Axialkolbenmaschine mit schallgedämpfter und/oder schallgedämmter Steuerplatte

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine (1) mit in Zylinderbohrungen (8) innerhalb eines Gehäuses (3) rotierbaren Zylinderkörpers (7) angeordneten Kolben (9), wobei der Zylinderkörper (7) sich an einer Steuerplatte (13) abstützend angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Reduzierung der Körperschallausbreitung von dem Zylinderkörper (7) über die Steuerplatte (13) an das Gehäuse (3) mindestens eine Elastomerschicht (23, 24, 28) vorgesehen ist.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Eine derartige Axialkolbenmaschine ist beispielsweise aus der DE 199 60 941 A1 bekannt. Bei der bekannten Axialkolbenmaschine ist die Schrägscheibe als schwenkbar innerhalb des Axialkolbenmaschinengehäuses gelagerte Schwenkwiege ausgebildet. Durch die Rotation des Zylinderkörpers um die Zylinderachse und durch die kinematische Führung der Kolben in den Zylinderbohrungen sowie an der Schrägscheibe bzw. Schwenkwiege führen die Kolben periodische Bewegungen in axialer Richtung aus, wobei in der Bewegungsrichtung von einer Steuerplatte weg das Fluid aus einer Saugniere der Steuerplatte angesaugt und in der entgegengesetzten Bewegung das Fluid in eine Druckniere der Steuerplatte gefördert wird. Der rotierende Zylinderkörper wird mittels einer auf der Antriebswelle angeordneten Schraubendruckfeder gegen die Steuerplatte bzw. Druckplatte angefedert, so dass sich der Zylinderkörper bei einer Rotation an der Steuerplatte abstützt. Die Zylinderbohrungen des Zylinderkörpers kommunizieren dabei mit der Druckniere bzw. der Saugniere, welche wiederum mit den innerhalb des Gehäuses angeordneten Fluidkanälen kommunizieren. Nachteilig bei der bekannten Axialkolbenmaschine ist die Körperschallweiterleitung durch die Steuerplatte hindurch an das Gehäuse, welches hierdurch zu ein starkes Geräusch erzeugenden mechanischen Schwingungen neigt. Die Entstehung des Körperschalls ist u.a. auf den allgemeinen hohen Förderdruck zurückzuführen, wodurch auf die Kolben und auf den Zylinderkörper hohe Kräfte mit abwechselnder Amplitude wirken, wodurch wiederum die Bauteile zu Schwingungen angeregt werden.

Offenbarung der Erfindung

Technische Aufgabe

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine mit reduzierter Geräuschentwicklung vorzuschlagen.

Technische Lösung

[0004] Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

[0005] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0006] Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Körperschallausbreitung über die Steuerplatte an das Axialkolbenmaschinengehäuse durch Vorsehen mindestens einer Elastomerschicht innerhalb der Steuerplatte oder in dem Bereich der Steuerplatte vorzusehen. Die Elastomerschicht muss derart angeordnet werden, dass die Körperschallwellen die Elastomerschicht auf dem Weg zum Axialkolbengehäuse passieren müssen. Hierzu ist die Elastomerschicht innerhalb des Kraftflusses von dem auf die Steuerscheibe von dem Zylinderkörper wirkenden Kräften angeordnet. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen mindestens einer Elastomerschicht in und/oder auf der Steuerplatte werden die Gehäuseschwingungen vermindert, da mittels der Elastomerschicht Schwingungsenergie in Form von Wärme dissipiert und/oder Körperschallwellen reflektiert werden. Die Elastomerschicht hat also eine Schalldämpfungs- und/oder Schalldämmungsfunktion.

[0007] In Weiterbildung 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 Steuerscheibe und/oder des Axialkolbenmaschinengehäuses. Hierdurch wird an der Grenzfläche zwischen einem metallischen Bauteil 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 Dämpfungseigenschaft des Elastomers führt zu Dissipation von Schwingungsenergie in Form von Wärme. Demnach wird die Dämpfung mit zunehmender Dämpfungseigenschaft des Elastomers verbessert.

[0008] In Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Steuerscheibe mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgeführt ist. Zwischen den mindestens zwei Teilen der Steuerscheibe ist in Ausgestaltung der Erfindung mindestens eine Elastomerschicht angeordnet. Bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine sind daher mindestens eine Elastomerschicht mit zwei Metallschichten bzw. zwei Metallbauteilen der Steuerplatte im Wechsel angeordnet. Mit zunehmender Zahl der voneinander beabstandeten Elastomerschichten mit jeweils daran angrenzenden Metallschichten wird der Effekt der Geräuschreduzierung verbessert.

[0009] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Bauteile bzw. Abschnitte der Steuerscheibe, vorzugsweise ausschließlich, durch die Elastomerschicht zusammengehalten werden, so dass die Elastomerschicht nicht nur Dämpfungs- und/oder Dämmungsfunktion, sondern auch eine Fixierungsfunktion hat. Bevorzugt sind zusätzlich zu der Elastomerschicht keine weiteren Verbindungsmittel wie Nuten, Schrauben etc. vorzusehen, um die Bauteile bzw. Abschnitte der Steuerplatte zusammenzuhalten. Hierdurch werden Schallbrücken vermieden. Bevorzugt wird das Elastomermaterial bei der Herstellung der Steuerscheibe zwischen die mindestens zwei Bauteile bzw. Abschnitte eingebracht, woraufhin die Metallbauteile zusammen mit dem Elastomermaterial, insbesondere aus Kautschuk oder einem Kautschukanteil, vulkanisiert werden.

[0010] Aus fertigungstechnischen Gründen ist es von Vorteil, die Elastomerschicht parallel zu einer den Zylinderkörper zugewandten Gleitoberfläche der Steuerscheibe, also senkrecht zur Längserstreckung der Axialkolbenmaschinenwelle, anzuordnen. Hierdurch wird die Steuerscheibe in mindestens zwei Bauteile mit einander zugewandten Parallelflächen unterteilt, zwischen denen sich die Elastomerschicht befindet.

[0011] Zusätzlich oder alternativ zu dem Vorsehen einer Elastomerschicht zwischen zwei Bauteilen bzw. Abschnitten der Steuerscheibe kann eine Elastomerschicht in Weiterbildung der Erfindung auf der Außenseite der Steuerscheibe angeordnet werden. Diese äußere Elastomerschicht kann beispielsweise aufvulkanisiert und/oder formschlüssig gehalten werden. Die äußere Elastomerschicht ist bevorzugt derart angeordnet, dass sich die Steuerscheibe, vorzugsweise ausschließlich, über die Elastomerschicht an dem Gehäuse abstützt. Dabei kann die Elastomerschicht derart angeordnet werden, dass sich die Steuerscheibe in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung über die Elastomerschicht am Axialkolbenmaschinengehäuse abstützt. Eine Abstützung der Steuerscheibe in Umfangsrichtung an dem Axialkolbenmaschinengehäuse ist notwendig, um ein Verdrehen der Steuerscheibe durch das auf sie von dem Zylinderkörper wirkende Reibdrehmoment im Betrieb der Axialkolbenmaschine zu vermeiden.

[0012] Es ist zweckmäßig, die Elastomerschicht nicht einlagig oder einstückig auszubilden, sondern mehrere Elastomerschichtlagen vorzusehen. Von besonderem Vorteil ist es, wenn mindestens zwei Lagen der Elastomerschicht aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wodurch zusätzliche Impedanzsprünge innerhalb der mehrlagigen Elastomerschicht realisiert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0013] Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Figuren erläutert.

Es zeigen:

[0014] 

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 Steuerscheibe mit Elastomerschicht zeigt, und

Fig. 4:

ein alternatives Detail aus den Fig. 1 und 2, das den mehrteiligen Aufbau der Steuerscheibe und Elastomerschicht zeigt.

Ausführungsformen der Erfindung

[0015] In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

[0016] Ein Ausführungsbeispiel einer Axialkolbenmaschine 1 mit einer als Schwenkwiege ausgebildeten bzw. schwenkbar gelagerten Schrägscheibe 2 ist in Fig. 1 dargestellt. Die Axialkolbenmaschine 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in dem eine Welle 4 mittels zweier in axialer Richtung beabstandeter Wälzlager 5, 6 drehbar gelagert ist. Die Axialkolbenmaschine 1 kann als Pumpe oder als Motor betrieben werden. 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 Oberfläche 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 des Gehäuses 3 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 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 und das Fluid in der entgegengesetzten Bewegungsrichtung in die Druckniere 15 gefördert wird (Pumpenbetrieb).

[0017] 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 bei Überstreichen der Druckniere 15 bzw. der Saugniere 14 abwechselnd mit Förderdruck bzw. Saugdruck beaufschlagt.

[0018] Durch die abwechselnde Beaufschlagung der Kolben 9 mit Förderdruck bzw. Saugdruck und aufgrund der Rotationsbewegung des Zylinderkörpers 7 mit den Kolben 9 entstehen Körperschallwellen, die über die Steuerplatte 13, an der sich der Zylinderkörper 7 während seiner Rotationsbewegung abstützt, an das Gehäuse 3 weitergegeben werden, wodurch dieses ebenfalls schwingt und ein lautes Betriebsgeräusch entsteht. Zur Reduzierung dieses Geräusches ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, die Steuerplatte mit Saugniere 14 bzw. Druckniere 15 und einer Aussparung 29 für die Welle 4 mehrteilig ausgeführt. Die Steuerplatte 13 weist drei parallele metallische Bauteile 19, 20, 21 auf, wobei das metallische Bauteil 20 als Zwischenbauteil zwischen den äußeren Bauteilen 19 und 20 angeordnet ist. Das metallische Bauteil 19, das in Richtung Zylinderkörper 7 angeordnet ist, bildet eine Gleitoberfläche 22, an der sich der Zylinderkörper 7 bei seiner Rotationsbewegung abstützt. Zwischen dem metallischen Bauteil 19 und dem Bauteil 20 sowie zwischen dem Bauteil 20 und dem Bauteil 21 ist jeweils eine zu den Bauteilen 19, 20, 21 parallele Elastomerschicht 23, 24 angeordnet, wobei die Bauteile 19, 20, 21 ausschließlich durch die Elastomerschichten 23, 24 zusammengehalten werden. Die Elastomerschichten 23, 24 weisen ein geringeres Elastizitätsmodul und eine geringere Dichte auf als die Bauteile 19, 20, 21 aus Metall, insbesondere aus Bronze, so dass an den Grenzflächen 25, 26 zwischen dem Bauteil 19 und der Elastomerschicht 23 sowie zwischen dem Bauteil 20 und der Elastomerschicht 24 jeweils ein Impedanzsprung realisiert ist, aufgrund dessen die Körperschallwellen zurück in Richtung des Zylinderkörpers 7, also im Gehäuseinneren, reflektiert werden. Aufgrund der Dämpfungseigenschaft des Elastomermaterials der Elastomerschichten 23, 24 erfolgt gleichzeitig eine Dissipierung der Schwingungsenergie in Form von Wärme.

[0019] Eine alternative Ausgestaltung der Steuerplatte 13 ist in Fig. 4 dargestellt. Die Steuerplatte 13 weist lediglich ein metallisches Bauteil 27 auf, in das die Saugniere 14 und die Druckniere 15 eingebracht sind. Die dem Zylinderkörper 7 abgewandte Seite des metallischen Bauteils 27 ist mit einer Elastomerschicht 28 versehen, über die sich die Steuerplatte 13 an der Anschlussplatte 16, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel Teil des Gehäuses 3 ist, abstützt.

Ansprüche

1. Axialkolbenmaschine mit in Zylinderbohrungen (8) eines innerhalb eines Gehäuses (3) rotierbaren Zylinderkörpers (2) angeordneten Kolben (9), wobei der Zylinderkörper (7) sich an einer Steuerplatte (13) abstützend angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Reduzierung der Körperschallausbreitung von dem Zylinderkörper (7) über die Steuerplatte (13) an das Gehäuse (3) mindestens eine Elastomerschicht (23, 24, 28) vorgesehen ist.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (23, 24, 28) ein geringeres Elastizitätsmodul und/oder eine geringere Dichte aufweist als die metallischen Bauteile (19, 20, 21, 27) der Steuerplatte (13).

3. Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerscheibe (13) mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgeführt ist und dass die Elastomerschicht (23, 24) als Zwischenschicht zwischen mindestens zwei Teilen (19, 20, 21) der Steuerscheibe (13) angeordnet ist.

4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, das die mindestens zwei Teile (19, 20, 21) der Steuerscheibe (13), vorzugsweise ausschließlich, über die Elastomerschicht (23, 24) miteinander verbunden sind.

5. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (23, 24, 28) parallel zu einer den Kolben (9) zugewandten Gleitoberfläche (22) der Steuerscheibe (23) angeordnet ist.

6. Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (23, 24, 28) auf der Außenseite der Steuerscheibe (13) angeordnet ist, und dass sich die Steuerscheibe (13), vorzugsweise ausschließlich, über die Elastomerschicht (23, 24, 28) an dem Gehäuse (3) und/oder einer Anschlussplatte (16) abstützend angeordnet.

7. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Steuerscheibe (13) in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung über die Elastomerschicht (28) am Gehäuse (3) und/oder der Anschlussplatte (16) abstützend angeordnet ist.

8. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Elastomerschicht (28) auf die Steuerscheibe (13) und/oder auf das Gehäuse (3) und/oder auf die Anschlussplatte (16) aufvulkanisiert ist.

9. Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (23, 24, 28) mehrlagig ausgebildet ist.

10. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Lagen der Elastomerschicht (23, 24, 28) aus unterschiedlichem Material bestehen.

Zeichnung