DE8624042U1

DE8624042U1 - Lagerung von Axialkolbenmaschinen

Info

Publication number: DE8624042U1
Application number: DE19868624042
Authority: DE
Original assignee: Boehringer Werkzeugmaschinen GmbH
Current assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Priority date: 1986-09-08
Filing date: 1986-09-08
Publication date: 1988-08-25

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerung" für Axlalkolbenmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 *

Axiäikölbenmäschinen dienen ganz allgemein zur Umwandlung von Difuckenergie in Rotationsenergie oder umgekehrt, können also wahlweise als Pumpe oder als Hydromotor eingesetzt werden.

Das Prinzip von Axialkolbenmaschinen besteht darin, daß sich Kolben in Zylindern axial hin- und herbewegen können/ und die Größe des durch den Kolben im Zylinder begrenzten Raumes dadurch verändert werden kann. Beim Einsatz als Pumpe erfolgt in diesem eingeschlossenen Raum eine Kompression, beim Einsatz als Motor wird durch die Entspannung eines in diesen Raum eingegebenen Druckmediums eine Kolbenbewegung verursacht. Die Zylinder mit den darin axial verschiebbaren Kolben befinden sich kreisförmig angeordnet und parallel nebeneinander in einer drehbar gelagerten Kolbentrommel. Von den Kolben ragt jeweils ein Ende in den Zylinderraum hinein, während das andere Ende meist kugelförmig ausgebildet ist und in einer entsprechend ausgebildeten, pfannenförmigen Lagerung liegt. Diese pfannenförmigen Lagerungen sind ebenfalls wieder annähernd ringförmig auf einer ebenen Scheibe angeordnet, die sich synchron mit der Kolbentrommel dreht. Allerdings steht diese Scheibe nicht genau

senkrecht zur Drehachse der Kolbentrommel,sondern ist

gegenüber dieser geneigt, so daß von einer Schrägscheibe |< gesprochen wird. Dadurch wird bei jeder Umdrehung der ^;

Kolbentrommel der: Kolben eine halbe Umdrehung lang in den Zylinder hineingeschoben, und die nächste halbe Umdrehung wieder herausgezogen, und zwar um so mehr, je schräger die Schrägscheibe, gegenüber der Drehachse der Kolbentrommel eingestellt ist. Zur Einstellung und Lagerung dieser Schrägscheibe sind mehrere Lösungen bekannt. Beispielsweise ;

etc · ·

sind aus der DE-OS 32 38 362 und aus der DEl-OS 34 02 634 Lösungen bekannt/ bei denen sich die Schrägscheibe auf elfter Wiege dreht/ die eine halbzyündrische Gestalt aufweist und mit ihrer gebogenen Außenfläche in einem Lagerkörper liegt, der eine entsprechende halbzylindrische Aussparung aufweist.

Um die zwischen Kölbeft und Zylinder wirkenden hydraulischen

IQ Kräfte aufzunehmen, müssen die bereits beschriebenen Teile gegeneinander abgestützt, werden, was üblicherweise durch ein die ganze Axialkolbenmaschine enthaltendes Gehäuse geschieht, das im allgemeinen aus dem,.eigentlichen, topfförmigen Gehäuse sowie einem mit diesem Gehäuse verschraubten Deckel besteht, die fest miteinander verbunden sind, beispielsweise, indem sie miteinander verschraubt werden. Infolgedessen kann die Kolbentrommel mit dem den Zylindern abgewandten Ende auf einem sog. Steuerspiegel umlaufen, in der sich die Aussparungen zum Steuern des Zu- und Ablaufes in die entsprechenden öffnungen der Kolbentrommel während der Rotation befinden, welche aufgrund ihrer bogenförmigen Gestalt Steuernieren genannt werden. Diese Steuerscheibe stützt sich axial an dem meist sehr massiv gestalteten Deckel ab, und ist gegen die Mitnahme durch die rotierende Kolbentrommel mit diesem durch Paßstifte etc. verbunden. In dem Gehäusedeckel selbst befindet sich dann üblicherweise der Lagersitz für die Wälzlagerung der Welle.

Um den Abstand zwischen der wiegenseitigen und der decke1-seitigen Lagerung der Welle gering zu halten und damit das Biegungs- bzw. Schwingungsverhalten der Welle positiv zu beeinflussen, wird natürlich die deckelseitige Lagerung der Welle möglichst nahe an der Kolbentrommel angeordnet werden, d.h. die Axialabstützung erfolgt zwar ausschließlich im Gehäusedeckel, jedoch reicht das Lager noch in den Bereich der

Steuerscheibe hinein.

Dadurch ergibt sich folgendes Optimierungsproblem: Da der WelSendurchmesser im Bereich der deckelseitigen Lagerung der Welle aus feftigungs- Und möntägetechnischen Gesichtspunkten normalerweise den kleinsten Durchmesser der Welle darstellt, wird durch die Größe dieses Durchmessers die Größe des maximal durch die Welle übertragbaren Drehmomentes festgelegt, wie sie beispielsweise beim Durchtrieb der Axialkolbenmaschine erfolgt. Man ist also bestrebt, den als Lagersitz dienenden Durchmesser der Welle möglichst groß zu gestalten.

Auf der anderen Seite ist man jedoch auch bemüht, den Teilkreisdurchmesser der Steuernieren auf dem Steuerspiegel

möglichst gering zu halten, da die Ansauggrenzdrehzahl einer Axialkolbenmaschine unter anderem von der Fließgeschwindigkeit des Druckmediums am Steuerspiegel abhängt, und damit eben auch vom Abstand der Steuernieren von der Wellenlängsachse. 20

Zwischen diesen beiden konkurrierenden Abmessungen des möglichst großen Wellendurchmessers an dieser Stelle und des möglichst geringen Teilkreisdurchmessers der Steuernieren itmß.nun noch das Wälzlager selbst angeordnet werden, wobei wiederum Größe und Anzahl der untergebrachten Wälzkörper die Tragfähigkeit des Lagers und damit, bei gegebener Belastung, die Lebensdauer des Lagers beeinflussen.

Aus diesem Grunde war es bereits bisher bekannt, auf den Innenring des Lagers zu verzichten, un die Wälzkörper direkt auf der gehärteten ümfangsfläche der Welle rollen zu lassen.

Eine größere Anzahl unverändert großer Wälzkörper wäre jedoch nur möglich gewesen durch eine Vergrößerung des Teilkreisdurchmessers der Steuernieren.

f I » 1

t . a · · t

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde/ bei Vorgegebenem Teilkreisdurchmesser der Steuernieren Und &dgr; ebenfalls vorgegebenem Weiiendürchffiesser im Bereieh des Lagers ohne erhöhten Fertigungsaufwand die Lebensdauer des Wälzlagers zu erhöhen und das zulässige' maximale Drehmoment der Welle zu vergrößern,

zur Lösung dieser Aufgabe hätte man es beispielsweise versuchen können, zusätzlich zum Lagerinnenring auch den Lageraußenring wegzulassen und die Wälzkörper außen direkt auf einer Zylinderfläche des Deckels umlaufen zu lassen. Da müßte jedoch die Lauffläche für die Wälzkörper gehärtet werden. Da jedoch aufgrund der im Deckel unterzubringenden, verschiedenen Hoch- und Niederdruckkanäle der Deckel aus fertigungstechnischen Gründen gegossen werden muß, ist ein Erreichen einer ausreichenden Härte der Lauffläche praktisch nicht möglich, da Gußmaterial nur begrenzt härtbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird deshalb erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Steuerspiegel dicker als die Breite der Wälzkörper des Lagers dimensioniert wird und die Wälzkörper außen direkt im Steuerspiegel abrollen. Vorteilhafte Ausführungs*· formen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß auf diese Weise kein zusätzliches Bauteil der Axialkolbenmaschine gehärtet werden muß, da der Steuerspiegel ohnehin aus gehärtetem Material, meist gut bearbeitbaren und iiärtbaren. hochlegiertem Werkzeugstahl, besteht. Somit werden auch die Dämpfungseigenschaften des Deckels nicht verschlechtert. Durch das direkte Abrollen der Wälzkörper im Steuerspiegel wird der ansonsten für den Lageraußenring erforderliche Raum entweder zur Anordnung größerer Wälzkörper bei gleichbleibendem Wellendurchmesser oder zur Anordnung einer größeren Anzahl gleich großer Wellenkörper bei vergrößertem Lagerdurchmesser benutzt. Dadurch werden die Lebensdauer des

-CT '-

• · > I

Lagers und,wegen des größeren Wellendurchniessers, das maximal zulässige übertragungsmoment der Welle vergrößert- Oder mit anderer Blickrichtung optimiert können auch Wellendurchmesser scswie Anzahl und Größe der Wälzkörper beibehalten werden, was dann eine Verkleinerung des Teilkreisdurchmessers dejr Steuernieren zur Folge hat.

Die durch die Lagerabstützung des Steuerspiegels nun erforderliche Axialabstützung kann entweder im Deckel, einer mit dem Deckel verbundenen Zwischenplatte oder im Gehäuse der Axialkolbenmaschine erfolgen. Die Axialpositionierung der Steuerscheibe geschieht übcjr das Anpressen durch die Kolbentrommel an den Deckel,und zusätzlich ist nur eine Verdrehsicherung des Steuerspiegels notwendig, um eine Mitnahme mit der rotierenden Kolbentrommel zu verhindern. Dies kann beispielsweise durch einfache l?aßstifte erfolgen.

Für hydrostatische Getriebe ergibt sich aus dieser Ausgestaltung der weitere Vorteil, daß die bisher durch einen Zwischendeckel, in dem sich die Wellenlagerung abstützte, getrennten Steuerspiegel von Pumpe und Motor unter Weglassen des Zwischendeckels durch einen Steuerspiegel ersetzen läßt, in dem einersseits die Wellenlagerung abgestützt ist und der andererseits auf beiden Seiten die notwendigen Steuernieren aufweist.

Beispielhafte Ausführungsformen gemäß der Erfindung werden im folgenden anhand der Fig. 1 bis 7 näher erläutert. E3 zeigt:

Fig. 1 eine Axialkolbenmaschine mit einer Wellenlagerung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Lagerung mit im Deckel zentriertem Steuerspiegel/

a it · I · llf ti

tit i &igr; &igr; (Ii II

* # · * I llll Ill I

• I· I I I I j I I III*» I

*l« 't* llll t 'it * llll

• · I >

• Fig. 3 eine Anordnung ähnlich der Fig. 2 mit zusätzlichem Wellendich.tr ing,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Anordnung mit sphärischem Steuerspiegel,

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der die Steuerscheibe in einer Zwischenplatte zentriert ist,

Fig. 6 eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der Zentrierung, Verdrehsicherung und Axialfixierung über Stifte der Wiegenniederhaltung verwirklicht sind,

Fig. 7 eine erfindungsgemäße Anordnung mit im Gehäuse zentrierter Steuerscheibe, und

Fig. 8 eine erfindungsgemäße Wellenlagerung bei zwei

gekoppelten Axialkolbenmaschinen mit gemeinsamem Steuerspiegel 9.

* · · t 4 t tt* »4 *i i ti «litt·· *

&phgr; tt * t ClItI I · i * * *

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Axialkolbenmaschine dargestellt, bei der die Lagerung der Welle 1 dem Stand der Technik entspricht: Auf der Seite der Wiege 2 ist die Welle 1 über ein Wälzlager 3 im Gehäuse 4 gelagert, und auf der gegenüberliegenden Seite über das Wälzlager 5 im Deckel 6. Die von der Welle 1 angetriebene Kolbentrommel 7 mit den Zylindern 8 läuft in der üblichen Weise auf der Steuerscheibe 9 um, welche auf ihrer der Kolbentrommel 7 zugewandten, zur Zeichenebene senkrecht stehenden Fläche,, die nicht dargestellten Steuernieren aufweist.

Die Wälzkörper 10 des Lagers 5 rollen dabei innen direkt auf der Oberfläche der Welle 1 ab und außen in der Lauffläche des Außenringes 11, der sich im Deckel 6 abstützt und axial bis in den F^reich des Steuerspiegeis hinein erstreckt, jedoch ohne diese zu berühren.

Fig. 2 zeigt eine Axialkolbenmaschine mit einer erfindungsgemäßen Lagerung ~er Welle 1. Der Steuerspiegel 9 ist dabei so stark dimensioniert, daß er mit einer zylindrischen Innenfläche direkt als Laufbahn für die Wälzkörper verwendet werden kann. Die Seitenführung für die Wälzkörper 10 ist bereits in den Steuerspiegel 9 eingearbeitet. Der Steuerspiegel ist hier im Deckel 6 zentriert und mit diesem beispielsweise durch nicht dargestellte Paßstifte verbunden, um ein Mitdrehen mit der Kolbentrommel 7 zu verhindern.

Fig. 3 zeigt eine der Fig. 2 ähnliche Anordnung, wobei lediglich dem Lager noch ein Wellendichtung 12 hinzugefügt wurde.

Fig. 4 zeigt in einer der Fig. 2 ähnlichen Anordnung die Verwendung eines sphärisch geformten Steuerspiegels 9.

In Fig. 5 weist der Steuerspiegel 9 wiederum die der Fig. 2 entsprechende Gestalt auf, jedoch erfolgt die Radialabstutzüng

# * I I 4*4 *· 4 * 4 * * * * t t I

M «H II« I «II t t * * 9 UM« II«·* !III III ·

· ■

I > la«

·· et·

AA

- 10 -

nicht über den Deckel 6, sondern über eine Zwischenscheibe 13, }. welche sowohl mit dem Deckel 6 als auch mit dem Gehäuse

fest verbunden ist. K 5 i<i In dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel dagegen ist sowohl ■ die axiale als auch die radiale Festlegung des Steuerspiegels ; sowie deren Verdrehsicherung durch die Stifte der Niederhaltung

realisiert. 10 In Fig. 7 wird als eine weitere Möglichkeit der radialen Abstützung des Steuerspiegels 9 die Zentrierung im Gehäuse dargestellt, was jedoch entweder einen vom Durchmesser her relativ großen Steuerspiegel 9 erfordert oder eine die Montage der Axialkolbenmaschine erschwerende,verkleinerte öffnung des Gehäuses 4, bzw. dessen mehrteilige Ausbildung.

Fig. 8 zeigt ein hydrostatisches Getriebe aus zwei hintereinandergeschalteten Axialkolbenmaschinen, wobei die beiden Kolbentrommeln, die um getrennte Wellen 1 rotieren, auf den zwei einander entgegengesetzten Seiten ein und desselben Steuerspiegeis umlaufen, der radial und axial in dem an dieser Stalle geteilten Gehäuse 4 der Äxialkolbenmaschinen zentriert ist.

25 Allen Ausfuhrungsformen ist jedoch gemeinsam, daß die Wälzkörper 10 auf einer zylindrischen Innenfläche des Steuerspiegels 9 abrollen, so daß dieser zur sowohl radialen als auch axialen Aufnahme der Lagerkräfte in der Lage sein muß. Zusätzlich ist eine Verdrehsicherung des Steuerspiegels 9 gegenüber der Kolbentrommel 7 notwendig.

36

4 Φ * I lift I I

Claims

OERLIKON-BOEHRINGER GMBH ■ HaX/BCh 21 115/21 116 8· Sept' 1986 Lagerung von Axialkolbenmaschinen

1. Wälzlagerung für die Steuerspiegelseite der Welle von Axialkolbenmaschinen, wobei die Wälzkörper innen direkt auf der Welle abrollen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Steuersp-'sgels (9) größer ist als die Breite der Wälzkörper (1O)₇ und die Wälzkörper (10) außen direkt xm Steuerspiegel (9) abrollen.

2. Lagerung najh Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerspiegel (9) Seitenführungen für die Wälzkörper (10) aufweist.

3. Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerspiegel (9) im Deckel (6) zentriert ist.

4. Lagerung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerspiegel (9) in einer Zwischenscheibe (13) zentriert ist.

5. Lagerung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet. daß die Steuerspiegel (9) im Gehäuse (4) der Axialkolbenmaschine zentriert ist.

I a III

· · III

It« I lit

■* · I I

_ &ogr;

6. Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerspiegel (9) über Paßstifte von der Wiegenniederhalterung zentriert wird.

7. Wälzlagerung für zwei als hydraulisches Getriebe in Reihe geschaltete Äxialkolbenmaschinenmit gleicher Drehachse, dadurch gekennzeichnet, daß beide steuerspiegelseitigen Wälz lager ungen (5):--der Wellen (1) der beiden Axialkolbenmaschinen ohne Lageraußenring direkt im gemeinsamen Steuerspiegel (9) umlaufen.

15

20

25

30

35

It ti* 11 III