Taumellagerung

Die Erfindung betrifft eine Tau ellagerung, insbesondere für Axialkol¬ benpumpen in Taumelscheibenbauart, mit einer Welle, die um ihre Längs¬ achse drehbar angeordnet und an einem treibenden Bauteil angeschlossen ist, einem ersten Lagerring, der eine Anschußfläche für die Verbindung mit der Welle aufweist, und einem zweiten Lagerring, der zum Anschluß an einem anzutreibenden Bauteil vorgesehen ist, wobei die Lagerflächen der Lagerringe zur Längsachse der Welle geneigt sind.

Aus der DE 3400633 AI ist eine derartige Taumellagerung bekannt. Der Innenring des Lagers ist mit einem Boden versehen, der unmittelbar mit der Stirn der Welle verschweißt ist. Dabei kann ein radialer Versatz zwischen dem Lagerinnenring und der Welle eintreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Taumellagerung zu schaffen, bei der die Festlegung der Lagerringe der Welle gegenüber mit dem gewünschten Neigungswinkel bei genauer Zentrierung zur Längs¬ achse der Welle ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schwenk¬ mittelpunkt der Anschlußfläche des ersten Lagerringes im Schnittpunkt zwischen der von der Lagerfläche abgewandten Stirnfläche des zweiten Lagerringes und der Längsachse der Welle liegt und daß der Welle eine Anlage für die Anschlußfläche mittelbar oder unmittelbar zugeordnet ist, an welcher der erste Lagerring

festlegbar ist. Durch die Zentrierung der Wölbung der Anschlußfläche auf den Schwenkmittelpunkt im Schnittpunkt von Stirnfläche und Längsachse ist gewährleistet, daß unabhängig von der gewünschten Neigungseinstellung radiale Verlagerungen nicht auftreten können. Für den zweiten Lagerring kann also eine beliebige WinkelStellung gewählt werden, ohne daß er seine exakt zentrische Stellung zur Lagerlängsachse verliert.

Es sind zwei alternative Ausgestaltungen der Anschluß- flache möglich. Nach einer ersten Variante kann diese als Teil einer Kreiszylinderfläche oder entsprechend der zwei¬ ten Ausführungsform als Teil einer Kugelfläche ausgebildet sein. In der Regel ist eine Neigung nur in einer Ebene erforderlich. Daher genügt eine Ausbildung als Zylinder¬ fläche.

Je nach Wahl der Festlegung der Anschlußfläche gegenüber der Anlage wird es nach einem weiteren Gestaltungsmerkmal sinnvoll sein, die Anlage gegengleich zur Anschlußfläche auszubilden. Hierdurch wird ein flächiges Aneinanderliegen erreicht.

In weiterer Ausgestaltung ist die Anlage bevorzugt einem gesonderten Stützelement zugehörig, welches mit der Welle verbindbar ist.

Eine einfache Herstellungsmöglichkeit ergibt sich dadurch, daß der erste Lagerring als Blechteil gestaltet ist, wel¬ ches die Wölbung aufweist, an der sich die Anschlußfläche befindet. Um die Führung des ersten Lagerringes der Anlage gegenüber in einer Ebene zu ermöglichen, bzw. um für den Fall der Ausbildung als Zylinderfläche eine seitliche Ausrichtung zu erreichen, ist die Anschlußfläche mit einem zur Anlage hin vorstehenden Vorsprung zu versehen, der in eine Nut der Anlage eingreift. Dies erleichtert die Monta¬ ge.

Darüber hinaus ist eine drehfeste Verbindung zwischen dem die Anlage aufweisenden Bauteil und dem ersten Lagerring hierdurch erleichtert, da sich ein Formschluß ergibt.

Eine erste Möglichkeit der Befestigung des ersten Lager¬ ringes gegenüber der Anlage bzw. dem die Anlage aufweisen¬ den Bauteil ist dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Wölbung ein Schlitz vorhanden ist, daß auf der dem zweiten Lagerring zugewandten Innenfläche der Wölbung ein Klemm¬ element abgestützt ist und daß eine Befestigungsschraube durch das Klemmelement und den Schlitz hindurchgeführt ist und in eine Bohrung in der Welle zur drehfesten Verbindung eingeschraubt ist.

Durch eine solche Bauweise wird eine nachträgliche Ein¬ stellbarkeit erreicht. Die .Anzahl der zu bevorratenden Teile bzw. Lager unterschiedlicher Neigungen wird hier¬ durch reduziert.

Es ist jedoch auch möglich, schon bei der Produktion der Taumellagerung die Neigung festzulegen. Hierzu kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im Bereich der Wöl¬ bung ein Durchbruch vorhanden sein, durch den ein Fixier¬ element hindurchgreift, über das der erste Lagerring an der Anlage des Stützelementes festlegbar ist, welches zur Befestigung an der Welle dient.

Ferner wird vorgeschlagen, die Welle oder das Stützelement als Hohlkörper auszugestalten und die Anlage als Auswei¬ tung des Hohlkörpers auszubilden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Stützelement eine Bohrung besitzt, in die die Welle drehfest einsteckbar ist und dessen Außenfläche eine Lauffläche für die Wälzkörper eines Wellenlagers aufweist.

Hierdurch wird eine Baueinheit erzielt, die in einfacher

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Weise mit der Welle verbindbar ist und zugleich auch die Wellenlagerung umfaßt. Es ist sichergestellt, daß damit nur die Toleranzen in den Rundlauf eingehen, die sich aus der Produktion der Taumellagerung selbst und nicht bezüg¬ lich der Welle, die dem Antriebsmotor zugehörig ist, erge¬ ben.

Dabei kann das Stützelement topfförmig gestaltet sein. Dessen Außenfläche dient als Anlage für die Anschlußfläche des ersten Lagerringes.

Neben der einstellbaren Verbindung durch Verschrauben und der schon bei der Produktion der Taumellagerung vorge¬ nommenen festen Neigungseinstellung der Lagerringe durch formschlüssige Verbindung, ist auch eine Stoffschlüssige Verbindung des ersten Lagerringes mit dem die Anlage auf¬ weisenden Teil möglich. Als Stoffschlüssige Verbindungen kommen beispielsweise Schweißen oder Löten und ansonsten Kleben in Betracht.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen

Figur 1 schematisch in Umrissen den Tau eIlagerbe¬ reich einer Axialkolbenpumpe,

Figur 2 eine erste Ausführungsform der Taumellagerung mit einem ersten Lagerring, der eine kugel¬ förmige Wölbung aufweist,

Figur 3 eine Ausführungsform der Taumellagerung mit einem topfförmigen Stützelement,

Figur 3a ein Detail bezüglich der Ausrichtung von erstem Lagerring und Stützelement,

Figur 4 ein weitere Ausführungsform der Taumellagerung mit einem Stützelement, das mit der Wölbung verschweißt oder ver¬ lötet ist und mit einem Bolzen an der Welle festlegbar ist,

Figur 5 eine Ausführungsform, bei der der erste Lagerring mit dem Stützelement durch einen Bördelrand formschlüssig verbun¬ den ist,

Figur 6 eine alternative Ausführung zu Figur 2, wobei das Stützel¬ ement als Lauffläche für das Wellenlager dient,

Figur 7a-c eine weitere Ausführungsform mit einem Stützelement und einem Klemmelement, über welche der erste Lagerring durch eine Schraube an der Welle befestigbar ist, in verschiede¬ nen Stellungen bzw. Ansichten,

Figur 8 eine Ausführungsform mit einer kugelförmigen Wölbung des ersten Lagerringes und separatem Stütz- und Klemmelement zur Festlegung an der Welle,

Figur 9 eine Ausführungsform bei der das Stützelement aufgeweitet ist und die Aufweitung die Anlagefläche für die kugelige Anschlußfläche des ersten Lagerringes aufweist,

Figur 10 eine Variante zur Befestigung gemäß Figur 5,

Figur 11 eine alternative Ausführung zu Figur 6,

Figur 12 eine Taumellagerung mit einem Rollenlager und

Figur 13 eine Taumellagerung mit einem Gleitlager für den zweiten Lagerring.

In Figur 1 ist eine Pumpe 1 dargestellt, bei der die erfindungsgemäße Taumellagerung 5 angewandt ist. Das

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Taumellager 5 ist über ein Wellenlager 7 im Pumpengehäuse gelagert. Es ist durch die von einem Motor 4 antreibbare Welle 3 antreibbar. Die Stirnfläche 6 des zweiten Lagerringes der Taumellagerung 5 beaufschlagt die Kolben 2, abhängig von der Drehstellung gegenüber diesen. Es ist erkennbar, daß die Stirnfläche 6 geneigt angeordnet ist und insofern bei Drehung einen Axialhub erzeugt.

Die Taumellagerung 5 ist anhand der Figuren 2 bis 11 be¬ züglich verschiedener Ausführungsbeispiele näher beschrie¬ ben.

Aus Figur 2 ist erkennbar, daß die Taumellagerung 5 einen ersten Lagerring 8 umfaßt, der eine Laufrille 9 für die Wälzkörper 12, die in einem Käfig 11 gehalten sind, auf¬ weist. Die Wälzkörper 12 stützen den zweiten Lagerring 10, der die Stirnfläche 6 aufweist. Sie wälzen in Laufrillen 9a ab. Die Stirnfläche 6 stellt die Anschlußfläche der Taumellagerung 5 bzw. die Fläche dar, die entsprechend Figur 1 die Kolben 2 beaufschlagt. Vom zweiten Lagerring 10 weg ist der erste Lagerring 8 mit einer Wölbung 13 versehen, die eine kugelige Anschlußfläche 14 bildet. Diese Anschlußfläche 14 legt sich an die flächige Anlage 15 des Stützelementes 16 an. Die kugelige Anschlußfläche 14 weist einen Schwenkmittelpunkt S auf, der im Schnitt¬ punkt zwischen der Längsachse X, welche die Drehachse der Welle 3 und die des Stützelementes 16 bildet, und der Stirnfläche 6 liegt.

Die Anlage 15 des Stützelementes 16 ist gegengleich zur kugeligen Außenfläche 14 des ersten Lagerringes 8 ausge¬ bildet. Das Stützelement 16 ist rohrförmig gestaltet. Für den vorgegebenen Neigungswinkel K der Stirnfläche 16 ge¬ genüber der Längsachse X erfolgt in der Herstellung der Taumellagerung 5 eine Fixierung des ersten Lagerringes 8 am Stützelement 16 durch eine Schweißnaht 29. Ferner ist erkennbar, daß die Welle 3 drehfest in das Stützelement 16

eingeschoben ist. Die Welle 3 ist über das Wellenlager 7 drehbar gelagert. Die Welle 3 wird angetrieben. Die An¬ triebskraft wird über die Verbindung zwischen Welle 3 und Stützelement 16 in Form einer Verzahnung oder dergleichen auf den ersten Lagerring 8 weitergeleitet.

Bei der Ausführungsform nach den Figuren 3 und 3a ist das Stützelement 16 topfförmig gestaltet. Auf seiner Außen¬ fläche weist das Stützelement 16 eine Laufbahn in Form einer Laufrille 28 für das Wellenlager 7 auf. Der Boden des topfförmigen Stützelementes 16 bildet die Anlage 15 für die kugelige Außenanschlußflache 14 der Wölbung 13 des ersten Lagerringes 8. In der Wölbung 13 ist von innen eine Sicke eingeprägt, die einen nach außen vorstehenden Vor¬ sprung 17 bildet. Dieser Vorsprung 17 verläuft in einer Meridianebene der kugelförmigen Wölbung 13. Der Boden des Stützelementes 16 weist eine entsprechende Nut 18 auf, in welche der Vorsprung 17 eingreift. Hierdurch ist gewähr¬ leistet, daß eine Verstellung nur entlang des Vorsprunges 17, also nur in der Meridianebene erfolgen kann. Das Stützelement 16 ist in seiner Bohrung 24 mit Gewinde ver¬ sehen, in welche die mit einem Außengewinde versehene Welle 3 einschraubbar ist, um ein Drehmoment der Welle 3 auf den ersten Lagerring 8 übertragen zu können.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 4 ist ein separates Stützelement 16 vorgesehen, daß die Anlage 15 in Form einer Vertiefung für die kugelige Anschlußfläche 14 der Wölbung 13 des Lagerringes 8 aufweist. Erster Lagerring 8 und Stützelement 16 werden entsprechend der gewünschten Neigung gegenüber der Längsachse X beim Herstellungsprozeß für die Taumellagerung 5 durch Kleben, Schweißen, Löten oder dergleichen miteinander verbunden. Die Zentrierung übernehmen die Anlage 15 und die Anschlußfläche 14. Mit dem Stützelement 16 ist ein Gewindebolzen 30 einstückig verbunden, der in eine Gewindebohrung 26 der Welle 3 ein¬ schraubbar ist.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Taumel¬ lagerung 5, bei der die die kugelige Anschlußfläche 14 aufweisende Wölbung 13 einen Durchbruch 22 besitzt. Dieser Durchbruch 21 wird entsprechend der aus der geforderten Winkellage in der Anschlußfläche 6 resultierenden Lage bezüglich der Längsachse X eingebracht. Er kann jedoch auch als Längsschlitz ausgeführt sein. Der Durchbruch 22 wird von dem axial von der Anlage 15 vorstehenden Fixierrand 23 des Stützelementes 16 durchgriffen. Der Fixierrand 23 wird umgebördelt und somit wird der erste Lagerring 8 gegenüber dem Stützelement 16 in der gewünschten Winkelposition festgelegt. Das Stützelement 16 weist einen axial vorstehenden Gewindebolzen 30 auf, der in eine Bohrung 26 der Welle 3 einschraubbar ist, um das Drehmoment in der gewünschten Drehrichtung übertragen zu können.

Figur 6 zeigt eine gegenüber der Ausführung nach Figur 2 abgewandelte Ausführungsform insofern, als das Stützele¬ ment 16 gleichzeitig auf seiner Außenfläche 27 die Lauf¬ fläche 28 für die Wälzkörper des Wellenlagers 7 aufweist. Die Anlage 15 für die kugelige Anschlußfläche 14 des La¬ gerringes 8 ist Bestandteil eines nach außen gebogenen Kragens des ansonsten rohrförmigen Stützelementes 16. In die Bohrung 24 des Stützelementes 16 kann die Welle dreh¬ fest eingeschoben werden. Dies kann beispielsweise über eine Keilverzahnung oder dergleichen erfolgen. Der erste Lagerring 8 und das Stützelement 16 sind miteinander durch eine Schweißnaht 29 verbunden.

Die Figuren 7 a-c zeigen eine Ausführungsform eines Tau¬ mellagers 5, das noch nachträglich an den jeweiligen An¬ wendungsfall durch Neigungsverstellung eine Anpassung erlaubt. Die Wölbung 13 des ersten Lagerringes 8 ist als Teilzylinder gestaltet. Die Anschlußfläche 14 ist also eine Zylinderfäche. Hierzu sind zwei Stege, die einen

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Schlitz 19 zwischen sich bilden, aus der dem zweiten La¬ gerring 10 abgewandten Bodenfläche des ersten Lagerringes 8 nach außen herausgedrückt. Es ist ein Stützelement 16 vorgesehen, das entsprechend die durch das Ausformen und den Schlitz 19 entstehenden Stege durch Nuten führt, wel¬ che ebenfalls als Zylinderteilflächen gestaltet sind. Durch die nutenförmige Gestaltung der Anlage 15 wird der erste Lagerring 8 mit seinen Stegen, die die Anschlu߬ fläche 14 aufweisen, drehfest aufgenommen. An der Innen¬ fläche 20 des die Wölbung 13 aufweisenden Teiles des er¬ sten Lagerringes 8 stützt sich ein eine entsprechende Außenwölbung aufweisendes Klemmelement 21 ab. Dieses weist ebenfalls einen Vorsprung auf, mit dem es im Schlitz 19 geführt ist. Ferner weist das Stützelement 16 eine Bohrung 24 auf, mit der es die Welle 3 übergreift. Zum drehfesten Anschluß weist die Welle 3 eine Abflachung 32 auf. Das Stützelement 16 weist eine entsprechende Fläche 33 auf, um so eine drehfeste Verbindung zwischen Stützelement 16 und Welle 3 zu erzielen. Stützelement 16 und Klemmelement 21 sind jeweils mit einer Durchgangsbohrung 31 bzw. 31a ver¬ sehen, durch welche eine Befestigungsschraube 25 hindurch¬ geführt ist, die mit ihrem Gewindeschaft in die Gewinde¬ bohrung 26 der Welle 3 einschraubbar ist. Wie aus den Figuren 7a und 7c erkennbar, kann der erste Lagerring 8 der Welle 3 gegenüber in verschiedenen Neigungsstellungen über das Stützelement ,16, das Klemmelement 21 und die Befestigungsschraube 25 festgelegt werden.

Figur 8 zeigt eine Variante zu der Ausführungsform gemäß Figur 7. Dabei ist in der kugelförmigen Wölbung 13 ein Schlitz 19 vorhanden. Dieser dient zur seitlichen Führung des ersten Lagerringes 8 gegenüber dem Schaft einer Be¬ festigungsschraube 25. Die konvex kugelige Anschlußfläche 14 der Wölbung 13 stützt sich an einer entsprechend konkav kugeligen Anlagefläche 15 eines scheibenförmig

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ausgebildeten Stützelementes 16 ab. An die Innenfläche 20 der Wölbung 13 stützt sich die konvex kugelige Außenfläche eines Klemmelementes 21 ab. Klemmelement 21 und Stützelemente 16 weisen Durchgangsbohrungen 31, 31a auf, durch die der Schaft der Befestigungsschraube 25 hindurchgeführt ist. Die Befestigungsschraube 25 ist in die Gewindebohrung 26 der Welle 3 zur Festlegung einge¬ schraubt. Im Rahmen der Erstreckung des Schlitzes 19 kann eine Neigungsverstellung des ersten Lagerringes 8 gegen¬ über der Längsachse X erfolgen. Die Festlegung erfolgt über die Befestigungsschraube 25 sowie das Stützelement 16 und das Kleπvmelement 21.

Bei der Ausführungsform nach Figur 9 ist die kugelige Wöl¬ bung 13 nach innen, das heißt auf den zweiten Lagerring 10 zu gerichtet. Dabei ist es möglich, die Anlage 15 un¬ mittelbar als Bestandteil einer Ausweitung eines Stützele¬ mentes 16 oder als Bestandteil der als Hohlwelle gestalte¬ ten Welle 3 vorzusehen. Die Festlegung erfolgt durch eine Schweißnaht 29, durch Verklebung oder dergleichen.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 10 ist ebenfalls ein hülsenförmiges Stützelement 16 vorgesehen, das axial vorspringende Ansätze 34 aufweist. Diese sind in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet, wobei sie achsparallele Schlitze des Stützelementes 16 bilden. Die Ansätze 34 durchgreifen entsprechende Druchbrüche 22 in der Wölbung 13 und sind zur Anlage an der Innenfläche 20 der Wölbung 13 zur Festlegung umgebogen. Die Anlagefläche 15 wird jeweils von dem Schlitzgrund zwischen zwei benachbarten Ansätzen gebildet. In das hülsenförmige Stützelement 16 ist die Welle 3 drehfest zur Drehmomentübertragung eingeschoben.

Figur 11 zeigt eine gegenüber Figur 6 abgewandelte Ausführungsform des Taumellagers. Hier liegt die

ringförmige Anlagefläche 15 des Stützelementes 16, an der die Außen- anschlußflache 14 des ersten Lagerringes 8 anliegt, in einer gegenüber der Querschnittsebene 35 des Stützelementes 16 um den Winkel von 3° versetzten Ebene 36, die wiederum in einem Winkel von 10° zu der Querschnittsebene 37 des Tau ellagers angestellt ist. Diese Ausführung ermöglicht durch relatives Verdrehen des Lagerringes 8 gegenüber dem Stützelement 16 eine stufenlose Winkelverstellung des Lagerringes von 10° + 3° = 13° bis 10° - 3° = 7°. Dieser Verstellbereich kann durch geeignete Wahl der Anstellwinkel der Ebenen verändert werden.

Figur 12 zeigt eine Taumellagerung 5, zwischen deren erstem Lagerring 8 und zweitem Lagerring 10 nicht Kugeln, sondern Zylinderrollen als Wälzkörper 38 angeordnet sind. Diese stützen den zweiten Lagerring 10, der die von den Wälzkörpern 38 abgewandte Stirnfläche 6 aufweist. An der Anschlußfläche 14 des ersten Lagerringes 8 liegt das ebenfalls als Lagerring ausgebildete Stützelement 16 eines weiteren Axialwälzlagers 39 an. Die Welle 3 ist über das hier als Rollenlager ausgeführte Wellenlager 7 in dem Stützelement 16 radial gelagert. Der Schwenkpunkt S der Anschlußfläche 14 liegt wieder im Schnittpunkt der Längsachse X der Welle 3 und der von der Lagerfläche abgewandten Stirnfläche 6 des zweiten Lagerringes 10.

In Figur 13 ist die Taumellagerung 5 nicht als Wälzlager, sondern als Gleitlager ausgeführt und enthält zwischen dem ersten Lagerring 8 und dem zweiten Lagerring 10 eine Gleitlagerwerkstoffschicht 40 sowie im Wellenlager 7 zwischen dem Stützelement 16 und einem das Wellenlager 7 aufnehmenden Gehäuse 41 eine Gleitlagerwerkstoffschicht 42. Auch hier liegt der Schwenkpunkt S der Anschlußfläche 14 im Schnittpunkt der Längsachse X der Welle und der von der Lagerfläche abgewandten Stirnfläche 6 des zweiten Lagerringes 10, die mit der Normalen der Längsachse X den Neigungswinkel K bildet.

BezugszahleπHste

24 Bohrung

25 Befestigungsschraube

26 Gewindebohrung

27 Außenfläche

28 Lauffläche

29 Schweißnaht

30 Gewindebolzen

31 Durchgangsbohrung 31a Durchgangsbohrung

32 Abflachung

33 Fläche

34 Ansatz

35 Querschnittsebene

36 versetzte Ebene

37 Querschnittsebene

38 Wälzkörper

39 Axialwälzlager

40 Gleitlagerwerkstoffschicht

41 Gehäuse

42 Gleitlagerwerkstoffschicht S Schwenkmittelpunkt

X Längsachse K Neigungswinkel