DE102021124659A1

DE102021124659A1 - Lagervorrichtung für Radialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102021124659A1
Application number: DE102021124659.8A
Authority: DE
Inventors: Akiyoshi IMAMURA; Yu Suzuki; Marina Oguri
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2021-09-23
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2041-09-24
Also published as: US20220098981A1; DE102021124659B4; JP7068410B2; CN114320729B; US12065933B2; JP2022054501A; CN114320729A

Abstract

Eine Lagervorrichtung (1) umfasst einen Kolben (5), der in einem Zylinder (21) eines Rotors (2) angeordnet ist, und ein Halblager (6), das auf dem Kolben montiert ist, um eine Rolle (4) zu tragen. Der Kolben weist eine vertiefte Haltefläche (54) und seitliche Halteflächen (55) an beiden axialen Seiten auf. Jede seitliche Haltefläche umfasst einen Stegabschnitt (550) mit einem bogenförmigen oder elliptisch-bogenförmigen Profil, der in Richtung einer radial inneren Seite des Kolbens vorsteht. Das Halblager umfasst einen teilzylindrischen Abschnitt (60) und vorstehende Abschnitte (64) in seiner Umfangsmitte. Jeder vorstehende Abschnitt hat eine Endfläche (642) des vorstehenden Abschnitts, die eine zentrale vertiefte Fläche (642a) und zwei vertiefte Stützabschnitte (642b, 642b) aufweist, die sich an beiden Umfangsseiten befinden und eine Bogenform oder eine elliptische Bogenform haben, die dem Profil des Stegabschnitts entspricht, so dass nur die beiden vertieften Stützflächen in Kontakt mit dem Stegabschnitt sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(1) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für eine Radialkolbenmaschine, wie einen Radialkolbenmotor oder eine Radialkolbenpumpe.
(2) Beschreibung des Stands der Technik
Als herkömmliche Radialkolbenmaschine ist ein in JP 2008-196410 A beschriebener hydraulischer Radialkolbenmotor bekannt. Dieser hydraulische Radialkolbenmotor umfasst einen Nockenring mit einer annähernd wellenförmigen Nockenfläche an seinem Innenumfang, wobei in diesem Nockenring ein Rotor (Zylinderblock) angeordnet ist und eine Antriebswelle mit dem Rotor gekoppelt ist. Eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Zylindern ist in einer Umfangsrichtung in dem Rotor angeordnet, und jeder der Zylinder hat einen Zylinderanschluss, mit dem der Zylinder in Verbindung steht. In jedem der Zylinder ist ein Kolben so angeordnet, dass er sich darin hin- und herbewegen kann, und der Kolben hält eine Rolle, die auf der Nockenfläche des Nockenrings abrollt. Die Rolle hat eine zylindrische Form und wird von einem halbzylindrischen (teilzylindrischen) Lager getragen, das so auf dem Kolben montiert ist, dass die Achse der zylindrischen Form parallel zur Rotationsachse des Rotors verläuft.
Die Rolle rollt entlang der Nockenfläche, während sich mehrere Kolben hin- und herbewegen, wodurch sich der Rotor um die Rotationsachse dreht, so dass eine Rotationsantriebskraft von einer Antriebswelle erhalten werden kann.
Außerdem hat der Kolben eine halbzylindrische (teilzylindrische) Lageraufnahmefläche, auf der das halbzylindrische (teilzylindrische) Lager montiert ist (siehe JP 2008-196410 A ). Als Halblager wird ein Lager verwendet, das aus einer Stahlstützschicht und einer Gleitschicht besteht (siehe beispielsweise JP 2012-122498 A ).
Beide Umfangsendflächen des Halblagers werden durch Stufenflächen begrenzt, die auf beiden Umfangsseiten der Lagerhaltefläche des Kolbens so ausgebildet sind, dass sie radial nach innen ragen, so dass sich das Halblager nicht in der Lagerhaltefläche des Kolbens dreht, wenn es die Rolle trägt (siehe 1 und 2 von JP 2009-531596 A , 3 von JP S62-058064 A usw.).
Es wird auch vorgeschlagen, rechteckige vertiefte Abschnitte auf beiden axialen Seiten der Lagerhaltefläche des Kolbens vorzusehen und rechteckige vorstehende Abschnitte, die an die vertieften Abschnitte angepasst sind, auf beiden axialen Seiten des Halblagers vorzusehen, so dass die vertieften Abschnitte in die vorstehenden Abschnitte eingreifen, wenn das Halblager auf der Lagerhaltefläche des Kolbens montiert ist, wodurch eine Drehung des Halblagers in der Lagerhaltefläche des Kolbens verhindert wird (siehe 3c, 4b und 4c der WO 2016/097230 A ).
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei den herkömmlichen Lagervorrichtungen (siehe JP 2008-196410 A , JP 2012-122498 A , JP 2009-531596 A , JP S62-058064 A ), bei denen beide Umfangsendflächen des Halblagers durch ein Zwangsmittel wie die Stufenfläche des Kolbens eingespannt sind, tritt ein leichtes Gleiten zwischen einer äußeren Umfangsfläche (Oberfläche der Stützmetallschicht aus einer Fe-Legierung) des Halblagers und einer Lagerhaltefläche des Kolbens während des Betriebs auf und daher können Reibeschäden an der äußeren Umfangsfläche des Halblagers verursacht werden.
Ferner werden bei der herkömmlichen Lagervorrichtung ( WO 2016/097230 A ), bei der rechteckige vertiefte Abschnitte auf beiden axialen Seiten der Lagerhaltefläche des Kolbens vorgesehen sind und rechteckige vorstehende Abschnitte, die an die vertieften Abschnitte angepasst sind, auf beiden axialen Seiten des Halblagers vorgesehen sind, so dass die vertieften Abschnitte in die vorstehenden Abschnitte eingreifen, die vorstehenden Abschnitte, die in dem Halblager vorgesehen sind, so verformt, dass sie während des Betriebs auf einer inneren Umfangsflächenseite des Halblagers ansteigen. Daher berühren die Oberflächen der vorstehenden Abschnitte stark die Oberfläche der Rolle, und es kann zu Schäden kommen.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lagervorrichtung für eine Radialkolbenmaschine bereitzustellen, die nicht leicht Schäden verursacht, die aus Reibung zwischen einer äußeren Umfangsfläche eines Halblagers, das eine Rolle trägt, und einer Lagerhaltefläche eines Kolbens oder aus einer Verformung des Halblagers resultieren.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Lagervorrichtung für eine Radialkolbenmaschine bereit, die Folgendes umfasst:

einen Nockenring mit einer Nockenfläche auf einer radial inneren Seite davon;
einen Rotor, der drehbar in dem Nockenring gelagert ist und eine Mehrzahl von Zylindern aufweist, die radial in Bezug auf eine Rotationsachse des Rotors ausgebildet sind;
einen zylindrischen Kolben, der gleitend in dem Zylinder angeordnet ist;
eine zylindrische Rolle, die an einem axialen Ende des Kolbens auf einer Nockenringseite angeordnet ist, wobei eine Rotationsachse der Rolle parallel zur Rotationsachse des Rotors angeordnet ist, so dass die Rolle auf der Nockenfläche rollt; und
ein zwischen dem Kolben und der Rolle angeordnetes Halblager, wobei das Halblager aus einer Gleitschicht, die eine innere Umfangsfläche zur Abstützung der Rolle bildet, und einer Stahlstützmetallschicht, die eine vom Kolben gehaltene äußere Umfangsfläche bildet, zusammengesetzt ist, wobei:
- der Kolben am axialen Ende auf der Nockenringseite eine vertiefte, teilzylindrische Haltefläche zur Aufnahme des Halblagers und an beiden axialen Seiten der vertieften Haltefläche ausgebildete seitliche Halteflächen aufweist;
- jede seitliche Haltefläche umfasst: einen Stegabschnitt, der sich in einer radialen Richtung der vertieften Haltefläche und einer axialen Richtung des Kolbens erstreckt und ein bogenförmiges oder elliptisch-bogenförmiges Profil in einem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung des Kolbens aufweist, so dass er in Richtung einer radial inneren Seite des Kolbens vorsteht; und Seitenflächenabschnitte, die sich auf beiden Seiten des Stegabschnitts in einer Umfangsrichtung des Kolbens erweitern;
- das Halblager umfasst: einen teilzylindrischen Abschnitt mit teilzylindrischer Form, wobei der teilzylindrische Abschnitt axiale Endflächen an seinen beiden axialen Enden aufweist, wobei sich jede axiale Endfläche in einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung erstreckt; und vorstehende Abschnitte, die von den axialen Endflächen an einem Umfangsmittelpunkt des teilzylindrischen Abschnitts zu axial äußeren Seiten hin vorstehen;
- jeder der vorstehenden Abschnitte umfasst: zwei Umfangsseitenflächen, die sich von den axialen Endflächen aus erstrecken; und eine Endfläche des vorstehenden Abschnitts, die sich zwischen den beiden Umfangsseitenflächen erstreckt und der axial äußeren Seite zugewandt ist; und
- die Endfläche des vorstehenden Abschnitts umfasst: eine zentrale vertiefte Fläche, die sich in einer Umfangsmitte des Halblagers befindet und zu einer axial inneren Seite des Halblagers hin vertieft ist; und zwei vertiefte Stützflächen, die sich an beiden Umfangsseiten der zentralen vertieften Fläche befinden und bogenförmig oder elliptischbogenförmig geformt sind, so dass sie dem Profil des Stegabschnitts entsprechen, so dass nur die beiden vertieften Stützflächen der Endfläche des vorstehenden Abschnitts in Kontakt mit dem Stegabschnitt des Kolbens stehen, während die zentrale vertiefte Fläche, die seitliche Umfangsfläche und die axialen Endflächen nicht in Kontakt mit dem Stegabschnitt oder dem Seitenflächenabschnitt stehen.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der vorstehende Abschnitt des Halblagers eine Umfangslänge aufweisen, die einem Umfangswinkel von 40 bis 70° des Halblagers entspricht.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die zentrale vertiefte Fläche des vorstehenden Abschnitts eine Umfangslänge aufweisen, die 25 bis 75 % der Umfangslänge des vorstehenden Abschnitts beträgt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Wandstärke des Lagers in dem vorstehenden Abschnitt des Halblagers geringer sein als die Wandstärke des Lagers in dem teilzylindrischen Abschnitt.
Figurenliste

1 ist eine Teilschnittansicht, in der eine Lagervorrichtung von vorne zu sehen ist;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Kolben als Ganzes zeigt;
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Halblager als Ganzes zeigt;
4 ist eine Schnittansicht, die das Halblager zeigt;
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines vorstehenden Abschnitts des Halblagers;
6 ist eine vergrößerte Ansicht des vorstehenden Abschnitts des Halblagers;
7 ist eine Ansicht, die einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in 6 zeigt;
8A ist eine perspektivische Ansicht, die den Kolben und das Halblager als Ganzes zeigt;
8B ist eine perspektivische Ansicht, die den Kolben und das Halblager als Ganzes zeigt;
9 ist eine vergrößerte Ansicht, die den Kontakt zwischen einem vorstehenden Abschnitt des Kolbens und einem Stegabschnitt des in 8B dargestellten Halblagers zeigt;
10A ist eine Ansicht, die den Betrieb eines Nockenrings und eines Kolbens zeigt;
10B ist eine Ansicht, die die Funktionsweise des Nockenrings und des Kolbens zeigt;
10C ist eine Ansicht, die die Funktionsweise des Nockenrings und des Kolbens zeigt;
10D ist eine Ansicht, die die Funktionsweise des Nockenrings und des Kolbens zeigt;
11 ist eine vergrößerte Ansicht eines vorstehenden Abschnitts gemäß Ausführungsform 2;
12 ist eine vergrößerte Ansicht eines hervorstehenden Abschnitts gemäß Ausführungsform 3;
13 ist eine perspektivische Ansicht, die ein herkömmliches Halblager als Ganzes zeigt; und
14 ist eine perspektivische Ansicht, die einen herkömmlichen Kolben als Ganzes zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung der vorliegenden Anmeldung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(Ausführungsform 1)
1 zeigt einen hydraulischen Radialkolbenmotor als ein Beispiel für eine Lagervorrichtung 1 für eine Radialkolbenmaschine. Die Lagervorrichtung 1 des hydraulischen Radialkolbenmotors hat einen Nockenring 3, in dem an einem Innenumfang eine annähernd wellenförmige Nockenfläche 31 ausgebildet ist, einen Rotor (Zylinderblock) 2, der in dem Nockenring 3 angeordnet ist, und eine Antriebswelle 9, die mit dem Rotor 2 gekoppelt ist.
Die Nockenfläche 31 des Nockenrings 3 weist acht Nocken 32 auf, die, wie in 1 dargestellt, in gleichen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind (gleicher Abstand).
Der Rotor 2 weist sechs Zylinder 21 auf, die, wie in 1 dargestellt, in gleichen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind (gleicher Abstand), sich jeweils radial erstrecken und den gleichen Durchmesser haben. Jeder Zylinder 21 steht mit einem Zylinderanschluss 22 in Verbindung.
In jedem der sechs Zylinder 21 ist ein Kolben 5 hin- und herbewegbar eingebaut, und der Kolben 5 hält über ein Halblager 6 eine Rolle 4, die auf der Nockenfläche 31 des Nockenrings 3 abrollt. Die Rolle 4 hat eine zylindrische Form und wird vom Kolben 5 so gehalten, dass eine Achse X4 der Rolle 4 parallel zu einer Rotationsachse X2 des Rotors 2 verläuft. Mehrere der Kolben 5 bewegen sich hin und her, und die Rolle 4 rollt entlang der Nockenfläche 31, wodurch sich der Rotor 2 um die Rotationsachse X2 dreht und dadurch eine Drehantriebskraft von der Antriebswelle 9 erhalten werden kann.
(Erläuterung des Kolbens)
Die Kolben 5 haben eine im Wesentlichen zylindrische Form, wie in 2 dargestellt, und weisen eine kreisförmige äußere Umfangsfläche 51 und eine axiale äußere Endfläche 52 auf, die sich an einem axialen Ende befindet, das einer Nockenringseite zugewandt ist.
Ferner ist in der äußeren Umfangsfläche 51 des Kolbens 5 eine Umfangsnut 57 zur Befestigung eines nicht abgebildeten Kolbenrings ausgebildet.
In der axialen äußeren Endfläche 52 des Kolbens 5 ist eine Öffnung 53 zur Aufnahme der Rolle 4 über das Halblager 6 ausgebildet. Insbesondere umfasst die Öffnung 53 eine vertiefte Haltefläche 54, die eine entsprechende teilzylindrische Form aufweist, um das später beschriebene teilzylindrische Halblager 6 zu halten, sowie seitliche Halteflächen 55, die an beiden axialen Seiten der vertieften Haltefläche 54 ausgebildet sind. Die Achse der vertieften Haltefläche 54 ist so eingestellt, dass sie orthogonal zur axialen Richtung des Kolbens 5 liegt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Umfangslänge der vertieften Haltefläche 54 auf eine Länge eingestellt, die einem Umfangswinkel von 180° entspricht. Die Umfangslänge der vertieften Haltefläche 54 ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann auf eine Länge eingestellt werden, die einem Umfangswinkel von 120° im Minimum und einem Umfangswinkel von 220° im Maximum entspricht.
Insbesondere umfasst jede der seitlichen Halteflächen 55 einen Stegabschnitt 550, der sich parallel zur axialen Richtung des Kolbens 5 an einer Position erstreckt, die einer Umfangsmitte der vertieften Haltefläche 54 entspricht, einen bogenförmigen Abschnitt senkrecht zur axialen Richtung des Kolbens 5 aufweist und dadurch in Richtung einer radial inneren Seite des Kolbens 5 vorsteht, sowie Seitenflächenabschnitte 551, die sich auf beiden Seiten des Stegabschnitts 550 in Umfangsrichtung des Kolbens 5 erstrecken und so ausgebildet sind, dass sie eine konstante Wandstärke bis zur äußeren Umfangsfläche 51 des Kolbens 5 aufweisen. Es ist zu beachten, dass die Bogenform im Abschnitt des Stegabschnitts 550 keinen geometrisch strengen Bogen bedeutet, sondern ein elliptischer Bogen oder eine im Wesentlichen bogenförmige Form sein kann.
Ferner ist der Stegabschnitt 550 in der vorliegenden Ausführungsform über die gesamte Länge jeder der seitlichen Halteflächen 55 in axialer Richtung des Kolbens 5 ausgebildet, aber nicht darauf beschränkt, und die Länge des Stegabschnitts 550 von der vertieften Haltefläche 54 kann kleiner sein als die gesamte Länge der seitlichen Halteflächen 55.
Darüber hinaus ist die Breite des Stegabschnitts 550 in Umfangsrichtung des Kolbens 5 in der vorliegenden Ausführungsform über die axiale Richtung des Kolbens 5 konstant, aber nicht darauf beschränkt, und kann sich entlang der axialen Richtung des Kolbens 5 ändern.
Darüber hinaus ist die Steglinie des Stegabschnitts 550 in der vorliegenden Ausführungsform so geformt, dass sie sich parallel zur axialen Richtung des Kolbens 5 erstreckt, ist aber nicht darauf beschränkt und kann so geformt sein, dass sie relativ zur axialen Richtung des Kolbens 5, d.h. zur radial äußeren Seite des Kolbens 5, leicht geneigt ist (2° oder weniger).
Darüber hinaus ist die Oberfläche jedes der Seitenflächenabschnitte 551 in der vorliegenden Ausführungsform auch so geformt, dass sie sich parallel zur axialen Richtung des Kolbens 5 erstreckt, ist aber nicht darauf beschränkt, und jeder der Seitenflächenabschnitte 551 kann so geformt sein, dass er relativ zur axialen Richtung des Kolbens 5, d.h. zur radial äußeren Seite des Kolbens 5, leicht geneigt ist (2° oder weniger).
Ferner ist die Wanddicke zwischen jedem der Seitenflächenabschnitte 551 und der äußeren Umfangsfläche 51 des Kolbens 5 in der vorliegenden Ausführungsform über die Umfangsrichtung des Kolbens 5 konstant, kann jedoch an einer Position in der Nähe des Stegabschnitts 550 maximal sein und in Umfangsrichtung zu einer Position hin abnehmen, die an die vertiefte Haltefläche 54 anschließt.
(Erläuterung des Halblagers)
Nachfolgend wird der Aufbau des Halblagers 6 anhand der 3 bis 5 beschrieben. Das Halblager 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird durch ein Bimetall (siehe 4) gebildet, bei dem eine dünne Gleitschicht 6b mit einer Stahlstützmetallschicht 6a verbunden ist, um eine teilzylindrische Form zu erhalten, bei der die Stahlstützmetallschicht 6a auf einer äußeren Umfangsfläche 61 angeordnet ist und die Gleitschicht 6b auf einer inneren Umfangsfläche 62 angeordnet ist.
Als Stahlstützschicht 6a kann untereutektoider Stahl oder rostfreier Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 0,25 Masseprozent verwendet werden. Als Gleitschicht 6b kann eine Zusammensetzung verwendet werden, die hauptsächlich eine oder mehrere Arten von Kunstharzen enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus PEEK (Polyetheretherketon), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyimid (PI) und Polyamid-Imid (PAI) besteht, und die ein festes Schmiermittel wie Graphit MoS₂, WS₂ oder h-BN, eine Kohlenstofffaser oder eine Faser aus einer Metallverbindung, die die Festigkeit der Gleitschicht erhöht, und einen Füllstoff wie CaF₂, CaCo₃, Bariumsulfat, Eisenoxid, Calciumphosphat oder SnO₂ enthält. Darüber hinaus kann ein poröser gesinterter Teil einer Kupferlegierung oder dergleichen auf der Oberfläche der Stahlstützmetallschicht 6a vorgesehen sein, um die Verbindung der Stahlstützmetallschicht 6a und der Gleitschicht 6b zu verbessern.
Das Halblager 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat einen teilzylindrischen Abschnitt 60, und der teilzylindrische Abschnitt 60 ist so geformt, dass er eine Umfangslänge hat, die einem Umfangswinkel von 180° entspricht. Die Umfangslänge des Halblagers 6 ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann auf eine Länge eingestellt werden, die einem Umfangswinkel von 120° im Minimum und einem Umfangswinkel von 220° im Maximum entspricht.
Der teilzylindrische Abschnitt 60 des Halblagers 6 hat an seinen beiden axialen Enden axiale Endflächen 63, die sich jeweils in einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung erstrecken. Darüber hinaus weist das Halblager 6 in der Umfangsmitte des teilzylindrischen Abschnitts 60 einen vorstehenden Abschnitt 64 auf, der von jeder der axialen Endflächen 63 weiter in Richtung der axial äußeren Seite vorsteht.
Wie in den 3 und 5 dargestellt, umfasst der vorstehende Abschnitt 64 zwei Umfangsseitenflächen 641, 641, die sich senkrecht von den axialen Endflächen 63 aus erstrecken, und eine Endfläche 642 des vorstehenden Abschnitts, die sich zwischen den beiden Umfangsseitenflächen 641, 641 erstreckt und zur axial äußeren Seite weist (3). Darüber hinaus umfasst die Endfläche 642 des vorstehenden Abschnitts eine bogenförmige zentrale vertiefte Fläche 642a, die sich in der Umfangsmitte des Halblagers 6 befindet und zur axial inneren Seite des Halblagers 6 hin tief vertieft ist, sowie zwei vertiefte Stützabschnitte 642b an beiden Umfangsseiten der zentralen vertieften Fläche 642a, die jeweils einen Teil einer Bogenquerschnittsform aufweisen, die der Bogenquerschnittsform des Stegabschnitts 550 des Kolbens 5 entspricht, und die daher zur axial inneren Seite des Halblagers 6 hin vertieft sind (5).
Ein gemeinsamer Mittelpunkt C1 der Bögen der vertieften Stützabschnitte 642b und ein Mittelpunkt C2 des Bogens der zentralen vertieften Fläche 642a liegen auf einer Linie, die durch einen Umfangsmittelpunkt CL des Halblagers 6 verläuft und parallel zur Achse des Halblagers 6 ist.
Ein am meisten vertiefter Abschnitt (tiefster Punkt) A1 der zentralen vertieften Fläche 642a befindet sich vorzugsweise in derselben Ebene wie jede der axialen Endflächen 63 des Halblagers 6, aber der tiefste Punkt A1 kann sich auch auf der axial äußeren Seite relativ zu jeder der axialen Endflächen 63 befinden.
Der Radius R2 des Bogens der zentralen vertieften Fläche 642a ist kleiner als der Radius R1 des Bogens jedes der vertieften Stützabschnitte 642b.
Es ist zu beachten, dass jede der Bogenformen jedes der vertieften Stützabschnitte 642b und der zentralen vertieften Fläche 642a nicht unbedingt ein geometrisch strenger Bogen sein muss, sondern auch eine annähernde Bogenform sein kann.
Der vorstehende Abschnitt 64 hat eine Umfangslänge L1 entlang der Umfangsrichtung des Halblagers 6, und die Umfangslänge L1 ist vorzugsweise eine Länge, die einem Umfangswinkel von 40 bis 70° des Halblagers 6 (an der äußeren Umfangsfläche 61) entspricht.
Außerdem hat die zentrale vertiefte Fläche 642a eine Umfangslänge L2 entlang der Umfangsrichtung des Halblagers 6 (auf der äußeren Umfangsfläche 61), und die Umfangslänge L2 beträgt vorzugsweise 25 bis 75 % der Umfangslänge L1 des vorstehenden Abschnitts 64 (auf der äußeren Umfangsfläche 61).
Es ist zu beachten, dass die Umfangslänge L1 des vorstehenden Abschnitts 64 und die Umfangslänge L2 der zentralen vertieften Fläche 642a in der vorliegenden Ausführungsform über die radiale Richtung des Halblagers 6 konstant sind, aber so konfiguriert sein können, dass sie von der Seite der äußeren Umfangsfläche 61 zur Seite der inneren Umfangsfläche 62 hin abnehmen, wenn das Halblager 6 zum Beispiel durch Biegen eines Bimetalls gebildet wird.
Ferner ist die Lagerwanddicke des vorstehenden Abschnitts 64 des Halblagers 6 in der vorliegenden Ausführungsform die gleiche wie die Lagerwanddicke des teilzylindrischen Abschnitts 60 des Halblagers 6, aber eine Lagerwanddicke T2 des vorstehenden Abschnitts 64 kann kleiner als eine Lagerwanddicke T1 des teilzylindrischen Abschnitts 60 sein (siehe 6 und 7).
(Befestigung des Halblagers am Kolben)
8A zeigt das Halblager 6 und den Kolben 5 vor der Befestigung. 8B zeigt einen Zustand, in dem das Halblager 6 am Kolben 5 befestigt ist. 9 zeigt in vergrößerter Form den Kontakt zwischen dem Stegabschnitt 550 des Kolbens 5 und dem vorstehenden Abschnitt 64 des Halblagers 6 in dem in 8B dargestellten Zustand.
Die äußere Umfangsfläche 61 des teilzylindrischen Abschnitts 60 des Halblagers 6 ist an der im Kolben 5 ausgebildeten vertieften Haltefläche 54 befestigt und gehalten. Wie dargestellt, sind in diesem gehaltenen Zustand die Umfangsendflächen 65, 65 des Halblagers 6 nicht in Kontakt mit dem Kolben 5.
Dabei sind gemäß der vorliegenden Erfindung nur die beiden vertieften Stützabschnitte 642b des vorstehenden Abschnitts 64 so angepasst, dass sie mit dem Kolben 5 in Kontakt sind, genauer gesagt mit dem Stegabschnitt 550 des Kolbens 5, und die Umfangsseitenfläche 641 und die zentrale vertiefte Fläche 642a des vorstehenden Abschnitts 64 sowie die axialen Endflächen 63 des teilzylindrischen Abschnitts 60 sind nicht in Kontakt mit jeder der seitlichen Halteflächen 55 des Kolbens 5.
(Wirkung der Lagerungsvorrichtung)
Die 10A bis 10D veranschaulichen die Vorgänge in einem Zylinder 21, bei denen die Rolle 4 auf der Nockenfläche 31 des Nockenrings 3 und dem Rotor 2 des Kolbens 5 abrollt. Insbesondere 10A zeigt einen Zustand, in dem sich die Rolle 4 am Scheitelpunkt der Nocke 32 der Nockenfläche 31 befindet und der Kolben 5 sich im unteren Totpunkt befindet, und 10C zeigt einen Zustand, in dem sich die Rolle 4 am untersten Punkt eines Nockenbodens 33 der Nockenfläche 31 befindet und der Kolben 5 sich im oberen Totpunkt befindet.
Die innere Umfangsfläche (Gleitfläche) 62 des Halblagers 6 trägt die äußere Umfangsfläche der Rolle 4, die sich durch Abrollen auf der Nockenfläche 31 dreht. Die von der Rolle 4 auf die innere Umfangsfläche (Gleitfläche) 62 des Halblagers 6 ausgeübte Belastung ändert sich ständig, ist maximal, wenn sich der Kolben 5 im unteren Totpunkt befindet, und minimal, wenn sich der Kolben 5 im oberen Totpunkt befindet. Außerdem wird die Last von der Rolle 4 hauptsächlich in der Nähe des Umfangsmittelpunkts des Halblagers 6 aufgebracht.
Dabei ist in einer herkömmlichen Lagervorrichtung (siehe JP 2008-196410 A , JP 2012 - 122498 A , JP 2009-531596 A , JP S62-058064 A ) eine Umfangsendfläche eines Halblagers in Kontakt mit einem Zwangsmittel (d.h. radial nach innen vorstehende Stufenflächen, die an beiden Umfangsseiten einer vertieften Haltefläche eines Kolbens ausgebildet sind), das in dem Kolben ausgebildet ist, wodurch die Umfangsbewegung eingeschränkt wird. Während sich der Kolben also vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt bewegt ( 10B), wird das Halblager durch die sich drehende Rolle an die in Rotationsrichtung vordere Umfangsendflächenseite einer Rolle gedrückt und elastisch verformt, so dass sich die Umfangslänge des Halblagers verringert. Andererseits wird das Halblager bei der Bewegung des Kolbens vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt (10D) so verformt, dass die Umfangslänge des Halblagers zunimmt (oder zur ursprünglichen Umfangslänge zurückkehrt).
Wenn das Halblager wie oben beschrieben durch die sich drehende Rolle an die in Rotationsrichtung vordere Umfangsendflächenseite einer Rolle gedrückt wird, wird der Betrag der elastischen Umfangsverformung insbesondere in der Nähe der Umfangsmitte des Halblagers groß, so dass es zu einem wiederholten Hin- und Hergleiten zwischen der äußeren Umfangsfläche des Halblagers und der vertieften Haltefläche des Kolbens kommt.
Wenn das Hin- und Hergleiten wiederholt wird, wird die äußere Umfangsfläche einer Stützmetallschicht, die aus einer Fe-Legierung besteht, hoch erhitzt und in der Umfangsmitte des Halblagers oxidiert, und Abriebpulver (Fe₂O₃), das von der äußeren Umfangsfläche der Stützmetallschicht abfällt, wird zwischen die äußere Umfangsfläche der Stützmetallschicht des Halblagers und die vertiefte Haltefläche des Kolbens gebracht. Da das oxidierte Abriebpulver (Fe₂O₃) härter ist als die Fe-Legierung der Stützmetallschicht, führt eine weitere Wiederholung des Hin- und Hergleitens zu einer Reibungsbeschädigung durch das oxidierte Abriebpulver, und die äußere Umfangsfläche der Stützmetallschicht des Halblagers (insbesondere die äußere Umfangsfläche der Stützmetallschicht in der Nähe der Umfangsmitte) und/oder die vertiefte Haltefläche des Kolbens werden beschädigt.
(Auswirkungen der vorliegenden Erfindung)
Bei dem erfindungsgemäßen Halblager 6 sind nur die beiden vertieften Stützabschnitte 642b der in der Umfangsmitte des Halblagers 6 ausgebildeten Endfläche 642 des vorstehenden Abschnitts 64 mit dem Stegabschnitt 550 des Kolbens 5 im Kontakt, so dass die Umfangsbewegung des Halblagers 6 in der vertieften Haltefläche 54 des Kolbens 5 eingeschränkt ist. Da die Umfangsbewegung des Halblagers 6 in seiner Umfangsmitte auf diese Weise eingeschränkt ist, wird der Betrag der elastischen Umfangsverformung des Halblagers 6 in der vertieften Haltefläche 54 des Kolbens 5 (insbesondere der Betrag der elastischen Umfangsverformung des Halblagers 6 in der Nähe der Umfangsmitte) während des Betriebs einer Radialkolbenmaschine klein. Daher wird das Hin- und Hergleiten zwischen der äußeren Umfangsfläche 61 des Halblagers 6 und der vertieften Haltefläche 54 des Kolbens 5 gering, und Reibeschäden werden verhindert.
Ferner wird, wie oben beschrieben, die Umfangsbewegung des Halblagers 6 in der vertieften Haltefläche 54 des Kolbens 5 durch den Kontakt der beiden vertieften Stützabschnitte 642b des vorstehenden Abschnitts 64 des Halblagers 6 mit dem Stegabschnitt 550 des Kolbens 5 eingeschränkt. Da die Kontaktflächen jedoch relativ zur Richtung (d.h. zur Umfangsrichtung) der von der Rolle 4 auf das Halblager 6 ausgeübten Last geneigt sind, wird ein Teil der auf den vorstehenden Abschnitt 64 ausgeübten Last durch Gleiten zwischen den Kontaktflächen verbraucht, und daher wird der Betrag der elastischen Verformung des vorstehenden Abschnitts 64 klein.
Darüber hinaus ist die zentrale vertiefte Fläche 642a, die zwischen den beiden vertieften Stützabschnitten 642b des vorstehenden Abschnitts 64 des Halblagers 6 ausgebildet ist, nicht in Kontakt mit dem Stegabschnitt 550 des Kolbens 5, und die beiden Umfangsseitenflächen 641 des vorstehenden Abschnitts 64 sind ebenfalls so angepasst, dass sie nicht in Kontakt mit den Seitenflächenabschnitten 551 des Kolbens 5 sind, so dass ein Zwischenraum dazwischen gebildet wird. Somit neigt die elastische Verformung des vorstehenden Abschnitts 64 dazu, in Richtung des Zwischenraums aufzutreten, wenn die Last von der Rolle 4 aufgenommen wird, und daher tritt eine solche elastische Verformung, dass der vorstehende Abschnitt 64 in Richtung der radial inneren Seite von der inneren Umfangsfläche 62 des Halblagers 6 gerichtet ist, nicht leicht auf.
Es ist anzumerken, dass im Gegensatz zu der beispielsweise in der WO 2016/097230 A beschriebenen Ausführungsform in einer herkömmlichen Lagervorrichtung an beiden axialen Enden eines Halblagers 206 rechteckige, von axialen Endflächen 263 senkrecht vorstehende Abschnitte 264 ausgebildet sind (13), in einer Öffnung 253 eines Kolbens 205 rechteckige, den vorstehende Abschnitten 264 entsprechende vertiefte Abschnitte 255 ausgebildet sind (14), so dass die vorstehenden Abschnitte 264 in die vertieften Abschnitte 255 eingepasst sind. In diesem Fall sind die Umfangsseitenflächen 2641 der vorstehenden Abschnitte 264, die sich senkrecht von den axialen Endflächen 263 des Halblagers 206 erstrecken, in Kontakt mit den entsprechenden Flächen der vertieften Abschnitte 255 des Kolbens 205, wodurch die Umfangsbewegung des Halblagers 206 in einer vertieften Haltefläche 254 des Kolbens 205 eingeschränkt wird. Da die Kontaktflächen jedoch orthogonal zur Richtung (d.h. zur Umfangsrichtung) einer von einer Rolle auf das Halblager 206 ausgeübten Last angeordnet sind, wird eine große Last auf die Umfangsseitenflächen 2641 der vorstehenden Abschnitte 264 ausgeübt, und die vorstehenden Abschnitte 264 werden elastisch verformt oder plastisch verformt, so dass sie von der inneren Umfangsfläche des Halblagers 206 zur radial inneren Seite ansteigen. Dadurch sind die Oberflächen der vorstehenden Abschnitte 264 in starkem Kontakt mit der Oberfläche der Rolle, und es kommt eher zu Schäden.
(Ausführungsform 2)
Ein Halblager 6 mit einem vorstehenden Abschnitt 64, das bzw. der sich von dem der Ausführungsform 1 unterscheidet, wird im Folgenden anhand von 11 beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass in der Zeichnung den Bauteilen, die mit den in Ausführungsform 1 beschriebenen identisch oder gleichwertig sind, die gleichen Bezugszeichen zugeordnet sind.
(Konfiguration)
Die Gesamtkonfiguration einer Lagervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ähnlich wie die gemäß Ausführungsform 1. Die Konfiguration des Halblagers 6 ist ebenfalls annähernd ähnlich zu der gemäß Ausführungsform 1, mit Ausnahme der Form des vorstehenden Abschnitts 64.
Die Umfangsseitenflächen 641, 641 des vorstehenden Abschnitts 64 des Halblagers 6 gemäß Ausführungsform 2 sind so geneigt, dass ein Winkel θ1, der zwischen jeder der Umfangsseitenflächen 641, 641 und einer axialen Endfläche 63 eines teilzylindrischen Abschnitts 60 gebildet wird, mehr als 90° beträgt. Dadurch ist eine Länge (Umfangslänge) L1' einer vorstehenden Abschnittsendfläche, die der axial äußeren Seite des vorstehenden Abschnitts 64 zugewandt ist, kleiner als die Breite (Umfangslänge) L1 des vorstehenden Abschnitts in der axialen Endfläche 63.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform sind, wenn das Halblager 6 am Kolben 5 befestigt ist, die Umfangsseitenflächen 641, 641 des vorstehenden Abschnitts 64 des Halblagers 6 nicht in Kontakt mit den Seitenflächenabschnitten 551 des Kolbens 5, und nur ein vertiefter Stützabschnitt 642b ist in Kontakt mit dem Stegabschnitt 550 des Kolbens 5.
Es ist zu beachten, dass die Lagervorrichtung 1 mit dem Halblager 6 gemäß Ausführungsform 2 die gleiche Wirkung hat wie die Lagervorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1.
(Ausführungsform 3)
Ein Halblager 6 mit einem vorstehenden Abschnitt 64 in einer anderen Form als in den Ausführungsformen 1 und 2 wird im Folgenden anhand von 12 beschrieben. Es ist zu beachten, dass den Bauteilen, die mit den in Ausführungsform 1 beschriebenen identisch oder gleichwertig sind, die gleichen Bezugszeichen zugeordnet sind.
(Konfiguration)
Die Gesamtkonfiguration einer Lagervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ähnlich wie die gemäß Ausführungsform 1. Die Konfiguration des Halblagers 6 ist ebenfalls annähernd ähnlich zu der gemäß Ausführungsform 1, mit Ausnahme der Form des vorstehenden Abschnitts 64.
Eine Endfläche des vorstehenden Abschnitts, die der axial äußeren Seite des vorstehenden Abschnitts 64 des Halblagers 6 gemäß Ausführungsform 3 zugewandt ist, umfasst außerdem zusätzlich zu einer zentralen vertieften Fläche 642a und vertieften Stützabschnitten 642b flache Abschnitte 642c, 642c, die sich parallel zur Umfangsrichtung des Halblagers 6 an den axial äußeren Seiten der beiden vertieften Stützabschnitte 642b erstrecken. Die flachen Abschnitte 642c, 642c des vorstehenden Abschnitts 64 des Halblagers 6 sind auch so angepasst, dass sie nicht mit dem Stegabschnitt 550 des Kolbens 5 in Kontakt sind, wenn das Halblager 6 am Kolben 5 befestigt ist.
Die Lagervorrichtung 1 mit dem Halblager 6 gemäß Ausführungsform 3 hat die gleiche Wirkung wie die Lagervorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1.
Während der hydraulische Radialkolbenmotor als ein Beispiel für eine Lagervorrichtung für eine Radialkolbenmaschine in den Ausführungsformen vorgestellt wurde, ist es verständlich, dass die Lagervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auch für eine hydraulische Radialkolbenpumpe und dergleichen anwendbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008196410 A [0002, 0004, 0007, 0047]
JP 2012122498 A [0004, 0007]
JP 2009531596 A [0005, 0007, 0047]
JP 62058064 A [0005, 0007, 0047]
WO 2016/097230 A [0006, 0008, 0053]
JP 2012 [0047]
JP 122498 A [0047]

Claims

Lagervorrichtung (1) für eine Radialkolbenmaschine, umfassend: einen Nockenring (3) mit einer Nockenfläche (31) auf einer radial inneren Seite davon; einen Rotor (2), der drehbar in dem Nockenring (3) gelagert ist und eine Mehrzahl von Zylindern (21) aufweist, die radial in Bezug auf eine Rotationsachse (X2) des Rotors (2) ausgebildet sind; einen zylindrischen Kolben (5), der in dem Zylinder (21) gleitend angeordnet ist; eine zylindrische Rolle (4), die an einem axialen Ende des Kolbens (5) auf einer Nockenringseite angeordnet ist, wobei eine Rotationsachse (X4) der Rolle (4) parallel zur Rotationsachse (X2) des Rotors (2) angeordnet ist, so dass die Rolle (4) auf der Nockenfläche (31) abrollt; und ein zwischen dem Kolben (5) und der Rolle (4) angeordnetes Halblager (6), wobei das Halblager (6) aus einer eine innere Umfangsfläche (62) bildenden Gleitschicht (6b) zur Lagerung der Rolle (4) und einer eine äußere Umfangsfläche (61) bildenden, vom Kolben (5) gehaltenen Stahlstützmetallschicht (6a) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass: der Kolben (5) am axialen nockenringseitigen Ende eine teilzylindrisch geformte vertiefte Haltefläche (54) zur Aufnahme des Halblagers (6) und an beiden axialen Seiten der vertieften Haltefläche (54) ausgebildete seitliche Halteflächen (55) aufweist; jede seitlichen Haltefläche (55) umfasst: einen Stegabschnitt (550), der sich in einer radialen Richtung der vertieften Haltefläche (54) und einer axialen Richtung des Kolbens (5) erstreckt und ein bogenförmiges oder elliptisch-bogenförmiges Profil in einem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung des Kolbens (5) aufweist, um zu einer radial inneren Seite des Kolbens (5) vorzustehen, und Seitenflächenabschnitte (551), die sich auf beiden Seiten des Stegabschnitts (550) in Umfangsrichtung des Kolbens (5) ausdehnen; das Halblager (6) umfasst: einen teilzylindrischen Abschnitt (60) von teilzylindrischer Form, wobei der teilzylindrische Abschnitt (60) axiale Endflächen (63) an seinen beiden axialen Enden aufweist, wobei sich jede axiale Endfläche (63) in einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung erstreckt; und vorstehende Abschnitte (64), die in Richtung axialer Außenseiten von den axialen Endflächen (63) an einer Umfangsmitte des teilzylindrischen Abschnitts (60) vorstehen; jeder der vorstehenden Abschnitte (64) umfasst: zwei Umfangsseitenflächen (641), die sich von den axialen Endflächen (63) aus erstrecken; und eine Endfläche (642) des vorstehenden Abschnitts, die sich zwischen den beiden Umfangsseitenflächen (641) erstreckt und der axial äußeren Seite zugewandt ist; und die Endfläche (642) des vorstehenden Abschnitts umfasst: eine zentrale vertiefte Fläche (642a), die sich in einer Umfangsmitte des Halblagers (6) befindet und zu einer axial inneren Seite des Halblagers (6) hin vertieft ist, und zwei vertiefte Stützabschnitte (642b, 642b), die sich auf beiden Umfangsseiten der zentralen vertieften Fläche (642a) befinden und bogenförmig oder elliptischbogenförmig geformt sind, so dass sie dem Profil des Stegabschnitts (550) entsprechen, so dass nur die beiden vertieften Stützabschnitte (642b, 642b) der Endfläche (642) des vorstehenden Abschnitts in Kontakt mit dem Stegabschnitt (550) des Kolbens (5) sind, während die zentrale vertiefte Fläche (642a), die Umfangsseitenfläche (641; 2461) und die axialen Endflächen (63) weder mit dem Stegabschnitt (550) noch mit dem Seitenflächenabschnitt (551) in Kontakt sind.
Lagervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der vorstehende Abschnitt (64) eine Umfangslänge aufweist, die einem Umfangswinkel von 40 bis 70° des Halblagers (6) entspricht.
Lagervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zentrale vertiefte Fläche (642a) eine Umfangslänge aufweist, die 25 bis 75 % der Umfangslänge des vorstehenden Abschnitts (64) beträgt.
Lagervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Lagerwanddicke T2 des Halblagers (6) im vorstehenden Abschnitt (64) kleiner ist als eine Lagerwanddicke T1 des Halblagers (6) im teilzylindrischen Abschnitt (60).