DE19852246A1 - Hydraulische Maschine mit einem Gehäuse und einer mit einem Dichtring abgedichteten Welle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Maschine, insbesondere Axialkolbenmaschine, mit einem Gehäuse, in dem eine Welle (1) drehbar gelagert und durch einen Dichtring (3) abgedichtet ist, der in einem Ringspalt (6a) zwischen der Welle (1) und einer Gehäusewand (2) angeordnet ist und mit seinem Innenrand die Welle (1) berührt. Zur Verhinderung oder Verminderung von Festkörperverschmutzungen im Bereich der Ecke (19) zwischen dem Innenrand (4f) des Dichtrings (3) und der Welle (1) ist der Innenseite (3a) des Dichtrings (3) axial gegenüberliegend eine Ringschulterfläche (14) an der Welle (1) angeordnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[Stand der Technik]

Eine hydraulische Maschine dieser Art ist in der DE 196 13 609 A1 beschrieben. Bei dieser bekannten hydrauli­ schen Maschine handelt es sich um eine Axialkolbenmaschine mit einer Welle, die mittels eines Wälzlagers in einer Gehäu­ sewand des Gehäuses der hydraulischen Maschine gelagert und mittels eines außenseitig vom Wälzlager in einer Ringfuge zwischen der Welle und der Gehäusewand angeordneten Dichtrin­ ges abgedichtet ist. Bei dieser bekannten hydraulischen Maschine ist außerdem eine Pumpeneinrichtung für eine interne Zwangsspülung des Wälzlagers vorgesehen. Die Pumpeneinrich­ tung weist eine an der Innenseite des Wälzlagers angeordnete Förderscheibe auf, die dem Ringspalt des Wälzlagers axial gegenüberliegend Durchgangslöcher aufweist, die sich bezüg­ lich der Drehachse der Welle in Richtung auf das Wälzlager divergent erstrecken. Hierdurch wirkt die Förderscheibe, die im Funktionsbetrieb sich wenigstens teilweise im hydrauli­ schen Betriebs-Fluid, z. B. Schmieröl, befindet, wie ein Fliehkraft-Förderring, der das in den sich divergent er­ streckenden Durchgangslöchern befindliche Fluid aufgrund der Fliehkraft in Richtung auf das Wälzlager fördert. Auf der der Förderscheibe abgewandten Seite des Wälzlagers ist ein Rück­ führungskanal vorgesehen, der sich in den Innenraum des Gehäuses zurückerstreckt und in dem das geförderte Schmieröl in den Innenraum zurückströmen kann.

Bei dieser bekannten Axialkolbenmaschine erstreckt sich die Strömung der Zwangsspülung vom äußeren Ringspalt des Wälzla­ gers durch radial nach außen gerichtete Kanäle von einem Ringraum etwa radial nach außen, wobei das geförderte Spülöl den Ringraum quer durchströmt.

Der Innenrand des Dichtrings und die Mantelfläche der Welle bilden eine ringförmige Ecke, in deren Bereich aufgrund mangelnder Strömung kaum ein Austausch des hydraulischen Fluids stattfindet und deshalb sich in diesem Eckenbereich Festkörperverschmutzungen anhäufen. Die Folge davon ist eine Beeinträchtigung der Dichtfunktion des Dichtrings und früh­ zeitiger Verschleiß. Im Fachjargon spricht man von solchen strömungsarmen Bereichen von einem Todwassergebiet.

[Aufgabe der Erfindung]

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Maschine der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß die Gefahr einer Festkörperverschmutzung im Eckenbereich zwischen dem Innenrand des Dichtrings und der Mantelfläche der Welle verringert ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen beschrieben.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist eine Ring­ schulterfläche an der Welle in einem geringen axialen Abstand vom Dichtring angeordnet. Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß die Ringschulterfläche im Funktions­ betrieb aufgrund ihrer Rotation und ihrer Benetzung mit dem hydraulischen Fluid eine radial auswärts gerichtete Strömung im benachbarten Fluid erzeugt, die im Bereich der Innenseite des Dichtrings eine radial einwärts gerichtete Strömung im Fluid hervorruft. Deshalb findet bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung im Funktionsbetrieb der hydraulischen Maschine eine kontinuierliche Strömung im Eckenbereich zwischen dem Dichtring und der Mantelfläche der Welle statt, die ein Ansetzen von Festkörperverschmutzungen im Bereich des Innen­ randes des Dichtrings bzw. dessen Dichtkante verhindert oder zumindest verringert.

Der Erfindung liegt im weiteren die Erkenntnis zugrunde, daß die zuvor beschriebene Strömung im vorliegenden Zusammenhang dann besonders wirksam ist, wenn der im Kennzeichen des Anspruchs 2 angegebene axiale Abstand gewährleistet ist. Wenn dieser axiale Abstand größer ist, ist das Volumen des Fluids zwischen dem Dichtring und der Ringschulterfläche so groß, daß die sich am Dichtring einstellende radial einwärts ge­ richtete Strömung zu gering ist, um eine wirksame Spülung zu erzeugen. Im Gegensatz dazu vergrößert sich die Strömungsge­ schwindigkeit des Fluids, wenn der axiale Abstand kleiner ist als die Hälfte der radialen Abmessung des Dichtrings zwischen seinem Innenrand und seinem Außenrand.

Im Rahmen der Erfindung kann die Ringschulterfläche sich radial oder divergent erstrecken, so daß auch der Abstand radial nach außen divergiert. Dabei kann die Ringschulterflä­ che kegelförmig oder konkav oder konvex gerundet sein oder durch eine radiale Stufenfläche gebildet sein. Bei allen Ausführungsbeispielen ist es möglich, die Ringschulterfläche an einer entsprechend geformten einteiligen Schulter der Welle auszubilden oder an einem Ring auszubilden, der fest auf der Welle sitzt.

Im Rahmen der Erfindung kann die Ringschulterfläche auch an einem Lagerring des zugehörigen Wellenlagers, z. B. des Innenrings eines Wälzlagers, angeordnet sein, wobei der Lagerring oder der Innenring bezüglich des Außenrings axial verbreitert sein kann.

[Beispiele]

Nachfolgend werden die Erfindung und weitere durch sie er­ zielbare Vorteile anhand von bevorzugten Ausführungsbeispie­ len und vereinfachten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen axialen Teilschnitt im Bereich einer Dichtungs­ anordnung zwischen der Welle und einer sie lagernden Gehäuse­ wand einer hydraulischen Maschine, insbesondere einer Axial­ kolbenmaschine;

Fig. 2 eine Ringschulterfläche in abgewandelter Ausgestal­ tung;

Fig. 3 eine Ringschulterfläche in weiter abgewandelter Ausge­ staltung;

Fig. 4 eine Ringschulterfläche in weiter abgewandelter Ausge­ staltung;

Fig. 5 eine an einem separaten Bauteil angeordnete Ring­ schulterfläche; und

Fig. 6 eine an einem Innenring eines Wälzlagers angeordnete erfindungsgemäße Ringschulterfläche.

Von der Axialkolbenmaschine sind in Fig. 1 lediglich die Welle 1, eine die Welle 1 lagernde Gehäusewand 2 und ein Dichtring 3 dargestellt, der im Ringspalt 6a zwischen der Welle 1 und der Lochwandung 5 eines Loches 6 in der Gehäuse­ wand 2 angeordnet ist. Innenseitig von der Gehäusewand 2 bzw. vom Dichtring 3 befindet sich ein geschlossener Gehäuseinnen­ raum 7, in dem ein Zylinderkörper gelagert ist, der um die Drehachse 8 der Welle 2 verteilt Zylinderräume mit darin hin- und herbewegbaren Kolben aufweist, die sich über Gleitkörper an einem gegebenenfalls schwenkbar gelagerten Schrägscheiben­ körper abstützen. Die vorgenannten Teile der Axialkolbenma­ schine sind allgemein bekannt und brauchen im vorliegenden Zusammenhang nicht weiter erklärt zu werden. Bei der Axial­ kolbenmaschine kann es sich um eine Schrägscheiben- oder Schiefachsenmaschine handeln.

Der Gehäuseinnenraum 7 ist ständig teilweise mit dem Be­ triebsfluid der Axialkolbenmaschine, insbesondere Hydrauliköl gefüllt, wobei es sich vorzugsweise um sogenanntes Leckfluid handelt, das unter Niederdruck steht. Das nur in Fig. 6 dargestellt Wälzlager 9 ist für das Betriebsfluid im Bereich seines die Wälzkörper 9a aufnehmenden Ringspaltes 9b durch­ lässig, so daß das Betriebsfluid auch zum Dichtring 3 ge­ langt, um diesen zu schmieren und zu kühlen.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Dichtring 3 eine von seinem Basiskörper in Form eines Basisrings 4a axial nach innen abstehende ringförmige Dichtlippe 4b auf, die dichtend mit der Mantelfläche 1a eines im Bereich des Dich­ trings 3 zylindrischen Wellenabschnitts 1b zusammenwirkt und durch eine am Umfang der Dichtlippe 4b in einer Ringnut gelagerte Ringfeder 4c gegen die eine Dichtfläche bildende Mantelfläche 1a beaufschlagt ist. An der Außenseite des Basisrings 4a kann eine nach außen abstehende Schutzlippe 4d vorgesehen sein, die insbesondere als Schmutzabweiser dienen kann. Der scheibenförmige Basisring 4a kann mit einem hohlzy­ lindrischen Ringschenkel 4e an seinem Außenrand winkelförmig geformt sein, der vorzugsweise an der Innenseite angeordnet ist und somit nach innen weist. Zur außenseitigen Begrenzung des Dichtrings 3 im Loch 6 kann ein Federring 11 dienen, der in einer Ringnut 12 in der Lochwandung 5 eingesetzt ist. In der Montagestellung des Dichtrings 3 schließt der Basisring 4a bzw. hier der Ringschenkel 4e innenseitig mit einem radia­ len Gehäusewandabschnitt 2a ab, der Teil einer das Wälzlager 9 aufnehmenden und lagernden Ausnehmung 13 (Fig. 6) sein kann.

Der Innenseite des Dichtrings 3 gegenüberliegend befindet sich an der Welle 1 eine dem Dichtring 3 zugewandte Ring­ schulterfläche 14, die sich bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1-4 an einem einteilig an die Welle 1 angeformten Ringansatz 15 angeordnet ist, der eine Durchmesservergröße­ rung bildet. Die radiale Abmessung a des Ringansatzes 15 bzw. der Ringschulterfläche 14 ist vorzugsweise größer bemessen, als die Hälfte der radialen Abmessung b zwischen seinem Innenrand 4f bzw. der Dichtlippe 4b und dem Außenrand 4g des Basisrings 4a. Infolgedessen erstreckt sich die Ringschulter­ fläche 14 bis in den äußeren Bereich des Basisrings 4a, hier bis in die Höhe des Ringschenkels 4e. Der axiale Abstand c des Fußbereichs der Ringschulterfläche 14 vom Dichtring 3, hier insbesondere von der Dichtlippe 4b, ist gleich oder kleiner bemessen als die Hälfte der radialen Abmessung d, also c ← b/2. Bei der vorliegenden Ausgestaltung beträgt der Abstand c etwa b/4. Es ist vorteilhaft, einen Minimalabstand c von 1 bis 2 mm zu belassen.

Bei den Ausgestaltungen gemäß Fig. 1-3 und 5 sowie 6 ist die Ringschulterfläche bezüglich der Innenseite 3a des Dichtrings 3 divergent geformt, wobei sie sich an einer gedachten axia­ len Mantellinie 16 gemäß Fig. 1 gerade, gemäß Fig. 2 konkav gerundet, gemäß Fig. 3 konvex gerundet und gemäß Fig. 4 radial erstreckt. Der Winkel W zwischen der radialen Innen­ seite 3a und der Ringschulterfläche 14 kann bis etwa 50° betragen und beträgt bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis 3 und 5 etwa 10°.

Bei den Ausgestaltungen gemäß Fig. 5 und 6 befinden sich die Ringschulterflächen 14 an einem zusätzlichen Ringbauteil, das auf der Welle 1 sitzt und darauf befestigt ist, z. B. durch Press-Sitz, durch Schrumpfen oder durch Kleben. Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 5 ist die beispielsweise konkave Ringschulterfläche 14 an einer auf der Welle 1 sitzenden Ringscheibe 17 angeordnet. Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 6 ist die sich ah der Mantellinie gerade erstreckende Ring­ schulterfläche 14 z. B. schräg bzw. kegelförmig an der zuge­ wandten Stirnseite 18 des Innenrings 9c des Wälzlagers 9 ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung bedarf es weder eines Wellenansatzes noch eines zusätzlichen Bauteils.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Ringschulterfläche 14 führt im Funktionsbetrieb der Axialkolbenmaschine zu einer Strömung des Betriebsfluids und somit zu einer Spülung im Bereich der von der Dichtlippe 4b und der Mantelfläche 1a der Welle 1 begrenzte Ecke 19. Die Strömung beruht auf folgender Funktion. Im Rotationsbetrieb der Welle erfolgt aufgrund der Benetzung der Ringschulterfläche 14 mit dem Betriebsfluid eine Drehmitnahme des Betriebsfluids im Bereich einer mit der Ringschulterfläche 14 in Benetzungskontakt stehenden Fluidschicht. Gleichzeitig wird der an der Drehung teilneh­ menden Fluidschicht aufgrund einer sich selbsttätig einstel­ lenden Fliehkraft eine radial auswärts gerichtete Kraft übertragen, die eine in der Drehrichtung und radial auswärts gerichteten resultierenden Strömung bewirkt. Diese in Fig. 1 mit der Pfeillinie 21 verdeutlichte Strömung verursacht an der Innenseite des Dichtrings 3 eine radial einwärts gerich­ tete Strömung 22, die selbsttätig nachströmt und sich bis zur Welle 1 und somit auch bis in die Ecke 19 erstreckt und dort bei Ausführung einer Wende in die Strömung 21 übergeht. Aufgrund dieser Strömungen wird die Ecke 19 gespült, so daß sich Festkörperverschmutzungen weniger leicht am Dichtring 3 bzw. an der Dichtlippe 4d absetzen können, und außerdem findet eine verbesserte Kühlung des Dichtrings 3 statt.

Besonders vorteilhaft erweist sich eine Ringschulterfläche 14, die bezüglich der radialen Innenseite 3a des Dichtrings 3 sich radial auswärts divergent erstreckt. Bei einer solchen Formgebung wird eine intensivere Strömung 21, 22 erreicht. Dies ist darauf zurückzuführen, daß aufgrund der Divergenz der Strömungsrichtungen die Strömungen 21, 22 sich weniger behindern und deshalb die durch die Flüssigkeitsreibung an der Ringschulterfläche 14 aufgebrachte Strömungsantriebslei­ stung besser ausgenutzt werden kann. Zu vergleichbaren Vor­ teilen führen auch die Ausgestaltungen der übrigen Figuren.

In Fig. 1 sind die Strömungen 21, 22 vereinfacht als radial einwärts und radial schräg auswärts gerichtete Strömungen dargestellt. Aufgrund der Rotation der Welle 1 ergeben sich tatsächlich - längs der Drehachse 8 gesehen - spiralförmige Strömungsbewegungen.

[Bezugszeichenliste]

1

Welle

1

a Mantelfläche

1

b Wellenabschnitt

2

Gehäusewand

2

a radialer Gehäusewandabschnitt

3

Dichtring

3

a radiale Innenseite

4

a Basiskörper

4

b Dichtlippe

4

c Ringfeder

4

d Schutzlippe

4

e Ringschenkel

4

f Innenrand

4

g Außenrand

5

Lochwandung

6

Loch

7

Gehäuseinnenraum

8

Drehachse

9

Wälzlager

9

a Wälzkörper

9

b Ringspalt

9

c Innenring

11

Federring

12

Ringnut

13

Ausnehmung

14

Ringschulterfläche

15

Ringansatz

16

Axiale Mantellinie

17

Ringscheibe

18

Stirnseite

19

Ecke

21

Strömung

22

Strömung

Claims (9)

1. Hydraulische Maschine, insbesondere Axialkolbenmaschine, mit einem Gehäuse, in dem eine Welle (1) drehbar gelagert und durch einen Dichtring (3) abgedichtet ist, der in ei­ nem Ringspalt (6a) zwischen der Welle (1) und einer Ge­ häusewand (2) angeordnet ist und mit seinem Innenrand die Welle (1) berührt, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenseite (3a) des Dichtrings (3) axial benach­ bart eine Ringschulterfläche (14) an der Welle (1) oder einem mit der Welle (1) drehenden Bauteil angeordnet ist.

2. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (c) der Ringschulterfläche (14) vom Dich­ tring (3) kleiner ist als die halbe radiale Abmessung (b) des Dichtrings (3) zwischen seinem Innenrand (4f) und seinem Außenrand (4g).

3. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschulterfläche (14) bezüglich einer die In­ nenseite (3a) des Dichtrings (3) enthaltenen Radialebene radial auswärts divergent verläuft.

4. Hydraulische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschulterfläche (14) im axialen Querschnitt konkav gerundet ist.

5. Hydraulische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschulterfläche (14) im axialen Querschnitt konvex gerundet ist.

6. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschulterfläche (14) in einer Radialebene liegt.

7. Hydraulische Maschine nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschulterfläche (14) an einem auf der Welle festsitzenden Ring (17) ausgebildet ist.

8. Hydraulische Maschine nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschulterfläche (14) an der dem Dichtring (3) gegenüberliegenden Stirnseite eines Innenrings (9c) eines Wälzlagers (9) ausgebildet ist.

9. Hydraulische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (9c) den Außenring des Wälzlagers (9) axial überragt.