenbohrung und ein Außenquerschnitt der Lagerbuchse der Radialkolbenpumpe in Form einer Ellipse ausgestaltet. Die Lagerbuchse ist an ihrer Außenseite im Bereich der Hauptachsen der Ellipse der Wellenbohrung mit Presssitz in einer kreisrunden Lagerbohrung eines Lagergehäuses der Radialkolbenpumpe (200) aufgenommen. Eine Lagerbohrung mit diskontinuierlich reduziertem Bohrungsdurchmesser kann dadurch vermieden werden, wodurch Herstellungskosten der Radialkolbenpumpe gesenkt werden können.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 einen Querschnitt durch ein Sintergleitlager, und
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2 einen Längsschnitt durch eine Zweikolben-Radialpumpe darstellt.
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Genaue Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt einen Querschnitt durch ein Sintergleitlager 100 als Zwei-Phasen-Lager.
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In ein Lagergehäuse 105 ist eine kreisrunde Lagerbohrung 110 eingebracht. In der Lagerbohrung 110 ist eine Lagerbuchse 115 aufgenommen, vorzugsweise durch Teilpressung. Die Lagerbuchse 115 hat eine Wellenbohrung 122, wobei die Wellenbohrung 122 und ein äußerer Umriss der Lagerbuchse 115 jeweils von einem kreisrunden Querschnitt abweichen und vorzugsweise elliptisch sind. Die Hauptachsen beider Ellipsen erstrecken sich in einer horizontalen Richtung 120, Nebenachsen beider Ellipsen erstrecken sich in einer vertikalen Richtung 125.
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In der Wellenbohrung 122 der Lagerbuchse 115 ist eine Welle 130 aufgenommen. Die Welle 130 weist einen kreisrunden Querschnitt auf und der Durchmesser der Welle 130 ist derart auf den Durchmesser der Wellenbohrung 122 entlang der vertikalen Richtung 125 abgestimmt, dass die Welle 130 mit nur geringem Lagerspiel in vertikaler Richtung 125 – also im Bereich eines Pferchkreises der Wellenbohrung 122 – in der Lagerbuchse 115 gehalten ist.
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Die Lagerbuchse 115 ist eine Sinterlagerbuchse, die in Bereichen 135 des Pferchkreises der Wellenbohrung 122 oberhalb und unterhalb der Welle 130 hochfest verdichtet ist. Die verdichteten Bereiche 135 sind im Wesentlichen sichelförmig und erstrecken sich symmetrisch zur vertikalen Richtung 125 nach rechts und links.
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Zwischen der Welle 130 und der Wellenbohrung 122 befindet sich jeweils in einem Bereich der Wellenbohrung 122, der von dem kreisrunden Querschnitt der Welle 130 abweicht, ein Aufnahmebereich 140. Für den Fall, dass die Wellenbohrung 122 die Form einer Ellipse aufweist, ergeben sich auf diese Weise entlang der Hauptachse 120 der Ellipse zwei Aufnahmebereiche rechts und links von der Welle 130, in denen jeweils eine Trägersubstanz 145 mit eingebeteten Partikeln von Festschmierstoff 150 eingebracht sind. Die Trägersubstanz 145 ist bevorzugterweise ein Schmierfett und hat ferner bevorzugterweise eine hohe Viskosität. Der Festschmierstoff 150 kann beispielsweise Molybdändisulfid (MoS2) oder Graphit umfassen.
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Durch die Trägersubstanz 145 mit den Partikeln von Festschmierstoff 150 in den Aufnahmebereichen 140 gelangt die Welle 130 pro Umdrehung in der Lagerbuchse 115 zweimal in Kontakt mit Schmierstoff. Die Lagerbuchse 115 kann daher in einer Ausführungsform ohne einen in das Material der Buchse eingelagerten Schmierstoff hergestellt sein, so dass eine Versprödung des Sintermaterials der Lagerbuchse 115 während des Sinterprozesses nicht zu befürchten ist. Eine Porösität der hochfest verdichteten Bereiche 135 der Lagerbuchse 115 ist ohnehin gering und eine Schmierung im Bereich der Aufnahmebereiche 140 wird durch die dort angeordnete Trägersubstanz 145 mit den Partikeln von Festschmierstoff 150 sichergestellt.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die Lagerbuchse 115 trotzdem mit einem zusätzlichen Schmierstoff versehen sein, der vorzugsweise eine niedrigere Viskosität als die Trägersubstanz 145 aufweist, beispielsweise ein mineralisches oder synthetisches Schmieröl.
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Das Material der Lagerbuchse 115 ist so gewählt, dass die Welle 130 auch bei Mischreibung relativ reibungs- und verschleißarm in der Lagerbuchse 115 gelagert ist. Dazu ist das Sintermaterial ausreichend duktil, so dass sich die Lagerbuchse 115 in ihrem Außenbereich in einem ausreichenden Maß an die kreisrunde Form der Lagerbohrung 110 anpassen kann, ohne zu brechen. Gleichzeitig soll die Lagerbuchse 115 insbesondere in den Bereichen 135 hochfest und in Druckspitzen belastbar sein. Ferner ist darauf zu achten, dass das Material der Lagerbuchse 115 nicht spröde ist. Ein Porenvolumen des Materials der Lagerbuchse 115 ist zweitrangig, da die Schmierung der Welle 130 in der Lagerbuchse 115 hauptsächlich über das in den Aufnahmebereichen 140 aufgenommene Schmiermittel erfolgt.
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Die in 1 dargestellte Lagerbuchse 115 mit ovaler bzw. elliptischer Außenkontur ist rechts und links mit Presssitz in der kreisrunden Lagerbohrung 110 aufgenommen, während oben und unten ein schmaler Spalt zwischen der Lagerbohrung 110 und der Lagerbuchse 115 besteht.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Zweikolben-Radialpumpe 200. Die Radialpumpe 200 kann insbesondere eine Flüssigkeitspumpe zur Bereitstellung eines hydraulischen Bremsdrucks eines hydraulisch betätigten Antiblockiersystems eines Kraftfahrzeugs sein. Eine derartige Pumpe wird üblicherweise häufig und jeweils in nur kurzen Intervallen betrieben, wobei im Betrieb relativ große Leistungen umgesetzt werden. Die Pumpe muss eine gesteigerte Betriebssicherheit aufweisen und wird häufig unter ungünstigen äußeren Bedingungen betrieben, beispielsweise Hitze, Kälte, Vibrationen, Verschmutzung und Schock.
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Die Radialpumpe 200 umfasst eine Welle 205 entsprechend der Welle 130 aus 1, die sich in horizontaler Richtung erstreckt und die an ihrem linken Ende in einem Sintergleitlager 100 gegenüber einem Gehäuse 210 der Radialpumpe 200 gelagert ist. Das Gehäuse 210 trägt die Lagerbohrung 110 aus 1. Im Bereich des rechten Endes der Welle 205 ist ein Exzenter 215 an der Welle 205 angebracht. Oberhalb und unterhalb des Exzenters 215 ist jeweils eine Kolben pumpe 220 mit einem Pumpenstößel 225 angeordnet, wobei jeder der Pumpenstößel 225 durch hydraulische Vorspannung oder durch Federspannung in axialer Richtung gegen den Exzenter 215 gepresst wird und diesem anliegt. Dreht sich die Welle 205, so betätigt der Exzenter 215 abwechselnd den oberen und den unteren Pumpenstößel 225 in axialer Richtung nach oben bzw. unten, wodurch die Kolbenpumpen 220 abwechselnd ein Fluid, beispielsweise eine hydraulische Bremsflüssigkeit, fördern.
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Links vom Exzenter 215 ist die Welle 205 mittels eines Wälzlagers 230 gegenüber dem Gehäuse 210 gelagert. Zwischen dem Wälzlager 230 und dem Sintergleitlager 100 gemäß 1 ist auf der Welle 205 eine Antriebseinrichtung 235 angeordnet. Die Antriebseinrichtung 235 ist im Gehäuse 210 aufgenommen und umfasst Elemente eines Elektromotors, um die Welle 205 in den Lagern 100 und 230 um eine horizontale Drehachse zu drehen.
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Das Sintergleitlager 100 gemäß 1 ist derart im Gehäuse 210 orientiert, dass die vertikale Richtung 125 auch in 2 vertikal verläuft und zu Längsachsen durch die Pumpenstößel 225 der Kolbenpumpen 220 parallel ist. Die hochfest verdichteten Bereiche 135 des Sintergleitlagers 100 weisen in 2 also nach oben und unten, genau wie die Pumpenstößel 225 nach oben und unten weisen. Bei der Montage des Sintergleitlagers 100 bzw. der Lagerbuchse 115 an der Radialpumpe 200 ist auf eine gerichtete Montage zu achten, um die Lage der hoch verdichteten Bereiche bezüglich der Welle 205 mit den Kraftrichtungen der Kolbenpumpen 220 in Übereinstimmung zu bringen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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