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Die Erfindung betrifft einen Hydrostataktor, umfassend ein Gehäuse, in welchem ein, eine mit einem Druckmittel befüllten Druckkammer mit Druck beaufschlagender Kolben gegenüber dem Innenraum des Gehäuses mittels einer Dichtung abgedichtet ist, wobei der Kolben durch einen Elektromotor über ein, den Drehantrieb des Elektromotors in eine Translationsbewegung umwandelndes Getriebe antreibbar ist und der Kolben radial von einer Armierung abgestützt ist, die zwischen der Dichtung und einem Stützring angeordnet ist.
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Aus der
WO 2011/050767 A1 ist ein Hydrostataktor bekannt, welcher ein, einen Geberzylinder enthaltendes Gehäuse und einen, in dem Gehäuse axial verlagerbaren, eine mit Druckmittel befüllte Druckkammer mit Druck beaufschlagenden Kolben aufweist und mit einem, einen Drehantrieb in eine Axialbewegung wandelnden Planetenwälzgetriebe mit einer Hülse, einer Gewindespindel und zwischen diesen abwälzenden Planetenwälzkörpern sowie mit einem, das Planetenwälzgetriebe antreibenden Elektromotor mit einem Gehäuse fest verbundenen Stator und einem gegenüber diesem verdrehbaren Rotor ausgebildet ist. Dabei ist der Geberzylinder radial außerhalb des Planetenwälzgetriebes angeordnet. Die Druckkammer ist mittels zwischen Kolben und Gehäuse angeordneten Nutringdichtungen nach außen abgedichtet. Eine weitere Nutringdichtung dichtet den Kolben gegenüber dem Innenraum des Gehäuses ab.
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Aus der
DE 10 2015 201 398 A1 ist weiter ein Dichtungssystem für einen Nehmerzylinder bekannt. Die Dichtung ist axial zwischen Kolben und Druckraum angeordnet und wird durch den Kolben axial verlagert. Axial zwischen dem Kolben und der Dichtung ist ein Dichtungsträger vorgesehen. Die Dichtung weist ferner ein Stützelement auf, welches axial zwischen Dichtungsträger und Dichtung angeordnet ist.
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Die
DE 19724988 A1 zeigt auch einen Nehmerzylinder mit einem Ringkolben. Dieser Ringkolben wird axial in einen Druckraum verlagert. Zwischen Druckraum und Kolben ist eine axial bewegliche Dichtung vorgesehen. Auch hier ist axial zwischen Kolben und Dichtung ein Dichtungsträger vorgesehen, welcher mit einem Versteifungselement verbunden ist.
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Es ist bekannt, dass die gegenüber dem Innenraum wirksame Dichtung durch eine sogenannte Armierung verstärkt wird, die zwischen einem Stützring und der Dichtung axial anliegt. Eine Befestigung der Armierung an dem Stützring bzw. Dichtung erfolgt nicht, da die Armierung lediglich radial um Innenwandung des Gehäuses aufgezogen ist (7 und 8). Die Armierung hat dabei die Aufgabe, den radialen Spalt zwischen Kolben und Stützring, welcher sich aufgrund von Fertigungstoleranzen einstellt und Spaltextrusionen der Dichtung hervorruft, zu überbrücken. Zur Überbrückung dieses Spaltes befindet sich an der Armierung ein flexibler Kunststoffring, welcher die radialen Durchmesserschwankungen ausgleichen kann, so dass der Spalt zwischen Dichtung und Kolben im Idealfall zu null wird. Die Ausgestaltung dieses Kunststoffringes kann allerdings unter bestimmten Betriebsbedingungen oder Fertigungsfehlern Wechselwirkungen mit der dynamischen Dichtlippe der Dichtung erzeugen. Dies erfolgt, da der druckaktivierbare Teil der dynamischen Dichtlippe parallel zu dem toleranzausgleichenden Kunststoffring verbaut ist.
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In 9 sind die normalen Überdeckungs- bzw. Kontaktdruckverhältnisse zwischen Dichtung und Kolben dargestellt, wie sie konstruktiv vorgesehen sind. Dabei weist die Armierung eine Kontaktzone zum Kolben auf, während die dynamische Dichtlippe der Dichtung eine Restüberdeckung zum Kolben besitzt, mittels welcher eine Vorspannung erzeugt wird. Diese Restüberdeckung stellt den notwendigen Kontaktdruck zur Erfüllung der Dichtwirkung bereit. Aus Geometrieänderungen der Armierung, welche eine radiale Versetzung der dynamischen Dichtlippe nach innen hin bewirken kann, kann diese konstruktiv vorgesehene Überdeckung durch die Wechselwirkung beider Bauteile zueinander ausgeschaltet oder vermindert werden. In 10 ist der Vorspannungsverlust aufgrund eines Grates an der Spitze der Armierung (in der Darstellung als Spalt beschrieben) dargestellt. Der Mechanismus mit einem Nachvernetzungsvorgang, unter welchem im Weiteren ein Schrumpfen der Armierung aufgrund von nicht ausgetemperten Kunststoffen zu verstehen ist, würde den gleichen Effekt bewirken, was auch für eine zu große radiale Auslenkung gilt. In diesen Fällen wird die Druckaktivierung der Dichtung behindert oder sogar der Kontakt der dynamischen Dichtlippe zum Kolben völlig unterbrochen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hydrostataktor anzugeben, bei welchem ein Spalt zwischen Dichtung und Stützring minimiert wird und gleichzeitig durch die Armierung eine größtmögliche radiale Kolbenführung erreicht wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Die Armierung ist erfindungsgemäß als tmperatur- und/oder druckaktivierbarer Kunststoffring ausgebildet, welcher stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig an dem Stützring befestigt ist. Durch diese Anordnung ist die Armierung von der Dichtung besser entkoppelt, so dass keinerlei Wechselwirkung zwischen Armierung und Dichtung erfolgen kann und die Dichtung in ihrer Dichtwirkung nicht beeinflusst wird. Da die Armierung immer auf dem Stützring befestigt ist wird ein fehlerhafter Aufbau oder gar ein Vergessen der Armierung bei der Montage des Hydrostataktors verhindert. Der Stützring stellt mit der Armierung während des Handlings immer nur ein Montageteil dar.
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Vorteilhafterweise ist der Kunststoffring auf der, dem Kolben zugewandten Seite des Stützringes positioniert und weist im unbelasteten Zustand einen minimalen radialen Abstand zum Kolben auf. Dies hat den Vorteil, dass durch die Armierung immer die größtmögliche radiale Kolbenführung vorhanden ist und der Spalt zwischen Dichtung und Stützring minimiert wird Die Armierung sorgt dafür, dass die Laufbahn des Kolbens nicht in Kontakt mit dem Stützring kommen kann, sich aber gleichzeitig genauso gut radial lösen kann. Erst unter einer Temperatur- oder Druckbeanspruchung des die Armierung bildenden Kunststoffringes wird durch die Ausdehnung des Kunststoffes ein Kontakt zu dem Kolben hergestellt, indem der radiale Abstand zwischen Armierung und Kolben geschlossen und somit der Kolben zuverlässig in seiner Bahn geführt wird.
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Vorteilhafterweise ist der Kunststoffring auf den Stützring aufgespritzt. Somit bilden Kunststoffring und Stützring ein unlösbares Einzelteil, was besonders einfach in der Montage zu verwenden ist.
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In einer Alternative ist der Kunststoffring in den Stützring eingeclipst. Durch dieses Einclipsen wird eine zuverlässige feste Halterung des Kunststoffringes an dem Stützring realisiert.
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Diese Halterung ist besonders sicher, wenn der Kunststoffring in der Art einer Nut-und-Feder-Verbindung an dem Stützring ausgeführt ist. Diese Nut-und-Feder-Verbindung ist nicht nur für das Einclipsen des Kunststoffringes in den Stützring von besonderem Vorteil, sondern gewährleistet auch eine zuverlässige Verbindung, wenn der Kunststoffring in den Stützring eingespritzt wird.
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In einer Variante ist der Kunststoffring auf den Stützring aufgepresst. Dabei wird durch die auftretenden Kräfte auf den Kunststoffring eine Verformung erreicht, mittels welcher der Kunststoffring stoffschlüssig an dem Stützring befestigt wird.
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Eine weitere Alternative umfasst einen Kunststoffring, der als Gleitring ausgebildet ist. Dieser Gleitring, welcher die Form eines O-Ringes aufweist, stellt dabei lediglich die Führung am Kolben dar.
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In einer Weiterbildung weist der Kunststoffring in axialer Richtung, dem Druckraum abgewandt, einen Kolbenführungsvorsprung auf, welcher sich auf den Stützring abstützt.
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In einer Ausführungsform weist ein Material des Kunststoffringes einen Temperaturausdehnungskoeffizienten auf, welcher die Temperatur- und Druckaktivierung des Kunststoffringes unterstützt. Damit wird gewährleistet, dass sich der Kunststoffring auch ohne Druck, sondern nur durch Erwärmung an den Kolben anlegt und an dieser Stelle den radialen Spalt eliminiert.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Mehrere davon sollen in den in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1: ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hydrostataktors,
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2: das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hydrostataktors bei Raumtemperatur,
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3: das erste Ausführungsbeispiel des Hydrostataktors unter Betriebsbedingungen,
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4: ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hydrostataktors,
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5: ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hydrostataktors,
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6: ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hydrostataktors,
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7: ein Ausführungsbeispiel des Hydrostataktors nach dem Stand der Technik,
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8: ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hydrostataktors nach dem Stand der Technik,
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9: ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hydrostataktors nach dem Stand der Technik
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10: ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hydrostataktors nach dem Stand der Technik.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hydrostataktors dargestellt. Dabei ist ein Ausschnitt aus dem Hydrostataktor 1 gezeigt, welcher ein aus Kunststoff bestehendes Gehäuse 2 aufweist, das einen Kolben 3 umfängt. Der Kolben 3 greift dabei in einen Druckraum 4 ein, der durch die Innen- und Außenwandung 5, 6 des Gehäuses 2 gebildet ist. Dem Druckraum 4 gegenüberliegend ist der Kolben 3 mittels zwei Dichtringen 7 und 8 gegenüber der Außenwandung 6 des Gehäuses 2 abgedichtet. Eine dritte Dichtung 9 wird durch einen Stützring 10 axial abgestützt, welcher als Schraubteil ausgebildet ist und auf die Innenwandung 5 des Gehäuses 2 aufgeschraubt ist.
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Auf die radiale Außenseite des Stützringes 10 ist dabei eine als Kunststoffring 11 ausgebildete Armierung aufgespritzt, die in Art einer Feder- und Nut-Verbindung ausgeführt ist. Dem Druckraum 4 abgewandt, umfasst der Kunststoffring 11 einen dünnen Kolbenführungsvorsprung 13, welcher radial den Stützring 10 abdeckt und auf diesem aufliegt.
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In 2 ist ein Ausschnitt aus dem Hydrostataktor 1 dargestellt, aus welchem ersichtlich ist, dass bei Raumtemperatur und somit im unbelasteten Zustand immer ein kleiner radialer Spalt 14 zwischen dem Kunststoffring 11 und dem Kolben 3 vorhanden ist. Erst wenn im Betriebszustand unter einer erhöhten Temperatur oder Hochdruck sich der Kunststoff des Kunststoffringes 11 ausweitet, wird dieser Spalt 14 geschlossen und es erfolgt eine Anlage der Armierung 11 am Kolben 3. Die Druck- oder die Temperaturaktivierung erfolgen dabei aus radialer Richtung (3). Unter diesen Bedingungen dehnt sich der Kunststoffring 11 radial aus, was zur Anlage mit dem Kolben 3 führt. Dieser Effekt kann durch die Wahl der unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der verwendeten Kunststoffmaterialien unterstützt werden, so dass sich der Kunststoffring 11 auch ohne Druck, sondern nur bei Erwärmung an den Kolben 3 anlegt und an dieser Stelle den Spalt 14 eliminiert.
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An der entsprechenden der Dichtung zugewandten Innenkante des Kunststoffringes 11 entsteht bei diesem Aufweitevorgang auch kein Spalt, weil die Art der Umspritzung wie eine Nut-und-Feder-Verbindung ausgeführt ist. Gleichzeitig ist durch die Anordnung des Kunststoffringes 11 auf dem Stützring 10 eine Entkopplung von der dritten Dichtung 9 möglich, so dass keine Wechselwirkungen zwischen dynamischen Dichtlippe 12 der Dichtung 9 und dem Kunststoffring 11 bestehen, wodurch die dynamische Dichtlippe 12 entsprechend eine Vorspannung gegenüber dem Kolben 3, die bei der Montage eingestellt wird, während des Betriebsvorganges beibehalten kann, so dass der Dichtvorgang zum Inneren des Gehäuses 2 zuverlässig realisiert wird.
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Aus 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Stützringes 10 mit aufgebrachtem Kunststoffring 11 ersichtlich, bei welchem der Kunststoffring 11 in eine Aufnahme 15 des Stützringes 10 aufgepresst ist. Eine angeclipste Variante des Kunststoffringes 11 an den Stützring 10 ist aus 5 ersichtlich, wo der Kunststoffring 11 über einen Vorsprung 16 des Stützringes 10 an diesem aufgezogen ist. Soll der Kunststoffring 11 lediglich zur Kolbenführung benutzt werden, ohne dass eine Abstützung der Dichtung 9 notwendig ist, so wird diese O-ringförmig ausgebildet und wirkt wie ein Gleitring (6).
