-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Hub-/Schwenkmotor, vorzugsweise
zur Einstellung/Veränderung
von Fahrwerksparametern eines Kraftfahrzeugs wie Wankneigung, Sturz
und dergleichen, mit einem hülsenförmigen Gehäuse, einer
Welle, die sich in das Gehäuse
hinein erstreckt und an dem Gehäuse
um eine Drehachse drehbar und entlang der Drehachse längsverschieblich
gelagert ist, sowie einem Kolben zum Antreiben der Welle, der in dem
Gehäuse
axial verschieblich aufgenommen ist und durch Beaufschlagung einer
Druckkammer mit Druckmedium axial antreibbar ist.
-
Hydraulische
Hub-/Schwenkmotoren mit einer Welle, die sowohl Drehbewegungen als
auch Hubbewegungen ausführen
kann, können
beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich zur Einstellung bzw. Veränderung
von Fahrwerksparametern wie beispielsweise der Wankneigung oder
des Sturzes eingesetzt werden, und sind immer dann vorteilhaft, wenn
Stellbewegungen zu erzeugen sind, die sowohl eine rotatorische als
auch eine translatorische Komponente umfassen sollen. Dabei kann
es für
einfache Anwendungen genügen,
zwischen Hubbewegung und Schwenkbewegung eine feste Verknüpfung zu haben,
das heißt
für eine
bestimmte Hubstellung eine bestimmte Schwenkstellung vorzugeben
und umgekehrt. Bei komplexeren Anwendungen jedoch kann es bisweilen
erforderlich sein, die beiden Bewegungen voneinander zu entkoppeln,
wobei je nach erwünschter
Kinematik zumindest eine einseitige Entkoppelung ausreichend sein
kann dergestalt, dass bei einer Hubbewegung auch eine Schwenkbewegung
generiert wird, jedoch andererseits die Welle in einer festen Hubstellung
beliebig verdreht werden kann. In anderen Anwendungsfällen kann
es indes auch erforderlich sein, die Hubbewegung und die Schwenkbewegung
gänzlich
voneinander zu entkoppeln, so dass die Welle ohne Drehbewegung verschoben
und ohne Hubbewegung verdreht werden kann.
-
Derart
komplexe Anforderungen an die Stellbewegung können bisherige Hub-/Schwenkmotoren nicht
in ausreichendem Maße
erfüllen
bzw. nur dann, wenn die Hub-/Schwenkmotoren eine entsprechend komplizierte
Ausbildung erhalten, was bislang bisweilen dazu geführt hat,
dass anstelle von hydraulischen Hub-/Schwenkmotoren elektrische Stellmotoren
verwendet wurden. Dies ist indes bisweilen unwirtschaftlich, insbesondere
bei Anwendungsfällen, die
einen entsprechenden Hydraulikdruck für andere Zwecke an sich schon
bereitstellen. Zudem sprechen oftmals auch andere Gründe wie
Elastizitäten,
Federkennlinie, Dämpfungseigenschaften
für den
Einsatz von hydraulischen oder pneumatischen Hub-/Schwenkmotoren.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten
Hub-/Schwenkmotor der
genannten Art zu schaffen, der Nachteile des Standes der Technik
vermeidet und letzteren in vorteilhafterweise weiterbildet. Insbesondere
soll ein einfach aufgebauter, kostengünstig und montagefreundlich
herzustellender Hub-/Schwenkmotor geschaffen werden, der bei kurzer
Baulänge
große
und beliebig anpaßbare
Schwenkwinkel ermöglicht.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch einen Hub-/Schwenkmotor gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Es
wird also vorgeschlagen, zumindest die Drehbewegung der Welle über eine
helixförmige Mantelfläche mit
gleich bleibendem Querschnitt zu erzeugen, dessen Flächenschwerpunkt
gegenüber der
Drehachse der Welle versetzt ist und bei axialem Verschieben des
Querschnitts parallel zur Drehachse auf einer Helixbahn um die Drehachse
der Welle wandert. Dabei treibt der Kolben die Welle relativ zum
Gehäuse
nach dem Kurbelprinzip in Verbindung mit der Keilwirkung der Steigung
der spiralförmigen Eingriffsbahn
an, wodurch auch bei kurzer Baulänge große und auch
in beliebiger Weise anpaßbare,
das heißt
sich über
die Länge ändernde
Drehwinkel erzielt werden können. Überraschenderweise
können trotzdem
durch einfache bauliche Maßnahmen
die Drehbewegung und die Hubbewegung des Kolbens voneinander entkoppelt
werden.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass eine Mantelfläche
der Welle, des Kolbens und/oder des Gehäuses zumindest abschnittsweise
eine helixförmige
Eingriffsfläche
bildet, deren Querschnitte jeweils einen von der Drehachse der Welle
versetzten Flächenschwerpunkt
besitzen. Durch das Verdrehen von Welle und Gehäuse zueinander über das
Kurbelprinzip in Verbindung mit der Keilwirkung der Steigung einer
spiralförmigen
Eingriffsbahn lassen sich Dichtungsprobleme zwischen Kolben und
Welle bzw. Kolben und Gehäuse
sehr einfach lösen,
wodurch sich auch mit bautechnisch einfachen Ausbildungen ein leckagefreier
und damit energieeffizienter Betrieb erreichen lässt. Die den Stelleingriff
bewirkende Eingriffsfläche
zwischen Welle und Kolben bzw. zwischen Kolben und Gehäuse besitzt
also einen spiralförmigen
Verlauf mit gleich bleibendem Querschnitt, wobei der Flächenschwerpunkt
des genannten gleich bleibenden Querschnittes auf einer Spirale
um die Drehachse der Welle wandert und damit ein festes Versatzmaß zur Drehachse
der Welle besitzt.
-
In
Weiterbildung der Erfindung bestehen hierbei verschiedene Varianten
bezüglich
der Anordnung der helixförmigen
Eingriffsfläche,
die die Außenmantelfläche der
Welle oder die Innenmantelfläche
des Gehäuses
und je nach dem auch die Innenmantelfläche des Kolbens oder die Außenmantelfläche des
Kolbens bilden kann.
-
Während die
Drehbewegung der Welle über die
genannte Helix, das heißt
nach dem Kurbelprinzip in Verbindung mit der Keilwirkung der Steigung
der spiralförmigen
Eingriffsbahn erzeugt wird, kann die Hubbewegung der Welle grundsätzlich auf
verschiedene Art und Weise erzeugt werden. Nach einer vorteilhaften
Ausführung
der Erfindung kann der Kolben relativ zur Welle in axialer Richtung
parallel zur Drehachse der Welle verschieblich ausgebildet sein,
wobei zur Erzeugung der Hubbewegung der Welle vorteilhafterweise
zumindest eine – von
der Druckkammer zum Antreiben des Kolbens verschiedene – Hubdruckkammer
zur Beaufschlagung der Stirnseite eines Wellenendes oder einer Wellenschulter
vorgesehen sein kann. Hierdurch lässt sich in einfacher Weise
eine Entkoppelung der Hubbewegung von der Drehbewegung der Welle
und umgekehrt erzielen. Insbesondere kann die Welle verdreht werden,
ohne zwangsweise eine Hubbewegung zu induzieren. Umgekehrt kann
bei entsprechender Ausbildung der Eingriffsfläche zwischen Welle und Kolben
eine Hubbewegung der Welle erzeugt werden, ohne zwangsweise hierbei
eine Drehbewegung der Welle auszuführen.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist hierbei vorteilhafterweise vorgesehen,
dass die zumindest eine Hubdruckkammer umseitig alleine von einem
Wellenabschnitt und einem Gehäuseabschnitt
begrenzt wird, das heißt
der in der Hubdruckkammer wirkende Druck wirkt nicht auf den Kolben
ein, so dass die Hubkräfte
unabhängig
von den Drehstellkräften
gesteuert werden können.
Vorteilhafterweise sind dabei Drucksteuermittel vorgesehen, mittels
derer der Druck in der Hubdruckkammer unabhängig vom Druck, mittels dessen
der Kolben angetrieben wird, gesteuert werden kann. Hierdurch lassen
sich die Hubkräfte
und die Drehstellkräfte
unabhängig
voneinander einstellen.
-
Die
Hubdruckkammer kann hierbei grundsätzlich verschieden ausgebildet
sein. Für
viele Anwendungen kann es hierbei vorteilhaft sein, wenn die zumindest
eine Hubdruckkammer eine effektive Querschnittsfläche besitzt,
die kleiner ist als die effektive Querschnittsfläche der Kolbendruckkammer, über die
der Kolben axial angetrieben wird.
-
Um
eine beidseitig antreibbare Hubbewegung erzeugen zu können, können in
Weiterbildung der Erfindung an zwei gegenüberliegenden Seiten Hubdruckkammern
vorgesehen sein, die in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung
jeweils an einem stirnseitigen Ende des Gehäuses angeordnet sein können. Um
hierbei keine Kippmomente auf die Welle wirken zu lassen, sind die
Hubdruckkammern vorteilhafterweise in Weiterbildung der Erfindung
koaxial zur Drehachse der Welle ausgebildet.
-
In
alternativer Weiterbildung der Erfindung kann der Kolben auch axial
fest mit der Welle verbunden sein, vorteilhafterweise dadurch, dass
der Kolben integral einstückig
und materialhomogen an die Welle angeformt ist. Die Welle kann also
insbesondere einen Abschnitt vergrößerten Durchmessers besitzen,
der gleichzeitig den Kolben des Hub-/Schwenkmotors bildet. Die Kolbendruckkammer
zum axialen Antreiben des Kolbens bildet hierbei gleichzeitig die Hubdruckkammer
zum Erzeugen der Hubbewegung der Welle. Hierdurch kann eine besonders
einfache Ausbildung des Hubschwenkmotors erzielt werden, der sich
durch eine minimale Bauteilezahl auszeichnet.
-
Ist
der Kolben in der zuvor genannten Weise relativ zur Welle axial
verschieblich ausgebildet, kann in besonders vorteilhafter Weiterbildung
der Erfindung die Welle als Kurbelwelle ausgebildet sein und einen
Kurbelabschnitt besitzen, der axial verschieblich in einer Wellendurchgangsausnehmung
des Kolbens sitzt, die zur Drehachse der Welle versetzt angeordnet
ist. Dabei treibt der Kolben den Kurbelabschnitt nach dem Kurbelprinzip
in Verbindung mit der Keilwirkung der Steigung der helixförmigen Eingriffsbahn
an.
-
In
Weiterbildung der Erfindung kann sich der Hub-Schwenkmotor dabei
insbesondere dadurch auszeichnen, dass das Gehäuse eine Mittelachse besitzt,
die gegenüber
den beiden zueinander koaxial angeordneten Drehachsen der beiden
Wellenteile versetzt angeordnet ist.
-
Um
günstige
Kraftabtragsverhältnisse
zu erreichen, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass
die Wellendurchgangsausnehmung in dem Kolben bezo gen auf die Kolbenfläche etwa
mittig angeordnet ist, wobei vorteilhafterweise der Kolben gegenüber dem
Gehäuse
oder gegenüber
der Welle verdrehbar ist, je nachdem, an welchem Bauteil die wendelförmige Helixkontur
verwirklicht ist. Es wird also insbesondere auf eine Verdrehsicherung
des Kolbens verzichtet, wodurch weitere Dichtungen entfallen und
sich entsprechende Verluste infolge Reibung reduzieren. Durch die
Anordnung der Wellendurchgangsausnehmung etwa im Flächenschwerpunkt
der Kolbenquerschnittsfläche
ergeben sich geringe Kippmomente und geringe Hemmkräfte, was durch
den Verzicht auf eine Verdrehsicherung des Kolbens bzw. separate
Führungen
unterstützt
wird. Bei geringen Hemmkräften
wird ein maximaler effektiver Hebelarm erzielt.
-
Dabei
kann gegenüber
den bisher üblichen Gewindeverzahnungen
zwischen Kolben und Welle bzw. Kolben und Gehäuse der Fertigungsaufwand erheblich
reduziert werden, da für
den Kolben und insbesondere auch für die Kurbelwelle einfache
Geometrien gewählt
werden können,
wobei die Kräfte großflächig abgetragen
und komplizierte Ausbildungen der Dichtungen zwischen Kolben und
Welle und auch zwischen Gehäuse
und Kolben vermieden werden, die überdies auch nicht den Beanspruchungen unterliegen,
die durch die Drehmomentübertragung bei
Schraubgewindeverzahnungen entstehen. Die verwendbaren einfachen
Geometrien von Kurbelwelle und Kolben kommen dabei nicht nur einer
einfachen und kostengünstigen
Fertigung an sich zugute, sondern einer verbesserten Oberflächengüte mit hochgleitfähigen Werkstoffen,
wodurch Reibungsverluste reduziert werden können. Zusammen mit den geringen
Flächenpressungen
bewirkt dies einen höheren
Wirkungsgrad und erlaubt auch einen Einsatz ohne schmiermittelhaltige
Druckmedien.
-
In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann dabei die wendelförmige Konturierung,
die bei axialem Verstellen des Kolbens über das Kurbelprinzip in Verbindung
mit der Keilwirkung der Steigung einer spiralförmigen Eingriffsbahn das Verdrehen
der beiden Wellenteile bewirkt, auch am Gehäuse, genauer gesagt dessen
Innenmantelfläche
vorgesehen sein. Vorteilhafterweise kann der in der Wellendurchgangsausnehmung
des Kolbens sitzende Kurbelwellenabschnitt dabei einen gera den Verlauf
parallel zur Drehachse der Kurbelwelle besitzen, wobei der Kolben
gegenüber
dem genannten Kurbelwellenabschnitt drehbar ist und das Gehäuse eine
spiralförmig verdrehte
Innenmantelfläche
besitzt. „Drehbar” meint hierbei,
dass der Kolben an dem gerade verlaufenden Kurbelwellenabschnitt
nicht gegen Verdrehen gesichert ist, d. h. wenn der Kolben nicht
in der spiralförmig
verdrehten Innenmantelfläche
des Gehäuses aufgenommen
wäre, könnte er
frei um den genannten gerade verlaufenden Kurbelwellenabschnitt
gedreht werden. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass
der genannte Kurbelwellenabschnitt und die Wellendurchgangsausnehmung
jeweils eine Kreiszylinderaußen-
bzw. -Innenmantelfläche
bilden. Durch den geraden Verlauf des Kurbelwellenabschnitts mit
vorzugsweise kreiszylindrischer Konturierung lässt sich die Welle äußerst einfach
fertigen. Zudem lässt
sich mit einfachen Mitteln eine leckagefreie Abdichtung des Kolbens
auf dem Kurbelwellenabschnitt erzielen, was einem energieeffizienten
Betreiben zugute kommt.
-
Nach
einer anderen vorteilhaften Ausführung der
Erfindung kann das Helixprofil auch kurbelwellenseitig vorgesehen
sein. Insbesondere kann der in der Wellendurchgangsausnehmung des
Kolbens sitzende Kurbelwellenabschnitt einen wendelförmigen Verlauf
um die Kurbelwellendrehachse herum besitzen, wobei in diesem Fall
das Gehäuse
vorteilhafterweise einen geraden Innenmantelflächenverlauf parallel zur Drehachse
der Kurbelwelle besitzt und der Kolben drehbar gegenüber dem
Gehäuse
ist. „Drehbar” meint
auch hierbei, dass der Kolben gegenüber der Innenmantelfläche nicht
verdrehgesichert ist, d. h. der Kolben könnte dann, wenn er mit der
Kurbelwelle nicht in Eingriff stünde,
gegenüber
dem Gehäuse
frei verdreht werden.
-
Insbesondere
kann bei der zuletzt genannten Ausbildung des Gehäuses mit
geradem Innenmantelflächenverlauf
vorgesehen sein, dass die Kolbenaußenmantelfläche und die Gehäuseinnenmantelfläche jeweils
Kreiszylindermantelflächen
bilden.
-
Bei
helixförmiger
Ausbildung der Innenmantelfläche
des Gehäuses
muss der in der Wellendurchgangsausnehmung des Kolbens sitzende
Abschnitt des zweiten Wel lenteils nicht zwangsweise kurbelwellenförmig ausgebildet
sein. Gemäß einem weiteren
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei wendelförmig um
die Drehachse der beiden Wellenteile herum verdrehter Ausbildung
der Gehäuseinnenmantelfläche die
Wellendurchgangsausnehmung bezogen auf die Kolbenfläche außermittig
versetzt angeordnet sein und der Kolben auf dem zweiten Wellenteil
axial verschieblich, jedoch drehfest sitzen. Bei axialem Antreiben
des Kolbens über
das Druckmedium kreiselt der Kolben sozusagen durch die wendelförmige Ausbildung
des Gehäuses
um die Drehachse des Wellenteiles herum, wobei durch die drehfeste,
axial verschiebliche Verbindung zwischen Kolben und Wellenteil das
genannte Wellenteil rotatorisch angetrieben wird. Die Drehachse
des genannten zweiten Wellenteils und auch dessen sich in das Gehäuse hineinerstreckende
Abschnitt sind dabei vorteilhafterweise im Zentrum der Wendelform
der Innenmantelfläche
angeordnet.
-
Die
axial verschiebliche, jedoch drehfeste Verbindung zwischen Kolben
und zweitem Wellenteil kann hierbei grundsätzlich verschieden ausgebildet sein.
Beispielsweise kann der in der Wellendurchgangsausnehmung sitzende
Abschnitt des zweiten Wellenteils und die Wellendurchgangsausnehmung selbst
nach Art einer Profilwelle wie beispielsweise einer Polygonprofilwelle
ausgebildet sein. In Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen
sein, dass zwischen dem Kolben und dem genannten zweiten Wellenteil
ein Keilwellenprofil vorgesehen ist. Um hierbei dennoch eine einfache
Abdichtung zwischen Kolben und Welle zu erreichen, kann in Weiterbildung
der Erfindung der Kolben bzw. der zweite Wellenteil neben dem genannten
Keilwellenprofil einen glatten, nutfreien Zylinderabschnitt, insbesondere
einen Kreiszylinderabschnitt besitzen, der gegenüber dem Wellenteil bzw. dem
Kolben einfach abzudichten ist.
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
und zugehöriger
Zeichnungen näher
erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
-
1:
einen schematischen Längsschnitt durch
einen Hubschwenkmotor nach einer vorteilhaften Ausführung der
Erfindung, gemäß der die
Welle als Kurbelwelle mit helixförmigem
Kurbelabschnitt ausgebildet ist und die Welle über zwei gegenüberliegende
Hubdruckkammern axial antreibbar ist,
-
2:
einen schematischen Längsschnitt durch
einen Hub-/Schwenkmotor ähnlich 1 nach einer
weiteren vorteilhaften Ausführung
der Erfindung, gemäß der die
Welle als Kurbelwelle mit helixförmigem
Kurbelabschnitt ausgebildet ist und durch zwei gegenüberliegende
Hubdruckkammern axial antreibbar ist, wobei der Kolben bei dieser
Ausführung
zweiteilig und zueinander verschieblich und damit auf der Welle
verklemmbar ausgebildet ist,
-
3:
einen schematischen Längsschnitt durch
einen Hub-/Schwenkmotor nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der
Erfindung, gemäß der die
Innenmantelfläche
des den Kolben aufnehmenden Gehäuses
helixförmig
um die Drehachse der Welle herum verdreht ist und zwischen Kolben
und Welle eine drehfeste Keilwellenverbindung vorgesehen ist, wobei
zur Erzeugung der Hubbewegung der Welle zwei gegenüberliegende
separat ansteuerbare Hubdruckkammern vorgesehen sind,
-
4:
einen schematischen Längsschnitt durch
einen Hub-/Schwenkmotor nach einer weiteren Ausführung der Erfindung, gemäß der der
Kolben integral einstückig
an der Welle angeformt ist und in einem helixförmig um die Drehachse der Welle
herum verdrehten Gehäuse
aufgenommen ist,
-
5:
einen schematischen Längsschnitt durch
einen Hub-/Schwenkmotor ähnlich 4 nach einer
weiteren vorteilhaften Ausführung
der Erfindung, gemäß der ein
an das Gehäuse
angeformter Wellenabschnitt einen Profilwellenabschnitt zur Kompensation
der Hubbewegungskomponente der Welle aufweist,
-
6:
einen schematischen Längsschnitt durch
einen Hub-/Schwenkmotor, bei dem der Kolben von einem Wellenabschnitt
gebildet wird, in einem helixförmig
um die Drehachse der Welle verdrehten Gehäuseabschnitt sitzt und nur
einseitig mit Druck beaufschlagbar ist, um eine Hubbewegung in eine
Richtung zu erzeugen,
-
7:
einen schematischen Längsschnitt durch
einen Hub-/Schwenkmotor nach einer weiteren Ausführung der Erfindung, gemäß der die
Welle als Kurbelwelle ausgebildet ist und mit einem helixförmig verdrehten
Kurbelabschnitt einer stirnseitigen Durchtrittsausnehmung im Gehäuse sitzt
und mit einem Kolben fest verbunden ist, der im Gehäuse axial
verschieblich aufgenommen ist, und
-
8:
einen schematischen Längsschnitt durch
einen Hub-/Schwenkmotor ähnlich 7 nach einer
weiteren Ausführung
der Erfindung, gemäß der die
Welle mit einem Doppelabgang auf beiden Stirnseiten aus dem Gehäuse heraustritt.
-
Der
in 1 gezeigte Hub-/Schwenkmotor 1 umfasst
ein im wesentlichen – grob
gesprochen – rohr-
bzw. hülsenförmiges Gehäuse 2,
in dem eine Welle 3 sowie ein Kolben 4 angeordnet
sind. Wie 1 zeigt, erstreckt sich die
Welle 3 von einer ersten Stirnseite 5 in das Gehäuse 3 hinein,
wobei die Welle 3 an der genannten Stirnseite 5 durch
die stirnseitige Gehäusewandung
hindurchtritt.
-
Die
genannte Welle 3 ist hierbei an der genannten Stirnseite 5 sowie
an der gegenüberliegenden
Stirnseite 6 des Gehäuses 2 mittels
jeweils eines Lagers 8 um eine Drehachse 7 drehbar
sowie entlang der genannten Drehachse 7 axial verschieblich
gelagert. In der gezeichneten Ausführungsform umfasst hierzu das
Gehäuse 2 entsprechende
zylindrische Lagertaschen, in denen die Welle 3 mit entsprechend zylindrischen
Lagerabschnitten drehbar und verschieblich gelagert ist, wobei bei
der Ausführung
gemäß 1 eines
der beiden Lager 8 in einem Deckel 9 ausgebildet
ist, mit dem das Gehäuse 2 stirnseitig verschlossen
ist. An der genannten zweiten Stirnseite 6 ist in der gezeichneten
Ausführung
nach 1 an das Gehäuse 2 ein
Wellenteil 10 angeformt, das mit dem Gehäuse 2 starr,
insbesondere drehfest verbunden ist und gegenüber der Welle 3 gegenläufig verdrehbar
ist.
-
Wie 1 zeigt,
ist die genannte Welle 3 dabei als Kurbelwelle ausgebildet,
die mit einem sich im Gehäuse 2 erstreckenden
Kurbelabschnitt 11 in einer Wellendurchgangsausnehmung 12 des
Kolbens 4 sitzt. Der genannte Kurbelabschnitt 11 ist
dabei helixförmig
ausgebildet und spiralförmig
um die Drehachse 7 der Welle 3 herum verdreht.
Der Kurbelabschnitt 11 besitzt dabei einen über die
Länge des
Kurbelabschnitts 11 gleich bleibenden, vorzugsweise kreisflächenförmigen Querschnitt,
dessen Mittelpunkt gegenüber
der Drehachse 7 um das Kurbelarmmaß 13 versetzt ist,
wobei bei Betrachtung mehrerer Querschnitte entlang der Längsrichtung
der Welle der genannte Mittelpunkt der Querschnittsfläche auf
einer Helix um die Drehachse 7 der Welle 3 wandert.
-
Der
Kolben 4 hat eine zu der spiralförmig verdrehten Außenmantelfläche des
Kurbelabschnitts 11 passende Innenmantelfläche, wobei
die Wellendurchgangsausnehmung 12 vorteilhafterweise zentrisch
bezüglich
der Kolbenfläche
angeordnet ist, um Kippmomente zu vermeiden und einen gleichmäßigen Kraftabtrag
zu bewirken.
-
Der
genannte Kolben 4 ist dabei auf dem Kurbelabschnitt 11 längsverschieblich.
Ebenso sitzt der genannte Kolben 4 längsverschieblich paßgenau in
dem Gehäuse 2,
dessen Innenmantelfläche 25 zylindrisch
und vorzugsweise kreiszylindrisch ausgebildet ist. Auch der Kolben 4 ist
außenmantelflächenseitig
zylindrisch und vorzugsweise kreizylindrisch ausgebildet, so dass
der Kolben 4 an sich – wenn
der Kolben-Welleneingriff nicht wäre – gegenüber dem Gehäuse 2 frei verdreht
werden könnte.
-
Beidseitig
des Kolbens 4 sind in dem Gehäuse 2 Kolbendruckkammern 14 ausgebildet,
die über Druckanschlüsse 15 mit
einem geeigneten Druckmedium, vorzugsweise Hydrauliköl beaufschlagt
werden können,
um den Kolben 4 axial anzutreiben. Dessen axiale Antriebsbewegung
wird über
die helixförmige Eingriffsfläche zwi schen
Welle 3 und Kolben 4 in eine entsprechende Drehbewegung
der Welle 3 umgesetzt.
-
Um
zusätzlich
oder alternativ zu der Drehbewegung der Welle 3 eine Hubbewegung
der Welle 3 zu erzeugen, umfasst der Hub-/Schwenkmotor 1 zwei
auf gegenüberliegenden
Seiten angeordnete Hubdruckkammern 16 und 17,
die in der gezeichneten Ausführung
an den stirnseitigen Wandungen des Gehäuses 2 angeordnet
sind. Die eine Hubdruckkammer 16 beaufschlagt dabei das
stirnseitige Ende der Welle 3, welches in der Lagertasche
am Gehäusedeckel 9 aufgenommen
ist. In der gezeichneten Ausführung
ist der stirnseitige Endabschnitt der Welle 3 mit einer
Dichtung 18 gegenüber
der Mantelfläche
der genannten Lagertasche abgedichtet, so dass die vom Gehäuse 2 und
der Stirnseite der Welle 3 begrenzte Hubdruckkammer 16 die
Welle 3 verschieben kann. Über einen Druckanschluß 19 kann
Druckmedium in die Hubdruckkammer 16 gegeben werden, um
die Hubbewegung zu steuern.
-
Auf
der gegenüberliegenden
Seite ist die Hubdruckkammer 17 ringförmig ausgebildet. Sie wird einerseits
von einer Wellenschulter 20 sowie andererseits von der
Innenseite der zugehörigen
stirnseitigen Gehäusewandung
sowie einem mantelflächenseitigen
Gehäuseabschnitt
gebildet, in dem die genannte Wellenschulter 20 verschieblich
geführt
ist. Wie 1 zeigt, ist die Wellenschulter 20 ebenfalls mit
einer Dichtung 18 gegenüber
dem Gehäuse 2 abgedichtet.
Die ringförmige
Hubdruckkammer 17 ist ebenfalls über einen Druckanschluß 21 mit
Druckmedium beaufschlagbar, um die entsprechende entgegengesetzte
Hubbewegung zu bewirken.
-
Um
die Hubbewegung und die Drehbewegung unabhängig voneinander steuern zu
können, können vorteilhafterweise
den entsprechenden Druckanschlüssen 15 sowie 18 und 21 Drucksteuermittel
zugeordnet sein, die unabhängig
voneinander und/oder abgestimmt aufeinander die Druckbeaufschlagung
in den einzelnen Druckkammern steuert. Soll beispielsweise lediglich
eine Drehbewegung ausgeführt
werden, werden die beiden Druckanschlüsse 19 und 21 gesperrt,
wodurch eine Hubbewegung ausgeschlossen ist. Es verfährt lediglich
der Kolben 4, wodurch eine Drehbewegung der Welle 3 erzeugt
wird. Soll andererseits eine Hubbewegung ohne Drehbewegung erzeugt
werden, wird eine der Hubdruckkammern 16 oder 17 über den
zugehörigen Druckanschluß 19 bzw. 21 mit
Druckfluid beaufschlagt, um die Hubbewegung zu erzeugen, während der
Kolben 4 mit der Hubbewegung mitgeführt wird, so dass er sich nicht
auf der Welle 3 verschiebt. Hierfür kann es je nach Ausbildung
der Steigung und den Reibungs- und Hemmungsverhältnissen ausreichend sein,
den Kolben 4 bzw. die zugehörigen Kolbendruckkammern 14 in
Schwimmstellung zu schalten. Soweit es hierbei zu ungewollten Verdrehungen kommt,
kann der Druckmediumzu- und -abfluß über die beiden Druckanschlüsse 15 durch
diesen zugeordnete, geeignete Drucksteuermittel derart gesteuert
werden, dass der Kolben 4 entsprechend der Hubbewegung
der Welle 3 mitgeführt
wird. Alternativ kann durch eine aufeinander abgestimmte Steuerung des
Druckmittelzuflusses in die jeweilige Kolbendruckkammer 14 und
Hubdruckkammer 16 oder 17 auch ein entsprechendes
Zusammenspiel von Hubbewegung und Drehbewegung erzielt werden, was
in beliebiger Weise aneinander anpaßbar und veränderbar
ist. Hierdurch können
durch Steuerung der Druckmittelzuflußmengen ohne Veränderung
der Motorgeometrie verschiedene Abhängigkeiten von Drehbewegung
und Hubbewegung realisiert werden. Dies kann beispielsweise über geeignete
Fluidmengen-Steuerventile, Stromregeiventile oder andere geeignete
Druck- und/oder Fluidsteuermittel erzielt werden, die vorteilhafterweise
elektronisch ansteuerbar ausgebildet sein können.
-
In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann auch eine Klemmvorrichtung
zur Verklemmung des Kolbens 4 an der Welle 3 vorgesehen
sein, was beispielsweise vorteilhaft sein kann, um zur Erzeugung
einer reinen Hubbewegung ohne Verdrehung den Kolben exakt mit der
sich bewegenden Welle axial mitführen
zu können.
Wie 2 zeigt, kann der Kolben 4 hierzu zweiteilig
ausgeführt
sein, wobei die beiden Kolbenteile 4a und 4b axial
zueinander bewegbar sind, so dass sie über die Helixform der Mantelfläche des
Kurbelabschnitts 11 an der Welle 3 verspannt werden
können.
Die beiden Kolbenteile 4a und 4b sind hierzu jeweils
mittels Dichtungen 22 einzeln gegenüber dem Gehäuse 2 und der Welle 3 abgedichtet,
so dass durch Druckbeaufschlagung der beidseits des Kolbens 4 angeordneten
Kolbendruckkammern 14 die beiden Hälften des Kolbens 4 aufeinander
gedrückt
werden können,
wodurch sich dieser auf der Welle 3 verklemmt. Zwischen
den beiden Teilen des Kolbens 4 sind hierbei vorteilhafterweise Rückstellmittel 23 vorgesehen,
die die beiden Kolbenteile 4a und 4b bei normalen
Druckverhältnissen, die
sich durch nur jeweils geringen Gegendruck in der abströmenden Kammer
auszeichnen, in einer Neutralstellung halten, in der der Kolben 4 in
der zuvor beschriebenen Weise über
den Kurbelabschnitt 11 der Welle 3 schiebbar ist.
Im übrigen
entspricht die Ausführung
nach 2 derjenigen der 1, so dass
auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen wird.
-
Eine
weitere Ausführung
des Hub-/Schwenkmotors 1 zeigt 3, wobei
auch hier ähnlich
den Ausführungen
nach den 1 und 2 die Innenmantelfläche des
Gehäuses 2 helixförmig verdreht
ist und der Kolben 4 an seiner Außenmantelfläche entsprechend ausgebildet
ist. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
ist der Kolben 4 jedoch an der Welle 3 durch eine
von der Kreisform abweichende Welle-Nabenverbindung 24 drehfest
geführt,
so dass der Kolben 4 zwar axial auf der Welle 3 verschoben,
gegenüber
dieser jedoch nicht verdreht werden kann. Die Welle-Nabenverbindung 24 kann
hierbei grundsätzlich
verschieden ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines Polygonprofils.
Vorteilhafterweise kann gemäß 3 auch
eine Keilwellenprofilierung 25 vorgesehen sein, die vorteilhafterweise
nur in einem Teilabschnitt der Wellendurchgangsausnehmung 12 und
einem Teilabschnitt des sich im Inneren des Gehäuses 2 erstreckenden Abschnitts
der Welle 3 ausgebildet ist. Wie 3 zeigt,
besitzt die Wellendurchgangsausnehmung 12 neben der Keilwellenprofilierung 25 einen
glatten, nutfreien und insbesondere kreiszylindrischen Ausnehmungsabschnitt,
der auf einem ebenfalls nutfreien, glatten und insbesondere kreiszylindrischen
Wellenabschnitt sitzt. Dies ermöglicht
eine sehr viel einfachere Abdichtung des Kolbens 4 gegenüber der Welle 3,
da als Dichtung 22 eine einfache Ringdichtung im Bereich
der kreiszylindrischen Paßflächen vorgesehen
sein kann.
-
Die
Wellendurchgangsausnehmung 12 ist gemäß 3 hierbei
anders als bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen nicht im Zentrum der
Kolbenquerschnittsfläche
angeordnet, sondern außermittig
positioniert. Gleichzeitig erstreckt sich die Welle 3 auch
mit ihrem in Innenraum des Gehäuses 2 verlaufenden
Abschnitt zentrisch bezüglich
der Helixprofilierung des Gehäuses 2 und
insbesondere koaxial zu der Drehachse 7 der Welle 3,
das heißt
die Welle 3 ist hier nicht als Kurbelwelle ausgebildet.
Die Drehbewegung wird hier durch die außermittige Positionierung der
Wellendurchgangsausnehmung 12 und die Helixbahn der Gehäuseinnenmantelfläche um die
Drehachse 7 herum bewirkt. Es ist sozusagen ein Kreiseln
des Kolbens 4 um die Welle 3 herum vorgesehen,
wenn der Kolben 4 axial zur Welle 3 verschoben
wird. Durch die drehfeste Welle-Nabenverbindung 24 wird
hierbei die Welle 3 gegenüber dem Gehäuse 2 und dem daran
angeformten Wellenteil 10 verdreht.
-
Im übrigen kann
die Welle 3 auch bei der Ausführung gemäß 3 durch
zwei Hubdruckkammern 16 und 17 axial angetrieben
werden, um eine Hubbewegung der Welle 3 zu erzielen. Die
Ausbildung der Hubdruckkammern 16 und 17 entspricht hierbei
im wesentlichen der zuvor beschriebenen Ausführung, so dass auf die voranstehende
Beschreibung verwiesen wird.
-
Eine
weitere Ausführung
zeigt 4, bei der ebenfalls das Gehäuse 2 mit seiner Innenmantelfläche helixförmig um
die Drehachse 7 der Welle 3 herum verdreht ist.
Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungen ist jedoch der Kolben 4 starr
an der Welle 3 angebracht. Wie 4 zeigt,
ist der Kolben 4 hierbei integral einstückig an die Welle 3 materialhomogen
angeformt bzw. wird der Kolben 4 durch ein entsprechend
geformtes Wellenstück
gebildet. Die Außenmantelfläche 4 des
Kolbens ist dabei passend an die Helixkontur der Gehäuseinnenmantelfläche angepaßt, so dass
durch axiales Verschieben des Kolbens 4 sich dieser entsprechend
verdreht. Durch die starre Verbindung von Kolben 4 und
Welle 3 wird hierbei die Welle 3 gleichzeitig
verdreht und in eine Hubbewegung versetzt. Der Antrieb des Kolbens 4 erfolgt
hierbei ebenfalls über
beiderseits des Kolbens 4 vorgesehene Hubdruckkammern 16 und 17,
die im Gehäuse 2 ausgebildet
und über
Druckanschlüsse 15 gespeist
werden können.
Durch die starre Befestigung des Kolbens 4 an der Welle 3 können die
separaten Hubdruckkammern der vorhergehenden Ausführungsform
eingespart werden. Wie 4 zeigt, kann auch hier am Gehäuse 2 auf
der der Welle 3 gegenüberliegenden
Seite des Gehäuses 2 ein Wellenteil 10 mit
dem Gehäuse 2 drehfest
verbunden sein, so dass zwei sich gegenläufig verdrehende Wellenabgänge vorgesehen
sind, die zueinander zusätzlich
eine Hubbewegung ausführen.
-
5 zeigt
eine grundsätzlich ähnliche
Ausbildung wie 4. Im Gegensatz zur 4 ist
hierbei an dem Wellenteil 10 eine Welle-Nabe-Verbindungs-Profilierung
vorgesehen, und zwar in Form einer Keilwellenprofilierung 25 an
der Innenmantelfläche
des Wellenteils 10, so dass ein an das Wellenteil 10 anzuschließendes Wellenstück drehfest,
jedoch axial verschieblich angebunden werden kann. Hierdurch kann
die Hubbewegung der Welle 3 gegenüber dem Gehäuse 2 kompensiert
werden, wenn eine Hubkomponente in der Bewegung nicht erwünscht ist.
Alternativ oder zusätzlich
kann eine entsprechende Welle-Nabenverbindungs- bzw. Keilwellenprofilierung 25 auch
an der Welle 3 vorgesehen werden.
-
Die
Ausführungen
der 4 und 5 zeichnen sich durch ihre äußerst geringe
Bauteilzahl aus.
-
Gemäß 6 kann
auch eine nur in eine Richtung antreibbare Ausbildung des Hub-/Schwenkmotors
vorgesehen sein. Auch bei der Ausbildung nach 6 ist
das Gehäuse 2 an
seiner Innenmantelfläche
helixförmig
ausgebildet. Der Kolben 4 ist auch hier starr mit der Welle 3 verbunden
und wird von einem Endabschnitt der Welle 3 gebildet, wobei der
den Kolben 4 bildende Wellenabschnitt bezüglich der
Drehachse 7 der Welle 3 spiralförmig verdreht
ist. Die Außenmantelfläche des
Kolbens 4 ist hierbei an die Kontur der Innenmantelfläche 2 des
Gehäuses
in entsprechender Weise angepaßt.
-
Wie 6 zeigt,
tritt der Kolben 4 hierbei stirnseitig aus dem Gehäuse 2 heraus.
Eine Kolbendruckkammer 14 ist hierbei nur auf einer Seite
des Kolbens 4 vorgesehen, so dass der Kolben 4 nur
in eine Richtung axial antreibbar ist, was beispiels weise bei Bewegungssystemen,
die sich durch die Schwerkraft selbst zurückstellen, ausreichend sein
kann.
-
Durch
die starre Verbindung von Kolben 4 und Welle 3 tritt
bei Antreiben des Kolbens 4 gleichzeitig eine Hubbewegung
der Welle 3 ein, die gegebenenfalls, falls unerwünscht, durch
eine Welle-Nabe-Verbindung beispielsweise in Form der Keilwellenprofilierung 25 an
der Welle 3 kompensiert werden kann. Alternativ oder zusätzlich könnte die
genannte Keilwellenprofilierung 25 dabei auch an dem gegenüberliegenden
Wellenabgang in Form des am Gehäuse 2 drehfest
befestigten Wellenteils 10 vorgesehen sein. Das Wellenteil 10 und
die Welle 3 verdrehen sich hierbei gegenläufig.
-
Eine
weitere Ausführung
des Hub-/Schwenkmotors zeigt 7, gemäß der die
Welle 3 ähnlich den
Ausführungen
nach den 1 und 2 einen helixförmig verdrehten
Kurbelabschnitt 11 aufweist, der einen gleichbleibenden
Querschnitt besitzt, dessen Flächenschwerpunkt
sich entlang einer Spirale um die Drehachse 7 der Welle 3 herum
verdreht. Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungen
ist der helixförmig
verdrehte Kurbelabschnitt 11 jedoch nicht verschieblich
in einer entsprechenden Ausnehmung des Kolbens 4 geführt, sondern
in einer Wellendurchgangsausnehmung 26 im Gehäuse 2,
die in der gezeichneten Ausführung
in einer stirnseitigen Wandung des Gehäuses 2 ausgebildet
ist.
-
Der
sich in das Gehäuse 2 hinein
erstreckende Abschnitt der Welle 3 ist dabei starr mit
einem Kolben 4 verbunden, der axial verschieblich in dem
Gehäuse 2 geführt ist.
Der Kolben 4 besitzt hierbei eine Außenmantelfläche, die ebenso wie die Innenmantelfläche des
Gehäuses 2 zylindrisch,
insbesondere kreiszylindrisch ausgebildet ist und koaxial zur Drehachse 7 der
Welle 2 angeordnet ist. Der Kolben 4 kann sich
hierbei gegenüber
dem Gehäuse 2 verdrehen,
wobei beidseits des Kolbens 4 Kolbendruckkammern 14 in
dem Gehäuse 2 ausgebildet
sind, über
die der Kolben 4 in die eine Richtung oder in die andere
Richtung angetrieben werden kann. Über die Helixform des Kurbelabschnitts 11 der
Welle 3 kann eine hierbei entstehende Axialbewegung der
Welle 3 in eine Drehbewegung umgesetzt werden.
-
Wie 7 zeigt,
ist die Wellendurchgangsausnehmung 26 des Gehäuses 2 gegenüber der
Drehachse 7 der Welle 3 versetzt.
-
8 zeigt
eine 7 ähnliche
Ausbildung des Hub-/Schwenkmotors 1, die sich von der Ausführung nach 7 im
wesentlichen durch den beidseitig des Gehäuses 2 erstreckenden
Wellenabgangs unterscheidet. Der Doppelabgang der Welle 3 wird hierbei
durch einen Wellenabschnitt 3b erzielt, der sich auf der
dem Kurbelabschnitt 11 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 4 koaxial
zur Drehachse 7 der Welle erstreckt und ebenso wie der
Kurbelabschnitt 11 drehfest mit dem Kolben 4 verbunden
ist. Der genannte Wellenabschnitt 3b tritt hierbei auf
der Stirnseite 6 des Gehäuses 2 aus diesem
heraus, die gegenüberliegend
der Stirnseite angeordnet ist, in der die helixförmige Wellendurchgangsausnehmung 12 für den Kurbelabschnitt 11 der
Welle 3 vorgesehen ist. Im übrigen entspricht die Ausführung nach 8 derjenigen
der 7, so dass auf die vorangehende Beschreibung verwiesen
wird.