-
Die Erfindung betrifft eine Motorpumpeneinheit, insbesondere für ein Hochdruckreinigungsgerät, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus der
DE 10 2007 017 970 A1 ist ein Hochdruckreinigungsgerät bekannt. Dieses Hochdruckreinigungsgerät umfasst ein Gerätegehäuse, das eine Motorpumpeneinheit aufnimmt. Diese Motorpumpeneinheit umfasst einen Elektromotor sowie ein sich daran anschließendes Getriebe als auch eine Taumelscheibe, durch welche mehrere Kolben einer Kolbenpumpe in axialer Richtung des Hochdruckreinigungsgerätes angetrieben werden. Durch diese Taumelscheibe tauchen die Kolben aufeinanderfolgend in einen Pumpraum der Kolbenpumpe ein. Diese Pumpräume sind jeweils über ein Saugventil mit einer Saugleitung und über ein Druckventil mit einer Druckleitung verbunden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Motorpumpeneinheit, insbesondere für ein Hochdruckreinigungsgerät, mit einer erhöhten Lebensdauer vorzuschlagen.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Motorpumpeneinheit, insbesondere für ein Hochdruckreinigungsgerät, mit einem Motor, der ein Getriebe antreibt, welches eine Ausgangswelle umfasst, die um ihre Längsachse rotiert und mit einer an der Ausgangswelle drehfest angeordneten Taumelscheibe sowie mit einer der Ausgangswelle zugeordneten Kolbenpumpe, welche mehrere Kolben umfasst und mit einem zwischen der Taumelscheibe und der Kolbenpumpe angeordneten ersten Axiallager, gelöst, bei der die Taumelscheibe in einem Anschlussgehäuse zwischen dem Motor und der Kolbenpumpe durch ein zweites Axiallager rotierend gelagert ist. Erstaunlicherweise hat sich herausgestellt, dass durch die Anordnung eines ersten Axiallagers zwischen der Taumelscheibe und den Kolben der Kolbenpumpe als auch eines zweiten Axiallagers zwischen der Taumelscheibe und dem Anschlussgehäuse eine erhöhte Lebensdauer erzielbar ist. Durch die Kolbenpumpe wird über das erste Axiallager auf die Taumelscheibe maßgeblich eine Axiallast jedoch auch eine gegenüber der Axiallast verringerte Radiallast übertragen. Diese im Verhältnis zur Axiallast geringe Radiallast kann durch das zweite Axiallager aufgenommen werden, um die Taumelscheibe in dem Anschlussgehäuse rotierend zu lagern. Durch die Anordnung des zweiten Axiallagers zwischen der Taumelscheibe und dem Anschlussgehäuse kann ein verbesserter Lastabtrag und somit eine erhöhte Lebensdauer erzielt werden.
-
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das erste und/oder das zweite Axiallager als ein Axial- Rillenkugellager ausgebildet ist. Diese Axial- Rillenkugellager können insbesondere hohe Standzeiten aufweisen und an besondere Lastfälle anpassbar sein.
-
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Taumelscheibe eine erste zur Kolbenpumpe weisende Anschlussstelle umfasst, welche eine Abstützfläche für das erste Axiallager aufweist, die gegenüber der Längsachse der Ausgangswelle des Getriebes geneigt ist und gegenüberliegend an der Taumelscheibe eine zweite zum Getriebe weisende Anschlussstelle für das zweite Axiallager umfasst, welche eine Abstützfläche aufweist, die radial zur Längsachse ausgerichtet ist. Dadurch kann der bisherige Bauraum zur Anbindung der Taumelscheibe an die Ausgleichswelle des Getriebes einerseits sowie zur Anbindung der Taumelscheibe an die Kolbenpumpe andererseits beibehalten bleiben.
-
Die erste und zweite Anschlussstelle der Taumelscheibe umfassen vorteilhafterweise jeweils einen Ringbund, der radial innenliegend zur Abstützfläche vorgesehen ist. Dadurch kann eine einfache Lagefixierung der Axiallager zur Taumelscheibe sowie eine einfache Montage ermöglicht sein.
-
Vorteilhafterweise weisen die Axiallager zwei einander gegenüberliegende Druckscheiben mit jeweils einer innen liegenden Laufbahn, insbesondere eine Laufrille für Kugeln auf. Insbesondere weisen die Druckscheiben außen liegend eine ebene und radial ausgerichtete Druckfläche auf. Vorzugsweise sind die Kugeln durch einen Käfig geführt.
-
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das erste Axiallager einen Teilkreis für Kugeln aufweist, der einem Teilkreis der Kolben der Kolbenpumpe entspricht oder radial außerhalb des Teilkreises der Kolben der Kolbenpumpe liegt. Dadurch können günstige Kraftverhältnisse zum Antrieb für die Kolbenpumpe geschaffen sein.
-
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das zweite Axiallager einen Teilkreis für die Führung der Kugeln umfasst, welcher gleich groß oder größer als der Teilkreis der Kugeln des ersten Axiallagers ist. Dies wiederum begünstigt einen Lastabtrag von der Taumelscheibe in das Anschlussgehäuse.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die äußeren Anlageflächen beziehungsweise Ringflächen der Druckscheiben der Axiallager gleich groß ausgebildet sind. Dadurch kann eine konstruktiv einfache Ausgestaltung der Axiallager ermöglicht sein. Lediglich kann eine Anpassung der äußeren Durchmesser oder der Teilkreisdurchmesser der Axiallager erforderlich sein. Vorteilhafterweise ist der Durchmesser des zweiten Axiallagers größer als der des ersten Axiallagers ausgebildet.
-
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste Axiallager, welches zwischen der Taumelscheibe und der Kolbenpumpe vorgesehen ist, zwei in der Größe voneinander abweichende Druckscheiben aufweist, wobei eine äußere Anlagefläche der einen Druckscheibe, welche zur Kolbenpumpe weist, breiter als die zur Taumelscheibe weisende Anlagefläche beziehungsweise Ringfläche der Druckscheibe ausgebildet ist. Bevorzugt ist der Außendurchmesser der beiden Druckscheiben gleich ausgebildet, jedoch der Innendurchmesser abweichend. Dadurch können mittels einer Ausführungsform des ersten Axiallagers unterschiedliche Größen der Kolbenpumpe angetrieben werden.
-
Die Druckscheibe des ersten und/oder zweiten Axiallagers weist bevorzugt eine Schmiegung auf, welche bei einem Verhältnis von einem Radius der Laufbahn zu einem Durchmesser der Kugel gleich oder kleiner 0,53, vorzugsweise kleiner als 0,525 ist. Dadurch kann eine verbesserte Führung der Kugeln in der Laufbahn der Druckscheibe erfolgen. Die Schmiegung bestimmt die Größe der Kontaktfläche zwischen Kugel und Laufbahn der Druckscheibe. Auch kann die Schmiegung die Größe der Rollreibung bestimmen. Je kleiner die Schmiegung gewählt wird, desto größer werden die Gleitanteile beim Abrollen der Kugeln.
-
Bevorzugt ist vorgesehen, dass jede Druckscheibe des ersten und/oder zweiten Axiallagers eine Schmiegung aufweist, welche bei einem Verhältnis von einem Radius der Laufbahn zu einem Durchmesser der Kugel in einem Bereich zwischen 0,49 bis 0,53, vorzugsweise zwischen 0,50 bis 0,525, besonders bevorzugt zwischen 0,51 bis 0,52 liegt. Bei einem solchen Verhältnis kann insbesondere noch eine hinreichende Radiallast aufgenommen werden, die bei der vorliegenden Einbausituation auf das erste und/oder zweite Axiallager wirkt.
-
Des Weiteren kann die Tiefe der Laufbahn in der Druckscheibe des ersten und/oder zweiten Axiallagers für die Kugeln gleich oder kleiner 2,5 mm sein, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,5 bis 1,2 mm liegen.
-
Vorteilhafterweise werden für das erste und/oder zweite Axiallager die Kugeln mit einem Durchmesser in einem Bereich von 6,0 bis 6,5 mm, insbesondere 6,35 mm oder in einem Bereich zwischen 7,2 bis 7,8 mm, insbesondere 7,5 mm ausgebildet. Dadurch können besonders hohe Standzeiten erzielt werden.
-
Vorteilhafterweise umfasst und das erste und/oder zweite Axiallager einen Käfig aus Kunststoffmaterial. Vorteilhafterweise ist als Kunststoff ein Polyamid vorgesehen. Insbesondere kann ein Polyamid 6.6 glasfaserverstärkt vorgesehen sein. Das erste und/oder zweite Axiallager kann vorteilhafterweise für eine Axiallast in einem Bereich von 2.500 bis 3.500 N (Newton) und eine Radiallast in einem Bereich von 250 bis 600 N vorzugsweise für einen Drehzahlbereich von 3.000 bis 7.000 U/min (Umdrehungen pro Minute) ausgelegt sein.
-
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Motorpumpeneinheit,
- 2 eine schematische Schnittansicht einer Lagerung einer Taumelscheibe,
- 3 eine schematische Ansicht auf ein Axiallager,
- 4 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie III-III in 3,
- 5 eine schematische Schnittansicht einer Druckscheibe mit einer schematisch dargestellten Kugel des Axiallagers,
- 6 eine schematische Draufsicht auf einen Käfig des Axiallagers gemäß 3,
- 7 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in 6,
- 8 eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des Axiallagers zur 3 und
- 9 eine schematische Schnittansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform des Axiallagers zur 3.
-
In 1 ist schematisch eine Motorpumpeneinheit 11 dargestellt. Diese Motorpumpeneinheit 11 kann für ein Hochdruckreinigungsgerät vorgesehen sein. Solche Hochdruckreinigungsgeräte ermöglichen, eine unter Druck stehende Reinigungsflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, zu erzeugen und insbesondere über einen Schlauch und beispielsweise eine Sprühlanze oder Düse auf eine zu reinigende Fläche auszugeben. Diese Motorpumpeneinheit 11 umfasst einen Motor 12, insbesondere Elektromotor, der eine Antriebswelle 14 antreibt. Der Motor 12 steht mit einem Getriebe 16 in Verbindung. Die Antriebswelle 14 ist eingangsseitig zum Getriebe 16 vorgesehen. Ausgangsseitig des Getriebes 16 ist eine Ausgangswelle 17 vorgesehen. Das Getriebe 16 treibt insbesondere über die Ausgangswelle 17 eine Taumelscheibe 18 an. Diese Taumelscheibe 18 ist zu einer Kolbenpumpe 21 weisend ausgerichtet. Diese Kolbenpumpe 21 weist mehrere Kolben 22 auf, die auf einem Teilkreis positioniert sind. Diese Kolben 22 sind in axialer Richtung der Motorpumpeneinheit 11 reziprozierend verschiebbar. Diese tauchen jeweils in einen Hubraum 23 eines Pumpenkopfes 24 ein. Die Hubräume 23 sind jeweils über ein Saugventil 25 mit einer Saugleitung 26 und über einen Druckventil 27 mit einer Druckleitung 28 verbunden. Vorteilhafterweise ist an dem Pumpenkopf 24 eine weitere Ansaugleitung 29 zum Verbinden mit einer Ansaugleitung für eine Reinigungsflüssigkeit und/oder Chemikalie vorgesehen.
-
In 2 ist eine schematische Schnittansicht eines Teilbereichs der Motorpumpeneinheit 11 zur Darstellung einer Lagerung der Taumelscheibe 18 dargestellt.
-
Die Antriebswelle 14 des Motors 12 ist durch ein Radiallager 31, insbesondere Radialrillenkugellager, um deren Längsachse 32 rotierend geführt. Die Antriebswelle 14 treibt das Getriebe 16 an. Ausgangsseitig am Getriebe 16 ist die Ausgangswelle 17 vorgesehen. An dieser Ausgangswelle 17 ist drehfest die Taumelscheibe 18 aufgenommen, so dass die Taumelscheibe 18 durch die Ausgleichswelle 17 rotierend angetrieben ist. Zwischen der Kolbenpumpe 21 und der Taumelscheibe 18 ist ein erstes Axiallager 33 vorgesehen. Dieses Axiallager 33 umfasst zwei Druckscheiben 37 zwischen denen Kugeln 38 in jeweils einer Laufbahn 39 radial rotierend geführt sind. Die Kugeln 38 des Axiallagers 33 sind bevorzugt in einem Käfig 41 gehalten und geführt. Die Taumelscheibe 18 umfasst eine erste Anschlussstelle 36 zur Aufnahme des ersten Axiallagers 33. Die Anschlussstelle 36 umfasst eine Abstützfläche 34, welche geneigt zur Längsachse 32 ausgerichtet ist. Diese Abstützfläche 34 weist einen radial innenliegenden Ringbund 35 auf. Die Druckscheibe 37 des Axiallagers 33 liegt mit einer äußeren Anlagefläche 42 an der Abstützfläche 34 auf. Ein Innenrand der Druckscheibe 37 greift an dem Ringbund 35 an. Dadurch ist eine zentrische Abstützung des Axiallagers 33 und eine axiale Abstützung zur Taumelscheibe 18 gegeben. Die gegenüberliegende Druckscheibe 37 des ersten Axiallagers 33 liegt an Stirnflächen der Kolben 22 an. Durch dieses erste Axiallager 33 wird die Reibung beim rotierenden Antreiben der Taumelscheibe 18 im Verhältnis zu den axial ein- und ausfahrbaren Kolben 22 der Kolbenpumpe 21 erheblich reduziert.
-
Zwischen der Kolbenpumpe 21 und dem Motor 12 ist ein Anschlussgehäuse 44 vorgesehen. Dieses Anschlussgehäuse 44 kann auch Teil des Gehäuses des Motors 12 sein. Die Taumelscheibe 18 ist zum Anschlussgehäuse 44 durch ein zweites Axiallager 45 drehbar gelagert. Dieses zweite Axiallager 45 nimmt eine Axialkraft auf, die parallel zur Längsachse 32 gerichtet ist. Ebenso nimmt das zweite Axiallager 45 eine Radiallast auf. Diese Radialkraft beruht auf dem zur Längsachse 32 geneigt durch die Taumelscheibe 18 aufgenommenen ersten Axiallager 33. Diese Axialkraft ist wesentlich höher als eine Radialkraft, die ebenfalls von dem zweiten Axiallager 45 aufgenommen wird.
-
Die Kugeln 38 des ersten und zweiten Axiallagers 33, 45 sind jeweils auf einem Teilkreis in jeweils einer Laufbahn 39 geführt. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Teilkreis des ersten Axiallagers 33 gleich groß oder größer als der Teilkreis ist, auf dem die Kolben 22 der Kolbenpumpe 21 angeordnet sind. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Teilkreis des zweiten Axiallagers 45 gleich groß oder größer als der Teilkreis des ersten Axiallagers 33 ist. Das erste und zweite Axiallager 33, 45 können im Aufbau baugleich sein und sich vorzugsweise im Durchmesser bzw. Einbaumaß unterscheiden. Alternativ können das erste und zweite Axiallager 33, 45 auch bezüglich des konstruktiven Aufbaus voneinander abweichen.
-
In 3 ist eine erste Ausführungsform des Axiallagers 33, 45 in einer Draufsicht dargestellt. Die 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 3. Die 5 zeigt eine schematische Schnittansicht der Druckscheibe 37. Die 6 zeigt eine schematische Ansicht auf einen Käfig 41 mit Kugeln 38.
-
Die 7 zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in 6. Der Einfachheit halber wird nachfolgend nur auf das erste Axiallager 33 Bezug genommen, wobei auch das zweite Axiallager 45 dem ersten Axiallager 33 entsprechen kann.
-
Das Axiallager 33 weist eine erste und zweite Druckscheibe 37 auf, die im Querschnitt gesehen, spiegelbildlich zueinander ausgestaltet sind. An jeder Außenseite der Druckscheibe 37 ist eine Anlagefläche 42 vorgesehen. Diese Anlagefläche 42 ist durch eine innenliegende Öffnung 43 begrenzt. An einer Innenfläche 47 der Druckscheibe 37 ist eine Laufbahn 39 vorgesehen, durch welche die Kugeln 38 umlaufend geführt sind. Die Laufbahn 39 kann mit einer Tiefe von weniger als 2,5 mm in die Oberfläche der Druckscheibe 37 eingebracht sein. Insbesondere kann die Tiefe der Laufbahn 39 in einem Bereich von 0,6 mm bis 2,3 mm liegen. Die Laufbahn 39 weist bevorzugt einen Mittenrauwert Ra von 1 oder kleiner auf, insbesondere einen Ra-Wert von gleich oder kleiner 0,5.
-
Das Axiallager 33 ist abweichend von einer DIN-Norm ausgebildet. Bei diesem Axiallager 33 handelt es sich um eine Sonderlösung. Dieses Axiallager 33 weist eine Schmiegung in einem Bereich von gleich oder kleiner 0,53 auf. Unter Schmiegung wird das Verhältnis von einem Radius R der Laufbahn 39 zu einem Durchmesser D der Kugel 38 verstanden, das heißt S = R/D. Vorteilhafterweise ist die Schmiegung S kleiner 0,525 ausgebildet. Beispielsweise kann die Kugel 38 einen Durchmesser D von 6 mm bis 6,5 mm, insbesondere 6,35 mm oder einen Durchmesser D in einem Bereich von 7,2 bis 7,8 mm, insbesondere 7,5 mm aufweisen. Der Radius R der Laufbahn 39 liegt in einem Bereich von 3,0 bis 4,0 mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 3,2 und 3,9 mm. Die Laufbahn 39 ist mit einer Tiefe von 0,5 mm bis 1,2 mm in die Innenfläche 47 eingebracht. Die Schmiegung (S = R/D) bei einem Radius R der Laufbahn 39 von beispielsweise R = 3,2 mm und bei einem Durchmesser D der Kugel 38 von beispielsweise D = 6,35 mm beträgt S = 0,504.
-
Beispielsweise kann ein Axiallager 33, insbesondere Axial-Rillenkugellager, Kugeln 38 mit einem Durchmesser von 6,35 mm aufweisen, die in einer Laufbahn 39 mit einem Radius von 3,3 mm auf einem Teilkreisdurchmesser von 44 mm und einer Tiefe der Laufbahn von 0,8 mm geführt sind. Ein Außendurchmesser der Druckscheiben 37 beträgt zumindest 50 mm. Sofern beispielsweise bei gleichem Einbaumaß ein geringerer Lastabtrag erforderlich ist, können die Kugeln 38 einen Durchmesser von 7,5 mm aufweisen, die in einer Laufbahn 39 mit einem Radius von 3,8 mm auf einem Teilkreisdurchmesser von 42 mm an der Druckscheibe 37 geführt sind, wobei die Laufbahn 39 mit einer Vertiefung von 1,15 mm ausgebildet ist.
-
Vorteilhafterweise ist bei den vorstehend beispielhaft beschriebenen Axiallagern 33 eine Schmiegung S in einem Bereich zwischen 0,50 bis 0,525, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,51 bis 0,52 vorgesehen. Dadurch kann die Führung der Kugeln 38 verbessert und die Belastbarkeit und somit die Lebensdauer erhöht werden. Die Druckscheiben 37 sind bevorzugt aus einem hochlegierten Stahl, insbesondere Chromstahl, wie beispielsweise 100 Cr6 hergestellt. Die Laufbahn 39 der Druckscheibe 37 kann beispielsweise poliert sein.
-
Der Käfig 41 zur Aufnahme der Kugeln 38 gemäß 6 und 7 ist beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet. Hierfür kann ein Polyamid oder weitere temperaturbeständige, thermoplastische Kunststoffe eingesetzt werden. Der Käfig 41 weist radial innenliegend eine Versteifungskontur 51 auf, beispielsweise segmentförmige Öffnungen 52 mit dazwischenliegenden Stegen 53. Eine innere Öffnung 54 der Versteifungskontur 51 entspricht dem Innendurchmesser der Öffnung 43 oder ist größer ausgebildet. Vorteilhafterweise sind zwei Stege 53 in einem Bereich von beispielsweise 60 ° zueinander ausgerichtet und schließen dazwischenliegend die segmentförmige Öffnung 52 ein. Beispielsweise können auch 30°- oder 45°-Winkel gewählt werden.
-
In 8 ist eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des ersten Axiallagers 33 gemäß den 3 bis 7 dargestellt. Diese Ausführungsform gemäß 8 ist bevorzugt zur Anordnung zwischen der Taumelscheibe 18 und der Kolbenpumpe 21 vorgesehen. Die Anlagefläche 42 der einen Druckscheibe 37 ist breiter als die Anlagefläche 42 der anderen Druckscheibe 37 ausgebildet. Der Außendurchmesser beider Druckscheiben 37 ist gleich, die innere Öffnung 43 ist dabei im Durchmesser unterschiedlich groß ausgebildet. Dieses erste Axiallager 33 wird bevorzugt mit der breiteren Anlagefläche 42 der Druckscheibe 37 zu den Kolben 22 weisend eingebaut. Dadurch ist die mögliche Kontaktfläche der Kolben 22 vergrößert. Unterschiedlich große Kolbenpumpen 21 können eingesetzt werden, d.h. der Teilkreis der Kolben 22 der Kolbenpumpen 21 kann variieren.
-
In 9 ist eine alternative Ausgestaltung des Axiallagers 33, 45 dargestellt. Diese Ausgestaltung des Axiallagers gemäß 9 wird bevorzugt als zweites Axiallager 45 eingesetzt. Beispielsweise werden bei diesem Axiallager 45 Kugeln 38 mit einem Durchmesser von 6,35 mm bei einem Außendurchmesser von 45 mm und einem inneren Durchmesser der Öffnung 43 von beispielsweise 45 mm eingesetzt. Vorteilhafterweise kann die Schmiegung 0,52 betragen. Der Käfig 41 ist beispielsweise als ein U-förmiger Ring mit Öffnungen zur Aufnahme der Kugeln 38 ausgebildet, wobei die Kugeln 38 zu dem Käfig 41 durch diese geometrische Ausgestaltung unverlierbar gehalten sind. Der Käfig 41 ist ausgebildet und insbesondere aus einem Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Polyamid, hergestellt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007017970 A1 [0002]
