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Hydraulischer Schwenktrieb
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schwenktrieb mit begrenzten Drehbewegungen für Links- und Rechtslauf ; bei dem die lineare Bewegung eines hydraulischen Kolbens mittels eines Zahnstangen- triebes in eine Drehbewegung umgewandelt wird.
Diese Schwenktriebe bestehen im allgemeinen aus einem an den Stirnseiten verschlossenen Ge- häuse mit zylindrischer Bohrung, in der ein abgedichteter, wechselseitig mit einem Druckmittel, z. B.
Öl, beaufschlagbarer, axial verschieblicher Kolben angeordnet ist. An diesem Kolben ist eine in axialer
Richtung des Kolbens, bis unweit der Kolbenstirnseiten sich erstreckende Zahnstange angeordnet, die in ein Ritzel eingreift. Dieses Ritzel ist auf einer rechtwinkelig zur axialen Erstreckung des Kolbens im Ge- häuse drehbar angeordneten, axial festgelegten Welle befestigt, die im allgemeinen mit einem Ende aus dem Gehäuse herausragt, und mit diesem Ende als Abtriebswellenstumpf ausgebildet ist.
Beim wechselweisen Einströmen des Druckmittels in die Bohrungsräume zu beiden Seiten des Kolbens, wobei der Druckmittelzu- und -abfluss durch eine Umsteuereinrichtung gesteuert wird, erfährt der Kolben eine axiale Verschiebung und dreht hiedurch zwangsläufig das Ritzel und somit die Welle. Infolge des Flankenwinkels der Zähne des Zannstangengetriebes wird aber der Kolben etwa mit einem Drittel der auf die Kolbenstirnfläche durch das Druckmittel ausgeübten Kraft gegen die der Ritzelwelle gegenüberliegende Gehäuseinnenfläche gedrückt, so dass diese und die anliegende Mantelfläche des Kolbens mit grosser Pressung gegeneinanderliegen und eine starke Reibung entsteht, die Leistungsverluste des Schwenktriebes bedingt.
Durch die starke Reibung sind ferner die gegeneinandergedrückten Flächen des Kolbens und des Gehäuses einem erhöhten Verschleiss unterworfen. Dieser Verschleiss führt im Laufe der Zeit zur Undichtheit und einer weiteren Verminderung des Wirkungsgrades des Schwenktriebes. Zur Vermeidung dieser Nachteile hat man bereits im Gehäuse, der Ritzelwelle gegenüberliegend, eine Rolle angeordnet, welche die Mantelfläche des Kolbens abstützt und daher die vom Ritzel ausgehende Querkraft aufnimmt. Solche Rollen vermehren aber die Anzahl der Bauteile des Schwenktriebes und vergrössern dessen Abmessungen.
Ausserdem ist es schwierig, die Rollen gegenüber der Mantelfläche der Gehäusebohrung derart auszurichten, dass der Kolben gleichzeitig an der Rolle abgestützt ist und an der Mantelfläche der Gehäusebohrung dichtend anliegt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile, die durch die vom Ritzel ausgehende Querkraft verursacht werden, mit einfachen baulichen Mitteln, die eine gedrängte Bauart des Schwenktriebes zulassen, zu vermeiden. Diese Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, dass die der Ritzelwelle gegenüberliegende Mantelfläche des Kolbens und/oder die dieser Mantelfläche benachbarte Gehäuseinnenfläche eine oder mehrere mit dem Druckmittel beaufschlagte Ausnehmungen aufweisen, durch die mittels des in diesen Ausnehmungen wirksamen Druckmittels der beim Verschieben des Kolbens durch die Flanken des Zahnstangentriebes ausgeübte Druck ganz oder zum grössten Teil ausgeglichen ist.
Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, dass die in Ein-oder Mehrzahl angeordneten Ausnehmungen am Kolben und/oder an der Gehäuseinnenfläche durch Leitungen, in denen zu den Ausnehmungen hin öffnende Rückschlagventile vorhanden sind, mit der jeweiligen zum axialen Verschieben des Kolbens unter Druck stehenden Seite der Gehäusebohrung verbunden sind.
Durch diese Massnahmen wird die Flächenpressung und somit der Leistungsabfall und der Verschleiss zwischen dem Kolben und der Gehäuseinnenfläche beträchtlich vermindert, wobei die Ausnehmungen am Kolben und/oder an der Gehäuseinnenfläche jeweils nur beim Verschieben des Kolbens mit dem Druckmittel beaufschlagt werden und wobei die Rückschlagventile zwar ein Einströmen des Druckmittels in die
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Ausnehmungen ermöglichen, aber ein Durchströmen in die drucklose Seite der Gehäusebohrung verhindern.
Der in den Ausnehmungen herrschende Druck entspricht im wesentlichen dem Arbeitsdruck im jeweils druckmittelbeaufschlagten Bohrungsraum des Gehäuses, so dass auch bei schwankendem Arbeitsdruck und entsprechend veränderlicher Quer belastung des Kolbens durch die von der Verzahnung ausgehenden Kräfte die hydraulische Abstützung des Kolbens gegen seine Querbelastung den Erfordernissen entspricht.
Einzelheiten einer bevorzugten Ausführungsform sind dadurch gekennzeichnet, dass in eine oder mehrere miteinander verbundene Ausnehmungen des Kolbens Bohrungen einmünden, die von beiden Stirnseiten des Kolbens ausgehend im Kolben angeordnet und mit Rückschlagventilen versehen sind, die in Richtung der Ausnehmungen öffnen.
Ferner ist ein Merkmal dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen in axialer Richtung und in Umfangsrichtung des Kolbens zu den abdichtenden Mantelflächen des Kolbens hin schräg auslaufen, damit das in der Ausnehmung befindliche Druckmittel bei der Kolbenverschiebung allmählich aus der Ausnehmung austreten und zur Bildung eines Schmierfilmes zwischen den Mantelflächen des Kolbens und der Gehäusebohrung dienen kann.
Einzelheiten einer weiteren Ausführungsform, bei der die Resultierende der von dem in den Ausnehmungen befindlichen Druckmittel ausgeübten Kräfte näher zu dem der Ritzelwellenachse gegenüberliegendenBereich der Gehäuseinnenfläche verläuft und dadurch die auf den Kolben wirkenden Kippmomente vermindert werden, sind dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben auf seiner der Zahnstange gegenüberliegenden Seite mehrere, in axialer Erstreckung des Kolbens hintereinander angeordnete, voneinander durch abdichtende Rippen getrennte Ausnehmungen aufweist, die beispielsweise durch Anfasen des Kolbens gebildet sind, wobei die Zuführung des Druckmittels zu den Ausnehmungen durch eine in die Gehäusebohrungen zu beiden Stirnseiten des Kolbens mündende, ausserhalb des Gehäuses oder in dessen Wandung angeordnete,
mit Rückschlagventilen und einem Anschluss-Stutzen zu den Ausnehmungen im Kolben verseheneRohrleitung erfolgt. Der Anschluss-Stutzen liegt der Ritzelwelle gegenüber und ist im Durchmesser grösser als die Breite der abdichtenden Rippen des Kolbens.
Eine weitere Ausführungsform, bei der die auf den Kolben wirkenden Kippmomente noch mehr vermindert sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass an der der Ritzelwelle gegenüberliegenden Gehäuseinnenfläche mittig zur Ebene der Ritzelwellenachse eine druckmittelbeaufschlagte Ausnehmung angeordnet ist, wobei die Druckmittelzuführung durch in beiden Stirnseiten des Kolbens befindliche, zu den Seiten der Gehäusebohrung hin offene Bohrungen erfolge die mit Rückschlagventilen versehen und miteinander durch zweckmässig eine in der Mantelfläche des Kolbens angeordnete, mit der Ausnehmung der Gehäuseinnenfläche korrespondierende Rille verbunden sind.
Schliesslich sind Einzelheiten einer weiteren Ausführungsform, die den vollständigen Ausgleich des durch die Zahnflanken des Zahnstangentriebes ausgeübten Druckes gestattet, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Druckmittels zu einer an der Gehäuseinnenfläche angeordneten und der Ritzelwellenachse gegenüberliegenden Ausnehmung, durch eine ausserhalb des Gehäuses oder in dessen Wandung angeordnete, mit Rückschlagventilen versehene Rohrleitung erfolgt, die einerseits zu beiden Stirnseiten des Kolbens unweit der Stirnseiten des Gehäuses in die Gehäusebohrung und anderseits in die Ausnehmung mündet.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen hydraulischen Schwenktrieb im Längsmittelschnitt, Fig. 2 den Schwenktrieb im Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1, Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Schwenktriebes im Längsmittelschnitt, Fig. 4 den Kolben des hydraulischen Schwenktriebes der Fig. 3 von oben gesehen, Fig. 5 eine weitere Ausführungsform im Längsmittelschnitt, Fig. 6 eine Einzelheit im Schnitt nach der Linie C-D der Fig. 5, Fig. 7 noch eine weitere Ausführungsform eines hydraulischen Schwenktriebes im Längsmittelschnitt.
Der hydraulische Schwenktrieb besteht aus einem an den Stirnseiten mit Deckeln 1 verschlossenen Gehäuse 2 mit zylindrischer Bohrung 3. In letzterer ist ein mit Dichtungen 4 versehener, mit Schiebesitz eingepasster Kolben 5 angeordnet, der durch wechselweise Beaufschlagung mit einem Druckmittel. z. B.
Öl, axial verschiebbar ist, wobei die Zuführung des Druckmittels durch im Gehäuse 2 angeordnete Anschlussstutzen 6 erfolgt und durch eine nicht dargestellte vorgeschaltete Umsteuereinrichtung beliebiger Art gesteuert wird. In die Unterseite des Kolbens 5 ist eine Zahnstange 7 eingefräst, die in ein Ritzel 9 eingreift, das mit einer im Gehäuse l drehbar angeordneten Welle 8 einstückig ausgebildet ist. Beim Verschieben des Kolbens dreht sich somit die Ritzelwelle 8.
Zur Verminderung des von den Zahnflanken des Zahnstangengetriebes beim Verschieben des Kolbens auf die der Ritzelwelle 8 gegenüberliegende Gehäusefläche 10 ausgeübten Druckes sind in Fig. 1 und 2 im
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Kolben 5 zwei miteinander verbundene Ausnehmungen 11 angeordnet, die durch Bohrungen 12 im Kor ben 5 mit dem auf der Druckseite der Gehäusebohrung 3 befindlichen Druckmittel beaufschlagbar sind. In die Bohrungen 12 sind Rückschlagventile 13 eingebaut, die zwar ein Einströmen des Druckmittels in die
Ausnehmungen 11 gestatten, aber ein Durchströmen des Druckmittels in die drucklose Seite der Gehäuse- bohrung 3 auf der andern Stirnseite des Kolbens 5 verhindern.
Ferner sind zur Verminderung des Flächendruckes zwischen der Gehäuseinnenfläche 10 und dem Kor ben 5 die Stirnseiten 14 des Kolbens abgeschrägt.
Bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten hydraulischen Schwenktrieb weist der Kolben 5 vier hinter- einander angeordnete Ausnehmungen 11'auf, die voneinander durch abdichtende Rippen 15 getrennt sind. Die Druckmittelzuführung erfolgt hiebei durch eine mit Rückschlagventilen 13 und einem An- schlussstutzen 16 versehene Rohrleitung 17, die ausserhalb des Gehäuses 2 verläuft und unweit der stirn- seitigen Deckel 1 des Gehäuses 2 in die Gehäusebohrung 3 mündet.
In den Fig. 5 und 6 ist eine Ausnehmung 11" an der Gehäuseinnenfläche 10 angeordnet, die über je- weils eine der beiden im Kolben 5 befindlichen mit Rückschlagventilen 13 versehenen Bohrungen 12 und über eine in der Mantelfläche des Kolbens 5 eingefräste, die Bohrungen 12 verbindende Rille 18 mit dem
Druckmittel beaufschlagbar ist.
Bei dem in Fig. 7 dargestellten Schwenktrieb ist die an der Gehäuseinnenfläche 10 angeordnete
Ausnehmung 11"durch eine ausserhalb des Gehäuses 2 verlaufende Rohrleitung 17 mit beiden Seiten der
Gehäusebohrung 3 verbunden, die gleichfalls wie in Fig. 3 mit Rückschlagventilen 13 versehen ist.
An den Ausführungsbeispielen ist ersichtlich, dass das in den Ausnehmungen 11, 11'und 11" be- findliche Druckmittel auf den Kolben 5 Kräfte ausübt, die den von der Verzahnung 7, 9 ausgehenden
Kräften entgegengerichtet sind. Der Kolben 5 ist demzufolge hydraulisch gegen die von der Verzahnung ausgehenden Kräfte abgestützt. Die abstützenden Hydraulikkräfte sind bei den Ausführungsbeispie- len entsprechend den Fig. 5 - 7 in einem Bereich wirksam, der dem Ritzel 9 gegenüberliegt. Hiedurch ist erreicht, dass der Kolben 5 im wesentlichen frei von Kippmomenten bleibt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hydraulischer Schwenktrieb mit begrenzten Drehbewegungen für Links- und Rechtslauf, bei welchem die lineare Bewegung eines hydraulischen Kolbens in eine Drehbewegung umgewandelt wird, bestehend aus einem an den Stirnseiten verschlossenen Gehäuse mit unweit der Stirnseiten angeordneten Anschluss-Stutzen für die durch eine vorgeschaltete Umsteuereinrichtung gesteuerte Zuführung eines Druckmittels, ferner bestehend aus einem im Gehäuse axial verschiebbaren Kolben, der einseitig als Zahnstange ausgebildet ist, die in ein auf einer im Gehäuse drehbar angeordneten Welle befestigtes Ritzel eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass die der Ritzelwelle (8) gegenüberliegende Mantelfläche des abgedichteten Kolbens (5) und/oder die dieser Mantelfläche benachbarte Gehäuseinnenfläche (10)
eine oder mehrere mit dem Druckmittel beaufschlagte Ausnehmungen (11, 11', 11") aufweisen, durch welche mittels des in diesen wirksamen Druckmittels der beim Verschieben des Kolbens (5) durch die Flanken des Zahnstangentriebes ausgeübte Druck ganz oder zum grössten Teil ausgeglichen ist.