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Die Erfindung bezieht sich auf ein Lagerelement, auf ein Gleitlager mit einem derartigen Lagerelement zur Lagerung einer Triebwelle einer Hydromaschine und eine Hydromaschine mit einem derartigen Gleitlager.
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In der Druckschrift
DE 103 00 070 A1 ist eine Hydromaschine in Form einer Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise offenbart. Diese hat eine mit einem Triebwerk verbundene Triebwelle. Diese ist über zwei in X-Anordnung angeordnete Wälzlager in einem Maschinengehäuse in Radial- und Axialrichtung gelagert. Im Betrieb der Axialkolbenmaschine kommt es aufgrund der auf die Triebwelle wirkenden unsymmetrischen Triebkräfte des Triebwerks zu einer Wellendurchbiegung der Triebwelle. Dies führt zu einer äußerst ungleichmäßigen Belastung der Wälzlager, wodurch diese einen höheren Verschleiß aufweisen, was wiederum zu einer vergleichsweise geringen Lebensdauer und kürzeren Wartungsintervallen führt. Des Weiteren ist mit derartigen Wälzlagern ein Fluchtungsfehler der Lager, bei dem diese zu einer Längsachse der Triebwelle versetzt angeordnet sind, im Wesentlichen nicht ausgleichbar, was ebenfalls zu einem höheren Verschleiß der Wälzlager aufgrund unsymmetrischer Belastungen führt.
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Das Dokument
DE 102 20 610 B4 offenbart eine Axialkolbenmaschine mit einer Triebwelle, die zum Einen mit einem Wälzlager wälzgelagert und zum Anderen mit einem Kalottenlager gleitgelagert ist. Das Kalottenlager hat eine mit der Triebwelle fest verbundene innere Lagerhülse, die eine äußere Zylinderfläche als Gleitfläche aufweist. Die Lagerhülse gleitet in einer zylinderförmigen Innenmantelfläche eines drehfest angeordneten Ringelements, das eine im Querschnitt konvex ausgebildete Außenmantelfläche aufweist. Das Ringelement ist wiederum mit seiner konvex ausgebildeten Außenmantelfläche verschwenkbar um eine sich radial zur Längsachse der Triebwelle erstreckenden Schwenkachse in einem weiteren äußeren Ringelement mit einer konkav ausgebildeten Innenmantelfläche gelagert, wobei das weitere Ringelement in einem Maschinengehäuse fixiert ist. Zum drehfesten Verbinden des verschwenkbaren inneren Ringelements mit dem äußeren Ringelement ist ein von der Außenmantelfläche des inneren Ringelements auskragender Stift vorgesehen, der in ein im äußeren Ringelement ausgebildeten Langloch eingetaucht ist. Eine Längsachse des Langlochs erstreckt sich in Richtung der Längsachse der Triebwelle. Eine Wellendurchbiegung der Triebwelle kann aufgrund des Verschwenkbaren inneren Ringelements des Kalottenlagers ausgeglichen werden. Nachteilig hierbei ist, dass das Kalottenlager vorrichtungstechnisch äußert aufwendig ausgestaltet ist und einen hohen Bauraumbedarf aufweist.
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Das Dokument
DE-PS 923 631 offenbart eine durch zwei Gleitlager gelagerte Welle, wobei die Gleitlager einen Ausgleich einer Wellendurchbiegung der Welle ermöglichen. Eine Ausführungsform eines Gleitlagers hat hierbei ein ringförmiges membranartiges Lagerelement, in dessen innerer Ringfläche eine Ringnut eingebracht ist, wodurch zwei voneinander beabstandete Ringstege gebildet sind, die fest mit einer Gleitbuchse verbunden sind. In dieser ist die Welle dreh- und axial verschiebbar geführt. Eine Außenfläche des membranartigen Lagerelements ist in seinem Querschnitt konvex ausgebildet und gleitend und verschwenkbar in einer entsprechend konkaven Innenmantelfläche eines Maschinengehäuses geführt. Eine Wellendurchbiegung der Welle kann zum Einen durch Verformung des membranartigen Lagerelements und zum Anderen durch verschwenken des Lagerelements relativ zum Maschinengehäuse ausgeglichen werden. Nachteilig hierbei ist ebenfalls die vorrichtungstechnisch äußerst aufwendige Ausgestaltung des Gleitlagers. Des Weiteren ist nachteilig, dass bei einer Verformung des Lagerelements ein Kraftfluss zwischen Lagerelement und der Gleitbuchse über die Ringstege verläuft, wodurch in Bereich der Ringstege große Spannungen auftreten. Diese können nachteilig zu einer Verformung der Ringstege führen, was wiederum eine Lösung der Verbindung zwischen dem Lagerelement und der Gleitbuchse zur Folge haben kann. Des Weiteren bedürfen auch die Gleitlager dieser Druckschrift eines großen Bauraums und sind vergleichsweise schwierig aufgrund des balligen Außenumfangs der Lagerelemente montierbar.
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Das Dokument
DE 10 2007 018 794 A1 zeigt ein Gleitlager für eine Welle. Hierbei ist ein elastisch verformbares ringförmiges Lagerelement vorgesehen, dass im Querschnitt L-förmig ausgestaltet ist und eine breite äußere Zylinderfläche und eine schmale innere Zylinderfläche aufweist. Über die schmale innere Zylinderfläche ist das Lagerelement fest mit der Welle verbunden, während die äußere Zylinderfläche als Gleitfläche dient über die das Lagerelement gleitend in einer fest mit einem Gehäuse verbundenen Lagerbuchse angeordnet ist. Eine Wellendurchbiegung der Welle wird hierbei durch eine elastische Verformung des Lagerelements ausgeglichen, allerdings führt die Verformung des Lagerelements nachteilig dazu, dass die äußere Zylinderfläche, also die Gleitfläche des Lagerelements, stark verformt wird, wodurch das Gleitlager einem vergleichsweise hohen Verschleiß unterworfen ist.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lagerelement, ein Gleitlager und eine Hydromaschine zu schaffen, die vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig aufgebaut sind und einen geringen Verschleiß aufweisen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Lagerelement gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Gleitlager gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 12 und durch eine Hydromaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 13.
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Erfindungsgemäß hat ein Lagerelement, das für ein Gleitlager zur Lagerung einer Triebwelle einer Hydromaschine eingesetzt ist, eine innere Ringfläche, zum drehfesten Verbinden mit der Triebwelle. Die innere Ringfläche kann hierbei insbesondere als Zylinderfläche ausgebildet sein. Eine äußere Ringfläche des Lagerelements, die ebenfalls insbesondere als Zylinderfläche ausgebildet sein kann, dient als Radialgleitfläche. Über diese ist das Lagerelement gleitend in einer Lageraufnahme, bei der es sich insbesondere um eine in einem Maschinengehäuse der Hydromaschine angeordnete Lagerbuchse handeln kann, drehbar gelagert. Die Ringflächen sind über einen elastisch verformbaren Tragsteg verbunden. Dieser ist dabei derart ausgestaltet, dass bei einer Wellendurchbiegung der Triebwelle und/oder bei einem Fluchtungsfehler – der auftritt, wenn mehrere Gleitlager einer Triebwelle versetzt zur Triebwellenachse, beispielsweise in einem Maschinengehäuse, angeordnet sind – im Wesentlichen der Tragsteg des Lagerelements elastisch verformbar ist, um die Wellendurchbiegung und/oder den Fluchtungsfehler auszugleichen.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass bei der Wellendurchbiegung der Triebwelle und/oder bei einem Fluchtungsfehler nicht die Ringflächen sondern im Wesentlichen nur der Tragsteg elastisch verformt wird, wodurch die äußere Ringfläche weiterhin mit einer großen Abstützfläche und mit verbesserten oder im Wesentlichen gleichbleibenden Abstützdruck im Vergleich zum Stand der Technik in der Lagerbuchse gleiten kann. Durch die vorteilhafte Anordnung der Radialgleitfläche am Außenumfang des Lagerelements, ist eine Winkelgeschwindigkeit zwischen der Lagerbuchse und der Radialgleitfläche deutlich größer als bei einer Anordnung der Radialgleitfläche zwischen Triebwelle und Lagerelement. Dies führt dazu, dass eine hydrodynamische Gleitlagerung zwischen dem Lagerelement und der Lagerbuchse verbessert ist, da eine Haftreibung und/oder eine Mischreibung bei vergleichsweise geringer Drehzahl überwunden werden kann.
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Mit Vorteil ist der Tragsteg ringförmig ausgebildet, wodurch im Betrieb der Hydromaschine bei einer Drehung der Triebwelle eine im Wesentlichen gleichmäßige Spannungsverteilung im Lagerelement vorherrscht. Zusätzlich können die Ringflächen zylinderförmig ausgestaltet sein. Des Weiteren kann der Tragsteg außermittig des Lagerelements angeordnet sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Lagerelement vorrichtungstechnisch einfach einstückig ausgebildet. Der Tragsteg wird hierbei durch eine in die Stirnseite des Lagerelements zwischen den Ringflächen eingebrachte Ringaussparung gebildet.
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Mit Vorteil kann eine von der Ringaussparung wegweisende Stirnfläche des Lagerelements zumindest abschnittsweise als Axialgleitfläche eingesetzt werden, wodurch das Lagerelement für ein Gleitlager zur axialen und radialen Lagerung einsetzbar ist.
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Bevorzugter Weise weist die Ringaussparung einen etwa kegel- oder kegelstumpfförmigen Querschnitt auf. Der Querschnitt erstreckt sich hierbei entlang einer Schnittebene in der die Längsachse des Gleitlagers liegt. Der Querschnitt der Ringaussparung verjüngt sich hierbei in Richtung der von der Ringaussparung wegweisenden Stirnfläche. Hierdurch sind zwei sich in Richtung des Tragrings verbreiternde Hülsenabschnitte im Lagerelement ausgebildet. Die Verbreiterung der Hülsenabschnitte ist im Wesentlichen an einen Spannungsverlauf im Lagerelement von im Einsatz des Lagerelements auftretenden Spannungen angepasst, wobei in der Regel im Bereich des Tragelements die größten Spannungen vorherrschen können, weshalb hier vorteilhafterweise die Hülsenabschnitte in ihrem Querschnitt am breitesten sind.
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Der durch die in das Lagerelement eingebrachte Ringaussparung gebildete äußere Hülsenabschnitt bzw. der hülsenförmige Außenabschnitt weist die äußere Ringfläche auf. Die Axialgleitfläche ist dann vorzugsweise als kreisringförmiger Flächenabschnitt im Wesentlichen stirnseitig den hülsenförmigen Außenabschnitt ausgebildet. Die Axialgleitfläche kann dabei im Wesentlichen nicht im Bereich des Tragstegs angeordnet sein, wodurch eine elastische Verformung des Stegs die Lagerung in Axialrichtung dann kaum beeinflusst.
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Zur Axialsicherung einer Lagerbuchse kann an der äußeren Ringfläche des Lagerelements ein Radialvorsprung als Stützschulter für diese Lagerbuchse ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist der Radialvorsprung im Bereich einer Ringstirnfläche des hülsenförmigen Außenabschnitts ausgebildet.
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Der durch die Ringaussparung neben dem hülsenförmigen Außenabschnitt gebildete hülsenförmige Innenabschnitt hat eine Ringstirnfläche zum Abstützen an der Triebwelle in Richtung von deren Längsachse.
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Zur großflächigen und gleichmäßigen Übertragung von Biegekräften zwischen der Triebwelle und dem Lagerelement aufgrund der Wellendurchbiegung ist die innere Ringfläche des Lagerelements in Axialrichtung gesehen vergleichsweise breit. Vorzugsweise ist die Breite der inneren Ringfläche dabei größer als die der äußeren Ringfläche.
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Die von der Ringaussparung wegweisende Stirnfläche des Lagerelements erstreckt sich im unbelasteten Zustand im Wesentlichen vorzugsweise senkrecht zur Axialrichtung. Denkbar ist es jedoch auch, diese Strinfläche kegelig oder kalottenförmig auszuführen, um eine größere Axiallagerfläche zu erhalten.
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Erfindungsgemäß hat ein Gleitlager ein erfindungemäßes Lagerelement, wodurch dieses Gleitlager einen äußerst geringen Verschleiß bei einer Wellendurchbiegung und/oder bei einem Fluchtungsfehler unterworfen ist und somit eine hohe Lebensdauer aufweist. Das Gleitlager weist beispielsweise zusätzlich eine Lagerbuchse und eine Anlaufscheibe auf. Ein derartiges Gleitlager kann beispielsweise anstelle herkömmlicher Wälzlager, insbesondere in einer Hydromaschine, eingesetzt werden.
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Eine erfindungsgemäße Hydromaschine, bei der es sich insbesondere um eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, beispielsweise eine Axialkolbenpumpe, handelt, hat eine in einem Maschinengehäuse gelagerte Triebwelle. Zur Lagerung ist hierbei zumindest ein erfindungsgemäßes Gleitlager eingesetzt. Dies führt zu einer Hydromaschine, die vorrichtungstechnisch hinsichtlich ihrer Lagerung vorrichtungstechnisch äußerst einfach aufgebaut ist und einen geringen Verschleiß aufweist, wodurch Wartungsintervalle vergleichsweise lang sein können.
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Mit Vorteil ist zur Aufnahme des Lagerelements des Gleitlagers in einer Lageraussparung des Maschinengehäuses der Hydromaschine eine Lagerbuchse angeordnet. In dieser Lageraussparung, insbesondere am Aussparungsgrund, kann des Weiteren eine Anlaufscheibe angeordnet sein, die mit der Axialgleitfläche des Lagerelements zusammenwirkt.
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Bevorzugter Weise ist die Triebwelle der Hydromaschine über zwei erfindungsgemäße Gleitlager gelagert, wobei im Wesentlichen zwischen den Gleitlagern ein Triebwerk der Hydromaschine angeordnet ist.
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Die Hydromaschine wird vorzugsweise mit einer HF-Flüssigkeit, insbesondere einer HFC-Flüssigkeit betrieben. Bei der HFC-Flüssigkeit handelt es sich insbesondere um eine schwer entflammbare Flüssigkeit auf der Basis einer Lösung von Polymeren (Polyglykolen) in Wasser im Verhältnis von etwa 60:40.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 in einem Längsschnitt eine vereinfachte Darstellung einer Axialkolbenmaschine mit Gleitlagern, die erfindungsgemäße Lagerelemente gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel aufweisen,
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2 einen vergrößerten Ausschnitt der Axialkolbenmaschine aus 1 im Bereich eines Gleitlagers,
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3 einen vergrößerten Ausschnitt der Axialkolbenmaschine aus 1 im Bereich eines anderen Gleitlagers,
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4 in einem Längsschnitt ein Lagerelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
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5 in einer perspektivischen vereinfachten Darstellung einen Längsschnitt durch eine Axialkolbenmaschine mit erfindungsgemäßen Gleitlagern.
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Bei der Axialkolbenmaschine nach 1 handelt es sich um eine Axialkolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise, die vom Typ her von der Anmelderin als A10 VO 45 bezeichnet ist und die auch mit HFC-Flüssigkeiten betrieben wird. Diese hat eine Triebwelle 2, insbesondere eine von der Anmelderin als A10 bezeichnete Triebwelle, die über zwei erfindungsgemäße Gleitlager 4 und 6 in einem Maschinengehäuse 8 der Hydromaschine 1 gleitgelagert. Ist. Die Gleitlager 4 und 6 weisen jeweils ein erfindungsgemäßes Lagerelement 10 bzw. 12 auf, über die Wellendurchbiegungen der Triebwelle und Fluchtungsfehler der Gleitlager 4 und 6 ausgleichbar sind.
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Auf der gleitgelagerten Triebwelle 2 ist in Axialrichtung gesehen zwischen den Gleitlagern 4 und 6 eine Zylindertrommel 13 angeordnet. Diese wird von der Triebwelle 2 durchdrungen, wobei die Zylindertrommel 13 und die Triebwelle 2 drehfest verbunden sind. Die Zylindertrommel 13 weist eine Mehrzahl von etwa parallel zu einer Längsachse der Triebwelle 2 verlaufende Zylinderbohrungen 15 auf. In einer jeweiligen Zylinderbohrung 15 ist jeweils ein Kolben 14 gleitend geführt, die auf ihrer von der Zylindertrommel 13 wegweisenden Seite einen kugelförmigen Kopf 16 aufweisen. Dieser bildet zusammen mit einem Gleitschuh 18 eine Kugelgelenkverbindung, in dem der Kopf 16 in eine korrespondierende Ausnehmung des Gleitschuhs 18 aufgenommen ist. Über die Gleitschuhe 18 stützen sich die Kolben 14 an einer Gleitfläche 20 einer Schrägscheibe 22 ab, wobei die Schrägscheibe 22 über eine in der 1 nicht dargestellte Verstellvorrichtung um eine in der 1 senkrecht zur Zeichenebene sich erstreckende Schwenkachse verschwenkbar ist. Die nicht dargstellte Verstellvorrichtung ist insbesondere in einer Schrägbohrung 24 des Maschinengehäuses 8 angeordnet. Durch die Abstützung der Kolben 14 an der Schrägscheibe 22 führen diese bei einer Drehung der Zylindertrommel 13 eine Hubbewegung aus. Deren Höhe wird dabei durch die Stellung der Schrägscheibe 22 vorgegeben.
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In der Zylindertrommel 13 ist eine zylindrische Aussparung 26 vorgesehen, die sich entlang einer Mittelachse der Zylindertrommel 13 erstreckt und einen größeren Durchmesser als die Triebwelle 2 in diesem Bereich aufweist. Hierdurch ist ein Federraum zwischen der Triebwelle 2 und der Aussparung 26 ausgebildet, in dem eine Druckfeder 28 angeordnet ist. Diese ist hierbei zwischen ein erstes an der Zylindertrommel 13 angeordnetes Federlager 30 und ein zweites an der Triebwelle 2 angeordnetes Federlager 32 gespannt. Durch die Druckfeder 28 wird die Zylindertrommel 13 über das Federlager 30 mit ihrer Stirnfläche 34 gegen eine Steuerplatte 36 dichtend gespannt.
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In der Steuerplatte 36 sind Steueröffnungen 38 und 40 ausgebildet, die auf ihrer von der Zylindertrommel 13 abgewandten Seite mit zumindest einem Hochdruck- bzw. Niederdruckanschluss verbunden sind. Die Zylinderbohrungen 15 sind jeweils über eine Durchgangsbohrung 42, die etwa koaxial zu ihrer Mittelachse verläuft, jeweils zur Stirnfläche 34 der Zylindertrommel 13 hin geöffnet. Die Steueröffnungen 40 überstreichen bei einer Rotation der Zylindertrommel 13 eine dichtende Umgebung der Steuerplatte 36 und werden dabei während eines Umlaufs alternierend mit den Steueröffnungen 38 bzw. 40 des Hochdruck- bzw. Niederdruckanschlusses der Hydromaschine verbunden. In axialer Richtung stützt sich die Steuerplatte 36 an einem Gehäusedeckel 44 des Maschinengehäuses 8 ab und ist über einen Passstift 46 verdrehgesichert am Gehäusedeckel 44 festgelegt. Mit dem Gehäusedeckel 44 ist ein topfförmiger Gehäuseteil 46 des Maschinengehäuses 8 verschlossen, in dem das Triebwerk 48 der Hydromaschine 1 angeordnet ist.
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Die Triebwelle 2 ist durch die Gleitlager 4 und 6 in einer Radial- und Axialrichtung im Maschinengehäuse 8 gelagert. Das in der 1 linke Gleitlager 4 ist hierbei in eine Lageraussparung 50 eines Gehäusebodens 52 des topfförmigen Gehäuseteils 46 angeordnet, während das rechte Gleitlager 6 in einer Lageraussparung 54 in dem Gehäusedeckel 44 und in der Steuerplatte 36 angeordnet ist. Die Lageraussparung 50 für das Gleitlager 4 ist als eine vom Inneren des Maschinengehäuses 8 her eingebrachte Sacklochbohrung ausgebildet, deren Mittelachse etwa koaxial zur Mittelachse der Triebwelle 2 verläuft. In einem Bohrungsgrund der Lageraussparung 50 ist eine Durchgangsbohrung mit einem im Vergleich zur Lageraussparung 50 kleineren Durchmesser eingebracht, durch die die Triebwelle 2 hindurchgeführt ist. Zwischen der Triebwelle 2 und dem Maschinengehäuse 8 sind im Bereich der Durchgangsbohrung geeignete Dichtmittel angeordnet. Die Lageraussparung 54 für das Gleitlager 6 ist hierbei als Durchgangsbohrung in der Steuerplatte 36 und als Sacklochbohrung in dem Gehäusedeckel 44 ausgebildet, wobei die Bohrungen einen im Wesentlichen gleichen Durchmesser aufweisen.
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Das in der Figur linke Lagerelement 10 des Gleitlagers 4 hat eine innere etwa kreiszylindrische Ringfläche 56, die fest mit einer einen kreiszylindrischen Querschnitt aufweisenden Außenmantelfläche 58 der Triebwelle 2, beispielsweise über eine Presspassung, verbunden ist. Die Außenfläche 58 der Triebwelle 2 weist im Wesentlichen die gleiche Fläche wie die Ringfläche 56 auf und wird durch zwei Stufen 60, 62 der Triebwelle 2 in Längsrichtung begrenzt. Der Abschnitt der Triebwelle 2 mit der Außenfläche 58 weist dabei einen größeren Durchmesser als die Stufe 60 und einen kleineren Durchmesser als die Stufe 62 auf. Durch die Stufe 62 der Triebwelle 2 ist eine in Richtung des Lagerelements 10 weisende Ringstirnfläche 64 ausgebildet, an der sich das Lagerelement 10 axial abstützt. Der besseren Darstellbarkeit halber ist in der folgenden 2 ein Ausschnitt der Hydromaschine 1 im Bereich ihres Gleitlagers 4 vergrößert dargestellt.
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2 zeigt einen Ausschnitt A aus 1. Das Lagerelement 10 hat neben seiner inneren Ringfläche 56 eine äußere im Wesentlichen kreiszylindrische Ringfläche 66. Über diese ist das Lagerelement 10 und somit die Triebwelle 2 in Radialrichtung gleitend in einer Lagerbuchse 68 des Gleitlagers 4 gelagert. Die Lagerbuchse 68 ist hierbei in die Lageraussparung 50 des topfförmigen Gehäuseteils 46 fest eingesetzt und kragt stirnseitig etwas aus der Lageraussparung 50 aus. Eine Breite der Lagerbuchse 68 in Längsrichtung entspricht etwa einer Breite der äußeren Ringfläche 66. Die Breite der äußeren Ringfläche 66 ist dabei kleiner als eine Breite der inneren Ringfläche 56. Eine von der Ringstirnfläche 64 der Triebwelle 2 wegweisende Stirnfläche 70 des Lagerelements 10 ist kreisringförmig zwischen der äußeren und inneren Ringfläche 66 und 56 des Lagerelements 10 ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Triebwelle 2. Über die Stirnfläche 70 ist das Lagerelement 10 in einer Axialrichtung gleitend gelagert, in dem die Stirnfläche 70 an einer Anlaufscheibe 72 ist. Diese liegt an einem eine Ringfläche aufweisenden Bohrungsgrund 74 der Lageraussparung 50 an und hat etwa einen Außendurchmesser, der dem Außendurchmesser der Lageraussparung 50 entspricht, womit die Anlaufscheibe 72 durch die Lagerbuchse 68 auf dem Bohrungsgrund 74 in Längsrichtung festgelegt ist.
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Die äußere Ringfläche 66 bildet eine Außenfläche eines hülsenförmigen Außenabschnitts 76 des Lagerelements 10, während die innere Ringfläche 56 eine Innenfläche eines hülsenförmigen Innenabschnitts 78 des Lagerelements 10 bildet. Der Außen- und Innenabschnitt 76 und 78 sind über einen ringförmigen Tragsteg 80 verbunden. Die Abschnitte 76 und 78 und der Tragsteg 80 sind einstückig ausgebildet und bilden die Stirnfläche 70 des Lagerelements 10 aus. Der Außenabschnitt 76 hat eine kegelstumpfförmige Innenmantelfläche 82, die sich hin zur Stirnfläche 70 des Lagerelements 10 bzw. hin zum Tragsteg 80 verjüngt, wodurch der Außenabschnitt 76 sich wiederum zum Tragsteg 80 hin verbreitert. Der Innenabschnitt 78 weist ebenfalls eine kegelstumpfförmige Innenmantelfläche 84 auf, die sich in Richtung weg vom Tragsteg 80 verjüngt, womit sich der Innenabschnitt 78 ebenfalls wie der Außenabschnitt 76 hin zum Tragsteg 80 verbreitert. Die beiden Innenmantelflächen 82 und 84 enden auf Seiten des Tragstegs 80 in Längsrichtung gesehen etwa auf gleicher Höhe. Zwischen den Innenmantelflächen 82 und 84 ist der Tragsteg 80 durch eine Ringfläche 86 begrenzt, die der Stirnfläche 70 des Lagerelements 10 abgewandt ist und etwa parallel zur Stirnfläche 70 verläuft. Eine Breite des Tragstegs 80 entspricht etwa 15% einer Breite des Außenabschnitts 76 – in Längsrichtung gesehen. Der Außenabschnitt 76 hat des Weiteren eine von der Stirnfläche 70 wegweisende Ringstirnfläche 88. Der Innenabschnitt 78 hat ebenfalls eine von der Stirnfläche 70 wegweisende Ringstirnfläche 90, über die sich das Lagerelement 10 an der Ringstirnfläche 64 der Triebwelle 2 abstützt. Die Ringstirnfläche 90 des Innenabschnitts 78 ist weiter von der Stirnfläche 70 entfernt, als die Ringstirnfläche 88. Der Innenabschnitt 78 ist im Bereich des Tragstegs 80, in einer Radialrichtung gesehen, breiter als der Außenabschnitt 76, während eine Breite in einer Radialebene in der etwa die Ringstirnfläche 88 des Außenabschnitts 76 liegt sowohl beim Außenabschnitt 76 als auch beim Innenabschnitt 78 etwa gleich ist. Der Tragsteg 80 und die Abschnitt 76 und 78 des Lagerelements 10 sind somit durch eine Aussparung 92 gebildet, die stirnseitig in das Lagerelement 10 eingebracht ist, wobei die Aussparung 92 einen etwa V-förmigen Querschnitt hat.
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In der 3 ist ein vergrößerter Ausschnitt B der Hydromaschine aus 1 dargestellt, der das Gleitlager 6 aufweist. Dieses entspricht im Wesentlichen dem Gleitlager 4 aus der 2. Das Gleitlager 6 ist im Unterschied Gleitlager 4 etwa um 180° um ihre Querachse gedreht im Maschinengehäuse 8 aus 1 angeordnet und kleiner ausgebildet. Eine Lagerbuchse 94 des Gleitlagers 6 ist in die Lageraussparung 54 des Gehäusedeckels 44 und der Steuerplatte 36 eingesetzt. Ein Aussparungsgrund 96 der Lageraussparung 54 ist in Richtung seiner Mittelachse von einer Sacklochbohrung 98 durchsetzt und somit ringförmig. In diese ragt ein Endabschnitt 100 der Triebwelle 2. Am Aussparungsgrund 96 liegt eine Anlaufscheibe 102 an. Sowohl die Anlaufscheibe 72 des Gleitlagers 4 als auch die Anlaufscheibe 102 des Gleitlagers 6 erstrecken sich etwa von einer Innenmantelfläche der Lagerausparung 50 bzw. 54 bis etwa zum Tragstegs 80 bzw. 104 des Lagerelements 10 bzw. 12. Die Breite des Tragstegs 80 des Lagerelements 10 aus 2 in Längsrichtung ist dabei etwa doppelt so breit wie die Anlaufscheibe 72, während die Breite des Tragstegs 104 des Lagerelements 12 aus 3 etwa der Breite der Anlaufscheibe 102 entspricht. Eine Ringstirnfläche 106 eines Innenabschnitts 108 des Lagerelements 12 liegt an einer durch eine Stufe gebildete Ringstirnfläche 110 der Triebwelle 2 im Wesentlichen an. Im Bereich der Ringstirnfläche 110 weist die Triebwelle 2 einen Freistich 112 auf. Ein Abstand, in Längsrichtung gesehen, der Ringstirnfläche 106 des Innenabschnitts 108 zu einer Ringstirnfläche 114 eines Außenabschnitts 116 des Lagerelements 12 ist größer als der Abstand dieser Flächen beim Lagerelement 10 aus 2, trotz der kleineren Ausführung des Lagerelements 12 in 3.
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Die Außendurchmesser der Lagerelemente 10 und 12 aus den 2 und 3 sind jeweils größer als ein größter Außendurchmesser der Triebwelle 2.
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Im Einsatz der Triebwelle 2 wird diese durch das Triebwerk 48 asymmetrisch belastet, was zu einer Wellendurchbiegung führt. Diese wird durch die Gleitlager 4 und 6 mit ihren elastischen Lagerelementen 10 bzw. 12 im Wesentlichen ausgeglichen. Bei einer Wellendurchbiegung der Triebwelle 2 werden die Innenabschnitte 78 und 108 der Lagerelemente 10 bzw. 12 mitbewegt und wirken als eine Art Hebel auf den Tragsteg 80 bzw. 104, wodurch in diesem Bereich hohe Spannungen auftreten, die zu einer elastischen Verformung der Lagerelemente 10 bzw. 12 im Bereich ihres Tragstegs 80 bzw. 104 führt. Durch die elastischen Verformungen im Bereich des Tragstegs 80 und 104 der Lagerelemente 10 bzw. 12 verbleiben die Außenabschnitte 76 und 116 im Wesentlichen in ihrer in den Figuren gezeigten Geometrie, wodurch weiterhin in radialer Richtung die Ringfläche 66 des Lagerelements 10 im Wesentlichen anliegend in der Lagerbuchse 68 und eine Ringfläche 118 des Lagerelements 12 in der Lagerbuchse 94 geführt sind. Aufgrund der breiten Ausgestaltung der Innenabschnitte 78 und 108 der Lagerelemente 10 bzw. 12 sind die auf die Innenringfläche wirkenden Kräfte kleiner als bei kürzeren Innenabschnitten.
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Durch die Anordnung der Anlaufscheiben 72 und 102 im Bereich des Außenabschnitts 76 bzw. 116 der Lagerelemente 10 bzw. 12 wird eine Axiallagerung der Triebwelle 2 bei einer elastischen Verformung im Bereich der Tragstege 80 bzw. 104 kaum beeinflusst, da die Außenabschnitte 76 und 116 im Wesentlichen in ihrer in den Figuren gezeigten Geometrie verbleiben.
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Neben der Wellendurchbiegung der Triebwelle 2 kann auch ein Fluchtungsfehler der Gleitlager 4 und 6 ausgeglichen werden.
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Da die als für die Triebwelle 2 als Gleitfläche eingesetzten Ringflächen 66 und 118 der Gleitlager 4 bzw. 6 aus den 2 bzw. 3 von der Triebwelle 2 beabstandet sind, ist eine Winkelgeschwindigkeit vergleichsweise hoch, womit bei einer hydrodynamischen Gleitlagerung zwischen der Ringfläche 66 und der Lagerbuchse 68 bzw. der Ringfläche 118 und der Lagerbuchse 94 eine Haft- und Mischreibung bei einer vergleichsweise kleinen Drehzahl der Triebwelle 2 überwunden wird. In 4 ist in einer Längsschnittansicht ein Lagerelement 120 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Unterschied zu den Lagerelementen 10, 12 aus den vorbeschriebenen Figuren ist eine Ringfläche 122 eines Tragstegs 124 innerhalb der Aussparung 126 nicht im Wesentlichen eben ausgebildet, sondern konkav. Ein Querschnitt der Ringfläche 122 erstreckt sich dabei etwa entlang eines Halbkreises. Ein Anstellwinkel einer Innenmantelfläche 128 eines Außenabschnitts 130 und einer Innenmantelfläche 132 eines Innenabschnitts 134 ist im Unterschied zu oben erläuterten Ausführungsform im Wesentlichen gleich.
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Am Außenabschnitt 130 des Lagerelements 120 ist ein Radialvorsprung 136 ausgebildet. Dieser erstreckt sich dabei von einem eine Ringstirnfläche 138 aufweisenden Endabschnitt des Außenabschnitts 130. Im montierten Zustand des Lagerelements 120 dient der Radialvorsprung 136 als Axialsicherung einer Lagerbuchse. Das Lagerelement 120 gleitet somit mit seiner Ringfläche 140 innerhalb der Lagerbuchse, während der Radialvorsprung 136 an einer Stirnfläche der Lagerbuchse anlegen kann. Der Innenabschnitt 134 hat an seinen radial innenliegenden Kanten jeweils eine ringförmige Fase 144, 146.
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5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung stark vereinfacht einen Längsschnitt einer Hydromaschine 148 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Hierbei ist ein Maschinengehäuse 149 dargestellt, das von einer gleitgelagerten Triebwelle 151 durchsetzt ist. Das größere in der 5 rechte Gleitlager 150 weist im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen ein Lagerelement 152 mit einer Aussparung 154 auf, die derart ausgebildet ist, dass ein Außenabschnitt 156 und ein Innenabschnitt 158 eine etwa spiegelsymmetrische Querschnittsfläche aufweisen, womit auch eine Breite der Abschnitte 156 und 158 in Längsrichtung gesehen im Wesentlichen gleich ist. Das in der 5 linke Gleitlager 160 ist entsprechend dem Gleitlager 150 ausgebildet, allerdings insgesamt kleiner.
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Offenbart ist ein Lagerelement für ein Gleitlager zur Lagerung einer Triebwelle einer Hydromaschine. Das Lagerelement ist drehfest mit der Triebwelle verbunden und hat eine äußere Ringfläche zur Gleitlagerung. Zwischen einer Befestigung des Lagerelements an der Triebwelle 2 und der äußeren Ringfläche ist ein Tragsteg ausgebildet, der elastisch verformbar ist, um eine Durchbiegung der Triebwelle und/oder einer Fluchtungsfehler von Gleitlagern der Triebwelle auszugleichen. Des Weiteren sind ein Gleitlager mit einem derartigen Lagerelement und eine Hydromaschine mit zumindest einem derartigen Gleitlager offenbart.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10300070 A1 [0002]
- DE 10220610 B4 [0003]
- DE 923631 [0004]
- DE 102007018794 A1 [0005]
