EP1898088A2 - Schallgedämpfte und/oder schallgedämmte Axialkolbenmaschine - Google Patents
Schallgedämpfte und/oder schallgedämmte Axialkolbenmaschine Download PDFInfo
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- F04B53/001—Noise damping
Definitions
- the invention relates to an axial piston machine according to the preamble of claim 1.
- Such axial piston machine in which the swash plate is formed as a pivoting cradle is, for example, the DE 199 60 941 A1 known.
- the pistons perform periodic movements in the axial direction, wherein sucked in the direction of movement of a control plate away the fluid from a suction kidney and in the opposite movement, the fluid is conveyed into a pressure kidney.
- a disadvantage of the known axial piston machine is the structure-borne sound transmission through the swash plate or swivel cradle through to the housing, which thereby tends to produce a strong noise generating mechanical vibrations.
- the formation of structure-borne noise is due to the generally high delivery pressures, which act on the piston and on the cylinder body high forces with varying amplitude and the components are excited to vibrate.
- the invention is therefore based on the object to propose an axial piston machine with reduced noise.
- the invention is based on the idea to minimize structure-borne noise propagation via the swash plate to the axial piston machine housing.
- at least one elastomer layer is provided according to the invention, which is arranged within the swash plate or in the region of the swash plate. It is essential that the elastomer layer is arranged such that the structure-borne sound waves must pass through the elastomer layer on the way to the housing.
- the elastomer layer is arranged within the force flow of the force acting on the swash plate of the piston forces.
- the pistons can be supported directly or indirectly via sliding blocks on the swashplate.
- the housing vibrations are reduced, since by means of the elastomer layer, vibration energy is dissipated in the form of heat and / or structure-borne sound waves are reflected.
- the elastomer layer thus has damping and / or insulation function.
- the elastomer layer a lower modulus of elasticity and / or a lower density than the adjacent to them metallic components of the swash plate.
- an impedance jump is realized at the interface between a metallic component of the swash plate and the adjacent elastomer layer, which reflects the structure-borne sound waves.
- the greater this impedance jump the greater the proportion of reflected structure-borne sound waves, resulting in improved noise reduction.
- a higher material damping property of the elastomer results in the dissipation of vibrational energy in the form of heat. Accordingly, the damping is improved with increasing damping property of the elastomer.
- the swash plate is made in several parts, in particular in two parts. Between the at least two parts, at least one elastomer layer is arranged in an embodiment of the invention.
- at least one elastomer layer with two metal layers or metal components are arranged alternately. The more elastomer layers are provided with adjacent metal layers, the better the effect of noise reduction.
- the individual components of the swash plate rest not only on the elastomer layer, but that they are held together by the elastomer layer.
- no further connecting means such as grooves, screws, etc. are provided except the elastomer layer, whereby sound bridges are avoided.
- Elastomer material is preferably introduced between the components in the manufacture of the swash plate, whereupon the metal components together with the Elastomer layer, in particular made of rubber or with a rubber portion vulcanized.
- the elastomer layer is arranged parallel to the sliding surface of the swash plate, the swash plate thus has at least two components facing each other parallel surfaces, between which the elastomer layer is arranged.
- the flow rate of the axial piston machine is variable, is provided in an embodiment of the invention advantageously that the swash plate is pivotally mounted within the housing, that is designed as a pivoting cradle.
- the elastomer layer is preferably arranged in the region of the bearing of the pivoting cradle.
- one or more elastomer layers can be arranged within the swash plate, preferably parallel to the sliding surface.
- One way to integrate the elastomer layer into the bearing is to place the elastomer layer between a bearing shell of the bearing and the housing and / or between a bearing shell and the swashplate, so that the structure-borne sound waves must pass through the elastomer layer on its way to the housing.
- the bearing shell is made of a low-wear material, in particular bronze, so that a sliding pair of bronze and steel is formed.
- the bearing can also be designed as a rolling bearing, wherein the rolling bearing is buffered with respect to the housing and / or against the swash plate via at least one elastomer layer.
- the elastomer layer is not formed in one layer or in one piece, but consists of several, preferably different, in particular interconnected, material layers. As a result, further impedance jumps can be realized within the elastomer layer.
- FIG. 1 shows an axial piston machine 1 with a swashplate 2 designed as a pivoting cradle or pivotably mounted.
- the axial piston machine 1 has a housing 3 in which a shaft 4 is rotatably supported by means of two roller bearings 5, 6 spaced apart in the axial direction.
- the shaft 4 is rotatably connected to a cylinder body 7, wherein within the cylinder body 7 distributed over the circumference of the cylinder body 8 in the axial direction parallel to the shaft 4 movable piston 9 are arranged.
- the pistons 9 rotate together with the shaft 4 and the cylinder body 7 in the circumferential direction and are supported by sliding shoes 10 on the sliding surface 11 of the swash plate 2 from.
- the cylinder body 7 is sprung against a control plate 13, in which a suction kidney 14 and a pressure kidney 15 are introduced.
- the control plate 13 rests with the right side in the drawing plane on a connection plate 16 in such a way that the suction kidney 14 at a suction port 17 and the pressure kidney 15 at a pressure port 18 are.
- the pistons 9 perform periodic movements in the axial direction parallel to the shaft 4, wherein in the direction of movement of the control plate 13, the fluid is sucked from the suction kidney 14, wherein the fluid is conveyed in the opposite direction of pressure in the print kidney 15.
- the swashplate 2 is shown in an oblique position, whereas the swashplate 2 in FIG. 2 shows a non-inclined, i. orthogonal to the shaft 4 arranged position occupies. If the shaft 4 is set in rotation in the latter position of the swashplate 2, the pistons 9 do not move axially, but only in the circumferential direction and there is no fluid delivery, but the pistons when passing over the pressure kidney or suction kidney alternate with delivery pressure or suction pressure applied.
- the swash plate 2 is formed from three parallel components 19, 20, 21, wherein the sliding surface 11 is formed by the component 19 made of metal.
- Component 21 forms a base body of the swashplate 2
- component 20 is designed as an intermediate layer between the component 19 and component 21 (see FIG. 3).
- an elastomer layer 22, 23 is arranged in each case, wherein the components 19, 20, 21 are held together exclusively by the elastomer layers 22, 23.
- the elastomer layers 22, 23 have a lower modulus of elasticity and a lower density than the components 19, 20, 21 made of metal, in particular made of steel, so that at the boundary surfaces 24, 25 between the component 19 and the elastomer layer 22 and between the component 20 and the elastomer layer 23 an impedance jump is realized, due to which the structure-borne sound waves are reflected back in the direction of the piston 9. Due to the damping property of the elastomer material, there is simultaneously a dissipation of the vibration energy in the form of heat.
- the bearing shell 26 of the bearing 27 designed as a slide bearing is connected to the housing 3 via an elastomer layer 28 for the pivotable mounting of the swashplate 2. This results in a plurality of spaced locations of the swash plate 2, both a vibration damping and a vibration isolation.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Eine derartige Axialkolbenmaschine, bei der die Schrägscheibe als Schwenkwiege ausgebildet ist, ist beispielsweise auch der
DE 199 60 941 A1 bekannt. Durch die Rotation des Zylinderkörpers um die Zylinderachse und durch die kinematische Führung der Kolben in den Zylinderbohrungen sowie an der Schrägscheibe bzw. Schwenkwiege führen die Kolben periodische Bewegungen in axialer Richtung aus, wobei in der Bewegungsrichtung von einer Steuerplatte weg das Fluid aus einer Saugniere angesaugt und in der entgegengesetzten Bewegung das Fluid in eine Druckniere gefördert wird. Nachteilig bei der bekannten Axialkolbenmaschine ist die Körperschallweiterleitung durch die Schrägscheibe bzw. Schwenkwiege hindurch an das Gehäuse, welches hierdurch zu ein starkes Geräusch erzeugenden mechanischen Schwingungen neigt. Die Entstehung des Körperschalls ist auf die im allgemeinen hohen Förderdrücke zurückzuführen, wodurch auf die Kolben und auf den Zylinderkörper hohe Kräfte mit wechselnder Amplitude wirken und die Bauteile zu Schwingungen angeregt werden. - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine mit reduzierter Geräuschentwicklung vorzuschlagen.
- Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Körperschallausbreitung über die Schrägscheibe an das Axialkolbenmaschinengehäuse zu minimieren. Hierzu ist erfindungsgemäß mindestens eine Elastomerschicht vorgesehen, die innerhalb der Schrägscheibe oder im Bereich der Schrägscheibe angeordnet ist. Wesentlich ist, dass die Elastomerschicht derart angeordnet wird, dass die Körperschallwellen die Elastomerschicht auf dem Weg zum Gehäuse passieren müssen. Hierzu ist die Elastomerschicht innerhalb des Kraftflusses von dem auf die Schrägscheibe von den Kolben wirkenden Kräften angeordnet. Dabei können sich die Kolben direkt oder indirekt über Gleitschuhe an der Schrägscheibe abstützen. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen mindestens einer Elastomerschicht werden die Gehäuseschwingungen vermindert, da mittels der Elastomerschicht Schwingungsenergie in Form von Wärme dissipiert und/oder Körperschallwellen reflektiert werden. Die Elastomerschicht hat also Dämpfungs- und/oder Dämmungsfunktion.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Elastomerschicht ein geringeres Elastizitätsmodul und/oder eine geringere Dichte aufweist als die an sie angrenzenden metallischen Bauteile der Schrägscheibe. Hierdurch wird an der Grenzfläche zwischen einem metallischen Bauteil der Schrägscheibe und der angrenzenden Elastomerschicht ein Impedanzsprung realisiert, der die Körperschallwellen reflektiert. Je größer dieser Impedanzsprung ist, desto größer ist der Anteil der reflektierten Körperschallwellen, was in einer verbesserten Geräuschreduzierung resultiert. Eine höhere Materialdämpfungseigenschaft des Elastomers führt zur Dissipation von Schwingungsenergie in Form von Wärme. Demnach wird die Dämpfung mit zunehmender Dämpfungseigenschaft des Elastomers verbessert.
- Bevorzugt ist die Schrägscheibe mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgeführt. Zwischen den mindestens zwei Teilen ist in Ausgestaltung der Erfindung mindestens eine Elastomerschicht angeordnet. Bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine sind daher mindestens eine Elastomerschicht mit zwei Metallschichten bzw. Metallbauteilen im Wechsel angeordnet. Je mehr Elastomerschichten mit daran angrenzenden Metallschichten vorgesehen werden, desto besser ist der Effekt der Geräuschreduzierung.
- In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die einzelnen Bauteile der Schrägscheibe nicht nur auf der Elastomerschicht aufliegen, sondern dass diese von der Elastomerschicht zusammengehalten werden. Bevorzugt sind außer der Elastomerschicht keine weiteren Verbindungsmittel wie Nuten, Schrauben, etc. vorgesehen, wodurch Schallbrücken vermieden werden. Bevorzugt wird bei der Herstellung der Schrägscheibe Elastomermaterial zwischen die Bauteile eingebracht, woraufhin die Metallbauteile zusammen mit der Elastomerschicht, insbesondere aus Kautschuk oder mit einem Kautschukanteil, vulkanisiert werden.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Elastomerschicht parallel zur Gleitoberfläche der Schrägscheibe angeordnet ist, die Schrägscheibe also mindestens zwei Bauteile mit einander zugewandten Parallelflächen aufweist, zwischen denen die Elastomerschicht angeordnet ist.
- Damit die Förderleistung der Axialkolbenmaschine variierbar ist, ist in Ausgestaltung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass die Schrägscheibe verschwenkbar innerhalb des Gehäuses gelagert, also als Schwenkwiege ausgebildet ist. Zur Minimierung der Körperschallweiterleitung an das Gehäuse ist die Elastomerschicht bevorzugt im Bereich des Lagers der Schwenkwiege angeordnet. Selbstverständlich kann zusätzlich oder alternativ zur gedämpften Lagerung des Lagers eine oder mehrere Elastomerschichten innerhalb der Schrägscheibe, bevorzugt parallel zur Gleitoberfläche angeordnet werden.
- Eine Möglichkeit zur Integration der Elastomerschicht in das Lager besteht darin, zwischen einer Lagerschale des Lagers und dem Gehäuse und/oder zwischen eine Lagerschale und der Schrägscheibe die Elastomerschicht anzuordnen, so dass die Körperschallwellen die Elastomerschicht auf ihrem Weg zum Gehäuse passieren müssen. Insbesondere bei der Ausbildung des Lagers als Gleitlager ist es von Vorteil, wenn die Lagerschale aus einem verschleißarmen Material, insbesondere aus Bronze ausgebildet ist, so dass eine Gleitpaarung aus Bronze und Stahl gebildet ist.
- Alternativ kann das Lager auch als Wälzlager ausgeführt werden, wobei das Wälzlager gegenüber dem Gehäuse und/oder gegenüber der Schrägscheibe über mindestens eine Elastomerschicht abgepuffert ist.
- Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Elastomerschicht nicht einlagig oder einstückig ausgebildet ist, sondern aus mehreren, vorzugsweise unterschiedlichen, insbesondere miteinander verbundenen, Materiallagen besteht. Hierdurch können weitere Impedanzsprünge innerhalb der Elastomerschicht realisiert werden.
- Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Figuren erläutert.
- Es zeigen:
- Fig. 1:
- eine schematische geschnittene Darstellung einer Axialkolbenmaschine mit einer als Schwenkwiege ausgebildeten Schrägscheibe,
- Fig. 2:
- eine um 90° gedrehte Ansicht von Fig. 1,
- Fig. 3:
- ein Detail aus den Fig. 1 und 2, das den mehrteiligen Aufbau der Schrägscheibe zeigt und
- Fig. 4:
- ein Detail aus Fig. 2, aus dem die Abpufferung einer Lagerschale eines Gleitlagers gegenüber dem Axialkolbengehäuse mittels einer Elastomerschicht gezeigt ist.
- In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
- In Fig. 1 ist eine Axialkolbenmaschine 1 mit einer als Schwenkwiege ausgebildeten bzw. schwenkbar gelagerten Schrägscheibe 2 dargestellt. Die Axialkolbenmaschine 1 besitzt ein Gehäuse 3, in dem eine Welle 4 mit Hilfe zweier in axialer Richtung beabstandeter Wälzlager 5, 6 drehbar gelagert ist. Die Welle 4 ist mit einem Zylinderkörper 7 drehfest verbunden, wobei innerhalb von über den Umfang des Zylinderkörpers 7 verteilten Zylinderbohrungen 8 in axialer Richtung parallel zur Welle 4 bewegbare Kolben 9 angeordnet sind. Die Kolben 9 rotieren zusammen mit der Welle 4 und dem Zylinderkörper 7 in Umfangsrichtung und stützen sich dabei mit Gleitschuhen 10 auf der Gleitoberfläche 11 der Schrägscheibe 2 ab. Mit Hilfe einer Schraubendruckfeder 12 wird der Zylinderkörper 7 gegen eine Steuerplatte 13 angefedert, in der eine Saugniere 14 und eine Druckniere 15 eingebracht sind. Die Steuerplatte 13 liegt mit der in der Zeichnungsebene rechten Seite an einer Anschlussplatte 16 in der Weise an, dass sich die Saugniere 14 an einem Sauganschluss 17 und die Druckniere 15 an einem Druckanschluss 18 befinden. Durch die Rotation des Zylinderkörpers 7 um die nicht eingezeichnete Zylinderachse und durch die kinematische Führung der Kolben 9 in den Zylinderbohrungen 8 und an der Schrägscheibe 2 bzw. an der Schwenkwiege führen die Kolben 9 periodische Bewegungen in axialer Richtung parallel zur Welle 4 aus, wobei in der Bewegungsrichtung von der Steuerplatte 13 weg das Fluid aus der Saugniere 14 angesaugt wird, wobei das Fluid in der entgegengesetzten Bewegungsrichtung in die Druckniere 15 gefördert wird.
- In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist die Schrägscheibe 2 in einer Schrägposition dargestellt, wohingegen die Schrägscheibe 2 in Fig. 2 eine nicht geneigte, d.h. orthogonal zur Welle 4 angeordnete Position einnimmt. Wird die Welle 4 in letzterer Position der Schrägscheibe 2 in Rotation versetzt, bewegen sich die Kolben 9 nicht axial, sondern nur in Umfangsrichtung und es erfolgt keine Fluidförderung, wohl aber werden die Kolben beim Überstreichen der Druckniere bzw. Saugniere abwechselnd mit Förderdruck bzw. Saugdruck beaufschlagt.
- Befindet sich die Schrägscheibe 2 in Betriebsposition gemäß Fig. 1 wirken auf die Kolben hohe Kräfte mit wechselnder Amplitude, wodurch Körperschallwellen entstehen. Zur Reduzierung der Körperschallweiterleitung durch die Schrägscheibe 2 hindurch zu dem Gehäuse 3 ist die Schrägscheibe 2 aus drei parallelen Bauteilen 19, 20, 21 ausgebildet, wobei die Gleitoberfläche 11 von dem Bauteil 19 aus Metall gebildet ist. Bauteil 21 bildet einen Grundkörper der Schrägscheibe 2 aus, wohingegen Bauteil 20 als Zwischenschicht zwischen dem Bauteil 19 und Bauteil 21 ausgeführt ist (vgl. Fig. 3). Zwischen dem Bauteil 19 und dem Bauteil 20 sowie zwischen dem Bauteil 20 und dem Bauteil 21 ist jeweils eine Elastomerschicht 22, 23 angeordnet, wobei die Bauteile 19, 20, 21 ausschließlich durch die Elastomerschichten 22, 23 zusammengehalten werden. Die Elastomerschichten 22, 23 weisen ein geringeres Elastizitätsmodul und eine geringere Dichte auf als die Bauteile 19, 20, 21 aus Metall, insbesondere aus Stahl, so dass an den Grenzflächen 24, 25 zwischen dem Bauteil 19 und der Elastomerschicht 22 sowie zwischen dem Bauteil 20 und der Elastomerschicht 23 ein Impedanzsprung realisiert ist, aufgrund dessen die Körperschallwellen zurück in Richtung der Kolben 9 reflektiert werden. Aufgrund der Dämpfungseigenschaft des Elastomermaterials erfolgt gleichzeitig eine Dissipierung der Schwingungsenergie in Form von Wärme.
- Zur zusätzlichen Verminderung einer Geräuschentwicklung ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Lagerschale 26 des als Gleitlager ausgebildeten Lagers 27 zur verschwenkbaren Lagerung der Schrägscheibe 2 über eine Elastomerschicht 28 mit dem Gehäuse 3 verbunden ist. Hierdurch erfolgt an mehreren beabstandeten Stellen der Schrägscheibe 2 sowohl eine Schwingungsdämpfung als auch eine Schwingungsdämmung.
Claims (10)
- Axialkolbenmaschine mit einem Gehäuse (3) und mit in Zylinderbohrungen (8) eines innerhalb des Gehäuses (3) rotierbaren Zylinderkörpers (7) angeordneten Kolben (9), die sich auf einer Schrägscheibe (2) abstützen,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Reduzierung der Körperschallausbreitung von den Kolben (9) über die Schrägscheibe (2) an das Gehäuse (3) mindestens eine Elastomerschicht (22, 23, 28) vorgesehen ist. - Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (22, 23, 28) ein geringeres Elastizitätsmodul und/oder eine geringere Dichte aufweist als die metallischen Bauteile (19, 20, 21) der Schrägscheibe.
- Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägscheibe (2) mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgeführt ist und dass die Elastomerschicht (22, 23, 28) zwischen mindestens zwei Teilen (19, 20, 21, 26) der Schrägscheibe (2) angeordnet ist.
- Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Teile (19, 20, 21, 26) der Schrägscheibe (2), vorzugsweise ausschließlich, über die Elastomerschicht (22, 23, 28) miteinander verbunden sind.
- Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (22, 23, 28) parallel zu einer den Kolben (9) zugewandten Gleitoberfläche (11) der Schrägscheibe (2) angeordnet ist.
- Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägscheibe (2) als mit mindestens einem Lager (27) im Gehäuse (2) gelagerte Schwenkwiege ausgebildet ist und dass die Elastomerschicht (28) in das Lager (27) integriert ist.
- Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (28) zwischen einer Lagerschale (26), insbesondere aus Bronze, und dem Gehäuse (2), insbesondere aus einer Eisenlegierung, vorzugsweise Gusseisen, und/oder zwischen einer Lagerschale, insbesondere aus Bronze, und der Schrägscheibe (2), insbesondere aus einer Eisenlegierung, vorzugsweise Gusseisen, angeordnet ist.
- Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (27) als Gleitlager ausgeführt ist.
- Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (27) als Wälzlager ausgeführt ist.
- Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastormerschicht (22, 23, 28) mehrlagig ist, wobei mindestens zwei Lagen aus einem unterschiedlichen Material bestehen.
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