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Triebwellenlagerung für hydrostatische Axialkolbenmaschinen Die Erfindung
betrifft eine Triebwellenlagerung für hydrostatische Axialkolbenmaschinen, bei donon
die Triobwolle an ihrem einen Endo einen Triobflanoch trägt, auf dem sich die in
einer umlaufenden, schräggestellten oder schräg einstellbaren Zylindertrommel verschiebbar
angeordneten Kelben abstützen. Die Lagorung dieser Triebwolle orfordort einon erheblichen
baulichen Aufwand, da der Triebflansch die Summe der Kraftwirkungon der hydraulischen
Kolben auf die Welle übertragen muß, und zwar sowehl radiale wie auch längsgerichtete
Kräfte.
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Eine einfache, wirtschaftliche und auch für kleinere Aunführungen
geeignete Lagerung bestoht aus insgesamt droi Kugellagern, von denen zwei unmittelbar
neben dem Triebf@ansch nebeneinander angeordnet sind und axiale und radiale Kräfte
der Kolben auf das Lagergehäuse übertragen, während das dritte Kugellager in einigem
Abstand von den erstgenannten sogenannten Tandemlagern in der Nähe des andoren Endes
der Triebwelle angeordnet ist und in der Hauptsache nur radiale Kräfte aufzunehmen
hat.
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Diese Lagerung ergibt nun erfahrungsgemäß keine so große Lebensdauer
insbosondoro für das Tandomlager am Triebflansch, wie an sich für derartige Tandemlager
erwartet werden sollte. Dies dürfte darauf beruhen, daß sich die
Radialbalastung
der Tandemlager ungleichmäßig auf die beiden Einzellager verteilt. Aufgrund der
bei allen Wälzlagern zur Vermeidung von Störungen unvermeidlichen Speilräume der
Wälzkörper auch in radialer Richtung kann sich die Welle unter dom Einfluß der am
Triebflansch wirkenden Radialkräfte etwas shcief stellen, und elastische Defermationen,
die bei den Uälzkörpern in der Größonordnung von etwa 1/1000 ihres Durchmessers
auftreten, vermehren diese Schiefstellung, sodaß in erster Linie das unmittelbar
am Trdebflansch angeordnete Einzellager der Tandemanerdnung die Radialkräfte zu
übernehmen hat. Boi einer sehr engen Einpassung der Außonringo der boidon Tandemlager
und bei geringem radialen Spiel derselben kann segar eine Verklemmung der beiden
Tandemlager eintreten, die dazu führt, daß das triebflanschseitige Tandelmager noch
zusätzliche Radialkräfte übernehmen muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Triebwellenlagerung
zu schaffen, die die Nachteile der bokannten Lagerungen vornoidot und eine hohe
Lebensdauer gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine erste
Lagerung nahe dom von Triebflansch abgewandten Ende der Triebwelle und eine zweite
Lagerung nabe dem Triebflansch vergesehen ist, wobei die Axialkempenente der auf
den Triebflansch wirkenden Kolbenkräfte in der hauptsache von der ersten Lagerung
und die Radialkompenonte in der Hauptsache von der zweiten Lagerung aufgenommen
wird.
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Bei dieser Anordnung wird die erste Lagerung aus goometrischen Gründen
nur von geringen Radialkräften mit beansprucht, sodaß nahozu seine volle Tragfähigkeit
für die Aufnahme der Axialkräfte zur Vorfügung steht.
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Die erste und die zweite Lagerung sind vorzugsweise von Wälzlagern
gebildet, wobei sich der Innonring des die zweite Lagerung bildenden lJ'ilzlaaors
über eine die Triebwelle umgebende Hülse axial an dem Innonring des die erste Lagerung
bildenden Wälzlagers abstützt.
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Die erste Lagerung kann von einem Tandem-Kugelschulterlager gebildet
werden, wobei das dorn Triebflansch näherliegende Lager mit einigem Spiel im Gehäuse
eingepaßt werden kann, wodurch eine radiale Verklemmung der beiden Tandemlager unmöglich
gemacht wird. Die zweite Lagerung wird hierbei vorzugsweise von einem Rillenkugellager
gebildet.
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Die erste Lagorung kann auch von einem Schrägrellenlager gebildet
werden, das die an dieser Stollo fast voll in Brscheinung tretenden Axialkräfte
an der Triebwelle sowie die hier nur in einem geringen Teilbetrag auftretenden Radialhräfte
gemeinsam aufnimmt.
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Nach einem weiteren Vorschlag der ERfindung bosteht die zweite Lagerung
aus einem Schulter- oder Schrägrellemlager, dessen Aussenring sich in axialer Richtung
sich der eine nachgiebige Hülse auf der croton Lagerung abstützt. Dadurch ist eine
Selbsteinstellung des Axialspiels zwischen der ersten und der zweiten Lagerung möglich.
Die Hülse kann für diesen Zweck beispielsweise schachbrettartig vorsetzte, in Umfangsrichtung
vorlaufende Dinschnitte aufweisen.
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Eine Selbsteinstellung in axialer Richtung kann auch dadurch erreicht
werden, daß zwischen der ersten und zweiten Lagerung plastisch oder elastisch deformierbare
Zwischen- oder Federringe vorgesehen werden, beispielsweise aus einem Rohr gebogene
Ringe oder aus elastischem Material bestehende, sogenannte O-Ringe.
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Vorzugsweise haben alle Lager im wesentlichen den gleichen Außendurchmesser
und sie sind an ihrem Außenumfang an einem gemeinsamen zylindrischen Lagergehäuse
geführt und gehaltert.
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Einige Ausführungsbeisouele der Brfindung werden im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben: Es zeigt: Abb. 1 einen Längsschnitt
durch eine Axialkolbenmaschine mit einer erfindungsgemäßen Triobwellenlagerung in
schematischer Darstellung, Abb, 2 eine erste Abwandlung der in Abb. 1 gezeigten
Ausführung, Abb. 3 eine weitere Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Ausführung, wobei
zwischen der ersten und der zweiten Lagerung eine axial deformierbare Hülse vorgesehen
ist, Abb. 4 eine Abwicklung der in Abb. 3 gezeigten Hülse, und, Abb. 5 eine weitere
Ausführungsform der Erfindung.
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Es sei nun auf Abb. 1 bezuggenommen, in der mit 1 die umlaufende Zylindertrommel
bezeichnet ist, welche in bekannter Weise zur Längsmittelachse einer Triebwelle
2 schräggestellt oder schrägeinstellbar ist. Die Zylindertrommel
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enthält eine Anzahl von zueinander und zur Drehachse der Zylindertrommol 1 parallele
Zylinderbohrungen 3, in donen Kolben 4 verschiebbar sind, die über Kolbenstangon
5 oit einem an der Triebwelle 2 befestig ten Triebflansch 6 zusammenarbeiten. Die
Triebwelle 2 trägt an ihrem andoren Ende einen An- oder Abtriebswellenstumpf 8 zur
Verbindung mit einem Antriebsmotor odor einem angetriebenen Gerät, je nachdem, ob
die Axialkolbenmaschine als Pumpe oder als Motor arbeitet.
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Die Triebwelle 2 ist in einem Lagergehäuse 9 gelagert, und zwar einerseits
durch eine erste Lagerung, bestohend aus zwei Tandemlagern 10 und 11 nahe dem Wellenstumpf
8, und durch eine zweite Lagerung 12 nahe dem Triobflansch 6.
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Zur Vermeidung von Verklemmungserscheinungen kann das axial innere
Tandemlager 11 an seinem Außenumfang mit Hilfe eines entsprechenden Spaltes 13 in
radialer Ricntung einstellbar ausgeführt sein. Das Radiallager 12 au Triebflansch
6 ist längsleitend, also mindestens mit lotor Radialpassung, im gemeinsamen Lagergehäuse
9 gehaltert, sodaß es außer unbedeutenden Reibkräften nur die radialen kraftkomponenten
der auf' den Triobflansch 6 wirkenden Kolbenkräfte auf das Lagorgehäuse 9 überträgt
und somit unter günstigsten Bedingungen arbeitet und eine große Lebenserwartung
hat, auch wenn es ein gewähnliches Kugelrillenlager ist. Dies ist darauf zurückzuführen.
daß sich die hior auftretenden Radialkräfte aus baulichen Gründen auch bei voller
Ausachwenkung der Zylindortrommel in der Größenordnung von etwa einem Drittel bis
zur Hälfte der Kelbenkräfte bewegen. Andoreraorta wird nach dem Hebelgesetz das
am Abtriebswellenstumpf 8 angeordnete Tandemlager 10,11 radial nur goringfügig,
etwa in der Eröße von 1/5 bis 1/10 der gesamten
Kolbenkräfte beansprucht,
sodaß es seine axiale Tragfähigkeit im wesentlichen vollständig beibehält und eine
höhere Belastung durch zusätzliche Radialkräfto vormieden ist. Die Tandemlager 10,11
können als Schulterkugellager ausgebildet sein.
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Eine zylindrische Hülse 14 ist zwischen dem Innenring 15 des triebflanschseitigen
Radiallagers 12 und den Innenring 16 des axial inneren Tandemlagers 11 angeordnet,
der sich seinerseits auf den Innenring 17 des axial äußeren Tandomlagers 10 und
über einen Sicherungsring 18 au Lagorgehäuse 9 axial abstützt. Die auf don Triobflansch
6 wirkenden Axialkräfte werden also unter Mitbenutzung des Innenringes 15 des Radiallagers
12 auf die Tandemlager 10, 11 übertragen. Diese Mitbenutzung des Radiallagers 12
zur Übertragung der Axialkräfte ergibt Jedoch nur eine Längskompression des inneren
Laufringes 15 dieses Lagers und dies hat keinerlei Einfluß auf die Belastungsfähigkeit
des Radiallagers 12, und zwar auch dann nicht, wenn der innere Laufring 15 des Radiallagers
12 fest auf dio Welle 2 aufgepreßt wird. Die Mitbenutzung des Radiallagers 12 zur
Übertragung der axialen Kräfte bedingt dahor überraschenderweise keinerlei Minderung
der Tragfähigkeit dieses Radiallagers 12, im Gegensatz zu don bekannton Tandemlagerungen
der Triobwolle, bei welchen die radialen Gesamtbeanspruchungen der Tandemlager am
Triebflansch bei Vormeidung einer Verkleninung durch Anvondung größerer Lagerspiele
die Tragfähigkeit auf etwa 2/3 oder daruntor abfallen lassen.
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Selbstverständlich kann das Kugelrillenlager 12 durch ein Zylinderrollenlagor
ersetzt werden.
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Für größere Ausführungen kann das Tandemkugellager 10, 11 der Abb.
1 durch ein Axialschrägrollenlager 19 ersetzt worden, wie in Abb. 2 ersichtlich
ist. Bei größeren Ausführungen, bei denen derartige Lager mit großer Tragfähigkeit
verfügbar sind, ergeben sich keine nennensuerten Schwierigkeiten, da dieses Schrägrollenlagor
19 an dem vom Triobflansch 6 abgewandten Ende der Triebwelle 2 angeordnet ist und
daher eine geringere Radialboan6pruchung aufweist, als dies bei der bekannten Anordnung
solcher Lager am Triobflansch 6 der Fall ist. Bei größeron Ausführungen wird nämlich
die Radialbeanspruchung zu groß, um sie mit einem einzigen derartigen Lager an Triebflansch
6 aufnehmen zu können. Man muß vielmehr dort außer dem Schrägrollenlager auch noch
ein besonderes Radiallager vorsehen. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag, die
hauptsächlich. Axiallagerung am äußeren Ende der Trlebvelle 2 vorzunehmen, wird
daher eine weitgehende Vereinfachung der Gesamtanordnung erzielt. Das dow Triebflansch
6 benachbarte Radiallager 20 ist bei diosom Ausführungsbeispiel als Rollenlager
ausgebildet, um eine höhere Tragfähigkeit zu erhalten.
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Das Radiallager kann auch ein Schräg- oder Kegelrollenlager sein.
Verwendet man dabei Kegelrollen geringer Schräge, so wird der Achsdruck, den dieses
Lager zu übertragen hat, in tragbaren Grenzen bleiben. Andererseits kann in einem
solchen Fall durch Veränderung der axialen Lago der verschiedenen Lager ein zu geringes
oder auch ein zu großes Axialspiel zwischen dem Kegelrollenlagor im Triebflansch
6 und der hauptsächlichen Axiallagerung am äußeren Triebvellenende eintreten. Um
die ftir diese Zwecke bekannten Einstellvorrichtungen, die wegen ihrer Umständlichkeit
und Kostspieligkeit unvorteilhaft sind,
zu vermeiden, ist bei der
Ausführung gemäß Abb. 3 eine elastisch-plastische Selbsteinstellung in axialer Richtung
für das Schrägrollenlager 21 am Triebflansch 6 vorgesehen. Hierbei ist der äußere
Laufring 22 des Schrägrollenlagers 21 durch eine Hülse 23 axial auf dem Außenring
24 des äußeren Kegelrollenlagers 25 abgestützt. Um eine Justierung der Länge dieser
Hülse 23 zu vermeiden, wird diese Je nach Größe der Einheit um etwa 1 bis 2 mm zu
lang ausgeführt und sodann mit schachbrettartig versetzten Einschnitten oder Schlitzon
26 (Abb. 4) versehen. Durch diese Schlitze 26 kann sich beim erston Auftreten der
llöchstlast die Hülse 23 so weit in ihrer Länge verkürzen, wie dies bei Benutzung
des hauptsächlich radial wirkenden Schrägrollenlagers 21 für die Übertragung axialer
Kräfte gewünscht wird, womit sich ohne Nachteile eine Mehrbelastbarkeit von etwa
30% der Lager erzielen läßt und zwar insbesondere wegen der guten Radialtragfähigkeit
von Kegelrollenlager mit nicht zu großer Schräglage der Rollen.
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Wenn in dem gemeinsamen Lagergehäuse 13 in der die Lager 21,25 aufnehmenden
Bohrung 27 sogenannte Einstiche 28 zwischen den Lagerstellen vorgesehen werden,
so vereinfacht dies die Bearbeitung, weil diese Einstiche 28, die in der Regel nur
1/10 mm tief sind, verhältnismäßig rauh bleiben können und eine Bearbeitung der
Bohrung 27 nur im Bereich der Außenlagerringe der Lager 21 und 25 erforderlich ist.
Die Hülse 23 erfordert nur eine ungenaue Passung und eine genauere Führung ist höchstens
an ihren beiden Enden erforderlich, was dadurch erreicht werden kann, daß die Passungen
für die beiden Lager 25 und 21 etwas verlängert werden.
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Voraussetzung hierfür ist, daß der Außendurchmesser der Hülse 23 der
gleiche ist wie derjenige der Lager 21 und 25.
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Anstelle einer schachbrettartig geschlitzten Hülse 23 gemäß Abb. 3
können auch anaere plastisch oder elastisch nachgiebige Ausgleichsglieder Verwendung
finden, z.B.
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aus einem Rohr gebogene Ringe oder auch Ringe aus plastischem Material,
wie beispielsweise die bekannten 0-Ringe.
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Abb. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Triebwelle 2 mit
dem Triebflansch 6 in dem Lagergehäuse nahe dem Triebflansch 6 durch ein Schrägrollenlager
29 radial gelagert ist, während die hauptsächliche Axiallagerung durch eine Tandemlagerung,
bestehend aus Kegelrollenlagern 30 und 31, gebildet wird. Um die gewünschte Lastverteilung
zu erreichen, ist ein elastisch nachgiebiger Ring 33 zwischen dem Innenring des
Radiallagers 29 und der Hülse 14 und ein weiterer elastisch nachgiebiger Ring 36
zwischen dem Innenring 34 des axial inneren Lagers 31 und dein Innenring 35 des
axial äußeren Tandemlagers 30 angeordnet. Ein weiterer elastischer Ring 37 kann
zwischen dem Außenring 38 des Tandemlagers 31 und dein Außenring 39 des Tandemlagers
30 unter Zwischenschaltung eines starren Ringes 40 angeordnet werden. Die Wirkungsweise
ist prinzipiell die gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 3.
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Die erfindungsgemäße Verlegung der empfindlichen Axiallager aus der
Nachbarschaft des Triebflansches an das andere Triebwellenende hat den Erfolg, daß
Stösse oder Schläge an den oft Spiel aufweisenden Kugelgelenken der Pleuelstangen
durch die dazwischenliegende Masse der Triebwelle 2 und deren Längselastizität gedämpft
worden. Infolgedessen wird die Lebensdauer und die Belastbarkeit
dieser
Axiallager über das ohnehin zu erwartende Maß hinaus gesteigert. Bei Kugellagern
mit ihrer besonders schlechten punktförmigen Schmiegung ist dies ein besonders großer
und überraschender Vorteil.
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Die Erfindung ist sowohl auf hydrostatische Axialkolbenmaschinen (Pumpen
oder Motoren) anwendbar, welche eine feste Einstellung der Schräglage der umlaufenden
Zylindertrommel zur Triebwellenachse besitzen, wie auch auf Axialkolbenmaschinen,
bei denen,eine in den Abbildungen nicht dargestellte gelenkige Verbindung zwischen
dem Führungskörper der Zylindertrommel und dem Lagerkörper vorgesehen ist, um eine
Veränderung der Fördermenge bzw. des Schluckvermögens der Axialkolbenmaschine zu
eröglichen.
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- Patentansprüche -