DE10243696B3

DE10243696B3 - Schwenkmotor

Info

Publication number: DE10243696B3
Application number: DE10243696A
Authority: DE
Inventors: Rainer Beilner; Matthias Reuss
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-09-21
Also published as: US20040134345A1; US6880451B2

Abstract

Schwenkmotor, umfassend einen mit einem Druckmittel gefüllten Zylinder mit mindestens einer Rippe an seiner Innenwandung, wobei innerhalb des Zylinders eine Motorwelle mit mindestens einem Flügel schwenkbar gelagert ist, wobei innerhalb von mindestens zwei Ringräumen zwischen dem Zylinder und der Motorwelle eine druckvorspannbare Dichtungsanordnung vorliegt, die eine Arbeitskammer abdichtet, welche von dem Zylinder mit der Rippe und der Motorwelle und dem Flügel zusammen mit endseitigen Deckeln des Zylinders gebildet wird, wobei die Ringräume über einen Druckausgleichskanal miteinander verbunden sind und konzentrisch zur Motorwelle eine Hülse angeordnet ist und im Kontaktbereich der Motorwelle mit der Hülse eine axiale Nut verläuft, die den Druckausgleichskanal bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwenkmotor gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bzw. 8.

Aus der DE 43 33 047 C1 ist eine Dichtungsanordnung bekannt, wie sie u. a. bei Schwenkmotoren eingesetzt wird, um eine Motorwelle gegen einen Zylinder des Schwenkmotors abzudichten. Dabei wird die Dichtung gezielt mit einem Arbeitsdruck versorgt, um eine dynamische Vorspannung zu erreichen. Damit wird bei einem Schwenkmotor der Vorteil erreicht, dass in einem drucklosen Zustand innerhalb der Druckmittelversorgung eine geringe Reibung zwischen der Motorwelle und dem Zylinder vorliegt.

In der DE 100 62 477 C1 wird beschrieben, dass die Druckvorspannung der Dichtung aus den Arbeitsräumen entnommen wird. Dazu wird eine Nut im Deckel der Arbeitskammer zu dem Ringraum, in dem die Dichtungen angeordnet sind, eingeprägt.

Ein generelles Problem bei paarweise druckvorgespannten Dichtungen im Schwenkmotor besteht darin, dass das Druckniveau an den Dichtungen unterschiedlich ist, so dass eine Längskraft wirksam wird, die die Motorwelle zum Zylinder zu verschieben versucht. Diesen Effekt kann man u. a. dadurch minimieren, indem man die druckvorgespannten Dichtungen an der Motorwelle an der Vorder- und Rückseite der Arbeitskammern miteinander verbindet. Eine derartige Konstruktion ist z. B. aus der DE 196 07 067 A1 bekannt. Es wird offenbart, dass innerhalb des Zylinders und der Motorwelle Längsbohrungen ausgeführt sind, die die Dichtungsräume, in denen die besagten Dichtungen platziert sind miteinander verbinden. Das Problem besteht aber darin, dass eine vergleichsweise lange Bohrung hergestellt werden muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf einfache Weise einen Druckausgleich zwischen den Ringräumen für Dichtungen zu schaffen, um eine Längskraftbelastung zwischen Motorwelle und Zylinder zu minimieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass konzentrisch zur Motorwelle eine Hülse angeordnet ist und im Kontaktbereich der Motorwelle mit der Hülse eine axiale Nut verläuft, die den Druckausgleichskanal bildet.

Der wesentliche Vorteil besteht darin, dass der Druckausgleichskanal sehr viel leichter hergestellt werden kann.

Wenn z. B. der Druckausgleichskanal in der Motorwelle eingearbeitet ist, dann kann man mit einem einfachen Fräser sehr schnell und genau einen Druckausgleichskanal herstellen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Druckausgleichskanal in der Hülse ausgeführt ist. Der Druckausgleichskanal kann durch einfaches Nutenräumen hergestellt werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Druckausgleichskanal einen Anschluss an die Arbeitskammer auf. Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass sich das Druckniveau zwischen den beiden Ringräumen der Dichtungsanordnungen nicht nur ausgleichen, sondern in einen Arbeitsraum mit einem vergleichsweise geringeren Druckniveau abbauen kann.

Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn der Anschluss im Bereich einer Scheibendichtung des Flügels mündet und druckabhängig von der Scheibendichtung zur Arbeitskammer freigegeben wird. Die Scheibendichtung wirkt praktisch wie ein Rückschlagventil. Bei einem hohen Druck auf die Scheibendichtung wird der Anschluss blockiert und bei einem zumindest nahezu drucklosen Zustand wieder freigegeben.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung weist die Motorwelle einen umlaufenden Einstich auf, der in Überdeckung mit dem Ringraum und dem Druckausgleichskanal in der Hülse steht. Die Dichtungsanordnung ist derart ausgestaltet, dass die Dichtflächen axial in Richtung Flügel der Motorwelle und radial in Richtung des Deckels des Zylinders gerichtet sind. Für eine Druckentspannung innerhalb des Ringraums ist es demnach erstrebenswert, wenn der Druckausgleichskanal mit den Rückseiten der Dichtungsanordnung verbunden ist.

Generell ist es für die Herstellung einer Motorwelle im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Fertigung interessant, wenn die Hülse den Flügel für die Motorwelle trägt, da dann die Hülse mit dem Flügel aus einem Strangpressprofil hergestellt werden kann, so dass aufwändige Nachbearbeitungsschritte zumindest minimiert werden können.

Bei einer Alternativvariante ist innerhalb des Flügels eine Axialnut zur Aufnahme einer Scheibendichtung ausgeführt, die die Arbeitskammer abdichtet. Erfindungsgemäß ist die Axialnut der Scheibendichtung mit den Ringräumen für die Dichtungsanordnungen verbunden.

Bei dieser Variante kann auf den Einsatz einer separaten Hülse für den Druckausgleichskanal verzichtet werden.

Bei dieser Ausführungsform ist es sinnvoll, wenn die Axialnut an eine zweite parallelverlaufende Nut räumlich angeschlossen ist, wobei sich die Scheibendichtung auf einem Absatz zwischen der Axialnut und der zweiten Nut abstützt. Die Scheibendichtung steht während des Schwenkmotorbetriebs unter einer sehr hohen Vorspannung und kann durch die Abstützung am Absatz zur zweiten Nut trotzdem nicht in die zweite Nut „einfließen". Dazu kann man z. B. vorsehen, dass die zweite Nut am Nutgrund der Axialnut verläuft und eine geringere Breite als die Axialnut aufweist.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 Längsschnitt durch einen Schwenkmotor mit Druckausgleichskanal in der Motorwelle
2 Querschnitt durch den Schwenkmotor nach 1
3 Längsschnitt durch einen Schwenkmotor mit Druckausgleichskanal in der Hülse
4 Längsschnitt durch einen Schwenkmotor mit Druckausgleichskanal innerhalb einer Axialnut für die Scheibendichtung des Flügels
5 Querschnitt durch den Schwenkmotor nach 5
Die 1 zeigt ein Aggregat in der Bauform eines Schwenkmotors 1 in einer Längsschnittdarstellung mit einem Zylinder 3, in dem eine Motorwelle 5 drehbar gelagert ist. Mit dem Zylinder 3 sind endseitig Deckel 7 und 9 verschweißt. An der Innenwandung 1 1 des Zylinders 3 sind drei Rippen 13 (2) angeordnet, die mit Flügeln 15 der Motorwelle 5, dem Zylinder 3 und den Deckeln 7; 9 sechs Arbeitskammern 17; 19 bilden, wobei Arbeitskammern mit gleicher Bezugsziffer über ein Druckmittelverteilungssystem miteinander verbunden sind. Der Schwenkmotor verfügt über zwei Hydraulikanschlüsse 21; 23 (2). In beiden Deckeln 7; 9 ist jeweils eine umlaufende Nut 25; 27 eingearbeitet, die wiederum Axialkanäle 29 (2) zu den zugeordneten Arbeitskammern 17; 19 aufweisen. Die Zahl der Arbeitskammern ist abhängig vom aufzubringenden Drehmoment und vom erreichbaren Schwenkwinkel des Schwenkmotors, so dass die Erfindung nicht auf einen Schwenkmotor mit sechs Arbeitskammern beschränkt ist.
Innerhalb der Flügel und Rippen sind Dichtungen 31; 33 in der Bauform von Scheibendichtungen eingelegt, die jeweils benachbarte Arbeitskammern voneinander trennen. Die Flügel 15 der Motorwelle 5 sind Bestandteil einer Hülse 35, die axial und in Umfangsrichtung fest mit der Motorwelle 5 verbunden sind.
Beide Deckel 7; 9 bilden zusammen mit der Motorwelle 5 und der Hülse 35 Ringräume 37; 39, die Dichtungsanordnungen 41; 43 zur Abdichtung der Arbeitskammern 17; 19 aufnehmen. Während der Druckbeaufschlagung einer gemeinsamen Gruppe von Arbeitskammern, z. B. 17 und einem vergleichsweise kleineren Druck in den Arbeitskammern 19 wird ein sehr geringer Ölstrom in die Ringräume 37; 39 gedrückt, da sich durch die unterschiedliche Druckbeaufschlagung aus den Arbeitskammern in Umfangsrichtung eine geringfügige Deformation der Dichtungsanordnung einstellt und damit Druckmittel aus den Arbeitskammern mit einem hohen Druck in die Ringräume 37, 39 eindringt. Die auftretenden Druckmittelvolumen sind vergleichsweise sehr klein, doch könnte der Fall eintreten, dass z. B. in dem Ringraum 37 ein größerer Momentandruck des Druckmittels vorherrscht als im Ringraum 39. Damit keinesfalls axial wirksame Verschiebekräfte zwischen dem Zylinder 3 mit den Deckeln 7, 9 und der Motorwelle 5 auftreten, sind beide Ringräume 37; 39 über einen Druckausgleichskanal 45 miteinander verbunden. Im Kontaktbereich der Hülseninnenfläche und der Mantelfläche der Motorwelle 5 ist eine Axialnut in der Motorwelle 5 eingearbeitet, deren Enden in den Ringräumen 37; 39 enden. Damit ist ein vollständiger Druckausgleich zwischen den Ringräumen 37; 39 gewährleistet.
Aus der Zusammenschau der 1 und 2 ist erkennbar, dass die Hülse 35 einen Anschluss 47 in einen Arbeitsraum 17; 19 aufweist. Dazu mündet der Anschluss 47 im Bereich einer Axialnut 49 für die Scheibendichtung 31 innerhalb eines Flügels 15, wobei die Scheibendichtung 31 druckabhängig den Anschluss 47 zur Arbeitskammer 17; 19 freigibt. Damit die Hülse 35 mit ihrem Anschluss 47 nicht unbedingt in Umfangsrichtung zum Druckausgleichskanal 45 ausgerichtet sein muss, kann entweder in der Motorwelle oder in der Hülse ein Sammelring 51 eingearbeitet sein.
Mit der 3 soll verdeutlicht werden, dass der Druckausgleichskanal 45 im Kontaktbereich zwischen der Hülse 35 und der Motorwelle 5 auch innerhalb der Hülse 35 in der Innenwandung ausgeführt sein kann, z. B. durch ein Räumverfahren. Der Druckausgleichskanal 45 verfügt wiederum über einen Anschluss 47, der aber für den einfachen Druckausgleich zwischen den Ringräumen 37; 39 mit den Dichtungsanordnungen 41; 43 nicht benötigt wird. Des weiteren sind in der Motorwelle 5 jeweils umlaufende Einstiche 52; 53 ausgeführt, die mit den Ringräumen 37; 39 und dem Druckausgleichskanal 45 in Überdeckung stehen. Ein orientierter Einbau des Anschlusses 47 zum Druckausgleichskanal 45 ist allein durch die gemeinsame Anordnung in der Hülse 35 gegeben.
Die 4 und 5 zeigen einen Schwenkmotor 1, bei dem der Druckausgleichskanal 45 von der Axialnut 49 für die Scheibendichtung 31 in den Flügeln 15 der Motorwelle 5 gebildet wird, da die Axialnut 49 mit den Ringräumen 37; 39 für die Dichtungsanordnungen 41; 43 verbunden ist. Wie aus der 5 ersichtlich ist, ist an die Axialnut 49 eine zweite parallel verlaufende Axialnut 55 räumlich angeschlossen, deren Querschnitt unabhängig von der Druckvorspannung auf die Scheibendichtung 31 stets geöffnet bleibt, da sich die Scheibendichtung 31 auf mindestens einem Absatz 57 zwischen der Axialnut 49 und der zweiten Nut 55 abstützen kann.
Die Erfindung ist beispielhaft bei einem Schwenkmotor dargestellt, kann jedoch auch bei anderen Aggregaten, z. B. einem Drehschwingungsdämpfer zur Anwendung kommen.

Claims

Schwenkmotor, umfassend einen mit einem Druckmittel gefüllten Zylinder mit mindestens einer Rippe an seiner Innenwandung, wobei innerhalb des Zylinders eine Motorwelle mit mindestens einem Flügel schwenkbar gelagert ist, wobei innerhalb von mindestens zwei Ringräumen zwischen dem Zylinder und der Motorwelle eine druckvorspannbare Dichtungsanordnung vorliegt, die eine Arbeitskammer abdichtet, welche von dem Zylinder mit der Rippe und der Motorwelle und dem Flügel zusammen mit endseitigen Deckeln des Zylinders gebildet wird, wobei die Ringräume über einen Druckausgleichskanal miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass konzentrisch zur Motorwelle (5) eine Hülse (35) angeordnet ist und im Kontaktbereich der Motorwelle (5) mit der Hülse (35) eine axiale Nut verläuft, die den Druckausgleichskanal (45) bildet.
Schwenkmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleichskanal (45) in der Motorwelle (5) eingearbeitet ist.
Schwenkmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleichskanal (45) in der Hülse (35) ausgeführt ist.
Schwenkmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleichskanal (45) einen Anschluss (47) an die Arbeitskammer (17; 19) aufweist.
Schwenkmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (47) im Bereich einer Scheibendichtung (31) des Flügels (15) mündet und druckabhängig von der Scheibendichtung (31) zur Arbeitskammer (17; 19) freigegeben wird.
Schwenkmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (5) einen umlaufenden Einstich (52; 53) aufweist, der in Überdeckung mit dem Ringraum (37; 39) und dem Druckausgleichskanal (45) in der Hülse (35) steht.
Schwenkmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (35) den mindestens einen Flügel (15) für die Motorwelle (5) trägt.
Schwenkmotor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wobei innerhalb des Flügels eine Axialnut zur Aufnahme einer Scheibendichtung ausgeführt ist, die die Arbeitskammer abdichtet, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialnut (49) der Scheibendichtung (31) mit den Ringräumen (17; 19) für die Dichtungsanordnungen (37; 39) verbunden ist.
Schwenkmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialnut (49) an eine zweite parallelverlaufende Nut (55) räumlich angeschlossen ist, wobei sich die Scheibendichtung (31) auf einem Absatz (57) zwischen der Axialnut (49) und der zweiten Nut (55) abstützt.