DE19957565B4

DE19957565B4 - Geräuschgedämpfte hydrostatische Kolbenmaschine

Info

Publication number: DE19957565B4
Application number: DE1999157565
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Forster Franz
Original assignee: Linde Material Handling GmbH
Current assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2019-12-01
Also published as: DE19957565A1

Abstract

Hydrostatische Kolbenmaschine mit einem Maschinengehäuse (1) und einer darin angeordneten Maschinenwelle (3), wobei das Maschinengehäuse (1) in einem umgebenden Traggehäuse (6) mittels radial zwischen dem Maschinengehäuse (1) und dem Traggehäuse (6) angeordneter, drehmomentübertragender und schwingungsdämpfender Mittel befestigt ist und drehmomentübertragende und schwingungsdämpfende Mittel der Maschinenwelle (3) vor- und/oder nachgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass radial zwischen dem Traggehäuse (6) und dem Maschinengehäuse (1) eine Mehrzahl von konzentrischen, in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten, aus schwingungsdämpfendem Material bestehenden Axialstiften (7) vorgesehen ist, die jeweils in zueinander fluchtenden, im Querschnitt halbkreisförmigen Axialausnehmungen (6a; 1a) angeordnet sind, die sich an der Innenseite des Traggehäuses (6) und an der Außenseite des Maschinengehäuses (1) befinden.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Kolbenmaschine mit einem Maschinengehäuse und einer darin angeordneten Maschinenwelle, wobei das Maschinengehäuse in einem umgebenden Traggehäuse mittels radial zwischen dem Maschinengehäuse und dem Traggehäuse angeordneter, drehmomentübertragender und schwingungsdämpfender Mittel befestigt ist und drehmomentübertragende und schwingungsdämpfende Mittel der Maschinenwelle vor- und/oder nachgeschaltet sind.
Hydrostatische Kolbenmaschinen sind in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt und werden in unterschiedlichsten Anwendungsfällen eingesetzt. So ist beispielsweise ein häufiges Einsatzgebiet die Mobilhydraulik, z. B. Gabelstapler. Da es sich hierbei um Fahrzeuge handelt, in deren Umgebung Menschen arbeiten, werden in jüngster Zeit im Zuge der Verbesserung von Arbeitsplatzbedingungen verstärkt Bemühungen unternommen, um den Geräuschpegel solcher Fahrzeuge zu senken. Hierbei wurden auf dem Sektor der Verbrennungsmaschinen bereits Erfolge erzielt, beispielsweise durch Geräuschdämpfungsmaßnahmen. Dadurch rückt das eher hochfrequente und subjektiv als unangenehmer empfundene Geräusch der hydrostatischen Kolbenmaschinen in den Vordergrund, das bisher vom Geräusch der Verbrennungsmaschine überdeckt wurde.
Aus der DE 32 12 429 A1 ist es bekannt, durch maschineninterne Körperschallabkopplung die Weiterleitung von Körperschall zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Hierbei besteht diese interne akustische Abkopplung der Kolbenmaschine einerseits aus der schwingungs- und damit geräuschgedämpften Befestigung des Maschinengehäuses in einem separaten Traggehäuse und andererseits aus der zusätzlichen inneren und/oder äußeren Abkopplung der Maschinenwelle.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit geringem Aufwand eine hydrostatische Kolbenmaschine der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die einen geringen Geräuschpegel und eine einfache Befestigung des Maschinengehäuses im Traggehäuse aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass radial zwischen dem Traggehäuse und dem Maschinengehäuse eine Mehrzahl von konzentrischen, in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten, aus schwingungsdämpfendem Material bestehenden Axialstiften vorgesehen ist, die jeweils in zueinander fluchtenden, im Querschnitt halbkreisförmigen Axialausnehmungen angeordnet sind, die sich an der Innenseite des Traggehäuses und an der Außenseite des Maschinengehäuses befinden.
Diese Axialstifte beinhalten drei Funktionen: Neben der Vermeidung einer direkten Berührung (Effekt: Geräuschabkopplung) zentrieren sie das Maschinengehäuse zum umgebenden Traggehäuse und übertragen darüber hinaus das Reaktionsmoment des Maschinengehäuses auf das Traggehäuse. Dabei wird der letztgenannte Effekt durch formschlüssige Verbindungen erzielt. Es besteht also keine Notwendigkeit, Elastomere mit bestimmten Bauteilen durch Vulkanisieren zu verbinden. In Umfangsrichtung zwischen den Elastomerstiften befinden sich Luftspalten, so dass dort keine Körperschallübertragung stattfindet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kolbenmaschine als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildet ist und einen Zylinderblock aufweist, der in dem Maschinengehäuse angeordnet und mit der Maschinenwelle drehmomentgekoppelt ist, wobei die schwingungsdämpfenden Mittel zwischen dem Zylinderblock und der Maschinenwelle und/oder zwischen der Maschinenwelle und einem Bauelement angeordnet sind, das von der Maschinenwelle angetrieben wird oder die Maschinenwelle antreibt.
Für die Abkopplung der Maschinenwelle ergeben sich dabei zwei Möglichkeiten: Bei konventionellen Axialkolbentriebwerken mit Abstützung des Zylinderblocks auf der Maschinenwelle (Innenlagerung des Zylinderblocks) erfolgt eine Außenabkopplung der Maschinenwelle, d. h. dass die Maschinenwelle schwingungsgedämpft mit dem treibenden bzw. dem davon angetriebenen Bauelement (z. B. einer dazu koaxial angeordneten Welle) verbunden ist. Bei Axialkolbentriebwerken mit Außenlagerung des Zylinderblocks erfolgt einen Innenabkopplung der Maschinenwelle durch schwingungsdämpfende Mittel radial zwischen dem Zylinderblock und der Maschinenwelle. Die Innenabkopplung kann auch mit der Außenabkopplung der Maschinenwelle kombiniert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bestehen die schwingungsdämpfenden Mittel aus einem Elastomer oder einem Elastomergemisch. Es ist jedoch auch möglich, hierfür Nichteisenmetalle oder Kunststoffe bzw. ein Kunststoffgemisch vorzusehen. Auch Kombinationen dieser verschiedenartigen Materialien können sinnvoll sein.
Wesentlich ist dabei die Unterbrechung bzw. Minderung der Körperschallübertragung durch Verwendung von Zwischenbauteilen, die einen anderen Elastizitätsmodul aufweisen. Abhängig von den gewünschten Dämpfungseigenschaften werden dabei geeignete Materialien oder Materialgemische verwendet.
Zweckmäßigerweise ist das Maschinengehäuse im Traggehäuse axial unter Zwischenschaltung von schwingungsdämpfenden Mitteln, insbesondere Elastomer-Scheiben verspannt, so dass das Maschinengehäuse auch in axialer Richtung festliegt, jedoch akustisch entkoppelt.
Sofern der Zylinderblock außengelagert ist und radial zwischen dem Zylinderblock und der Maschinenwelle zur Drehmomententkopplung eine schwingungsdämpfende Kupplung angeordnet ist, wird die Körperschallübertragung auch zwischen dem Zylinderblock und der Maschinenwelle verhindert bzw. herabgesetzt.
Hierbei ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Kupplung in Oldham-Bauweise ausgebildet. Eine solche Kupplung ist insbesondere in Querrichtung nachgiebig, wodurch neben der Körperschallabkopplung auch ein Ausgleich von Fluchtungsfehlern zwischen Zylinderblock und Maschinenwelle möglich ist.
Gemäß einer anderen, nicht minder vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Kupplung als Buchse mit einer inneren und einer äußeren Axialverzahnung ausgebildet, wobei die innere Axialverzahnung in eine korrespondierende Verzahnung der Maschinenwelle und die äußere Axialverzahnung in eine korrespondierende Verzahnung des Zylinderblocks oder einer mit dem Zylinderblock drehstarr verbundenen Zwischenhülse eingreift.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Kolbenmaschine als Nebenantrieb ausgebildet ist, wobei das Traggehäuse als Nebenträger und die Maschinenwelle als in dem Nebenträger drehbar gelagerte Nabe vorgesehen sind. Zweckmäßigerweise ist hierbei der Nebenantrieb zum Antrieb zumindest eines Rades einer Arbeitsmaschine vorgesehen, wobei an der Maschinenwelle ein Radflansch angeformt ist.
Sofern das Maschinengehäuse gegenüber dem Traggehäuse flüssigkeitsdicht ist, wird verhindert, daß Körperschall durch Hydrauliköl weitergeleitet wird.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausührungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolbenmaschine, die als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildet ist,
2 einen Querschnitt durch die Axialkolbenmaschine gemäß Linie II-II in 1,
3 einen Längsschnitt durch eine erste Variante der Axialkolbenmaschine,
4 einen Querschnitt durch die Axialkolbenmaschine gemäß Linie IV-IV in 3
5 einen Längsschnitt durch eine zweite Variante der Axialkolbenmaschine und
6 einen Querschnitt durch die Axialkolbenmaschine gemäß Linie VI-VI in 5
Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildet, genauer gesagt als Axialkolbenmotor eines Radantriebs. Es ist jedoch prinzipiell auch möglich, die Erfindung in anderen hydrostatischen Kolbenmaschinen zu verwenden, beispielsweise in Radialkolbenmaschinen. Selbstverständlich steht der Einsatz der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine als Motor oder als Pumpe im Ermessen des Anwenders.
Die Axialkolbenmaschine (konstantes Schluckvolumen im Ausführungsbeispiel; auch ein verstellbares Schluckvolumen ist möglich) weist ein Maschinengehäuse 1 und einen dann angeordneten Zylinderblock 2 auf, der mit einer Maschinenwelle 3 auf noch zu beschreibende Weise drehmomentgekoppelt ist. Der Zylinderblock 2 ist mittels eines Nadellagers 4 außengelagert, d. h. die Drehmomenteinleitung in die Maschinenwelle 3 erfolgt querkraftfrei, da der Zylinderblock 2 nicht auf der Maschinenwelle 3, sondern direkt im Maschinengehäuse 1 abgestützt ist.
Zur Drehmomentübertragung zwischen Zylinderblock 2 und Maschinenwelle 3 ist eine Kupplung 5 vorgesehen, die aus einem schwingungsdämpfenden Material besteht, beispielsweise aus einem Elastomer. Durch die schwingungsdämpfende Kupplung 5 wird der Zylinderblock 2 von der Maschinenwelle 3 akustisch entkoppelt, d. h. eine Körperschallübertragung findet nur in geringem Maße statt. Die Kupplung 5 ist in der Axialkolbenmaschine gemäß den 1 bis 4 in Oldham-Bauweise ausgebildet (siehe 2 und 4). Dadurch ist ein Ausgleich von Fluchtungsfehlern zwischen dem Zylinderblock 2 und der Maschinenwelle 3 möglich.
Das Maschinengehäuse 1 ist in einem Traggehäuse 6 befestigt. Zu diesem Zweck sind radial zwischen dem Traggehäuse 6 und dem Maschinengehäuse 1 eine Mehrzahl von konzentrischen, in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten Axialstiften 7 vorgesehen.
Die Axialstifte 7 bestehen aus schwingungsdämpfendem Material und sind jeweils in zueinander fluchtenden, im Querschnitt halbkreisförmigen Axialausnehmungen 6a, 1a angeordnet. Die Axialausnehmungen 6a befinden sich an der Innenseite des Traggehäuses 6 und die Axialausnehmungen 1a befinden sich an der Außenseite des Maschinengehäuses 1.
Infolgedessen ist auch das Maschinengehäuse 1 von seiner Umgebung akustisch entkoppelt, d. h. eine Körperschallübertragung findet stark vermindert statt. In Umfangsrichtung zwischen den Axialstiften 7 befinden sich Luftspalten 8, so daß dort eine Körperschallübertragung verhindert wird. Neben der Geräuschdämpfungsfunktion ermöglichen die Axialstifte 7 auch die Zentrierung des Maschinengehäuses 1 im umgebenden Traggehäuse 6 und die Übertragung des Reaktionsmomentes des Maschinengehäuses 1 auf das Traggehäuse 6. Die Anordnung der Axialstifte 7 in Axialausnehmungen 6a, 1a des Traggehäuses 6 und des Maschinengehäuses 1 stellt dabei eine formschlüssige Verbindung dar.
In axialer Richtung ist das Maschinengehäuse 1 mit Hilfe von Scheiben 9 und 10 aus einem schwingungsdämpfenden Material im Traggehäuse 6 verspannt, wobei dies ebenfalls akustisch entkoppelt geschieht. Dabei bestehen die Scheiben 9, 10 vorzugsweise ebenfalls aus einem Elastomer.
Es versteht sich von selbst, daß für die genannten schwingungsdämpfenden Mittel neben Elastomeren auch Elastomergemische, Kunststoffe, Kunststoffgemische und/oder eine prinzipiell beliebige Kombination dieser Materialien verwendet werden kann. Auch der Einsah von Nichteisenmetallen – ggf. in Kombination mit den vor genannten Materialien – ist möglich.
Entscheidend für die Werkstoffwahl ist letzlich der gewünschte Dämpfungseffekt, d. h. je nach gewünschtem Frequenzbereich, der beeinflußt werden soll, erfolgt die Auswahl eines geeigneten Materials oder Materialgemisches, das aufgrund seines Elastizitätsmodul in der Lage ist, die Körperschallübertragung zu unterbrechen oder zu vermindern.
Da die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Nabenantrieb ausgebildet ist, stellt das Traggehäuse 6 den Nabenträger und die Maschinenwelle 3 die im Nabenträger drehbar gelagerte Nabe dar. Um ein Einfach- oder Zwillingsrad auf möglichst einfache Weise antreiben zu können, ist ein Radflansch 11 vorgesehen, der zweckmäßigerweise mit einer Felgenzentrierung 11a und mit Befestigungsbohrungen 1lb samt Gewinde versehen ist.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 ist der Radflansch 11 an der Maschinenwelle 3 angeformt. Die Maschinenwelle 3 ist in zwei Kegelrollenlagern 12a und 12b gelagert. Dabei befindet sich ein radflanschnahes Kegelrollenlager 12a in einer Lageraufnahme 6b des Tragggehäuses 6 und ein radflanschfernes Kegelrollenlager 12b in einem Abschlußdeckel 13, der einer Steuerbodenaufnahme 14 benachbart ist und das Traggehäuse 6 nach außen abdichtet. Die Schmierung der Kegelrollenlager 12a und 12b erfolgt durch das Hydrauliköl im Maschinengehäuse 1, das auch in das Traggehäuse 6 austritt.
In einer ersten Variante des Ausführungsbeispiels (3 und 4) ist das Maschinengehäuse 1 gegenüber dem Traggehäuse 6 flüssigkeitsdicht. Dadurch wird verhindert, daß Körperschall durch Hydrauliköl weitergeleitet wird. Der Radflansch 11 ist von der Maschinenwelle 3 getrennt und mittels der beiden Kegelrollenlager 12a und 12b gelagert, die beide in der Lageraufnahme 6b des Traggehäuses 6 eng zueinander benachbart angeordnet sind. Die Schmierung der Kegelrollenlager erfolgt dabei mit Fett (Lebensdauerschmierung). Für die Drehmomentübertragung von der Maschinenwelle 3 auf den Radflansch 11 ist eine Mitnahmeverzahnung 15 vorgesehen. Ein separater Abschlußdeckel für das Traggehäuse 6 ist nicht erforderlich, da hierfür die Steuerbodenaufnahme 14 der Axialkolbenmaschine herangezogen werden kann. In der Steuerbodenaufnahme 14 befindet sich ein Lager 16 für die Maschinenwelle 3. Um die Maschinenwelle 3 in axialer Richtung zu fixieren, wird sie von einer Feder 17 im Radflansch 11 gegen ein kugelförmiges Widerlager 18 in der Steuerbodenaufnahme 14 gedrückt.
In der zweiten Variante des Ausführungsbeispiels (5 und 6), die im Grundaufbau der ersten Variante entspricht (siehe 3 und 4), ist die Kupplung 5 als Buchse mit einer inneren Axialverzahnung 19 und einer äußeren Axialverzahnung 20 ausgebildet. Die innere Axialverzahnung 19 greift in eine korrespondierende Verzahnung der Maschinenwelle 3 und die äußere Axialverzahnung 20 in eine korrespondierende Verzahnung einer mit dem Zylinderblock 2 drehstarr verbundenen Zwischenhülse 21 ein.
Die in dieser Variante benutzte Maschinenwelle 3 weist keine Lagerung in der Steuerbodenaufnahme 14 auf, da – im Gegensatz zu einer Kupplung in Oldham-Bauweise – die in dieser Variante zum Einsatz kommende Kupplung 5 keine Fluchtungsfehler ausgleichen kann. Die Maschinenwelle 3 benötigt daher eine bestimmte Querbeweglichkeit, die nicht durch ein Lager eingeschränkt werden darf.
Neben der in allen Varianten des Ausführungsbeispiels dargestellten inneren Abkopplung der Maschinenwelle 3, d. h. der Unterbrechung der Körperschallübertragung zwischen Zylinderblock 2 und Maschinenwelle 3 durch eine schwingungsdämpfende Kupplung 5, gibt es nach die in den Figuren nicht dargestellte Möglichkeit, die Maschinenwelle 3 alternativ (z. B. bei Maschinen, bei denen der Zylinderblock auf der Maschinenwelle abgestützt ist, also eine Innenlagerung des Zylinderblocks vorliegt) oder zusätzlich von außen abzukoppeln. Dabei wird die Maschinenwelle 3 schwingungsgedämpft (d. h. mit Hilfe einer schwingungsdämpfenden Kupplung) mit einem davon angetriebenen Bauelement (z. B. einer dazu koaxial angeordneten Welle) verbunden.

Claims

Hydrostatische Kolbenmaschine mit einem Maschinengehäuse (1) und einer darin angeordneten Maschinenwelle (3), wobei das Maschinengehäuse (1) in einem umgebenden Traggehäuse (6) mittels radial zwischen dem Maschinengehäuse (1) und dem Traggehäuse (6) angeordneter, drehmomentübertragender und schwingungsdämpfender Mittel befestigt ist und drehmomentübertragende und schwingungsdämpfende Mittel der Maschinenwelle (3) vor- und/oder nachgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass radial zwischen dem Traggehäuse (6) und dem Maschinengehäuse (1) eine Mehrzahl von konzentrischen, in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten, aus schwingungsdämpfendem Material bestehenden Axialstiften (7) vorgesehen ist, die jeweils in zueinander fluchtenden, im Querschnitt halbkreisförmigen Axialausnehmungen (6a; 1a) angeordnet sind, die sich an der Innenseite des Traggehäuses (6) und an der Außenseite des Maschinengehäuses (1) befinden.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenmaschine als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildet ist und einen Zylinderblock (2) aufweist, der in dem Maschinengehäuse (1) angeordnet und mit der Maschinenwelle (3) drehmomentgekoppelt ist, wobei die schwingungsdämpfenden Mittel zwischen dem Zylinderblock (2) und der Maschinenwelle (3) und/oder zwischen der Maschinenwelle (3) und einem Bauelement angeordnet sind, das von der Maschinenwelle (3) angetrieben wird oder die Maschinenwelle (3) antreibt.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingungsdämpfenden Mittel aus einem Elastomer oder einem Elastomergemisch bestehen.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingungsdämpfenden Mittel aus einem oder mehreren Nichteisenmetallen bestehen.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingungsdämpfenden Mittel aus einem Kunststoff oder einem Kunstoffgemisch bestehen.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengehäuse (1) im Traggehäuse (6) axial unter Zwischenschaltung von schwingungsdämpfenden Mitteln, insbesondere Elastomer-Scheiben (9, 10) verspannt ist.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderblock (2) außengelagert ist und zur Drehmomentkopplung radial zwischen dem Zylinderblock (2) und der Maschinenwelle (3) eine schwingungsdämpfende Kupplung (5) angeordnet ist.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (5) in Oldham-Bauweise ausgebildet ist.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (5) als Buchse mit einer inneren und einer äußeren Axialverzahnung (19, 20) ausgebildet ist, wobei die innere Axialverzahnung (19) in eine korrespondierende Verzahnung der Maschinenwelle (3) und die äußere Axialverzahnung (20) in eine korrespondierende Verzahnung des Zylinderblocks (2) oder eine mit dem Zylinderblock (2) drehstarr verbundenen Zwischenhülse (21) eingreift.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenmaschine als Nabenantrieb ausgebildet ist, wobei das Traggehäuse (6) als Nabenträger und die Maschinenwelle (3) als in dem Nabenträger drehbar gelagerte Nabe vorgesehen sind.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenantrieb zum Antrieb zumindest eines Rades einer Arbeitsmaschine vorgesehen ist, wobei an der Maschinenwelle (3) ein Radflansch (11) angeformt ist.
Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengehäuse (1) gegenüber dem Traggehäuse (6) flüssigkeitsdicht ist.