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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
051 444 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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In
der älteren
DE 10 2007 009 592
A1 wird ein Aggregat vorgeschlagen, das als Druckkompensationselement
ein Schieberelement aufweist, das ein Verbundsystem zwischen Arbeitskammern
steuert, um Spitzendrücke
im Aggregat durch Volumenverschiebung von Druckmedium zu begegnen.
Das Schieberelement wirkt mit Elastomerfedern zusammen, die ein
Anschlaggeräusch
in der Schwenkmotorwelle unterdrücken
sollen. Versuche haben jedoch gezeigt, dass die Elastomerfeder sehr
hoch belastet ist und in Folge u. U. zerstört wird.
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Die
EP 1 085 249 A2 beschreibt
einen Schwingungsdämpfer
innerhalb eines Hydrauliksystems. Der Dämpfer umfasst einen mit endseitigen Druckmittelanschlüssen versehenen
Zylinder, in dem ein mit Druckmedium beaufschlagtes Schiebeelement
als Druckkompensationselement gegen beidseitig wirksame Schraubenfederelemente
eine ausgleichende Schiebebewegung ausführen kann.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Anschlaggeräusch am
Schieberelement und dabei die Folgen der Zerstörung der Elastomerfedern zu
verhindern.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der
große
Vorteil besteht darin, dass sich die Elastomerfeder bei Temperaturerhöhung ausdehnen kann,
wobei der Volumenzuwachs vom Volumenkompensationsraum aufgenommen
wird. Die Elastomerfeder behält
ihre vorgesehene Vorspannung bei und quillt nicht undefiniert aus
ihrem Bauraum heraus.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Volumenkompensationsraum
ringförmig
koaxial zur Elastomerfeder ausgeführt. Für die Elastomerfeder steht
folglich ein Raum zur Verfügung,
der der Körperform
der Elastomerfeder entspricht und folglich keine partiellen Spannungsspitzen
auftreten.
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Ein
wesentlicher Herstellungsvorteil wird dadurch erzielt, indem der
Volumenkompensationsraum von einer Einschnürung im Profil der Elastomerfeder
gebildet wird. Generell könnte
man auch den Einbauraum für
die Elastomerfeder profilieren, doch wäre der Fertigungsaufwand sehr
hoch. Bei einer Elastomerfeder, die spritztechnisch hergestellt wird,
kann eine Profilierung sehr einfach umgesetzt werden.
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Gemäß einem
vorteilhaften Unteranspruch sind mehrere Volumenkompensationsräume auf
dem Umfang der Elastomerfeder ausgeführt sind. Dadurch ergibt sich
ebenfalls einen gleichmäßige Spannungsverteilung
in der Elastomerfeder
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Eine
besondere einfache Realisierung einer Elastomerfeder zeichnet sich
dadurch aus, dass diese als ein O-Ring ausgeführt ist.
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Zur
Fixierung der Elastomerfeder ist eine Befestigungsnut vorgesehen,
die mindestens eine konisch zur Mittelachse des Druckkompensationselements
verlaufende Nutseitenfläche
aufweist. Neben der besonders einfachen Fixierung der Elastomerfeder
wird noch ein der Effekt erzielt, dass zwischen der Elastomerfeder
und der Befestigungsnut Druckmittel einströmen kann, das bei einer Kompression
der Elastomerfeder über
die Volumenkompensationsräume
wird herausgepresst werden kann und dabei eine hydraulische Druckkraft
entwickelt, die zusätzlich
die Bewegung des Druckkompensationselements bedämpft.
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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 Querschnitt
durch das Aggregat im Bereich des Druckkompensationselements
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3 Elastomerfeder
in der Einbaulage im Schnitt
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4 Elastomerfeder
als Einzelteil
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Die 1 zeigt
in Verbindung mit der 2 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,
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 verschlossen.
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Die 1 zeigt
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 Unterdruck
auftreten 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
einer in einer Befestigungsnut 67 fixierten zweiten Feder 69 in
der Bauform einer ringförmigen
Elastomerfeder an einem Absatz 71 der Motorwelle an, 3.
Die Befestigungsnut 67 weist mindestens eine konisch zur
Mittelachse des Druckkompensationselements 37 verlaufende
Nutseitenfläche 67i auf.
Diese Nutseitenfläche 67i,
auf der die Feder 69 radial vorgespannt ist, kann in begrenztem Maß Druckmedium
aufnehmen. Die als O-Ring
ausgeführte
Elastomerfeder verfügt
im Vergleich zur Schraubenfeder über
eine deutlich größere Federrate
und fungiert ab dem Anschlag parallel zur Schraubenfeder 45.
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In
der 4 ist die Elastomerfeder 69 als Einzelteil
dargestellt. Für
die Elastomerfeder 69, 73 steht mindestens ein
Volumenkompensationsraum 75 zur Verfügung, über den temperaturbedingte
Volumenschwankungen bei den Elastomerfedern ausgeglichen werden.
Mit den gestrichelten Linien soll verdeutlicht werden, dass mehrere
Volumenkompensationsräume 75 für die Elastomerfedern 69; 73 koaxial und
in Umfangsrichtung zur Elastomerfeder ausgeführt sind. Die Volumenkompensationsräume 75 werden
von Einschnürungen 77 im
Profil der Elastomerfedern gebildet.
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Die
gesamte Federanordnung, umfassend die Schraubenfeder 45 und
die Elastomerfeder 69 weisen eine insgesamt progressive
Federkraftkennlinie auf. Die Anschlagbewegung des Trennkolbens wird
durch die Schraubenfedern 43; 45, den Elastomerfedern 69, 73,
die Drosselwirkung bei der Volumenverdrängungen von Druckmedium aus
den Befestigungsnuten, z. B. 67, 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
einem baugleichen O-Ring 73 zusammen.