EP1898088B1 - Schallgedämpfte und/oder schallgedämmte Axialkolbenmaschine - Google Patents

Schallgedämpfte und/oder schallgedämmte Axialkolbenmaschine Download PDF

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EP1898088B1
EP1898088B1 EP20070112283 EP07112283A EP1898088B1 EP 1898088 B1 EP1898088 B1 EP 1898088B1 EP 20070112283 EP20070112283 EP 20070112283 EP 07112283 A EP07112283 A EP 07112283A EP 1898088 B1 EP1898088 B1 EP 1898088B1
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EP
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axial piston
elastomer layer
piston engine
swashplate
bearing
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Martin Cichon
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/20—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block
    • F04B1/2014—Details or component parts
    • F04B1/2078—Swash plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/20—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block
    • F04B1/2014—Details or component parts
    • F04B1/2078—Swash plates
    • F04B1/2085—Bearings for swash plates or driving axles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • 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 from the US 4508011 known.
  • the invention has for its object to provide an axial piston machine with reduced noise.
  • 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 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 is an axial piston machine 1 with a swivel plate designed as a pivoting or pivotally mounted swash plate 2 shown.
  • 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.
  • swash plate 2 In the illustration according to Fig. 1 the swash plate 2 is shown in a slanted position, whereas the swash plate 2 in Fig. 2 a non-inclined, that is arranged orthogonal to the shaft 4 position. If the shaft 4 is set in rotation in the latter position of the swash plate 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 the pressure kidney or suction kidney alternately 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 main body of the swash plate 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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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine derartige Axialkolbenmaschine, bei der die Schrägscheibe als Schwenkwiege ausgebildet ist, ist aus der US 4508011 bekannt.
  • Der Erfindung liegt 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.
  • 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.
  • 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.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 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.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • 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 (9)

  1. 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, wobei zur Reduzierung der Körperschallausbreitung von den Kolben (9) über die Schrägscheibe (2) an das Gehäuse (3) mindestens eine Elastomerschicht (22, 23, 28) vorgesehen ist,
    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.
  2. 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.
  3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, 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.
  4. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (22, 23, 28) parallel zu einer den Kolben (9) zugewandten Gleitoberfläche (11) der Schrägscheibe (2) angeordnet ist.
  5. 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.
  6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, 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.
  7. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (27) als Gleitlager ausgeführt ist.
  8. Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (27) als Wälzlager ausgeführt ist.
  9. 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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