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Die
Erfindung betrifft ein mit Druckmittel betätigtes Aggregat
gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Druckmittel
betätigte Aggregate werden in der Regel eingesetzt, um
ein Bauteil in einer Betriebsbewegung zu unterstützen.
Das Bauteil kann dabei einer äußeren Belastung
ausgesetzt sein. Bei einem Aggregat in der Bauform eines Schwenkmotors
z. B. in einem Fahrzeugfahrwerk kann eine Stabilisatoranordnung
eine Schwenkbewegung ausführen, ist aber zusätzlich
bei einer Einfederungsbewegung der Räder einer Achse einer
Belastung ausgesetzt, die deutlich hochfrequenter ist, als die Wankbewegung
eines Fahrzeugaufbaus und damit den Druckänderungen in
der Druckmittelversorgung.
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In
der
DE 10 2004 051
A1 wird diese Problematik der Pulsation des Druckmediums
erläutert und als Lösung ein Schaumkörper
vorgeschlagen, der in mindestens einer Arbeitskammer des Aggregats
angeordnet ist. Mit dem Schaumkörper ist zumindest der
Nachteil verbunden, dass der Betriebsweg des Aggregats eingeschränkt
ist. Des Weiteren ist dafür Sorge zu tragen, dass über
die Lebensdauer des Aggregats keine Zersetzungserscheinungen auftreten, die
Partikel von dem Schaumkörper freisetzen, die wiederum
zu Verstopfungen im Aggregat oder im Druckversorgungssystem führen.
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Aus
der gattungsbildenden
DE
10 2004 039 767 A1 ist ein Schwenkmotor bekannt, umfassend
einen Zylinder mit axial am Innendurchmesser verlaufenden Rippen,
der endseitig von zwei Deckeln verschlossen ist, eine Motorwelle
mit Flügeln, die dieselbe axiale Erstreckung besitzen wie
die Rippen des Zylinders, wobei die Flügel der Motorwelle
und die Rippen des Zylinders zusammen mit dem Zylinder, den Deckeln
und der Motorwelle einzelne Arbeitskammern bilden, einen ersten
und einen zweiten Druckmediumanschluss für zwei jeweils
durch eine Rippe getrennte Arbeitskammern, ein Verbundsystem zwischen
den Arbeitskammern, das mindestens paarweise Arbeitskammern verbindet,
wobei die Anordnung der verbundenen Arbeitskammern derart ausgeführt
ist, dass die Arbeitskammern, die mit dem ersten Druckmediumanschluss
verbunden sind, sich mit denen abwechseln, die mit dem zweiten Druckmediumanschluss
verbunden sind, wobei mindestens eine Arbeitskammer mit einem Druckkompensationselement
verbunden ist. Das Druckkompensationselement wird von einem Druckbegrenzungsventil gebildet,
das in Richtung der Arbeitskammer mit dem geringeren Arbeitsdruck öffnet,
so dass Druckmedium von mindestens einer Arbeitskammer einer ersten
Gruppe in eine Arbeitskammer der zweiten Gruppe überströmen
kann.
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Das
Druckbegrenzungsventil öffnet in Abhängigkeit
des Differenzdrucks zwischen zwei Arbeitskammern unterschiedlicher
Zuordnung. Aufgrund einer Federungsbewegung des Rades kann eine
erste Arbeitskammer entlastet und die benachbarte Kammer komprimiert
werden. Wird ein Differenzdruck unterschritten, dann öffnet
das Druckbegrenzungsventil, obwohl der Arbeitsdruck in der komprimierten
Arbeitskammer noch keinen kritischen Wert erreicht hat. Bei dem
Druckbegrenzungsventil kann das Öffnungsverhalten nicht
zwischen zulässigem Spitzendruck in der komprimierten Arbeitkammer
und einem momentanen Differenzdruck zwischen zwei benachbarten Arbeitskammern
unterschieden werden.
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Eine
weiterer Lösungsvorschlag gemäß der
DE 101 40 460 C1 besteht
darin, dass das mit Druckmittel betriebene Aggregat mit einem externen
Luftpolster verbunden ist, das eine Kavitation in einer Arbeitskammer
verhindern soll.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es eine Lösung für
die negative Wirkung der Druckpulsation in einem Aggregat bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Druckkompensationselement
von einem Ausgleichsraum gebildet wird, der von einem beweglichen
Trennelement unterteilt wird, wobei jeweils ein Teilausgleichsraum
mit mindestens einer Arbeitskammer eines Druckmediumanschlusses
verbunden ist und das Trennelement von entgegengesetzt wirksamen
Federn in einer Ausgangsstellung gehalten, wobei die Federkräfte
der Federn eine progressive Federkraftkennlinie aufweisen.
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Der
große Vorteil der Erfindung besteht darin, dass beide Arbeitskammergruppen
voneinander getrennt sind, jedoch ein Volumenmangel oder Volumenüberschuss innerhalb
des Aggregats ausgeglichen werden kann, ohne dass von außen
Druckmedium zusätzlich bewegt werden muss.
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Dabei
ist der Ausgleichsraum vorteilhafterweise an die Verbundsysteme
beider Arbeitskammergruppen angeschlossen. Ein Dämpfmediummangel
in einer Arbeitskammergruppe kann durch eine Nachförderung
in die anderen Arbeitskammergruppen kompensiert werden, wofür
nur ein einziges gemeinsames Druckkompensationsmittel benötigt
wird.
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Im
Hinblick auf ein insgesamt kompakt bauendes Aggregat ist der Ausgleichsraum
innerhalb der Motorwelle ausgeführt.
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Gemäß einem
Unteranspruch wird das Trennelement von einer starren Scheibe gebildet.
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Das
Verbundsystem wird von Kanälen gebildet, die in einer Mantelfläche
des Ausgleichsraums enden und mit dem beweglichen Trennelement ein Schieberventil
bilden. Das Schieberventil sorgt für eine Drosselung des
von dem Trennelement aus dem Teilausgleichsraum verdrängten
Druckmediums, so dass bei den Teilausgleichsräumen und
damit auch bei den Arbeitskammern keine schlagartigen Volumenänderungen
auftreten können.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Federkraftkennlinie
von einer aus mehreren Federn umfassenden Federanordnung gebildet.
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Dabei
weist die Federanordnung mindestens eine Schraubenfeder und eine
Elastomerfeder auf. Die Schraubenfeder verfügt über
eine kleinere Federrate als die Elastomerfeder, die trotzdem nur
einen kleinen Bauraum benötigt.
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Man
kann vorsehen, dass die Elastomerfeder funktional parallel zur mindestens
einen Schraubenfeder wirksam ist.
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Alternativ
kann die Elastomerfeder funktional in Reihe zu der Schraubenfeder
wirksam sein.
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Bei
einer vorteilhaften Variante ist die Elastomerfeder ortsfest am
Trennelement angeordnet. Diese Bauform lässt sich besonders
einfach montieren, da die relativ kleinen Bauteile außerhalb
des Aggregats zusammengefügt werden können.
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Man
kann die Elastomerfeder auch in der Motorwelle befestigen. Diese
Variante bietet den Vorteil, dass die Elastomerfeder keine Verschiebebewegung
ausführen muss.
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Die
Elastomerfeder ist bevorzugt ringförmig ausgeführt,
so dass der Innenraum der Elastomerfeder Bauraum für die
Schraubenfeder bietet.
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Gemäß einem
vorteilhaften Unteranspruch ist die Elastomerfeder als Wellring
ausgeführt. Neben der Auswahl des Werkstoffs kann durch
das Wellprofil die Federkennlinie variiert werden.
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Die
Elastomerfeder kann an dem Trennelement mittels einer Schnappverbindung
befestigt sein, was insbesondere bei einer ringförmigen
Elastomerfeder Vorteile in der Ausnutzung des Bauraums bietet.
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Insbesondere
bei einer Reihenschaltung der Schraubenfeder und der Elastomerfeder
ergibt sich eine vorteilhafte Kammerung der Elastomerfeder, wenn
sich die Schraubenfeder endseitig in einem axial beweglichen topfförmigen Übertragungselement abstützt,
das einen Rand aufweist, der die Vorspannkraft der Schraubenfeder
auf die Elastomerfeder überträgt. Die Elastomerfeder
kann sich einerseits auf einem Absatz der Motorwelle abstützten
und wird andererseits von dem Rand und dem Topfteil des Übertragungselement
allseitig geführt.
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Anhand
der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher
erläutert werden.
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Es
zeigt:
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1 Längsschnitt
durch das Aggregat im Bereich der Arbeitskammern
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2 Längsschnitt
durch das Aggregat im Bereich der Dichtungen zwischen den Arbeitskammern
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3 Querschnitt
durch das Aggregat im Bereich des Druckkompensationselements
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4 Teilausschnitt
des Druckkompensationselements
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5–6 Alternativvarianten
zur 1
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Die 1 zeigt
in Verbindung mit den 2 und 3 einen
Schwenkmotor 1 im Längsschnitt, dessen prinzipieller
Aufbau auch bei den nachfolgenden Figuren vorausgesetzt wird. Der
Schwenkmotor 1 umfasst einen Zylinder 3, an dessen
Innendurchmesser axial verlaufende Rippen 5 ausgeführt
sind. Innerhalb des Zylinders 3 ist eine Motorwelle 7 drehbeweglich
gelagert. Auf der Motorwelle sind Flügel 9 angeordnet,
die sich parallel zu den Rippen 5 erstrecken. Endseitige
wird der Zylinder 3 von Deckeln 11; 13 verschlossen.
Die Motorwelle mit ihren Flügeln und der Zylinder mit seinen
Rippen bilden zusammen mit den Deckeln Arbeitskammern 15; 17,
die durch Scheibendichtungen 19 in den Flügeln
und Rippen voneinander getrennt sind. Des Weiteren sind in Ringräumen 21; 23 der
Deckel 11; 13 Wellendichtungen 25; 27 gekammert,
die einen Austritt von Druckmedium aus den Arbeitskammern 15; 17 verhindern. Jeweils
zwischen den Arbeitskammern 15 und 17 besteht
ein Verbundsystem aus Kanälen 29; 31 in
der Motorwelle 7. Ein erster Druckmediumanschluss 33 versorgt über
den Kanal 29 die Arbeitskammern 15 und ein zweiter
Druckmediumanschluss 35 erfüllt diese Funktion über
den Kanal 31 für die Arbeitskammern 17.
In den jeweils miteinander verbundenen Arbeitskammern herrscht ein
gleiches Druckniveau. Durch Zu- oder Abfluss von Druckmedium über
die Druckmediumanschlüsse 33; 35 übt
der Schwenkmotor ein Drehmoment aus, das z. B. zur Verstellung eines
geteilten Stabilisators innerhalb eines Fahrwerks für ein
Kraftfahrzeug genutzt wird.
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Zur
Aufnahme der bei einer höherfrequenten äußeren
Belastungen auftretenden Drucksprüngen in den Arbeitskammern 17; 19 dient
ein Druckkompensationselement 37, das von einem Ausgleichsraum 39 gebildet
wird, der von einem beweglichen Trennelement 41 in zwei
Teilausgleichsräume 39a; 39b unterteilt
wird. Der Teilausgleichsraum 39a ist mit einer Arbeitskammergruppe 15 eines
Druckmediumanschlusses 33 und der Teilausgleichsraum 39b mit
der Arbeitskammergruppe 17 des Druckmediumanschlusses 35 verbunden.
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Das
Trennelement 41 wird von einem Schieber mit einem scheibenförmigen
Grundkörper gebildet und wird von entgegengesetzt wirksamen
Federn 43; 45 in einer Ausgangsstellung gehalten.
Der Ausgleichsraum 39 ist an das Verbundsystem, Kanäle 29; 31,
beider Arbeitskammergruppen 15; 17 innerhalb der
Motorwelle 7 angeordnet. Ein endseitiger, abgedichteter
Deckel 47 verschließt die den Ausgleichsraum 39 bildende
Sacklochbohrung in der Motorwelle 7. Die Feder 43 stützt
sich an dem Deckel 47 und die Feder 45 an dem
Sacklochgrund ab.
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Die
Kanäle 29; 31 enden in einer Mantelfläche
des Ausgleichsraums und bilden mit Ihren Endöffnungen zusammen
mit dem beweglichen Trennelement jeweils ein Schieberventil 49; 51,
die eine gegensinnige Öffnungs- und Schließbewegung
ausführen. In der Mantelfläche sind umlaufende
Nuten 53; 55 eingearbeitet, die auch bei geschlossenem
Schieberventil eine Verbindung der Arbeitskammern einer Arbeitskammergruppe 15 oder 17 ermöglichen.
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Das
Trennelement 41 weist auf der Mantelfläche des
Ausgleichsraums 39 gleitenden Hülsenabschnitte 57; 59 auf,
die mit den Endöffnungen der Kanäle 29; 31 zusammenwirken.
In einem axialen Abstand zur Stirnfläche der Hülsenabschnitte 57; 59 ist mindestens
eine Nachströmöffnung 61; 63, 2; ausgeführt,
die bei maximaler Schließstellung des Trennelements mit
der Endöffnung des jeweiligen Kanals 29; 31 in Überdeckung
steht.
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Zwischen
dem Verbundsystem, Kanäle 29; 31 und
den daran angeschlossenen Teilausgleichsräumen 39a; 39b ist
mindestens ein in Richtung des jeweiligen Teilausgleichsraums öffnendes
Rückschlagventil angeordnet, das von der mindestens einen
Nachströmöffnung 61; 63 in den
Hülsenabschnitten 57; 59 des Trennelements 41 gebildet
wird. Dabei wird die Nachströmöffnung 61; 63 innenseitig
am Hülsenabschnitt 57; 59 von einem vorgespannten Dichtring 65, 4,
verschlossen.
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Die 1 und 2 zeigen
das Trennelement 41 in einer mittleren Stellung, wenn der
Druckmediumzufluss in die eine Arbeitskammergruppe trotz des Druckmediumabflusses
mit einem entsprechenden Gegendruck in der anderen Arbeitskammergruppe
wirksam ist. Insbesondere bei einem plötzlichen Druckabfall
in einer Arbeitskammergruppe führt das Trennelement 41 gegen
die Kraft z. B. der Feder 45 eine axiale Verschiebebewegung
in Richtung des Sacklochgrundes aus. Dabei wird Druckmediumvolumen
entsprechend dem Querschnitt des Innendurchmessers des Ausgleichsraums 39b multipliziert
mit dem Verschiebeweg des Trennelements durch die Ringnut 55 in
den Kanal 31 und damit in die Arbeitskammern 17 verdrängt,
so dass kein Unterdruckauftreten kann. Ein Mindervolumen in einer
Arbeitskammergruppe wird durch die Bewegung des Trennelements in
Verbindung mit einer Volumenvergrößerung der anderen
Arbeitskammergruppe im Bereich des Teilausgleichsraums kompensiert.
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Der
Hülsenabschnitt 59 kann die Ringnut 55 überfahren
und den Übertrittquerschnitt zwischen dem Ausgleichsraum 39b und
der Ringnut 55 reduzieren. Dabei wird eine Drosselwirkung
erzielt, die ein Anschlagen des Trennelements in der Motorwelle verhindert.
Kurz vor der Endposition steht der Hülsenabschnitt 59 mit
seiner Stirnfläche 67 an einer zweiten Feder 69 in
der Bauform einer ringförmigen Elastomerfeder an einem
Absatz 71 der Motorwelle an. Die als Wellring ausgeführte
Elastomerfeder verfügt im Vergleich zur Schraubenfeder über
eine deutlich größere Federrate und fungiert ab
dem Anschlag parallel zur Schraubenfeder 45, so dass die
gesamte Federanordnung, umfassend die Schraubenfeder 45 und
die Elastomerfeder 69, eine insgesamt progressive Federkraftkennlinie
aufweist. Die Anschlagbewegung des Trennkolbens wird durch die Schraubenfedern 43; 45,
den Elastomerfedern 69, 73 und die Drosselwirkung
der Schieberventile 49; 51 beeinflusst.
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Sofern
vorhanden, steht die Nachströmöffnung 63 dann
in Überdeckung mit der Ringnut 55. Man kann auf
eine Nachströmöffnung verzichten, wenn man z.
B. ein ausreichend großes Spaltmaß zwischen den
Hülsenabschnitten und der Mantelfläche des Ausgleichsraums
vorsieht.
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Wenn
der plötzliche Druckunterschied kompensiert ist, dann kann
das Trennelement 41 aufgrund der dann noch vorherrschenden
unterschiedlichen Federkräfte der drei Federn 43; 45, 69 in
die Ausgangsposition zurückbewegt werden, bis die Federkräfte
beider Federanordnungen im Gleichgewicht stehen. Auch für
die entgegensetzte Ausgleichsbewegung des Trennelements 41 wirkt
der Hülsenabschnitt 57 mit dem baugleichen Wellring 73 zusammen,
der an einem Absatz 75 der Motorwelle bzw. dem Deckel 47 der
Motorwelle fixiert ist.
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Mit
der 5 soll gezeigt werden, dass das zusätzlichen
Federn 69; 73 auch an dem Trennelement selbst
befestigt sein können, beispielsweise über eine
Schnappverbindung mit den Hülsenabschnitten 57; 59.
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Die 6 zeigt
eine Variante mit den Federanordnungen 43; 73;
und 45; 69, bei der die Federsätze jeweils
funktional in Reihe wirken. Beide Schraubenfedern 43; 45 stützen
sich an Ihrem dem Trennelement 41 gegenüberliegenden
Ende an einem axial beweglichen topförmigen Übertragungselement 77; 79 ab.
Zwischen den Absätzen 75 bzw. 71 der
Motorwelle 7 und jeweils einem nach außen umgebogenen
Rand 81; 83 des Übertragungselements sind
die Elastomerfedern 69; 73 gekammert. Zwischen
Böden 85; 87 der Übertragungselemente 77; 79 und
dem Deckel 47 bzw. dem Sacklochgrund der Motorwelle liegt
ein axialer Abstand vor, der den maximalen Federweg der Elastomerfedern 69; 73 bestimmt.
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Der
auf das Trennelement wirksame Druck in einem Teilausgleichsraum 39a; 39b wird
unabhängig von der Momentanstellung des Trennelements 41 von
beiden Federanordnungen 43; 73; und 45; 69 abgestützt.
Auch die Serienschaltung der Federanordnungen führt zu
einer progressiven Federkraftkennlinie, die zusammen mit der hydraulischen
Drosselwirkung der Schieberventile 49; 51, s. 1 eine
Geräuschbildung im Schwenkmotor bei plötzlich
auftretenden Druckspitzen zuverlässig unterbinden. Die Variante
nach 6 lässt die Elastomerfeder besonders
einfach montieren, indem man diese bei der Montage außenseitig
auf das jeweilige Übertragungselement bis zum Rand auffädelt.
Bei montierten Übertragungselementen sind die Elastomerfedern
ortsfest zur Motorwelle zwischen den Absätzen der Motorwelle
und den Übertragungselementen gekammert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004051
A1 [0003]
- - DE 102004039767 A1 [0004]
- - DE 10140460 C1 [0006]