DE19939473A1

DE19939473A1 - Rollenlagersegment für Stützscheiben

Info

Publication number: DE19939473A1
Application number: DE19939473A
Authority: DE
Inventors: Leo M Reubelt; Edward P Butler; John M Grillo; Brian P Berg; Vincent E Leto
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1998-08-21
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2000-03-02
Also published as: GB2340895A; US6027250A; GB9919509D0; JP2000065051A; GB2340895B

Abstract

Es wird ein oszillierendes Lager vorgeschlagen für eine hydraulische Axialkolbenmaschine mit verstellbarem Hubraum, mit einer Stützscheibe (50) mit einer konvexen, halbzylindrischen Lagerfläche mit Vorsprüngen zur Befestigung des oszillierenden Lagers und mit einem Gehäuse mit einem konkaven, halbzylindrischen Lagersattel (10). Das oszillierende Lager hat dünne, im wesentlichen rechtwinklige äußere und innere Laufbahnelemente (15, 30) mit zentrierten Öffnungen (17, 37) und ist in Bögen geformt, die kongruent mit der konkaven Oberfläche des Lagersattels (10) des Gehäuses und der konvexen Lagerfläche der Stützscheibe (50) sind. Das äußere Laufflächenglied (15) hat eine Stützeinrichtung an wenigstens einem axialen Ende zum Tragen eines Zeitsteuerglieds (40), das in ein Zeitsteuermerkmal der Stützscheibe (50) eingreift und eine Bewegung für alle Teile des oszillierenden Lagers synchronisiert, und das innere Laufbahnelement (30) hat eine Einrichtung zum Halten der inneren Laufbahn gegen die konvexe Lagerfläche der Stützscheibe (50). Ein Separator (20) ist zwischen dem inneren und dem äußeren Laufbahnelement (30, 15) eingesetzt, wobei der Separator (20) in einem Bogen geformt ist, der innere und äußere Oberflächen hat, die parallel zu den benachbarten Oberflächen der Laufbahnelemente (15, 30) verlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen Wälzlager und im besonderen Wälzlager zum Einsatz in Anwendungen mit einer Bewegung, die nur über einen begrenzten Kreisbogen stattfindet, wie dies der Fall ist bei Stützscheiben in Axialkolben-Pumpen und -Motoren mit verstell barem Hubraum.

Axialkolben-Pumpen und -Motoren mit verstellbaren Hubraum haben sich drehende Zylinder blocks und verwenden Stützscheiben, die oszillierend schwenken, um den Kolbenweg in nerhalb der Zylinder zu regeln. Bei modernen Anwendungen von Stützscheiben mit hoher Leistung sind die Stützscheiben aufrund ihrer begrenzten Bewegung im allgemeinen auf Wälzlager-Sattelsegmenten gelagert. Da es schwierig ist, eine halbzylinderförmige Ober fläche mit einem hohen Genauigkeitsgrad herzustellen, werden diese Lagersegmente als große Teile eines Lagerqualitätsmaterials mit zylindrisch gebohrten, gefrästen und geschliffenen vollkreisförmigen Laufbahnen hergestellt, die dann auf das exakte Bogenmaß geschnitten werden. Dieses Herstellungsverfahren führt zu einem Ausschuß eines Teils der mit hohen Kosten gefrästen und geschliffenen Komponenten von Material in Lagerqualität. Außerdem nehmen die Lagersegmente zusätzlichen Raum ein aufgrund der Dicke der Komponenten, die sich aus der Herstellungsmethode ergibt. Eine Montage in der Maschine ist ebenfalls schwie riger aufgrund der Anzahl verschiedener, separater, einzelner Laufbahn-, Wälzkörper-, Käfig- und Zeitgeber-Komponenten, die installiert werden müssen.

Das zuvor Gesagte beschreibt die bekannten Nachteile bei heutigen Stützscheibenlagern, und es wäre von Vorteil, eine Alternative zu schaffen, um einen oder mehrere dieser Nachteile zu überwinden. Dementsprechend wird eine zweckmäßige Alternative mit Merkmalen vor gesehen, die im folgenden ausführlicher beschrieben wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein oszillierendes Lager vorgesehen für eine hydraulische Axialkolbenmaschine mit verstellbarem Hubraum, mit einer Stützscheibe mit einer konvexen, halbzylindrischen Lagerfläche und einem Gehäuse mit einem konkaven, halbzylindrischen Lagersattel. Das oszillierende Lager hat ein dünnes, im wesentlichen rechtwinkliges äußeres Laufbahnelement und ein inneres Laufbahnelement, die in Bogen krümmungen geformt sind, die kongruent mit der konkaven Oberfläche des Lagersattels des Gehäuses und der konvexen Lagerfläche der Stützplatte sind, wobei jedes Laufbahnelement eine axial zentrierte Öffnung aufweist, wobei das äußere Laufbahnelement eine Trägerein richtung an wenigstens einem axialen Ende zum Tragen eines Zeitsteuerglieds aufweist, das mit einem Zeitsteuerhebel auf der Stützplatte verbunden ist und die Bewegung für alle Teile des oszillierenden Lagers synchronisiert, und das innere Laufbahnelement hat eine Ein richtung zum Halten der inneren Laufbahn gegen die konvexe Lagerfläche der Stützplatte; ein Separator ist zwischen das innere und das äußere Laufbahnelement gesetzt, wobei der Separa tor in einem Bogen geformt ist, der eine innere und eine äußere Oberfläche hat, die parallel zu den benachbarten Flächen der Laufbahnelemente verläuft, wobei der Separator auch eine axial zentrierte Öffnung und zwei zusätzliche, im wesentlichen rechtwinklige Öffnungen, die axial von den axialen Enden des Separators und der zentrierten Öffnung beabstandet sind, aufweist, wobei die zusätzlichen Öffnungen als Taschen für Antireibungs-Wälzkörper dienen, wobei der Separator außerdem ein axiales Ende hat, das sich über die benachbarten axialen Enden der inneren und der äußeren Laufbahn erstreckt und das eine Zeitsteuerkerbe zur Verbindung mit dem Zeitsteuerglied hat, und mit einer Vielzahl zylindrischer Wälzkörper, die ausreichen, um beide Wälzkörpertaschen zu füllen, wobei die Wälzkörper Durchmesser haben, die reichen, um über und unter die Flächen des Separators hinaus zu ragen, um gegen die Laufflächenelemente zu tragen.

Das zuvor Gesagte und weitere Aspekte der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen transparent.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines oszillierenden Lagers der Erfindung in Verbindung mit einer Stützplatte, die die Anwendungsumgebung des Lagers erläutert.

Fig. 2 ist eine axiale Aufrißansicht der Lageranordnung.

Fig. 3a und 3b sind Grund- und Aufrißansichten des inneren Laufbahnteils.

Fig. 4a und 4b sind Grund- und Aufrißansichten des äußeren Laufbahnteils.

Fig. 5a und 5b sind Grund- und Aufrißansichten des Separators.

Fig. 6a und 6b sind Seiten- und Grundrißansichten eines Ausführungsbeispiels des Zeitsteuerglieds.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Fig. 1 zeigt eine Stützscheibenanordnung 100, die im wesentlichen die Betriebsumgebung der oszillierenden Lageranordnung 75 der Erfindung angibt. Der konkave, halbzylindrische Lagersattel 10 ist in bekannter Weise an einem (nicht gezeigten) Maschinengehäuse befestigt und trägt mit seiner konvexen Lagerfläche, zusammen mit der Lageranordnung 75, die Stützscheibe 50. Die Stützscheibe 50 hat zwei gegenüberliegende Kerben oder Stufen 53 zur Verbindung des inneren Laufbahnelements 30 mit der Lageranordnung, eine radial zentrierte Öffnung 57 zum Durchgang einer (nicht gezeigten) drehbaren Welle, und ein Zeitsteuerglied 55. Im Betrieb oszilliert die Stützscheibe 50 im Sattel 10 auf jede Seite des Zentrums mehr oder weniger um 20°, wobei sie die (nicht gezeigten) Kolben, die sich in einem (nicht gezeigten) rotierenden Zylinderblock einer Fluidmaschine hin und her bewegen, axial treibt oder durch diese angetrieben wird.

Die oszillierende Lageranordnung 75 der Fig. 1 und 2 besitzt ein äußeres Laufbahn element 15, einen Separator 20 und ein inneres Laufbahnelement 30.

Das äußere Laufbahnelement 15, hier und in den Fig. 4a und 4b zu sehen, ist vorzugs weise ein dünner, im wesentlichen rechtwinkliger Streifen aus Qualitätslagerstahl mit einer Öffnung 17 in seiner Mitte, um die (nicht gezeigte) drehbare Maschinenantriebswelle auf zunehmen und ist in einem Bogen geformt, der kongruent mit der Lagerfläche der Stütz scheibe 50 ist. Ein Träger 16 für ein Zeitsteuerglied (40 in den Fig. 4a und 4b) ist an einer axialen Kante des Laufbahnelements vorgesehen.

Die Fig. 3a und 3b zeigen das innere Laufbahnelement 30, das wiederum vorzugsweise ein dünner, im wesentlichen rechtwinkliger Streifen von Qualitätslagerstahl ist, der in einem Bogen geformt ist und ebenfalls eine Öffnung 37 in seiner Mitte aufweist, um die drehende Welle aufzunehmen. Er hat auch zwei Klips 33, von denen jeder an einem radialen Rand des Bogens gebildet ist zur Verbindung mit den Kerben 53 der Stützscheibe, um die innere Laufbahn an der Stützscheibe 50 zu befestigen. Das innere Laufbahnelement 30 kann gegen die Lagerfläche der Stützscheibe 50 mittels anderer (nicht gezeigter) Einrichtungen gehalten werden, wie z. B. mit Schlitzen in einem überstehenden Rand der Stützscheibe zur Aufnahme von geraden Kanten des inneren Laufbahnelements oder durch viele andere Techniken, um zu bewirken daß das Element fest gegen die Stützplatte anliegt und mit ihr zusammen oszilliert. Man beachte daß die Öffnungen 17, 37, obwohl sie als im wesentlichen rechtwinklig gestal tet dargestellt sind. Vorteilhafterweise mit Radien an ihren radialen Enden ausgebildet werden können, um enger mit der Form der drehbaren Welle, um die sie oszillieren, formgleich abzuschließen. Die einzige Einschränkung besteht darin, daß sie ausreichend lange gerade axiale Kanten haben müssen, um an beiden radialen äußersten Kanten um die Welle herum einen Freiraum zum Oszillieren freizuhalten.

Der Separator 20 ist in den Fig. 5a und 5b gezeigt. Er ist ebenfalls im wesentlichen rechtwinklig und in einem Bogen mit innerem und äußerem Radius geformt, der jeweils mit den benachbarten Oberflächen des inneren und des äußeren Laufbahnelements entsprechend formgleich verläuft. Er kann aus jedwedem zweckmäßigem Material hergestellt sein. Aus Überlegungen betreffend Gewichtsreduzierung und Massenträgheit wird er jedoch vorzugs weise aus einem polymeren Material geformt, das so ausgewählt wird, daß es mit den chemischen und thermischen Betriebsbedingungen kompatibel ist. Er hat auch eine im wesentlichen zentrierte Öffnung 27 für die Welle, hat jedoch zwei zusätzliche, im wesentli chen rechtwinklige Öffnungen 47, die axial von der zentrierten Öffnung und ihren axialen Kanten beabstandet ist. Die zusätzlichen Öffnungen werden als Wälzkörpertaschen verwendet, um eine vollständige Anzahl zylindrischer Rollen 45 aufzunehmen, die Durchmesser haben, die ausreichend groß sind, um über und unter die Oberflächen des Separators hinauszuragen, um gegen das innere und das äußere Laufbahnelement hin zu tragen. Eine axiale Kante des Separators 20 ragt etwas hervor, um eine Zeitsteuerkerbe zu bilden, die über die axialen Enden der inneren und der äußeren Laufbahn zur Verbindung mit dem Zeitsteuerglied 40 hervorragen.

Ein Vorteil beim Gießen des Separators 20 aus polymerem Material, neben dem Kosten vorteil, ist die Möglichkeit zum integralen einstückigen Formen von Orientierungs- und Führungsmerkmalen 22 auf dem Separator. Diese können in Form von Schnapprasten ausge bildet sein, die die innere und die äußere Laufbahn greifen, um die Rollen 45 in den Taschen 47 während der Installation der Lageranordnung 75 auf der Stützscheibe 50 zu halten. Diese Schnapprasten können an den axialen Enden der zentrierten Öffnung des Separators oder an dessen axialen Kanten geformt sein. Solche Orientierungs- und Führungsmerkmale können auch vorgesehen werden an der inneren Laufbahn 30 und der äußeren Laufbahn 15 oder an beiden Laufbahnen. Dies ist nicht dargestellt, würde jedoch aus sich radial erstreckenden Rasten bestehen, die an den axialen Kanten der zentrierten Öffnungen oder der axialen Enden der Laufbahnen gebildet sind. Die Rasten würden eine richtungsmäßig stabile Positionierung für die Bewegung der Laufbahnen 30, 15, des Separators 20 und der Wälzkörper 45 schaffen, um ein Wandern während des Betriebs einzuschränken, sowie der Einheit der Anordnung 75 während der Installation dienen.

Im Betrieb ist die innere Laufbahn 30 mit der Lagerfläche der Stützscheibe 50 fest verbunden und oszilliert mit ihr. Da sie als gestanztes und geschliffenes Element aus Qualitätslagerstahl ausgeführt ist, ermöglicht sie, daß die Stützscheibe und ihre konvexe Lagerfläche aus einem billigeren, weicheren Stahl oder ähnlichem hergestellt wird, ohne die Antirutsch- und Ver schleißqualitäten, die für einen Lagerbetrieb erwünscht sind, zu opfern. Dasselbe gilt auch für die äußere Laufbahn 15 und den konkaven Lagersattel 10. Um die Komponenten der Lager anordnung 75 während des Betriebes in der richtigen Position zueinander zu halten, wird das Zeitsteuerglied 40 drehbar an seinem Kopfende 46 durch die Zeitsteuerelement-Trägerraste 16 der äußeren Laufbahn 15 getragen. Sie erstreckt sich radial durch die Zeitsteuerkerbe 25 des Separators über die Kante der inneren Lauffläche 30 hinaus und ist mit dem Zeitsteuermerk mal 55 in der Stützscheibe 50 verbunden. Das Zeitsteuerglied 40 kann innerhalb der Zeit steuerkerbe 25 und dem Zeitsteuermerkmal 55 frei gleiten, um ein Fressen zu verhindern, sie zwingt aber die äußere Laufbahn 15, den Separator 20 und die Stützscheibe 50 mit der befestigten inneren Laufbahn 30 mit einer definierten Synchronität zu oszillieren. Dies verhindert, daß die Wälzkörper 45 und der Separator während des Betriebs aus der richtigen Lagerbelastungsposition herauswandern.

Das Lager der Erfindung hat den Vorteil, daß es aufgrund der Vereinheitlichung durch die Orientierung- und Führungsrasten, die an einer oder mehreren der Laufbahnen oder dem Separator vorgesehen sind, einfach zu installieren ist, daß es aufgrund seiner Verwendung dünner Qualitätsstahl-Lagerstanzlinge für die innere und die äußere Laufbahn in der Her stellung billiger ist, daß es geeignet ist, schwerere Lagerlasten zu tragen, aufgrund der Verwendung einer vollen Füllung von Wälzkörpern in einem Separator, der mit rechtwinkli gen Taschen ohne Wälzkörpertrennung gebildet ist - im Vergleich mit einem Standardlager käfig - und daß er aufgrund des Einbaus des Zeitsteuergliedes in die äußere Laufbahn als Teil der Lageranordnung einstückig selbstzeitsteuernd ist.

Claims

1. Oszillierendes Lager für eine hydraulische Axialkolbenmaschine mit verstellbarem Hubraum, mit einer Stützscheibe (50) mit einer konvexen, halbzylindrischen Lager fläche mit Vorsprüngen zur Befestigung des oszillierenden Lagers, und mit einem Gehäuse mit einem konkaven, halbzylindrischen Lagersattel (10), wobei das oszillieren de Lager aufweist:
ein dünnes, im wesentlichen rechtwinkliges äußeres und inneres Laufbahnelement (15; 30), das jeweils in einem Bogen geformt ist, der kongruent mit der konkaven Oberfläche des Lagersattels (10) des Gehäuses und der konvexen Lagerfläche der Stützscheibe (50) ist, wobei jedes Laufbahnelement (15; 30) eine axial zentrierte Öffnung (17, 37) aufweist, das äußere Laufbahnelement (15) eine Trägerein richtung an wenigstens einem axialen Ende zum Tragen eines Zeitsteuerglieds (40) aufweist, das mit einem Zeitsteuermerkmal (55) in der Stützplatte (50) verbunden ist und eine Bewegung für alle Teile des oszillierenden Lagers syn chronisiert, und wobei das innere Laufbahnelement (30) Einrichtungen zum Halten der inneren Laufbahn gegen die konvexe Lagerfläche der Stützscheibe (50) aufweist;
einen zwischen dem inneren und äußeren Laufbahnelement (15, 30) sitzenden Separator (20), wobei der Separator (20) in einem Bogen geformt ist, der innere und äußere Oberflächen aufweist, die parallel zu den benachbarten Oberflächen der Laufbahnelemente (15, 30) verlaufen, wobei der Separator (20) auch eine axial zentrierte Öffnung (27) und zwei zusätzliche, im wesentlichen rechtwinklige Öffnungen (47) aufweist, die von den axialen Enden des Separators (20) und der zentrierten Öffnung (27) beabstandet sind, wobei die zusätzlichen Öffnungen (47) als Taschen für Antireibungs-Wälzkörper (45) dienen, wobei der Separator (20) außerdem ein axiales Ende aufweist, das sich über die benachbarten axialen Enden der inneren und äußeren Laufbahn (30, 15) erstreckt und eine Zeitsteuer kerbe zur Verbindung mit dem Zeitsteuerglied (40) aufweist; und
eine Vielzahl zylindrischer Wälzkörper, die ausreichen, um beide Wälzkörperta schen (47) zu füllen, wobei die Wälzkörper Durchmesser haben, die ausreichen, um über und unter die Oberflächen des Separators (20) hinauszuragen und gegen die Laufbahnelemente (15, 30) zu tragen.

2. Oszillierendes Lager nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung an wenigstens einem Element, nämlich dem inneren Laufbahnelement (15) und/oder dem äußeren Laufbahn element (30) und dem Separator (20) zum Verbinden der Lagerkomponenten in eine Anordnung (75) zum einfachen Handhaben und zur einfachen Installation der Stütz scheibe (50).

3. Oszillierendes Lager nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zum Halten der inneren Laufbahn gegen die konvexe Lagerfläche der Stützscheibe (50) Klips (22) aufweist, die an beiden radialen Enden ihres Bogens zur Verbindung mit Kerben an den benachbarten Kanten der Stützscheibe (50) gebildet sind.

4. Oszillierendes Lager nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zum Halten der inneren Laufbahn (30) gegen die konvexe Lagerfläche der Stützscheibe (50) gerade Kanten an den radialen Enden des inneren Laufbahnelements (30) zum Eingreifen in Schlitze in einer überstehenden Kante der Stützscheibe (50) aufweist.

5. Oszillierendes Lager nach Anspruch 1, bei dem der Separator (20) eine Struktur auf weist, die aus Polymermaterial mit einstückig geformten Führungs- und Verbindungs merkmalen zur Orientierung und Verbindung mit dem inneren und dem äußeren Lauf bahnelement (30, 15) geformt ist.