-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schmiermittelversorgungsanordnung an einer Anordnung mit einer Hydraulikmaschine und einer rotatorischen Maschine, sowie eine rotatorische Maschine und eine Hydraulikmaschine.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Arbeitsmaschinen können ein hydraulisches Antriebssystem aufweisen, mit dem die jeweilige Arbeitsmaschine selbst oder Komponenten der Arbeitsmaschine, z.B. ein Ausleger eines Baggers oder ein Stempel einer Presse, angetrieben werden. Das hydraulische Antriebssystem weist dazu typischerweise Hydraulikzylinder und/oder Hydraulikmotoren auf. Zur Druckmittelversorgung ist im hydraulischen Antriebssystem wenigstens eine Hydraulikpumpe bzw. Hydraulikmaschine vorgesehen. Neben Verbrennungsmotoren kann auch ein Elektromotor bzw. elektrische Maschine zum Antreiben der jeweiligen Hydraulikmaschine verwendet werden. Eine Welle der Hydraulikmaschine wird dabei zur Drehmomentübertragung mit einer Welle des Verbrennungsmotors oder der elektrischen Maschine gekoppelt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß werden eine Schmiermittelversorgungsanordnung an einer Anordnung mit einer Hydraulikmaschine und einer rotatorischen Maschine, sowie eine rotatorische Maschine und eine Hydraulikmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
-
Die Erfindung bedient sich der Maßnahme, einen Schmiermittelkanal an der Hydraulikmaschine oder der rotatorischen Maschine vorzusehen, der mit einer als Schmiermittelkammer bezeichneten Kammer, die zu Kontaktflächen von Eingriffselementen benachbart ist, in fluidischer Verbindung steht. Die Eingriffselemente sind einerseits an einem Ende einer Welle der Hydraulikmaschine und andererseits an einem Ende einer Welle der rotatorischen Maschine vorgesehen, um, wenn sie miteinander in Eingriff gebracht sind, eine Welle-Nabe-Verbindung zu bilden, durch die die Hydraulikmaschine und die rotatorische Maschine gekoppelt werden. Durch die vorgeschlagene Lösung wird eine kompakte und verschleißarme Kopplung einer Hydraulikmaschine mit einer rotatorischen Maschine ermöglicht, da durch die direkte Welle-Nabe-Verbindung auf eine gesonderte Kupplungsanordnung, z.B. in einer Kupplungsglocke, verzichtet werden kann und die Schmierung der Welle-Nabe-Verbindung gewährleistet ist.
-
Die Welle-Nabe-Verbindung befindet sich in einer Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer, die durch Wände der Hydraulikmaschine und der rotatorischen Maschine gebildet wird. Als Schmiermittelkammer dient die Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer oder eine Kompressionsvolumen-Kammer, die in einem nabenförmigen Ende einer der Wellen gebildet ist.
-
Der Begriff Hydraulikmaschine soll eine hydraulische Maschine bezeichnen, die als Hydraulikpumpe und/oder als Hydraulikmotor wirkt, wobei die Welle als Antriebs- und/oder Abtriebswelle dient. Der Begriff rotatorische Maschine soll eine Maschine bezeichnen, aus der eine Welle herausgeführt ist, die als Antriebs- und/oder Abtriebswelle dient, so dass Drehmoment zwischen der Hydraulikmaschine und der rotatorischen Maschine übertragen werden kann (wenn sie gekoppelt sind). Bei der rotatorischen Maschine kann sich z.B. um einen Verbrennungsmotor oder, insbesondere, um eine elektrische Maschine handeln. Es könnte sich ebenso um eine Maschine handeln, die, im Fall, dass die Hydraulikmaschine ein Hydraulikmotor ist bzw. hauptsächlich als solcher wirkt, ein Maschinenelement aufweist, das durch die Hydraulikmaschine zu einer Rotationsbewegung angetrieben wird.
-
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
-
Figurenbeschreibung
-
- 1 zeigt eine mit einer elektrischen Maschine, die ein Beispiel einer rotatorischen Maschine ist, gekoppelte Hydraulikmaschine.
-
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
-
1 zeigt eine Hydraulikmaschine 2, die mit einer hier als elektrische Maschine 4 (nur teilweise dargestellt) ausgebildeten rotatorischen Maschine gekoppelt ist, d.h. deren Wellen (An- bzw. Abtriebswellen, wobei situationsbedingt Drehmomentübertragung in beide Richtungen auftreten kann) mittels einer Welle-Nabe-Verbindung miteinander gekoppelt sind. Die Welle der Hydraulikmaschine 2 wird als erste Welle 6 bezeichnet. Die Welle der elektrischen Maschine 4 wird als zweite Welle 8 bezeichnet. Die Wellen sind in der Hydraulikmaschine 2 bzw. der elektrischen Maschine 4 in jeweiligen Rollen- oder Kugellagern drehbar gelagert (z.B. Kugellager 14 der elektrischen Maschine, Rollenlager 16 der Hydraulikmaschine). Die elektrische Maschine dient als Beispiel für eine rotatorische Maschine, insbesondere gelten die in der Figurenbeschreibung gemachten Ausführungen auch für andere rotatorische Maschinen.
-
Eine in Richtung der elektrischen Maschine 4 gerichtetes Ende der ersten Welle 6 und ein in Richtung der Hydraulikmaschine 2 gerichtetes Ende der zweiten Welle 8 sind als Kopplungsanordnung ausgebildet bzw. weisen Kopplungselemente auf. Die Kopplungsanordnungen stehen (zumindest teilweise in radialer Richtung bezogen auf die durch die Wellen definierte Achse bzw. axiale Richtung) miteinander in Eingriff. Die Kopplungsanordnungen weisen dazu entsprechende Eingriffselemente auf, etwa in Form von zueinander komplementären Vorsprüngen und Vertiefungen, z.B. als Zähne oder Stege oder Ähnliches ausgebildet. Die Kopplungsanordnung bzw. deren Eingriffselementen weisen Kontaktflächen auf, zwischen denen Kontakt auftritt (zumindest bei Kraft- bzw. Momentübertragung). Insgesamt sind somit die Wellen im Wesentlichen, d.h. bis auf einen Raum zwischen den Kontaktflächen, der durch Toleranzen und/oder ein notwendiges Spiel bedingt ist, drehfest miteinander gekoppelt sind. An den Kontaktflächen kann es zu sogenannter Reibkorrosion (englisch: fretting corrosion) kommen.
-
In der dargestellten Anordnung ist das Ende der zweiten Welle als Nabe (als Teil der Kopplungsanordnung) mit radial innenliegenden Eingriffselementen ausgebildet, die das Ende der ersten Welle, an dem radial außenliegende Eingriffselemente vorgesehen sind, umschließt. Ebenso ist die umgekehrte Anordnung möglich, d.h. das Ende der ersten Welle kann als Nabe ausgebildet sein, die das Ende der zweiten Welle umschließt. Hierfür wird die Bezeichnungsweise nabenförmiges Ende und wellenförmiges Ende verwendet. Es weist also entweder die erste Welle oder die zweite Welle ein nabenförmiges Ende (als Nabe ausgebildetes Ende) auf und die andere der beiden Wellen ein wellenförmiges Ende (von der Nabe umschlossenes Ende) auf.
-
Durch Wände (Gehäusewände) bzw. Gehäuseteile sowie Dichtungen und/oder Lager der Hydraulikmaschine 2 und der elektrischen Maschine 4 wird eine als Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 bezeichnete Kammer gebildet, in der sich die Welle-Nabe-Verbindung befindet. Beispielsweise ist die Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 durch eine Wand 22 der Hydraulikmaschine 2 und ein Wand 24 der elektrischen Maschine 4 begrenzt, wobei an einer Verbindungsstelle zwischen diesen Wänden 22, 24 eine Dichtung 26 vorgesehen ist. Auf Seite der elektrischen Maschine 2 ist die Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 teilweise durch eine Dichtung (als erste Dichtung 18 bezeichnet) begrenzt, die zwischen Gehäuse und zweiter Welle 8 vorgesehen ist, um das Innere der elektrischen Maschine abzudichten, insbesondere um zur verhindern, dass Hydrauliköl bzw. Schmiermittel in das Innere der elektrischen Maschine 2 gelangt. Die erste Dichtung 18, z.B. ein Radialwellendichtring, ist zwischen einer äußeren Umfangsfläche der zweiten Welle 8 und einer Innenrandfläche der Öffnung im Gehäuse der elektrischen Maschine 4, durch die die zweite Welle 8 geführt ist, angeordnet. Auf Seite der Hydraulikmaschine 2 kann analog eine Dichtung 20 (Dichtung der Hydraulikmaschine) bzw. ein Radialwellendichtring vorgesehen sein, um Verlust an Hydrauliköl zu verhindern (nur teilweise dargestellt, siehe hierzu auch die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem vierten Schmiermittelkanal 46 unten).
-
Die Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 ist benachbart zu den Kontaktflächen. Es ist also Fluidaustausch zwischen der Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 und dem Raum zwischen den Kontaktflächen möglich. Eine weitere, als Kompressionsvolumen-Kammer 12 bezeichnete Kammer, die benachbart zu den Kontaktflächen ist, befindet sich in der zweiten Welle bzw. im nabenförmigen Ende. Die Kompressionsvolumen-Kammer 12 ist. z.B. durch einen Abstand zwischen Endflächen der ersten und der zweiten Welle und durch eine zusätzliche Vertiefung, z.B. Bohrung, in der zweiten Welle bzw. im nabenförmigen Ende gebildet.
-
Es ist (wenigstens) ein Schmiermittelkanal bzw. Schmiermittel-Zufuhrkanal vorgesehen, der mit einer Kammer, die benachbart zu den Kontaktflächen ist, in fluidischer Verbindung (d.h. es ist Fluidaustausch möglich) steht. Entsprechend mündet der Schmiermittelkanal, z.B. über eine entsprechende Austrittsöffnung an einer Grenzfläche der jeweiligen Kammer, in die Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 oder in die Kompressionsvolumen-Kammer 12. Wird am anderen Ende (Eingangsöffnung) des Schmiermittelkanals Schmiermittel zugeführt bzw. bereitgestellt, kann dieses über den Schmiermittelkanal in die entsprechende Kammer gelangen und von dort zwischen die Kontaktflächen, so dass das Auftreten von Reibkorrosion verringert bzw. verhindert werden kann. Die Kammer, der Schmiermittel zugeführt wird, wird auch als Schmiermittelkammer bezeichnet. D.h. je nach Ausführung ist die Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 und/oder die Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 die Schmiermittelkammer.
-
Wenn das Schmiermittel in die Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 zugeführt wird, ist die Kompressionsvolumen-Kammer 12 insbesondere zweckmäßig, da sie ein Volumen bildet, in dem Luft komprimiert werden kann, so dass Schmiermittel aus der Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 durch den Raum zwischen den Kontaktflächen in Richtung Kompressionsvolumen-Kammer 12 fließen kann.
-
Es gibt verschiedene Möglichkeiten für die Anordnung eines solchen Schmiermittelkanals an der Hydraulikmaschine oder an der elektrischen Maschine. In 1 sind vier Möglichkeiten eingezeichnet, wobei eine verwirklicht sein sollte. Es können allerdings auch mehrere, z.B. zwei, dieser Möglichkeiten bzw. Ausgestaltungen gleichzeitig realisiert sein. Nachfolgend werden die vier möglichen Anordnungen von Schmiermittelkanälen beschrieben.
-
Es kann ein Schmiermittelkanal (als erster Schmiermittelkanal 30 bezeichnet), der durch eine Wand (bzw. Gehäusewand) der elektrischen Maschine 4 verläuft, vorgesehen sein. Der erste Schmiermittelkanal 30 ist über eine Ausgangsöffnung mit der Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 fluidisch verbunden. eine Eingangsöffnung des erten Schmiermittelkanals ist an einer Außenseite des Gehäuses der elektrischen Maschine 4 gelegen, d.h. an einer äußeren Seite der Wand, durch die der erste Schmiermittelkanal 30 verläuft. Die Eingangsöffnung des ersten Schmiermittelkanals 30 kann über eine (Fluid-)Leitung 32 (z.B. Hydraulikleitung) mit einem (Hydraulik-)Anschluss 34 der Hydraulikmaschine 2 verbunden werden bzw. sein, wobei an dem Anschuss 34 Hydrauliköl durch die Hydraulikmaschine 2 bereitgestellt wird, d.h. der Anschluss 34 steht mit einer Kammer der Hydraulikmaschine 2 in Verbindung, in der sich Hydrauliköl befindet. Als Schmiermittel wird somit Hydrauliköl verwendet. Alternativ kann die Eingangsöffnung des ersten Schmiermittelkanals 30 mit einer externen (gesonderten) Schmiermittel-Versorgungseinrichtung verbunden sein (nicht dargestellt).
-
Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann ein Schmiermittelkanal (als zweiter Schmiermittelkanal 38 bezeichnet) vorgesehen sein, der durch die erste Welle 6, d.h. die Welle der Hydraulikmaschine 2, verläuft. Dabei ist eine Ausgangsöffnung des zweiten Schmiermittelkanals 38 an einer Endfläche des Endes der ersten Welle 6, das in Richtung der elektrischen Maschine 4 gelegen ist (d.h. des wellenförmigen Endes), angeordnet. Der zweite Schmiermittelkanal 38 steht also über die Ausgangsöffnung mit der Kompressionsvolumen-Kammer 12 fluidisch in Verbindung. Eine Eingangsöffnung des zweiten Schmiermittelkanals 38 ist in der dargestellten Ausgestaltung an einer Außenseite der ersten Welle 6 gelegen, d.h. an einer (äußeren) Umfangsfläche der ersten Welle 6, so dass der zweiten Schmiermittelkanal 38 mit einer Kammer der Hydraulikpumpe 2 fluidisch in Verbindung steht, in der Hydrauliköl vorhanden ist. Auch hier dient Hydrauliköl der Hydraulikpumpe 2 als Schmiermittel. Der zweite Schmiermittelkanal 38 verläuft etwa ausgehend von der Ausgangsöffnung in axialer Richtung in der ersten Welle 6 bis innerhalb der Hydraulikpumpe (z.B. bis zur Kammer) und dann in (im Wesentlichen) radialer Richtung nach außen, bis zur Kammer. Alternativ, nicht dargestellt, kann der zweite Schmiermittelkanal ausgehend von der Ausgangsöffnung in axialer Richtung vollständig durch die erste Welle verlaufen, d.h. bis zu dem anderen Ende der ersten Welle, das dem Ende, an dem die Ausgangsöffnung angeordnet ist, entgegengesetzt ist. Die Eingangsöffnung des zweiten Schmiermittelkanals ist dann an diesem anderen Ende der ersten Welle angeordnet (z.B. an einer dortigen Endfläche).
-
Gemäß weiteren Ausgestaltungen kann ein Schmiermittelkanal, der durch eine Wand (bzw. Gehäusewand) der Hydraulikpumpe 2 verläuft, die die Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 auf Seite der Hydraulikpumpe 2 begrenzt, vorgesehen sein. Dabei kann der Schmiermittelkanal einerseits als gesonderter Kanal (als dritter Schmiermittelkanal 44 bezeichnet) durch die Wand der Hydraulikpumpe 2 ausgestaltet sein. Eine Ausgangsöffnung des dritten Schmiermittelkanals 44 mündet in die Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10. Eine Eingangsöffnung des dritten Schmiermittelkanals 44 steht in fluidischer Verbindung mit einem Innenraum bzw. einer Kammer der Hydraulikpumpe 2, in dem bzw. in der sich Hydrauliköl (das als Schmiermittel dient) befindet, z.B. in dem bzw. in der Rollenlager 16 angeordnet sind, durch die die erste Welle 6 gelagert ist.
-
Andererseits kann ein Schmiermittelkanal, der durch die Wand der Hydraulikpumpe 2 verläuft, durch einen ohnehin vorhandenen Kanal (als vierter Schmiermittelkanal 46 bezeichnet), nämlich die Öffnung bzw. der Durchgang, durch die/den die erste Welle 6 verläuft, gebildet sein. Hierzu ist vorgesehen, in einem Zwischenraum zwischen der Umfangsfläche der ersten Welle 6 und einem Rand der Öffnung, durch die die zweite Welle 6 verläuft, keine Dichtung vorgesehen ist oder nur eine teilweise Dichtung (der Hydraulikmaschine) vorgesehen ist, so dass eine fluidische Verbindung zwischen dem Inneren der Hydraulikpumpe 2 der Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 besteht. Auch hier dient Hydrauliköl als Schmiermittel.
-
In den ersten drei genannten Ausgestaltungen, d.h. beim ersten, zweiten und dritten Schmiermittelkanal 30, 38, 44, kann eine Düse oder ein Ventil (bzw. eine Drossel oder ein Drosselventil) in oder an dem jeweiligen Schmiermittelkanal vorgesehen sein (nicht dargestellt). Insbesondere kann ein Durchfluss-Querschnitt der Düse bzw. des Ventils einstellbar sein und/oder die Düse bzw. das Ventil kann abnehmbar und/oder austauschbar sein (so dass z.B. eine Düse bzw. ein Ventil mit geeignetem Durchfluss-Querschnitt eingesetzt werden kann). Eine Düse bzw. ein Ventil ermöglicht, den Volumenstrom an Schmiermittel (z.B. Hydrauliköl) zu kontrollieren bzw. einzustellen, insbesondere so, dass ein gewünschtes Druckniveau des Schmiermittels in der Schmiermittelkammer vorliegt. Im Fall des vierten Schmiermittelkanals 46 kann analog vorgesehen sein, dass zumindest teilweise eine zweite Dichtung vorgesehen ist, die z.B. einen Teil des Umfangs der ersten Welle 6 abdichtet, so dass der offenbleibende Teil den vierten Schmiermittelkanal 46 bildet, dessen Querschnitt dem Durchfluss-Querschnitt der Düse bzw. des Ventil entspricht.
-
Es wird davon ausgegangen, vorausgesetzt es besteht ein ausreichender Druckunterschied, dass Luft, über die erste Dichtung 18, die gegen Öl bzw. Hydrauliköl abdichtet, aber nicht gegen Luft (bzw. allgemeiner Gase) abdichtet, aus der Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 entweichen kann. Um dies zu beschleunigen, d.h. um zu verhindern, dass Luft für längere Zeit nicht aus der Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 entweichen kann, kann wenigstens ein Entlüftungskanal vorgesehen sein. Insbesondere kann ein erster Entlüftungskanal 50 vorgesehen sein, der durch eine Wand (Gehäusewand) der elektrischen Maschine 4 verläuft, z.B. wie dargestellt in radialer Richtung. Eine Eingangsöffnung des ersten Entlüftungskanals 50 ist mit der Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 fluidisch verbunden. Eine Ausgangsöffnung des ersten Entlüftungskanals 50 ist an der Außenseite des Gehäuses der elektrischen Maschine 2 gelegen. Die Ausgangsöffnung des ersten Entlüftungskanals 50 kann mit einem Tank für Schmiermittel, insbesondere für Hydrauliköl, verbunden sein. Alternativ (nicht dargestellt) kann ein abnehmbares Verschlusselement (z.B. Schraubverschluss bzw. -stopfen) vorgesehen sein, der die Ausgangsöffnung des ersten Entlüftungskanals 50 verschließt. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein manuelles Entlüften. Alternativ kann statt des ersten Entlüftungskanals 50, der durch die Wand der elektrischen Maschine 4 verläuft, auch ein Entlüftungskanal 51 durch eine Wand der Hydraulikmaschine 2 verlaufen. In beiden Fällen kann zusätzlich eine Düse oder ein Ventil in oder an dem jeweiligen Entlüftungskanal 50, 51 vorgesehen sein (nicht dargestellt). Dadurch kann der Volumenstrom an Schmiermittel aus der Schmiermittelkammer eingestellt werden.
-
Neben dem ersten Entlüftungskanal 50 kann zusätzlich ein zweiter Entlüftungskanal 52 vorgesehen sein. Der zweite Entlüftungskanal 52 verläuft von einer Eingangsöffnung zu einer Ausgangsöffnung durch eine Wand (Gehäusewand) der elektrischen Maschine 4. Die Eingangsöffnung des zweiten Entlüftungskanals 52 ist mit einem Zwischenraum fluidisch verbunden, der zwischen der ersten Dichtung 18 und einer axial von dieser beabstandeten zweiten Dichtung 54 (Radialwellendichtring) gebildet ist. Die zweite Dichtung 54 ist auf der der Welle-Nabe-Verbindungs-Kammer 10 (in axialer Richtung) gegenüberliegenden Seite der ersten Dichtung 18 angeordnet (d.h. zwischen erster Dichtung 18 und Kugellager 14), wobei die zweite Dichtung 54, wie die erste Dichtung 18, zwischen der äußeren Umfangsfläche der zweiten Welle 8 und der Innenrandfläche der Öffnung im Gehäuse der elektrischen Maschine 4, durch die die zweite Welle 8 geführt ist, angeordnet ist. Die Ausgangsöffnung des zweiten Entlüftungskanals 52 liegt an der Außenseite des Gehäuses der elektrischen Maschine 4. Die Ausgangsöffnung des zweiten Entlüftungskanals 52 kann mit einem Tank für Schmiermittel bzw. Hydrauliköl verbunden sein. Die zweite Dichtung 54 und der zweite Entlüftungskanal 52 sind zweckmäßig, da, falls die Dichtwirkung der ersten Dichtung 18 nicht mehr ausreichend ist, z.B. aufgrund von Verschleiß, ein Eindringen von Schmiermittel bzw. Hydrauliköl in das Innere der elektrischen Maschine 2 durch die zweite Dichtung 54 verhindert wird und, etwa bei Wartungsarbeiten, aus dem Vorhandensein von Schmiermittel bzw. Hydrauliköl im zweiten Entlüftungskanal 52 darauf geschlossen werden kann, dass die erste Dichtung 18 undicht ist.