Federelastische Exzenterlagerung für Verdrängermaschinen

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine federelastische Exzenterlagerung für Verdrängermaschinen, deren Verdränger eine kreisende Translationsbewegung um einen Exzenter ausführung. Zur Herstel­lung einer kostengünstigen Konstruktion wird eine Lagerscheibe vorgeschlagen, in der exzentrisch zum äußeren Lagermantel eine Ausnehmung für die Aufnahme einer Welle angeordnet ist, wo­bei das den Zwischenraum zwischen Lagermantel und Ausnehmung ausfüllende Material gummielastisch ausgebildet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine federelastische Exzenterlagerung für Verdrängermaschinen, deren Vedränger eine kreisende Trans­lationsbewegung um einen Exzenter ausführen.

[0002] Eine derartige, als Kreiskolbenmaschine ausgelegte Verdänger­maschine läßt sich z.B. der DE-OS 22 30 773 entnehmen. Der Ver­dränger (Kolben) führt eine kreisende (translatorische) Bewegung um einen Exzenter aus. Hierfür müssen in kostenaufwendiger Weise Exzenterwellen in zerspanender oder gebauter Ausführung herge­stellt werden. Bei der Wahl bestimmter Betriebsdrücke dieser z.B. als Pumpen ausgeführten Verdrängermaschinen ergeben sich immer wieder Probleme bei der Auslegung und Tolerierung der Exzenterwellen der Verdrängerlager. Verdränger für Pumpen können in derartigen Maschinen axial einseitig oder doppelseitig ausge­bildet werden, so daß an sich die Möglichkeit besteht, die Ver­dränger sowohl radial - als auch axial wirkend federnd zu lagern. Hierdurch kann je nach Wahl der Federkennlinien eine Einstellung der Druckbereiche für solche Pumpen gewählt werden. Derartige druckbegrenzte Verdrängerpumpen haben teilweise die Charakteristik von Strömungspumpen, ohne die Nachteile wie z.B. mangelnde Selbstansaugfähigkeit, Kavitationsprobleme bei gedros­selten Rohrquerschnitten und dergl. von Strömungsmaschinen zu besitzen.

[0003] In der CH-PS 555 476 ist eine Verdrängermaschine mit einem ge­krümmten Verdränger offenbart, der drehbar auf einem an eine drehbar gelagerte Antriebswelle gekoppelten Exzenter gelagert ist und durch diesen zur Ausführung einer kreisenden Bewegung in einer entsprechend gekrümmten Verdrängerkammer mit einem Ein- und Auslaß geführt ist. Der Verdränger ist gegen die Wir­kung einer elastischen Kraft aus der Berührungslage mit der Wan­dung der Verdrängerkammer längs zu den Krümmungsachsen paralle­len Berührungslinien auslenkbar. Zur Erzeugung der elastischen Kraft ist ein metallisches, als Kraftspeicher wirkendes Feder­element vorgesehen. Das Federelement kann durch den als um eine zur Achse der kreisenden Bewegung parallele Biegeachse gebogene Blattfeder gebildeten Verdränger gebildet sein. Das Federelement kann aber auch durch einen elastisch durchbiegbaren Taumelstab gebildet werden, der an seinem einen Ende kugelgelenkig am Ver­dränger angelenkt und zwischen seinen Enden in einem Kugelgelenk gelagert ist, dessen Zentrum auf der Drehachse der Antriebswelle liegt.

[0004] Bei Verdrängermaschinen dieser Bauart ergeben sich erhebliche funktionstechnische Probleme. Der genannte elastisch durchbieg­bare Taumelstab läßt sich aus dichtungstechnischen Gründen nicht realisieren. Gebaute Exzenterwellen mit metallischen Federn be­nötigen zusätzliche Führungselemente zur Abstützung und besitzen daher auch zusätzliche Kostennachteile.

[0005] Die DE-OS 26 03 462 offenbart eine Verdrängermaschine für kom­pressible Medien. Auch hier beschreibt der Verdränger eine krei­sende Translationsbewegung um eine Exzenterbahn. Bei derartigen Bauarten ist es unumgänglich, für den Verdränger eine Verdreh­sicherung vorzusehen, da andernfalls der Verdränger bei einer auch nur geringen, zusätzlich zur Kreisbewegung ausgeführten Drehbewegung sofort eine mechanische Beschädigung erleiden würde. Auch für diese Verdrängermaschinen kommen kostenaufwendig ge­ baute oder zerspanend hergestellte Exzenterwellen zum Einsatz, wobei der Verdränger auch axial gefedert und mit einer inte­grierten Verdrehsicherung zusätzlich gelagert sein kann. Eine bekanntgewordene Verdrehsicherung umfaßt mehrere, jeweils druck­federbelastete Kugeln, die in entsprechend ausgebildeten Pfan­nen eine geringe exzenterförmige Bewegung ausführen.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erläuter­te federelastische Exzenterlagerung für den Verdränger einer Ver­drängermaschine konstruktiv so zu gestalten, daß sie sich kosten­günstiger herstellen läßt.

[0007] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Lager­scheibe, in der exzentrisch zum äußeren Lagermantel eine Aus­nehmung für die Aufnahme einer Welle angeordnet is, wobei das den Zwischenraum zwischen Lagermantel und Ausnehmung ausfüllende Material gummielastisch ausgebildet ist.

[0008] Da es durch Elektronenstrahlvernetzung bereits möglich ist, einem Kunststoff unterschiedliche Federcharakteristiken zu ver­leihen, bestände die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Lager­scheibe einteilig auszubilden. Für eine eher konventionelle Herstellung ist es jedoch vorteilhaft, wenn der äußere Lagerman­tel ein Lagerring ist, in den eine die genannte Ausnehmung bil­dende Buchse einvulkanisiert ist. Dabei kann der Lagerring vor­zugsweise der Innenring eines Wälzlagers sein.

[0009] Als gummielastisches Material kann z.B. Kautschuk Verwendung finden. Dabei sind die Betriebstemperaturen für die Werkstoff­wahl des Kautschuks und die gewünschten Betriebsdrücke für die Shore-Härte (Federkennlinie)des Kautschuks sowie für die Quer­schnitte der Exzenterlagerungen bestimmend.Durch gezielt angeord­nete und ausgebildete Querschnittsschwächungen (Kerben, Sicken und/oder Kanäle o.dergl.) im gummielastischen Material läßt sich eine bestimmte Federkennlinie erzielen.

[0010] Die erfindungsgemäße Lagerscheibe ist einfach herzustellen, schnell und komplikationslos zu montieren, zuverlässig im Be­trieb aber genügsam in der Wartung. Versuche haben gezeigt, daß bei den erfindungsgemäßen federelastischen Lagerungen nicht nur die vorgegebenen Betriebsdrücke einwandfrei erreicht, sondern daß insbesondere bei mehrwelligen Maschinen die Toleranzen der einzelnen Maschinenteile einwandfrei kompensiert werden.

[0011] Für die Drehmoment-Übertragung zwischen Welle und gummielasti­scher Exzenterlagerung können alle denkbaren formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindungstechniken wie Gewinde, Keil-/Nut-Verbindung, Aufpressen o.dergl. gewählt werden.

[0012] Eine nicht nur in radialer Richtung sondern auch in axialer Richtung federelastisch ausgebildete Exzenterlagerung ist er­findungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring und/oder die Buchse mit einem Kragen einen Teilbereich der Stirnseiten des gummielastischen Materials abdeckt bzw. abdecken.

[0013] Eine ebenso preiswert herzustellende wie zuverlässig arbeitende Verdrehsicherung für den Verdränger besteht erfindungsgemäß aus einer Lagerscheibe in der exzentrisch zum äußeren Lagermantel eine Ausnehmung für die Aufnahme eines Zapfens o.dergl. angeord­net ist, wobei die Lagerscheibe aus zwei Deckscheiben besteht, die zwischen sich sandwichartig eine Schicht aus gummielasti­schem Material einschließen.

[0014] In der Zeichnung sind einige als Beispiele dienende Ausführungs­formen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 eine Lagerscheibe in Draufsicht;

Figur 2 einen Querschnitt der Lagerscheibe gemäß Figur 1;

Figur 3 in einer abgewandelten Ausführungsform eine Lager­scheibe in einer Darstellung gemäß Figur 1;

Figur 4 die Lagerscheibe gemäß Figur 3 im Querschnitt (obere Hälfte) sowie in Stirnansicht (untere Hälfte);

Figur 5 eine abgewandelte Ausführungsform einer Lagerscheibe in einer Darstellung gemäß Figur 1;

Figur 6 die andere Stirnseite der Lagerscheibe gemäß Figur 5;

Figur 7 ein Querschnitt gemäß der Linie VII-VII in Figur 6;

Figur 8 eine abgewandelte Ausführungsform einer Lagerscheibe in einer Darstellung gemäß Figur 5;

Figur 9 einen Querschnitt durch die Lagerscheibe gemäß Figur 8;

Figur 10 in Draufsicht und zum Teil im Schnitt gemäß der Linie B-B in Figur 11 eine Exzenterlagerung mit einer Ver­drehsicherung für einen Verdränger und

Figur 11 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt gemäß der Linie A-A in Figur 10.

[0015] Figur 1 zeigt eine Lagerscheibe 3, in der exzentrisch zum äußeren Lagermantel 4 eine Ausnehmung 5 für die Aufnahme einer nicht dargestellten Welle angeordnet ist. Das den Zwischenraum zwischen Lagermantel 4 und Ausnehmung 5 ausfüllende Material 7 ist gummielastisch ausgebildet. Der äußere Lagermantel 4 wird durch einen Lagerring 8 gebildet, in den eine die genannte Aus­nehmung 5 bildende Buchse 9 einvulkanisiert ist.

[0016] Die Figuren 3 und 4 lassen erkennen, daß der Lagerring 8 auch der Innenring eines Wälzlagers 10 sein kein. In beiden Aus­führungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 4 beträgt der Innen­durchmesser des Lagerringes 4 ein Mehrfaches von dem der Buchse 9.

[0017] Bei den beiden Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 4 weist die Lagerscheibe 3 ausschließlich in radialier Richtung federelastische Eigenschaften auf.

[0018] Um eine nicht nur in radialier Richtung sondern auch in axialer Richtung federelastisch ausgebildete Exzenterlagerung zu er­halten, können gemäß den Figuren 5 bis 7 sowohl der Lagerring 8 als auch die Buchse 9 jeweils mit einem Kragen 11 bzw. 12 einen Teilbereich der Stirnseiten des gummielastischen Materials 7 abdecken. Der federelastische Weg in radialer Richtung wird be­stimmt durch den Radialabstand 15 zwischen dem Kragen 11 und der Buchse 9 bzw. durch den Radialabstand 16 zwischen dem Kra­gen 12 und dem Lagerring 8. Im Ausführungsbeispiel ist dieser radiale Federweg verhältnismäßig kurz ausgebildet; Figur 7 läßt erkennen, daß die federelastische Ausbildung in Axial­richtung größer ist. Diese ergibt sich aus dem Axialabstand zwischen den genannten Kragen 11 und 12 sowie aus der Elastizität des gummielastischen Materials 7. Die genannten Radialabstände 15,16 zwischen dem Kragen 11 und der Buchse 9 bzw. dem Kragen 12 und dem Lagerring 8 können von dem gummi­elastischen Material 7 ausgefüllt oder aber von diesem Material ausgespart sein.

[0019] Die Lagerscheibe 3 gemäß den Figuren 8 und 9 weist nur in axialer Richtung federelastische Eigenschaften auf. Hier besteht die Lagerscheibe 3 aus zwei Deckscheiben 14, die zwischen sich sandwichartig eine Schicht aus gummielastischem Material 7 ein­schließen. Wie bei den vorgehend beschriebenen Ausführungsformen ist auch hier exzentrisch zum äußeren Lagermantel 4 eine Aus­nehmung 5 für die Aufnahme eines Zapfens oder dergl. angeordnet. Figur 9 läßt erkennen, daß das gummielastische Material 7 so­wohl im Bereich des Lagermantels 4 als auch im Bereich der Aus­nehmung 5 etwas radial nach innen zwischen die beiden Deckschei­ben 14 eingewölbt ist.

[0020] Die Figuren 10 und 11 zeigen die Einsatzmöglichkeiten für die vorstehend beschreibenen Lagerscheiben. Dabei zeigt Figur 11 einen Querschnitt durch eine Verdrängermaschine und läßt einen Verdränger 1 erkennen, der gegenüber einer Verdrängerkammer bzw. einem Verdrängergehäuse 2 eine Translationsbewegung um einen Exzenter a ausführt. Hierbei erfolgt der Antrieb des Ver­drängers 1 in herkömmlicher Weise über eine Exzenterwelle 6. Erfindungsgemäß kann für die Exzenterlagerung des Verdrängers 1 eine Lagerscheibe 3 gemäß den Figuren 1 bis 6 Verwendung finden. Zusätzlich zeigen die Figuren 10 und 11 auch noch eine Verdreh­sicherung für den Verdränger 1. Diese Verdrehsicherung wird ge­bildet durch eine Lagerscheibe 3 gemäß den Figuren 8 und 9, also eine Lagerscheibe, die ausschließlich in Axialrichtung federelastisch ausgebildet ist. In die um das Maß a exzentrisch zum äußeren Lagermantel 4 angeordnete Ausnehmung 5 greift ein Zapfen 13 ein.

Ansprüche

1. Federelastische Exzenterlagerung für Verdrängermaschinen, deren Verdränger (1) eine kreisende Translationsbewegung um einen Exzenter ausführen, gekennzeichnet durch eine Lagerscheibe (3), in der exzentrisch zum äußeren Lagermantel (4) eine Ausnehmung (5) für die Aufnahme einer Welle (6) angeordnet ist, wobei das den Zwischenraum zwi­schen Lagermantel (4) und Ausnehmung (5) ausfüllende Material (7) gummielastisch ausgebildet ist.

2. Exzenterlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Lagermantel (4) in Lagerring (8) ist, in den eine die genannte Ausnehmung (5) bildende Buchse (9) einvulkanisiert ist.

3. Exzenterlagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (8) der Innenring eines Wälzlagers (10) ist.

4. Exzenterlagerung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­net, daß der Innendurchmesser des Lagerringes (8) ein Mehr­faches von dem der Buchse (9) beträgt.

5. Exzenterlagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß das gummielastische Material (7) Kautschuk ist.

6. Exzenterlagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­kennzeichnet durch gezielt angeordnete und ausgebildete Querschnittsschwächungen im gummielastischen Material (7) zur Erzielung einer bestimmten Federkennlinie.

7. Exzenterlagerung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (8) und/oder die Buchse (9) mit einem Kragen (11,12) einen Teilbereich der Stirnseiten des gummielastischen Materials(7) abdeckt bzw. abdecken.

8. Exzenterlagerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verdrehsicherung für den Verdränger (1), bestehend aus einer Lagerscheibe (3), in der exzentrisch zum äußeren Lager­mantel (4) eine Ausnehmung (5) für die Aufnahme eines Zapfens (13) o.dergl. angeordnet ist, wobei die Lagerschei­be (3) aus zwei Deckscheiben (14) besteht, die zwischen sich sandwichartig eine Schicht aus gummielastischem Material (7) einschließen.

Zeichnung