DE102016208286A1

DE102016208286A1 - Rollenlager und hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einem Rollenlager

Info

Publication number: DE102016208286A1
Application number: DE102016208286.8A
Authority: DE
Inventors: Achim Romer; Christoph Assfalg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2016-12-01
Also published as: US10060478B2; CN106195014B; CN106195014A; US20160348716A1

Abstract

Offenbart ist ein Wälzlager, dessen Rollen zwischen einer inneren Rollbahn und einer äußeren Lagerschale eingespannt sind. Die äußere Lagerschale liegt mit ihrem Außenmantel an einem äußeren Bauteil an, das ein Gehäuse einer Axialkolbenmaschine sein kann. Die innere Rollbahn ist entweder direkt an einem inneren Bauteil gebildet, oder sie ist an einer inneren Lageschale, die an dem inneren Bauteil anliegt, gebildet. Um ein Verkippen des inneren Bauteils zu ermöglichen, wobei die Rollen in vorbestimmten Kontakt mit den beiden Rollbahnen bleiben, ist zumindest ein abgeschrägter Anlagebereich oder ein in anderer Weise verminderter Bereich am Außenmantel der äußeren Lagerschale vorgesehen. Weiterhin ist eine Lageranordnung mit zwei derartigen Wälzlagern für eine Schwenkwiege eine Axialkolbenmaschine offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rollenlager gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einem derartigen Rollenlager.
Bei Axialkolbenmaschinen, deren Hubvolumen verstellbar ist, ist es bekannt, eine Schrägscheibe als Schwenkwiege auszubilden, die über eine Verstellvorrichtung gegen ein Gehäuse verschwenkt werden kann. Durch die Verstellung des Schwenkwinkels der Schwenkwiege gegenüber einer um eine Achse umlaufenden Zylindertrommel wird der Hub der an die Schrägscheibe gekoppelten Kolben während ihres Umlaufs um eine Achse der Axialkolbenmaschinen verstellt.
Da sich beim Verstellen des Schwenkwinkels eine Relativbewegung der Schwenkwiege gegenüber dem Gehäuse der Axialkolbenmaschine ergibt, sind als Lagerung der Schwenkwiege beidseitig der Achse Lager bekannt, die als Paare von kreisbogenförmigen Bahnen ausgebildet sind, von den eine Bahn mit größerem Durchmesser am Gehäuse angeordnet ist, während eine Bahn mit kleinerem Durchmesser an der Schwenkwiege angeordnet ist.
Im Betrieb derartiger Axialkolbenmaschinen ergibt sich in Abhängigkeit des auf die Kolben wirkenden Arbeitsdrucks eine jeweilige Abstützkraft von den Kolben auf die Schrägscheibe, die zu einer Durchbiegung im Bereich der Schrägscheibe zwischen den beiden Lagern etwa entlang der Achse führen kann. Damit ergibt sich zwischen den kreisbogenförmigen Bahnen jedes Lagers eine nachteilige Veränderung ihrer Positionen zueinander, da die schwenkwiegenseitige Bahn gegenüber der gehäuseseitigen Bahn verkippt und in Schrägstellung kommt.
In den Druckschriften DE 197 27 071 A1 und DE 10 2008 013 010 A1 bilden die beiden Bahnen jedes Lagers ein Gleitlager. Dabei offenbart die DE 197 27 071 A1 eine hydrostatische Entlastung in den beiden Gleitlagern, die im Hinblick auf die Durchbiegung der Schwenkwiege optimiert ist. Die DE 10 2008 013 010 A1 zeigt zur Kompensation der Durchbiegung der Schwenkwiege nachgiebige Bereiche. Es wird vorgeschlagen, den Bereich des Gehäuses, an dem eine ruhende Lagerschale anliegt, oder den Bereich der Schwenkwiege, der an der Lagerschale anliegt, und der sich gegen die Lagerschale gleitend bewegt, nachgiebig zu gestalten. Alternativ wird vorgeschlagen, die Lagerschale selbst nachgiebig zu gestalten.
Die Druckschrift DE 10 2012 214 343 A1 zeigt eine Lagerung einer Schwenkwiege einer Axialkolbenmaschine, wobei jedes der beiden Lager ein Paar von kreisbogenförmigen Rollbahnen aufweist, zwischen denen Wälzkörper eingespannt sind. Die Schwenkwiege ist also über zwei Rollenlager im Gehäuse abgestützt. Die Wälzkörper sind tonnenförmig ausgebildet, so dass eine Durchbiegung der Schwenkwiege und damit einer Verkippung oder Schrägstellung der schwenkwiegenseitigen Rollbahn durch die Form der Wälzkörper ausgeglichen werden kann, in dem sich die Berührstellen der schwenkwiegenseitigen Rollbahn an den Wälzkörpern ändert.
Nachteilig an derartigen Axialkolbenmaschinen ist, dass die tonnenförmigen Wälzkörper stets nur eine verringerte Berührbreite, also eine verkürzte Linienberührung haben. Im Betrieb der Axialkolbenmaschine mit der zu tolerierenden Durchbiegung der Schrägscheibe ergibt sich ein Wandern der schwenkwiegenseitigen wie auch der gehäuseseitigen Berührbereiche in Richtung zum inneren Rand der Wälzkörper. Damit sind die Trageigenschaften der Wälzkörper nachteilig beeinflusst.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Rollenlager zu schaffen, bei dem eine Verkippung oder Schrägstellung einer der Rollbahnen toleriert werden kann, ohne dass das Rollenlager auf tonnenförmige oder ballige Wälzkörper mit entsprechend verminderter Berührbreite eingeschränkt ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise zu schaffen, bei der die beiden Rollenlager der Schwenkwiege eine Durchbiegung der Schwenkwiege tolerieren können, ohne dass die Rollenlager auf tonnenförmige oder ballige Wälzkörper mit geringer Berührbreite eingeschränkt sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Rollenlager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit den Merkmalen des Patenanspruchs 17.
Das beanspruchte Rollenlager oder Wälzlager hat entweder zwei konzentrische kreisbogenförmige oder zwei kreisringförmig umlaufende Rollbahnen, zwischen denen mehrere Wälzkörper aufgenommen sind. Die innere Rollbahn kann an einer inneren (z.B. beweglichen) Lagerschale oder an einem inneren (z.B. beweglichen) Bauteil gebildet sein. Die äußere Rollbahn ist an einer äußeren (z.B. ruhenden) Lagerschale gebildet, an deren Außenumfang ein Anlagebereich in Form eines Kreiszylinderabschnitts für ein äußeres (z.B. ruhendes) Bauteil ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist benachbart zum Anlagebereich ein verminderter Bereich ausgebildet, der zum Anlagebereich angestellt und/oder durch einen gegenüber dem Anlagebereich verringerten Durchmesser und/oder durch eine Materialwegnahme gebildet ist. Damit ist zwischen dem verminderten Bereich und dem äußeren Bauteil ein Abstand vorgesehen und somit ein Rollenlager geschaffen, bei dem eine Verkippung oder Schrägstellung der inneren Rollbahnen toleriert werden kann, ohne dass das Rollenlager auf tonnenförmige oder ballige Wälzkörper eingeschränkt ist, da die Wälzkörper und die äußere Lagerschale zumindest abschnittsweise der Verkippung oder Schrägstellung folgen können. So bleiben die beiden Rollbahnen und die Wälzkörper in etwa unveränderte Relativposition zueinander, während sich die Relativposition der äußeren Lagerschale zum äußeren Bauteil entsprechend der Verkippung oder Schrägstellung zumindest abschnittsweise ändert.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die äußere Lagerschale nachgiebig. Genauer gesagt ist die Lagerschale derart gestaltet, dass der verminderte Bereich gegenüber den Anlagebereich elastisch nach außen und damit hin zum äußeren Bauteil bewegbar ist. Dabei wird es weiterhin besonders bevorzugt, wenn während der elastischen Verformung des verminderten Bereiches der Anlagebereich stets in Anlage mit dem äußeren Bauteil bleibt.
Bei ersten Ausführungsformen der Erfindung ist der Anlagebereich ein erster Anlagebereich, während der verminderte Bereich ein zweiter Anlagebereich ist, der zum ersten Anlagebereich schräg gestellt ist.
Wenn die Verkippung oder Schrägstellung des inneren Bauteils in zwei Richtungen oder mit wechselndem Vorzeichen toleriert werden soll, ist benachbart zum ersten Anlagebereich eine dritter Anlagebereich für das äußere Bauteil ausgebildet, der zum ersten Anlagebereich und zum zweiten Anlagebereich angestellt ist. Dabei stellt der erste Anlagebereich einen mittleren Anlagebereich dar, während der zweite und der dritte Anlagebereich jeweils einen seitlichen Anlagebereich darstellen.
Die Anlagebereiche sind vorzugsweise gekrümmte Anlageflächen.
Im Zusammenhang mit den ersten Ausführungsformen wird der Schrägungswinkel eines Anlagebereichs in dieser Schrift als der Winkel der Schrägstellung des betroffenen Anlagebereichs definiert, der aus einer Materialwegnahme am Außenmantel der Lagerschale resultieren kann. Der Schrägungswinkel der inneren Rollbahn wird in dieser Schrift als der Winkel der Verkippung oder Schrägstellung der inneren Rollbahn definiert, der aus der Durchbiegung des inneren Bauteils resultiert, und der variieren kann.
Um bei Verkippungen oder Schrägstellungen der inneren Rollbahn oder des inneren Bauteils in zwei Richtungen oder mit wechselndem Vorzeichen eine asymmetrische Optimierung zu erreichen, wird es bevorzugt, wenn der Betrag des Schrägungswinkels des zweiten Anlagebereichs ungleich des Betrags des Schrägungswinkels des dritten Anlagebereichs ist. Damit sind der zweite und der dritte Anlagebereich nicht nur in unterschiedliche Richtungen schräg gestellt, sondern auch mit unterschiedlicher Steilheit.
Zwischen dem Anlagebereich und dem verminderten Bereich ist vorzugsweise ein Rand gebildet. Dieser definiert die Grenze zwischen den beiden Bereichen.
Die elastische Bewegung des verminderten Bereichs nach außen erfolgt insbesondere durch Biegung des verminderten Bereiches gegenüber dem Anlagebereich. Ergänzend kann auch der der Rand elastisch nachgeben in dem er eingedrückt wird.
Wenn die Verkippung oder Schrägstellung in den überwiegenden Fällen einen vorbestimmten Wert erreicht, kann vorrichtungstechnisch einfach im Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Anlagebereich der Rand gebildet sein. Wenn die Verkippung oder Schrägstellung meistens zwei vorbestimmte Werte erreicht, können vorrichtungstechnisch einfach in den Übergängen zwischen den drei Anlagebereichen jeweilige Ränder gebildet sein. Wenn hingegen auch Zwischenwerte der Verkippung oder Schrägstellung optimal toleriert werden sollen, kann der Übergang beziehungsweise können die Übergänge auch verrundet sein.
Aus fertigungstechnischen Gründen wird es gemäß einer zweiten Ausführungsform bevorzugt, wenn an dem Rand eine Stufe oder ein Absatz gebildet ist. Damit ist die Position des Randes reproduzierbarer und maßhaltiger, als bei den ersten Ausführungsformen. Genauer gesagt sind die Breiten einerseits des fertig bearbeiteten und geschliffenen Anlagebereiches und andererseits des verminderten Bereiches reproduzierbarer und maßhaltiger, als bei den zueinander schräg gestellten Anlagebereichen.
Zur Spannungsreduzierung wird es bevorzugt, wenn zwischen dem verminderten Bereich und dem Rand ein verrundeter Übergang gebildet ist.
Die Stufe kann eine Flanke haben, die zwischen dem verrundeten Übergang und dem Rand angeordnet ist, und die zwischen 90 und 120 Grad zum Anlagebereich und zum verminderten Bereich angestellt ist. Dabei wird eine Flanke bevorzugt, die 90 Grad zum Anlagebereich und zum verminderten Bereich angestellt ist und daher radial verläuft.
Aus fertigungstechnischen Gründen wird es bevorzugt, wenn der verminderte Bereich ebenfalls die Form eines Abschnitts eines Mantels eines Kreiszylinders hat. Dabei hat der Kreiszylinder des verminderten Abschnitts einen geringeren Durchmesser als der Kreiszylinder des Anlageabschnitts.
Wenn die Wälzkörper Zylinderrollen oder Nadelrollen sind, ergeben sich mit den beiden Rollbahnen Linienberührungen über die gesamte Länge der Wälzkörper, wodurch eine optimale Kraftverteilung über die Länge der Wälzkörper und über die Breite der Lagerschale gegeben ist.
Abweichend können die Wälzkörper auch ballig oder tonnenförmig sein, womit die Toleranz der Verkippung oder Schrägstellung weiter vergrößert ist.
Bei einer bevorzugten Variante haben der Anlagebereich und der verminderte Bereich abschnittsweise oder über die gesamte Länge der kreisbogenförmigen Lagerschale oder über den gesamten Umfang der kreisringförmigen Lagerschale eine konstante Breite. Bei den ersten Ausführungsformen ergibt sich damit ein konstanter Schrägungswinkel des zweiten Anlagebereiches. Dann ist der Rand zwischen dem ersten und dem zweiten Anlagebereich entsprechend abschnittsweise oder über die gesamte Länge parallel zu den Außenrändern der Lagerschale.
Fertigungstechnisch einfach ist es, wenn sich der verminderte Bereich über eine gesamte Länge der kreisbogenförmigen Lagerschale oder über den gesamten Umfang der kreisringförmigen Lagerschale erstreckt.
Der fertigungstechnische Aufwand ist minimiert, wenn die Lagerschale über die gesamte Länge oder über den gesamten Umfang ein gleichbleibende Querschnittsfläche hat, wenn also auch die wälzkörperseitige Innenseite der Lagerschale über die gesamte Länge oder über den gesamten Umfang gleichbleibende Form hat.
Wenn sich die Abstützungs- und Kraftverhältnisse entlang eines Abschnitts der Länge oder entlang eines Abschnitts des Umfangs der Lagerschale verändern, kann das erfindungsgemäße Rollenlager daran angepasst werden, in dem die Breiten des Anlagebereiches und des verminderten Bereiches entlang des Abschnitts zunehmende oder abnehmende Breite haben. Dann ist der Rand zwischen dem Anlagebereich und des verminderten Bereich entlang dieses Abschnitts nicht kreisringförmig. Im Falle der kreisbogenförmigen Lagerschale wird es besonders bevorzugt, wenn die Breite des verminderten Bereichs in der Mitte der Lagerschale maximal ist.
Die kreisbogenförmige Lagerschale kann zwei Endabschnitte haben, über deren jeweilige gesamte Breite der kreiszylindrische Anlagebereich ausgebildet ist, also kein verminderter Bereich vorgesehen ist. Dann erstreckt sich der verminderte Bereich nur über einen zwischen den beiden Endabschnitten angeordneten mittleren Bereich der Lagerschale.
Das erfindungsgemäße Rollenlager kann zu einer Lageranordnung mit zwei derartigen Rollenlagern weitergebildet werden, wobei die beiden inneren Rollbahnen und die beiden Lagerschalen kreisbogenförmig sind, und wobei die jeweiligen verminderten Bereiche an den einander zugewandten Seitenrändern der beiden Lagerschalen ausgebildet sind.
Eine besonders bevorzugte Anwendung der Lageranordnung ist bei der Lagerung der Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine gegeben. Die beiden inneren Rollbahnen sind an der Schrägscheibe ausgebildet, während die beiden Lagerschalen an einer Anlagefläche eines Gehäuses der Axialkolbenmaschine anliegen. Insbesondere sind dabei die beiden Anlagebereiche der beiden äußeren Lagerschalen stets in Kontakt mit der Anlagefläche eines Gehäuses. Damit ist eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise geschaffen, bei der die beiden Rollenlager der Schwenkwiege deren Durchbiegung tolerieren können, ohne dass die Rollenlager auf tonnenförmige oder ballige Wälzkörper mit Punktberührung eingeschränkt sind.
Vorzugsweise gilt bei den ersten Ausführungsformen die Ungleichung
wobei α₂ der Schrägungswinkel des zweiten Anlagebereichs gegenüber der Anlagefläche des Gehäuses ist. Damit ist 180° – α₂ der Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Anlagebereich. Weiterhin ist α_1max der maximale Schrägungswinkel der inneren Rollbahn. Weiterhin ist l₁ eine Länge der Wälzkörper. Weiterhin ist l₂ die Projektion der Breite des zweiten Anlagebereichs auf die Anlagefläche des Gehäuses.
Mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Rollenlagers und ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert. 1 bis 10 zeigen die ersten Ausführungsformen, während die 11 und 12 die zweite Ausführungsform zeigen.
Es zeigen
1 in einem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 in einer perspektivischen Ansicht eine Lageranordnung mit zwei erfindungsgemäßen Rollenlagern gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 in einer perspektivischen Ansicht eine Lagerschale des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 2,
4 in einem schematischen Querschnitt ein Lager gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
5 in einem schematischen Querschnitt vereinzelte Komponenten des Lagers aus 4,
6 in einer Ansicht eine Lageranordnung mit zwei erfindungsgemäßen Rollenlagern gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
7 in einer perspektivischen Ansicht eine Lageranordnung mit zwei erfindungsgemäßen Rollenlagern gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
8 in einer Ansicht eine Lagerschale eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rollenlagers,
9 in einer Ansicht eine kreisringförmige Lagerschale eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rollenlagers,
10 in einer Ansicht eine kreisringförmige Lagerschale eines sechsten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rollenlagers,
11 in einem Querschnitt eine Lagerschale gemäß der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rollenlagers in einem Zwischenzustand ihrer Fertigung, und
12 in einem Querschnitt die Lagerschale aus 11 nach ihrer Fertigbearbeitung.
1 zeigt in einem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise. Sie hat eine am Außenumfang einer Triebwelle 1 drehfest gekoppelte Zylindertrommel 2, an deren Umfang mehrere gleichmäßig verteilte Zylinderbohrungen 4 vorgesehen sind, von denen in 1 nur eine Zylinderbohrung 4 dargestellt ist. In den Zylinderbohrungen sind jeweilige Kolben 6 axial beweglich geführt, die über jeweilige Kolbenfüße 8 und Gleitschuhe 10 an eine ruhende Schrägscheibe gekoppelt sind, die als Schwenkwiege 12 ausgebildet ist. Die Schwenkwiege 12 ist in ihrer Mitte von der Triebwelle 1 durchsetzt.
Die Schwenkwiege 12 kann über eine Verstellvorrichtung 14 um eine (nicht gezeigte) Schwenkachse geschwenkt werden, die senkrecht zur Triebwelle 1 und parallel zur Zeichenebene der 1 verläuft. Wenn die Triebwelle 1 mit der Zylindertrommel 2 und mit den Kolben 6 umläuft, und wenn dabei die Schwenkwiege 12 senkrecht zur Triebwelle 1 ausgerichtet ist, wird kein Hub der Kolben 6 in den Zylinderbohrungen 4 erzeugt. Wenn hingegen die Schwenkwiege 12 über die Verstellvorrichtung 14 gegenüber der Triebwelle 1 schräg gestellt wird, führt jeder Kolben 6 in seiner Zylinderbohrung 4 während eines Umlaufs einen Einwärts- und einen Auswärtshub aus. Bei jeder Veränderung des Schwenkwinkels bewegt sich die Schwenkwiege 12 um die Schwenkachse und relativ zum Gehäuse 16 der Axialkolbenmaschine. Dazu ist die Schwenkwiege 12 an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Triebwelle 1 über ein jeweiliges kreisbogenförmiges Rollenlager 18 gegenüber dem Gehäuse 16 abgestützt und gelagert.
2 zeigt die Schwenkwiege 12 mit den beiden Rollenlagern 18 ohne das Gehäuse 16 in einer perspektivischen Darstellung. Jedes Rollenlager 18 hat schwenkwiegenseitig eine kreisbogenförmige innere Rollbahn und gehäuseseitig eine kreisbogenförmige äußere Rollbahn 22, zwischen denen jeweils eine Vielzahl von kreiszylindrischen Wälzkörpern 24 eingespannt sind. Die beiden äußeren Rollbahnen 22 sind an Innenseiten von jeweiligen kreisbogenförmigen Lagerschalen 26 ausgebildet, die sich über ihre Außenmäntel am Gehäuse 16 abstützen (vgl. 1).
3 zeigt eine kreisbogenförmige Lagerschale 26 der erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine aus 1 oder des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rollenlagers aus 2 in einer perspektivischen Ansicht. Am Außenmantel der Lagerschale 26, über den die Lagerschale 26 am Gehäuse 16 (vgl. 1) abgestützt ist, sind zwei zueinander parallele streifenförmige Anlagebereiche 28, 30 ausgebildet, wobei ein erster Anlagebereich 28 mit Bezug zur (nicht gezeigten) Schwenkachse eine kreiszylindrische Form hat, während ein zweiter Anlageabschnitt 30 einen Abschnitt eines Kegelmantels darstellt. Der erste Anlagebereich 28 ist etwas schmaler als der zweite Anlagebereich 30. Ein Rand 33 zwischen den beiden Anlagebereichen 28, 30 ist parallel zu den Seitenrändern der Lagerschale 26. An der Innenseite der Lagerschale 26 ist neben der inneren Rollbahn 20 ein umlaufender Radialvorsprung gebildet, der zur Führung der Wälzkörper 24 dient.
Die Lagerschale 26 hat über ihre gesamte Länge einen gleichbleibenden konstanten Querschnitt, wodurch ihr Herstellungsaufwand minimiert ist.
4 zeigt einen Querschnitt durch eines der Rollenlager 18 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Betrieb der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine und bei geringer Stützlast, die von der Schrägscheibe 12 auf das Gehäuse 16 übertragen wird, liegt der erste Anlagebereich 28 an einer entsprechend geformten Anlagefläche 32 des Gehäuses 16 an. Wenn hingegen die Kolben 6 über den Arbeitsdruck in den Zylinderbohrungen 4 gegen die Schrägscheibe 12 gepresst werden und diese sich über die beiden seitlichen Rollenlager 18 an dem Gehäuse 16 abstützt, tritt eine veränderliche Durchbiegung der Schwenkwiege 12 auf, die zu einem veränderlichen Schrägungswinkel α₁ der inneren Rollbahn 20 der Schwenkwiege 12 führt.
5 zeigt das Rollenlager 18 aus 4 einschließlich eines Abschnitts der Schwenkwiege 12, an dem die innere Rollbahn 20 gebildet ist. Dabei ist in 5 die maximale Durchbiegung der Schwenkwiege 12 gezeigt, die somit zu einem maximalen Schrägungswinkel α_1max der inneren Rollbahn 20 führt. In diesem Betriebszustand können die Wälzkörper 24 und die Lagerschale 26 ebenfalls kippen und sich schräg stellen. Dabei stützt sich die Lagerschale 26 nicht länger über den ersten Anlagebereich 28 sondern über den dazu schräg gestellten zweiten Anlagebereich 30 an der (in 5 nur schematisch gezeigten) Anlagefläche 32 des Gehäuses 16 ab. Der zweite Anlagebereich 30 ist gegenüber einer Verlängerung des ersten Anlagebereichs 28 oder gegenüber der Anlagefläche 32 (in nicht gekippten Zustand der Lagerschale 26) mit einem Schrägungswinkel α₂ angestellt. Es gilt die oben genannte Beziehung
wobei l₁ die Länge der Wälzkörper 24 ist, während l₂ die Länge der Projektion der Breite des zweiten Anlagebereichs 30 auf die Verlängerung des ersten Anlagebereichs 28 oder (in nicht gekippten Zustand der Lagerschale 26) auf die Anlagefläche 32 des Gehäuses 16 ist.
Die Darstellungen der 4 und 5 und die diesbezüglichen Beschreibungen treffen auch bei den folgenden Ausführungsbeispielen gemäß den 6 bis 8 zu.
6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung mit zwei Rollenlagern zur Abstützung der Schwenkwiege 12, wobei der Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2 darin zu sehen ist, dass an den beiden Endabschnitten 134 jeder kreisbogenförmigen Lagerschale 126 kein zweiter Anlagebereich 130 vorgesehen ist, sondern dass sich über die volle Breite der Endabschnitte 134 jeweils der erste Anlagebereich 128 erstreckt. Damit erstreckt sich der zweite angestellte oder schräg gestellte Anlagebereich 130 nur über einen mittleren Bereich der Lagerschale 126.
Beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 2 und 3 und beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist jeweils eine symmetrische und gleichmäßige vom Schwenkwinkel der Schwenkwiege 12 unabhängige Spannungskorrektur durch die Formgebung der Lagerschale 26; 126 gegeben.
7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung mit zwei Rollenlagern zur Abstützung der Schwenkwiege 12, wobei an den Endabschnitten 234 der kreisbogenförmigen Lagerschalen 226 der erste Anlagebereich 228 über die gesamte Breite der jeweiligen Lagerschale 226 vorgesehen ist. Damit erstreckt sich der zweite angestellte oder schräg gestellte Anlagebereich 230 jeweils nur im mittleren Bereich über die Lagerschale 226. Abweichend von den ersten Ausführungsbeispielen variiert die Breite einerseits des ersten Anlagebereichs 228 und andererseits des zweiten Anlagebereichs 230. Genauer gesagt ist in der Nähe der Endabschnitte 234 jeweils der erste Anlagebereich 228 vergleichsweise breit, während der zweite Anlagebereich 230 vergleichsweise schmal ist, während in der Mitte der jeweiligen Lagerschale 226 umgekehrt der erste Anlagebereich 228 vergleichsweise schmal ist, während der zweite Anlagebereich 230 vergleichsweise breit ist. In der Mitte der Lagerschale 226 hat die Breite des ersten Anlagebereichs 228 ein Minimum und die Breite des zweiten Anlagebereichs 230 ein Maximum.
Der Rand 233 zwischen den beiden Anlagebereichen 228, 230 kann damit (bei entsprechender Betrachtungsweise) gekrümmt erscheinen. Damit ist beim dritten Ausführungsbeispiel gemäß 7 eine Spannungskorrektur gegeben, die von dem Schwenkwinkel der Schwenkwiege 12 abhängt. Dabei ist durch die symmetrische Ausgestaltung der Lagerschale 226 ein symmetrischer, d. h. für beide Vorzeichen des Schwenkwinkels gleichmäßiger Verlauf der Spannungskorrektur gegeben.
8 zeigt eine kreisbogenförmige Lagerschale 326 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rollenlagers in einer seitlichen Ansicht. Dabei sind die Verläufe des ersten Anlagebereichs 328, des Randes 333 und des zweiten Anlagebereichs 330 im mittleren Bereich der Lagerschale 326 vergleichbar mit denjenigen des dritten Ausführungsbeispiels aus 7. Abweichend vom dritten Ausführungsbeispiel sind die Endabschnitte, von denen in 8 nur ein Endabschnitt 334 zu sehen ist, und über die sich der erste Anlagebereich 328 erstreckt, vergrößert. Der Rand 333 zwischen den beiden Anlagebereichen 328, 330 weist im Bereich jedes Endabschnitts 334 einen Knick auf.
9 zeigt eine kreisringförmige Lagerschale 426 gemäß einen fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rollenlagers. Die Lagerschale 426 ist durch eine geometrische Verdoppelung der Lagerschale 326 des vierten Ausführungsbeispiels gemäß 8 gebildet. Abweichend von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist das damit gebildete erfindungsgemäße Rollenlager nicht zur Lagerung einer Schwenkwiege 12 vorgesehen. Vielmehr wird damit ein (nicht näher gezeigtes) um eine Rotationsachse 435 rotierendes inneres Bauteil gelagert. Die Lagerschale 426 kann sich durch die beiden auf verschiedenen Seiten der Rotationsachse 435 angeordneten schräg gestellten zweiten Anlagebereiche 230 an zwei einander entgegen gesetzte Durchbiegungsrichtungen des inneren Bauteils anpassen. Dabei ist jeder Durchbiegungsrichtung genau eine Richtung der zu tragenden Lagerkraft zugeordnet.
10 zeigt eine kreisringförmige Lagerschale 526 eines sechsten Ausführungsbeispiels eines Rollenlagers, wobei zwei verschiedene Richtungen der Durchbiegung des inneren rotierenden Bauteils toleriert werden können. Dabei ist die funktionale Erweiterung gegenüber dem fünften Ausführungsbeispiel aus 9 darin zu sehen, dass zu jeder Durchbiegungsrichtung zwei verschiedene Richtungen der zu tragenden Lagerkraft möglich sind. Dazu dienen die jeweils in der 10 diagonal aneinander gegenüber liegenden Anlagebereiche 530, 536. Genauer gesagt hat die Lagerschale 526 auf verschiedenen Seiten der Rotationsachse 435 jeweils einen zweiten Anlagebereich 530, der um einen Schrägungswinkel α₂ gegenüber dem ersten Anlagebereich 528 angeschrägt ist, und dessen Breite maximal etwa ein Drittel der Gesamtbreite der Lagerschale 526 beträgt. Weiterhin hat die Lagerschale 526 an einander gegenüberliegenden Seiten der Rotationsachse 435 jeweils einen dritten Anlagebereich 536, der um einen Schrägungswinkel α₃ gegenüber dem ersten Anlagebereich 528 angeschrägt ist, und dessen maximale Breite weniger als ein Drittel der Gesamtbreite der Lagerschale 526 beträgt. Dabei ist der Schrägungswinkel α₃ der beiden dritten Anlagebereiche 536 größer als der Schrägungswinkel α₂ der beiden zweiten Anlagebereiche 530. In Umfangsrichtung betrachtet erstrecken sich die beiden Anlagebereiche 530, 536, die auf einer gemeinsamen Seite der Rotationsachse 435 liegen, etwa über einen gleichen Umfangsabschnitt der Lagerschale 526.
11 zeigt in einem Querschnitt einen Ausschnitt einer Lagerschale 626 gemäß der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rollenlagers in einem Zwischenzustand ihrer Fertigung. Ein Außenmantel 631 hat durch Drehbearbeitung einen Durchmesser erhalten, der zunächst noch größer ist, als derjenige, den der Anlagebereich 628 der finalen Lagerschale 626 haben wird.
Der verminderte Bereich 630 ist durch Drehen in einer Breite l hergestellt und hat – abweichend von der ersten Ausführungsform gemäß den vorhergehenden Figuren – eine kreiszylindrische Form.
Zwischen dem verminderten Bereich 630 und dem Außenmantel 631 ist eine Stufe gebildet, die zumindest in dem Zwischenzustand gemäß 11 eine radiale Flanke 637 aufweist. Ein Übergang 638 zwischen dem verminderten Bereich 630 und der Flanke 637 ist verrundet mit einem Radius R. Dieser kann z.B. 0,4 mm betragen.
In einem auf die Drehbearbeitung folgenden Fertigungsschritt wird die Lagerschale 626 wärmebehandelt und damit gehärtet.
12 zeigt in einem Querschnitt einen Ausschnitt der fertig bearbeiteten Lagerschale 626 aus 11 nach der Wärmebehandlung und nach dem Abschleifen des Außenmantels 631 auf das Maß des Anlageabschnitts 628. Dabei wurde auch die radiale Flanke 637 im Wesentlichen entfernt. Dadurch ist ein Rand 633 gebildet, der zwischen dem verrundeten Übergang 638 und dem Anlageabschnitt 628 angeordnet ist. In Idealfall ist der verrundete Übergang 638 eine Viertelkreis, so dass der Rand 633 rechtwinklig ist. Dieser Rand 633 hat eine gegenüber der ersten Ausführungsformen gemäß den 1 bis 10 verbesserte Maßhaltigkeit, die Lage des Randes 633 ist unsensibler gegen Fertigungstoleranzen.
Der verminderte Bereich 630 braucht nicht geschliffen zu werden, da er nicht in Anlage mit dem äußeren Bauteil bzw. dem Gehäuse der Axialkolbenmaschine kommt.
Abweichend von dem in den 11 und 12 gezeigten Ausführungsbeispiel der zweiten Ausführungsform kann auch nach dem Abschleifen des Außenmantels 631 ein minimaler Rest der Flanke 637 übrig bleiben. Die vorteilhafte rechtwinklige Form des Randes und damit seine Unsensibilität gegen Fertigungstoleranzen bleiben dabei erhalten.
Die 11 und 12 zeigen die Lagerschale 626 nicht maßstabsgerecht. so sind z.B. eine Durchmesserdifferenz h zwischen dem Anlagebereich 628 und dem verminderten Bereich 630 und eine Dicke des abschliffen Außenmantels 631 im Verhältnis zur Lagerschale 626 deutlich geringer als in den Figuren dargestellt.
Offenbart ist ein Wälzlager, dessen Rollen zwischen einer inneren Rollbahn und einer äußeren Lagerschale eingespannt sind. Die äußere Lagerschale liegt mit ihrem Außenmantel an einem äußeren Bauteil an, das ein Gehäuse einer Axialkolbenmaschine sein kann. Die innere Rollbahn ist entweder direkt an einem inneren Bauteil gebildet, oder sie ist an einer inneren Lageschale, die an dem inneren Bauteil anliegt, gebildet. Um ein Verkippen des inneren Bauteils zu ermöglichen, wobei die Rollen in vorbestimmten Kontakt mit den beiden Rollbahnen bleiben, ist zumindest ein abgeschrägter Anlagebereich oder ein in anderer Weise verminderter Bereich am Außenmantel der äußeren Lagerschale vorgesehen.
Bezugszeichenliste

1: Triebwelle
2: Zylindertrommel
4: Zylinderbohrung
6: Kolben
8: Kolbenfuß
10: Gleitschuh
12: Schwenkwiege
14: Verstellvorrichtung
16: Gehäuse
18: Rollenlager
20: innere Rollbahn
22: äußere Rollbahn
24: Wälzkörper
26; 126; 226; 326; 626: kreisbogenförmige Lagerschale
28; 128; 228; 328; 528; 628: erster Anlagebereich
30; 130; 230; 330; 530: zweiter Anlagebereich
32: Anlagefläche
33; 133; 233; 333; 533; 633: Rand
134; 234; 334: Endabschnitt
426; 526: kreisringförmige Lagerschale
435; 635: Rotationsachse
536: dritter Anlagebereich
630: verminderter Bereich
631: Außenmantel
637: Flanke
638: verrundeter Übergang
l₁: Länge der Wälzkörper
l₂: Projektion der Breite des zweiten Anlagebereichs auf die Anlagefläche des Gehäuses
α₁: Schrägungswinkel der inneren Rollbahn
α_1max: maximaler Schrägungswinkel der inneren Rollbahn
α₂: Schrägungswinkel des zweiten Anlagebereiches
α₃: Schrägungswinkel des dritten Anlagebereiches
h: Durchmesserdifferenz
l: Breite
R: Radius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19727071 A1 [0005, 0005]
DE 102008013010 A1 [0005, 0005]
DE 102012214343 A1 [0006]

Claims

Rollenlager mit zwei konzentrischen kreisbogenförmigen oder kreisringförmigen Rollbahnen (20, 22), wobei zwischen den beiden Rollbahnen (20, 22) mehrere Wälzkörper (24) aufgenommen sind, und wobei die äußere Rollbahn (22) an einer äußeren Lagerschale (26; 126; 226; 326; 426; 526; 626) gebildet ist, und wobei am Außenumfang der äußeren Lagerschale (26; 126; 226; 326; 426; 526; 626) ein Anlagebereich (28; 128; 228; 328; 528; 628) ausgebildet ist, der die Form eines Abschnitts eines Mantels eines Kreiszylinders hat, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zum Anlagebereich (28; 128; 228; 328; 528; 628) ein verminderter Bereich (30; 130; 230; 330; 530; 630) ausgebildet ist, der zum Anlagebereich (28; 128; 228; 328; 528; 628) schräg gestellt und/oder durch einen gegenüber dem Anlagebereich (28; 128; 228; 328; 528; 628) verringerten Durchmesser und/oder durch eine Materialwegnahme gebildet ist.
Rollenlager nach Anspruch 1, wobei der Anlagebereich (28; 128; 228; 328; 528) ein erster Anlagebereich ist, und wobei der verminderte Bereich (30; 130; 230; 330; 530) ein zweiter Anlagebereich ist, der zum ersten Anlagebereich (28; 128; 228; 328; 528) schräg gestellt ist.
Rollenlager nach Anspruch 2, wobei benachbart zum ersten Anlagebereich (528) ein dritter Anlagebereich (536) ausgebildet ist, der zum ersten Anlagebereich (528) und zum zweiten Anlagebereich (530) schräg gestellt ist.
Rollenlager nach Anspruch 3, wobei ein Betrag eines Schrägungswinkels (α₂) des zweiten Anlagebereichs (530) ungleich eines Betrags eines Schrägungswinkels (α₃) des dritten Anlagebereichs (536) ist.
Rollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Übergang zwischen dem Anlagebereich (28; 128; 228; 328; 528; 628) und dem verminderten Bereich (30; 130; 230; 330; 530; 630) ein Rand (33; 133; 233; 333; 533; 633) gebildet ist, oder wobei in den Übergängen zwischen den drei Bereichen (528, 530, 536) jeweils ein Rand (533) gebildet ist.
Rollenlager nach Anspruch 5, wobei an dem Rand (633) eine Stufe gebildet ist.
Rollenlager nach Anspruch 5 oder 6, wobei zwischen dem verminderten Bereich (630) und dem Rand (633) ein verrundeter Übergang (638) gebildet ist.
Rollenlager zumindest nach einem der Ansprüche 1, 5, 6 oder 7, wobei der verminderte Bereich (630) die Form eines Abschnitts eines Mantels eines Kreiszylinders hat.
Rollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wälzkörper (24) kreiszylindrisch sind.
Rollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wälzkörper ballig oder tonnenförmig sind.
Rollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anlagebereich (28; 128; 628) und der verminderte Bereich (30; 130; 630) zumindest abschnittsweise konstante Breite haben.
Rollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der verminderte Bereich (30; 630) über eine gesamte Länge der kreisbogenförmigen Lagerschale (26; 626) oder über einen gesamten Umfang der kreisringförmigen Lagerschale erstreckt.
Rollenlager nach den Ansprüchen 11 und 12, wobei die Lagerschale (26; 626) über die gesamte Länge oder über den gesamten Umfang einen konstanten Querschnitt hat.
Rollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Anlagebereich (228; 328; 528) und der verminderte Bereich (230; 330; 530) entlang eines Abschnitts der Länge oder entlang eines Abschnitts des Umfangs der Lagerschale (226; 326; 426; 526) eine veränderte Breite haben.
Rollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die kreisbogenförmige Lagerschale (126; 226; 326) Endabschnitte (134; 234; 334) hat, über deren jeweilige gesamte Breite der Anlagebereich (128; 228; 328) ausgebildet ist, und wobei sich der verminderte Bereich (130; 230; 330) über einen zwischen den Endabschnitten (134; 234; 334) angeordneten mittleren Bereich der Lagerschale (126; 226; 326) erstreckt.
Lageranordnung mit zwei Rollenlagern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die innere Rollbahn (20) und die Lagerschale (26; 126; 226) kreisbogenförmig sind, und wobei die jeweiligen verminderten Bereiche (30; 130; 230) an den einander zugewandten Seitenrändern der beiden Lagerschalen (26; 126; 226) ausgebildet sind.
Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einer Lageranordnung nach Anspruch 16, wobei die beiden inneren Rollbahnen (20) an einer Schrägscheibe (12) der Axialkolbenmaschine ausgebildet sind, während die beiden Lagerschalen (26) an einem Gehäuse (16) der Axialkolbenmaschine anliegen.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 17, wobei – ein maximaler Schrägungswinkel (α_1max) der inneren Rollbahn (20), – der Schrägungswinkel (α₂) des zweiten Anlagebereichs (30) gegenüber einer Anlagefläche (32) des Gehäuses (16), – eine Länge (l₁) der Wälzkörper (24) und – eine Projektion (l₂) der Breite des zweiten Anlagebereichs (30) auf die Anlagefläche (32) des Gehäuses (16) folgende Ungleichung erfüllen: