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Die Erfindung bezieht sich auf eine
hydraulische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder
2
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Bei einer in der
DE 196 13 609 A1 beschriebenen
bekannten hydraulischen Maschine handelt es sich um eine Axialkolbenmaschine
mit einer Welle, die mittels eines Wälzlagers in einer Gehäusewand
des Gehäuses
der hydraulischen Maschine gelagert und mittels eines außenseitig
vom Wälzlager
in einer Ringfuge zwischen der Welle und der Gehäusewand angeordneten Dichtringes
abgedichtet ist. Bei dieser bekannten hydraulischen Maschine ist
außerdem
eine Pumpeneinrichtung für
eine interne Zwangsspülung
des Wälzlagers
vorgesehen. Die Pumpeneinrichtung weist eine an der Innenseite des Wälzlagers
angeordnete Förderscheibe
auf, die dem Ringspalt des Wälzlagers
axial gegenüberliegend Durchgangslöcher aufweist,
die sich bezüglich
der Drehachse der Welle in Richtung auf das Wälzlager divergent erstrecken.
Hierdurch wirkt die Förderscheibe,
die im Funktionsbetrieb sich wenigstens teilweise im hydraulischen
Betriebs-Fluid, z. B. Schmieröl,
befindet, wie ein Fliehkraft-Förderring,
der das in den sich divergent erstreckenden Durchgangslöchern befindliche
Fluid aufgrund der Fliehkraft in Richtung auf das Wälzlager
fördert.
Auf der der Förderscheibe
abgewandten Seite des Wälzlagers
ist ein Rückführungskanal
vorgesehen, der sich in den Innenraum des Gehäuses zurückerstreckt und in dem das
geförderte
Schmieröl
in den Innenraum zurückströmen kann.
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Bei dieser bekannten Axialkolbenmaschine erstreckt
sich die Strömung
der Zwangsspülung
vom äußeren Ringspalt
des Wälzlagers
durch radial nach außen
gerichtete Kanäle
von einem Ringraum etwa radial nach außen, wobei das geförderte Spülöl den Ringraum
quer durchströmt.
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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 frühzeitiger Verschleiß. Im Fachjargon spricht
man von solchen strömungsarmen
Bereichen von einem Todwassergebiet.
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In der
DE-AS 11 09 035 ist eine Axialkolbenmaschine
beschrieben, deren Triebwelle einen zylindrischen Lagerabschnitt
aufweist, auf dem der Innenring eines Wälzlagers sitzt. Vom Lagerabschnitt
erstreckt sich koaxial ein Triebzapfen, der eine Stirnwand eines
Gehäuses
in einem Durchgangsloch durchsetzt und darin durch einen Dichtungsring
mit einer nach innen weisenden Dichtungslippe abgedichtet ist. Zwischen
dem Lagerabschnitt und dem Triebzapfen ist die Triebwelle kegelabschnittförmig verjüngt.
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In der
DE 39 26 354 C2 ist ein Radialkolbenmotor
beschrieben, dessen Triebwelle durch zwei einen axialen Abstand
voneinander aufweisende Wälzlager
im Durchgangsloch einer Stirnwand eines zugehörigen Gehäuses drehbar gelagert ist.
Zwischen den beiden Wälzlagern
ist ein Dichtring mit einer nach innen weisenden und auf der Triebwelle
gleitend sitzenden Dichtlippe angeordnet, wobei der Dichtlippe innenseitig
und axial beabstandet die radiale Stirnfläche des Innenrings des inneren
Wälzlagers
gegenüberliegt.
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Aus
DE 28 41 084 A1 ist eine Axialkolbenpumpe
zu entnehmen, deren Triebwelle eine Gehäusewand eines zugehörigen Gehäuses in
einem Durchgangsloch durchsetzt und daran durch einen Dichtring
mit nach innen weisender Dichtlippe abgedichtet ist. Die Innenseite
der Stirnwand ist hohlkegelförmig
geformt, wobei dem Dichtring und der Innenseite der Stirnwand ein
gestuft geformter Befestigungsring in einem axialen Abstand gegenüberliegt, der
auf der Triebwelle sitzt und einen Innenring eines Wälzlagers
auf der Triebwelle sichert. Der Sicherungsring ist an seinem Umfang
Z-förmig
mit axialen und radialen Flächen
gestuft.
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DE 40 29 510 A1 offenbart eine Axialkolbenpumpe
mit einer Triebwelle, an der eine Taumelscheibe als Antriebselement
für die
Kolben ausgebildet ist. Die Triebwelle ist an ihrem einen Ende durch
ein Wälzlager
im Gehäuse
der Axialkolbenpumpe gelagert, dessen Innenring auf einem zylindrischen
Lagerabschnitt der Triebwelle sitzt und dessen Außenring an
einer zugehörigen
Stirnwand anliegt, die ein sich koaxial vom Lagerabschnitt erstreckender
Triebzapfen in einem Durchgangsloch durchsetzt und darin durch einen
Dichtring abgedichtet ist. Der Triebzapfen ist bezüglich des
Lagerabschnitts im Durchmesser verjüngt, wobei eine so gebildete
Schulterfläche der
Triebwelle und die zugehörige
Stirnfläche
des Innenrings des Wälzlagers
einen kleinen axialen Abstand von der Innenseite der Stirnwand aufweisen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
hydraulische Maschine der eingangs angegebenen Arten so auszugestalten,
daß die
Gefahr einer Festkörperverschmutzung
im Eckenbereich zwischen dem Innenrand des Dichtrings und der Mantelfläche der
Welle verringert ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach
dem Anspruch 1, der gegen den Stand der Technik gemäß
DE-AS 11 09 035 abgegrenzt
ist, ist die Ringschulterfläche
im Axialquerschnitt konvex gerundet, wobei sich an die Ringschulterfläche axial nach
innen eine zylindrische Mantelfläche
an der Welle anschließt,
die einen freien Innenraumabschnitt des Gehäuses begrenzt.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach
Anspruch 2, der gegen den Stand der Technik gemäß
DE 39 26 354 C2 abgegrenzt
ist, ist das die Ringschulterfläche
aufweisende Bauteil durch den Innenring eines Wälzlagers gebildet, wobei die
Ringschulterfläche
bezüglich
einer die Innenseite des Dichtrings enthaltenden Radialebene radial
auswärts divergent
verläuft
und der Innenring den Außenring des
Wälzlagers
axial überragt.
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Bei beiden erfindungsgemäßen Ausgestaltungen
ist eine Ringschulterfläche
an der Welle oder am Innenring des Wälzlagers in einem geringen
axialen Abstand vom Dichtring angeordnet. Dabei liegt der Erfindung
die Erkenntnis zugrunde, daß die
Ringschulterfläche
im Funktionsbetrieb aufgrund ihrer Rotation und ihrer Benetzung
mit dem hydraulischen Fluid eine radial auswärts gerichtete Strömung im
benachbarten Fluid erzeugt, die aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen
im Bereich der Innenseite des Dichtrings eine intensive radial einwärts gerichtete
Strömung
im Fluid hervorruft. Deshalb findet bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
im Funktionsbetrieb der hydraulischen Maschine eine intensive kontinuierliche
Strömung
im Eckenbereich zwischen dem Dichtring und der Mantelfläche der Welle
statt, die ein Ansetzen von Festkörperverschmutzungen im Bereich
des Innenrandes des Dichtrings bzw. dessen Dichtkante verhindert
oder zumindest verringert.
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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 3 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 gerichtete Strömung zu gering
ist, um eine wirksame Spülung
zu erzeugen. Im Gegensatz dazu vergrößert sich die Strömungsgeschwindigkeit
des Fluids, wenn der axiale Abstand kleiner ist als die Hälfte der
radialen Abmessung des Dichtrings zwischen seinem Innenrand und
seinem Außenrand.
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Im Rahmen der Erfindung erstreckt
die Ringschulterfläche
sich somit divergent, so daß auch
der Abstand zum Dichtring radial nach außen divergiert. Dabei ist der
Innenring des Wälzlagers
bezüglich
des Außenrings
axial verbreitert, und es kann die Ringschulterfläche kegelförmig oder
konkav oder konvex gerundet sein.
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Nachfolgend werden die Erfindung
und weitere durch sie erzielbare Vorteile anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen
und vereinfachten Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen
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1 einen
axialen Teilschnitt im Bereich einer bekannten Dichtungsanordnung
zwischen der Welle und einer sie lagernden Gehäusewand einer hydraulischen
Maschine, insbesondere einer Axialkolbenmaschine;
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2 eine
Ringschulterfläche
in erster erfindungsgemäßer Ausgestaltung;
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3 eine
an einem Innenring eines Wälzlagers
angeordnete zweite erfindungsgemäße Ringschulterfläche.
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Von der Axialkolbenmaschine sind
in 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 Gehäusewand 2 angeordnet
ist. Innenseitig von der Gehäusewand 2 bzw. vom
Dichtring 3 befindet sich ein geschlossener Gehäuseinnenraum 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 Schrägscheibenkörper abstützen. Die vorgenannten Teile der
Axialkolbenmaschine sind allgemein bekannt und brauchen im vorliegenden Zusammenhang
nicht weiter erklärt
zu werden. Bei der Axialkolbenmaschine kann es sich um eine Schrägscheiben- oder Schiefachsenmaschine
handeln.
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Der Gehäuseinnenraum 7 ist
ständig
teilweise mit dem Betriebsfluid der Axialkolbenmaschine, insbesondere
Hydrauliköl
gefüllt,
wobei es sich vorzugsweise um sogenanntes Leckfluid handelt, das unter
Niederdruck steht. Das nur in 6 dargestellt Wälzlager 9 ist
für das
Betriebsfluid im Bereich seines die Wälzkörper 9a aufnehmenden
Ringspaltes 9b durchlässig,
so daß das
Betriebsfluid auch zum Dichtring 3 gelangt, um diesen zu
schmieren und zu kühlen.
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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 Dichtrings 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 hohlzylindrischen 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 radialen
Gehäusewandabschnitt 2a ab,
der Teil einer das Wälzlager 9 aufnehmenden
und lagernden Ausnehmung 13 (6)
sein kann.
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Der Innenseite des Dichtrings 3 gegenüberliegend
befindet sich an der Welle 1 eine dem Dichtring 3 zugewandte
Ringschulterfläche 14,
die sich bei den Ausführungsbeispielen
nach 1-4 an
einem einteilig an die Welle 1 angeformten Ringansatz 15 angeordnet
ist, der eine Durchmesservergrößerung 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 Ringschulterfläche 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
b, 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.
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Bei den Ausgestaltungen gemäß 1, 2 sowie 3 ist die Ringschulterfläche bezüglich der
Innenseite 3a des Dichtrings 3 divergent geformt,
wobei sie sich an einer gedachten axialen Mantellinie 16 gemäß 1 gerade und gemäß 2 konvex gerundet erstreckt.
Der Winkel W zwischen der radialen Innenseite 3a und der
Ringschulterfläche 14 kann
bis etwa 50° betragen
und beträgt
bei den Ausführungsbeispielen
nach 1 und 2 etwa 10°.
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Bei der Ausgestaltung gemäß 3 befindet sich die Ringschulterfläche 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 3 ist die sich an der Mantellinie
gerade erstreckende Ringschulterfläche 14 z. B. schräg bzw. kegelförmig an
der zugewandten Stirnseite 18 des Innenrings 9c des
Wälzlagers 9 ausgebildet.
Bei dieser Ausgestaltung bedarf es weder eines Wellenansatzes noch
eines zusätzlichen
Bauteils.
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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 teilnehmenden Fluidschicht aufgrund einer sich selbsttätig einstellenden
Fliehkraft eine radial auswärts
gerichtete Kraft übertragen,
die eine in der Drehrichtung und radial auswärts gerichteten resultierenden
Strömung
bewirkt. Diese in 1 mit
der Pfeillinie 21 verdeutlichte Strömung verursacht an der Innenseite des
Dichtrings 3 eine radial einwärts gerichtete 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.
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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
Strömungsantriebsleistung
besser ausgenutzt werden kann. Zu vergleichbaren Vorteilen führen auch
die Ausgestaltungen der übrigen
Figuren.
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In 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.