DE10245457B3

DE10245457B3 - Schwenkmotor

Info

Publication number: DE10245457B3
Application number: DE2002145457
Authority: DE
Inventors: Christian Prof. Dr. Voy; Gernot Dipl.-Ing. Sammet; Wolfgang Dr.-Ing. Freund; Andreas Kissler; Jürgen Dipl.-Ing. Schulze; Daniel Dipl.-Ing. Lezock
Original assignee: Sachsenring Fahrzeugtechnik GmbH
Current assignee: Asturia Automotive Systems AG
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-09-28
Also published as: AU2003277801A1; CA2500395A1; WO2004031594A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schwenkmotor, bestehend aus einem Gehäuse (13), welches beidseitig durch Deckel (14, 15) verschlossen ist und mit wenigstens einem im Gehäuse (13) axial bewegbaren ersten Kolben (1.1) und Druckmittelanschlüssen, die zu Druckräumen vor und hinter dem ersten Kolben (1.1) reichen, und mit einer Drehwelle (10), die durch eine Axialbewegung des Kolbens (1.1) in Rotation versetzbar ist. Erfindungsgemäß ist zwischen dem ersten Kolben (1.1) und der Drehwelle (10) wenigstens eine, an ihren beiden Enden kugelgelenkig gelagerte und bei Axialbewegung des Kolbens (1.1) ein Drehmoment auf die Drehwelle (10) übertragende, Koppel (7) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwenkmotor nach dem Oberbegriff des ersten Schutzanspruchs und findet insbesondere bei aktiven Fahrwerken zur Fahrwerksstabilisierung Anwendung. DE 197 54 539 C2 beschreibt einen Schwenkmotor, welcher einen Zylinder mit radialen Rippen an der Zylinderinnenseite aufweist, im Zylinder ist weiterhin eine Motorwelle mit Flügeln angeordnet, wobei die Rippen und die Flügel Arbeitskammern bilden, die mit einem hydraulischen Druck beaufschlagbar sind, wodurch eine Rotation der Motorwelle gegenüber dem Gehäuse erfolgt. In DE 36 01 220 C2 wird ein druckmittelbetätigter Schwenkmotor beschrieben, bei welchem die Schwenkbewegung durch ineinandergreifende Gewindepaarungen erzielt wird. Bei diesen Lösungen weist der Schwenkmotor ein hohes Gewicht auf und das übertragbare Drehmoment ist relativ niedrig.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwenkmotor zu entwickeln, der bei einem leichten Aufbau und somit geringem Gewicht die Übertragung höherer Drehmomente ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs erzielt. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Schwenkmotor bestehend dabei aus einem Gehäuse, welches beidseitig durch Deckel verschlossen ist und weist wenigstens einen im Gehäuse axial bewegbaren ersten Kolben sowie Druckmittelanschlüsse auf, die zu Druckräumen vor und hinter dem ersten Kolben reichen, wobei eine Drehwelle durch eine Axialbewegung des Kolbens in Rotation versetzbar ist. Erfindungsgemäß ist zwischen dem ersten Kolben und der Drehwelle wenigstens eine, an ihren beiden Enden drehgelenkig/kugelgelenkig gelagerte und bei Axialbewegung des Kolbens ein Drehmoment auf die Drehwelle übertragende, Koppel angeordnet.
Die Koppel weist an beiden Enden Kugeln auf, die jeweils in einem am ersten Kolben befestigten Mitnehmer und in einem an der Drehwelle befestigten Mitnehmer in der Art eines Kugelgelenkes gelagert sind. Die Befestigung der Koppel an der Drehwelle kann dabei über ein Zwischenelement erfolgen. Beidseitig zum ersten Kolben befindet sich jeweils ein Druckraum.
Zwischen dem Deckel auf der Kolbenseite und dem ersten Kolben ist dabei ein Druckraum zu welchem eine Druckmittelleitung führt und zwischen ersten Kolben (1.1) und Drehwelle ist ein weiterer Druckraum angeordnet, zu welchem ebenfalls eine Druckmittelleitung führt.
Die Drehwelle stützt sich an der Innenseite des Deckels über ein Axialkräfte aufnehmendes Drucklager ab und der erste Kolben wird durch eine Längsverzahnung axial geführt. Dies erfolgt bevorzugt über eine keilnabenverzahnten Schiebemuffe, die an dem auf der Kolbenseite befindlichen Deckel angeordnet ist.
Es bilden insgesamt jeweils ein Kolben mit dem daran befindlichen Mitnehmer und den dort mit dem einen Ende gelagerten Koppeln sowie die am anderen Ende der Koppeln befindlichen Mitnehmer eine Vorschub/Schwenkeinheit.
In einem Gehäuse können auch zwei oder mehr dieser Vorschub/Schwenkeinheiten angeordnet sein, wobei bevorzugt jeweils zwei paarweise und spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, so dass deren Kolben aufeinander zuweisen, die jedoch durch eine Zwischenwand getrennt und über eine Welle drehfest miteinander verbunden sind. Zwischen jedem Kolben und der Zwischenwand und auch jeweils zwischen den beiden Mitnehmern einer Vorschub/Schwenkeinheit wird ein Druckraum mit einer Druckmittelzuleitung gebildet.
Es ist so eine beliebige Anzahl von Vorschub/ Schwenkeinheiten in Verbindung mit dazwischen liegenden Druckräumen und Druckmittelleitungen hintereinander schaltbar.
Die der Drehwelle am anderen Ende gegenüberliegende zuerst angeordnete Vorschub/Schwenkeinheit ist dabei mit ihrem Mitnehmer, der auf der dem Kolben abgewandten Seite der Koppeln befestigt ist, drehfest mit dem Gehäuse oder einem, das Gehäuse auf dieser Seite abschließenden, Deckel verbunden. Die sich anschließenden Vorschub/ Schwenkeinheiten sind jeweils axial und radial beweglich im Gehäuse gelagert. Durch Hintereinanderschaltung von Kolben, Druckräumen und Drehwellen kann der Drehwinkel und das Drehmoment gezielt den Erfordernissen angepasst werden. Die Mitnehmer werden dabei bevorzugt so ausgeführt, dass die Kugeln der Koppeln elastisch aufgenommen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1: Prinzipdarstellung eines Schwenkmotors in Ausgangsstellung,
2: Schwenkmotor gem. 1 nach Vollführung einer Schwenkbewegung,
3 Prinzipdarstellung einer Vorschub/Schwenkeinheit,
4: Prinzipdarstellung eines Schwenkmotors mit zwei spiegelbildlich zueinander angeordneten Vorschub/ Schwenkeinheiten.
1 zeigt die Prinzipdarstellung eines Schwenkmotors in Ausgangsstellung. In einem Gehäuse 13, ist ein erster Kolben 1.1 angeordnet, der über eine keilnabenyerzahnte Schiebemuffe 3 drehfest und axial verschiebbar gelagert ist. Die Schiebemuffe sitzt dabei auf einem in Richtung zum Kolben weisenden Absatz 14.1 des Deckels 14, der das Gehäuse 13 auf dieser Seite verschließt. Zwischen ersten Kolben 1.1 und Deckel 14 wird ein Druckraum D1 gebildet, zu dem eine Druckmittelzuleitung 2 führt. An der dem Deckel 14 abgewandten Seite des ersten Kolbens 1.1 sind über einen Mitnehmer 4, 5 die Kugeln 6 der einen Enden von vier Kugelstangen (Koppel 7) schwenkbar in Kugelkalotten gelagert. Die Kugeln 6 der gegenüberliegenden Enden der Kugelstangen (Koppel 7) sind ebenfalls schwenkbar in Kugelkalotten eines zweiten Mitnehmers 8, 9 gelagert. Die Kugeln 6 und die Kugelkalotten der Mitnehmer 4, 5 und 8, 9 bilden somit Kugelgelenke. Zwischen den beiden Mitnehmern 4, 5 und 8, 9 wird ein zweiter Druckraum D2 mit einer Druckmittelzuleitung 12 gebildet. Der Mitnehmer 8, 9 ist über ein Zwischenstück S mit der Drehwelle 10 verbunden, die sich über ein Drucklager 11 am anderen Gehäusedeckel 15 abstützt. Die Gelenkwelle 10 ragt dabei durch den Gehäusedeckel 15. Der zweite Mitnehmer 8, 9, das Zwischenstück S und die Drehwelle 10 sind miteinander verbunden und drehbar im Gehäuse gelagert. Die vier Kugelstangen (Koppeln 7) sind alle im gleichen Winkel geneigt und in gleichen Abständen auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnet. Die Deckel 14 und 15 sind dicht mit dem Gehäuse 13 verschweißt. Der erste Kolben 1.1 und das Zwischenstück dichten zur Innenwand des Gehäuses 13 und der Deckel 15 zum Außendurchmesser der Drehwelle mittels Dichtungen D ab.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Bei Beaufschlagung des zylindrischen ersten Kolbens 1.1 über den ersten Hydraulikanschluss 2 verschiebt sich der erste Kolben 1.1 verdrehsicher mittels der keilnabenverzahnten Schiebemuffe 3 in Richtung zur Drehwelle 10. Die Kolbenkraft wird über die doppelseitigen Kugelstangen (Koppeln 7) auf den Mitnehmer 8, 9 übertragen. Infolge der räumlichen Schrägstellung der vier Koppeln 7 wird im Mitnehmer eine axiale und eine in Umfangsrichtung wirkende Kraftkomponente erzeugt, wobei sich die vier Koppeln 7 immer weiter neigen. Die Umfangskomponente bewirkt über das Zwischenstück auf die Drehwelle die gewünschte Drehkraft, deren Größe eine Funktion der Kolbenkraft und des Kugelstangenraumwinkels ist. Die axiale Komponente wird über das Drucklager 11 kompensiert.
Die Gegenläufige Drehrichtung bis zum Erreichen der Position des ersten Kolbens 1.1 gem. 2 wird durch eine Beaufschlagung des Druckraums D2 über den Hydraulikanschluss 12 bewirkt. Dabei wird der Anstellwinkel der Koppeln 7 wieder größer. Das Gehäuse 13 ist mit dem Gehäusedeckel 14 als Gegenlager (Festlager) zur Drehwelle 10 ausgelegt, so dass das Drehmoment des Schwenkmotors zwischen Gehäuse 13 und Drehwelle 10 entsteht.
Eine Prinzipdarstellung der maßgeblichen Vorschub/ Schwenkeinheit V/S ist in 3 dargestellt.
Diese besteht im Wesentlichen aus dem Kolben (hier erster Kolben 1.1, dem daran befestigten Mitnehmer 4, 5 der selbstverständlich auch in den Kolben integriert sein kann, den im Mitnehmer 4, 5 mit einem Ende gelagerten Koppeln 7 und dem zweiten Mitnehmer 8, 9 am anderen Ende der Koppeln. Die Mitnehmer 4, 5 und 8, 9 sind dabei bevorzugt zweiteilig ausgebildet.
Es ist möglich, zur Anpassung des Schwenkwinkels der Drehwelle und des Drehmoments mehrere dieser Vorschub/Schwenkeinheiten V/S in Verbindung mit entsprechenden Druckräumen und Druckzuführungen hintereinander zu schalten.
Eine Prinzipdarstellung eines Schwenkmotors mit zwei spiegelbildlich zueinander angeordneten Vorschub/ Schwenkeinheiten V/S1, VS2 ist in 4 dargestellt. Die der erste Kolben 1.1 der ersten Vorschub/Schwenkeinheit V/S1 und der zweite Kolben 1.2 der zweiten Vorschub/Schwenkeinheit V/S2 weisen aufeinander zu.
Zwischen beiden Vorschub/Schwenkeinheiten V/Sl, VS2 ist eine Zwischenwand 20 vorgesehen, durch die eine Welle 21 ragt, die beide Kolben 1.1, 1.2 der Vorschub/Schwenkeinheiten V/S1, V/S2 drehfest miteinander koppelt. Die erste Vorschub/Schwenkeinheit V/S1 ist mit dem Mitnehmer 8, 9 über ein Zwischenstück S mit der Drehwelle 10 verbunden. Der Mitnehmer 8, 9 der zweiten Vorschub/Schwenkeinheit V/S2 ist fest mit dem Deckel 14 verbunden. Das Gehäuse 13 ist zweiteilig ausgebildet und grenzt beidseitig an die Zwischenwand 20 an. Der erste Kolben 1.1, der zweite Kolben 1.2 und der Mitnehmer 8,8 sowie das daran befestigte Zwischenstück S und die Drehwelle 10 sind im Gehäuse 13 drehbar gelagert. Dabei wird

– zwischen der Zwischenwand 20 und dem ersten Kolben 1.1 ein Druckraum D1 mit einer Druckmittelleitung 2.1,
– zwischen den beiden Mitnehmern 4, 5 und 8, 9 der ersten Vorschub/Schwenkeinheit V/S1 ein zweiter Druckraum mit einer Druckmittelleitung 12.1,
– zwischen der Zwischenwand 20 und dem zweiten Kolben 1.2 ein Druckraum D3 mit einer Druckmittelleitung 2.2
– und zwischen den beiden Mitnehmern 4,5 und 8, 9 der zweiten Vorschub/Schwenkeinheit V/S2 ein Druckraum D4 mit einer Druckzuleitung 12.2

Die Wirkungsweise dieses Schwenkmotors ist folgende:
Bei Druckbeaufschlagung des Druckraums D4 über die Druckmittelleitung 12.2 wird der zweite Kolben 1.2 in Richtung und somit über die Kopplung mit der Welle 21 auch der erste Kolben 1.1 axial in Richtung zur Drehwelle 10 bewegt. Durch die Koppeln 7 der zweiten Vorschub/Schwenkeinheit V/S2 wird ein Drehmoment auf den zweiten Kolben 1.2 und auf den ersten Kolben 1.1 ausgeübt, welches über die Koppeln 7 der ersten Vorschub/Schwenkeinheit V/Sl auf die Drehwelle 10 übertragen wird, wodurch diese Rotiert. Die Kraftkomponente und somit das Drehmoment lässt sich verstärken durch Druckbeaufschlagung des Druckraums D1 über die Druckmittelleitung 2.1. Dabei werden die Koppeln 7 der zweiten Vorschub/Schwenkeinheit V/S2 in Richtung zur Längsachse des Schwenkmotors „gestreckt". Die Köppeln 7 der ersten Vorschub/Schwenkeinheit V/S1 bleiben durch ihre spiegelbildliche Anordnung in ihrer Schräglage und wirken als starres Übertragungsglied zwischen dem ersten Kolben 1.1 und der Drehwelle 10.
Die entgegengesetzte Drehrichtung der Drehwelle 10 wird erzielt durch Druckbeaufschlagung des Druckraumes D2 über die Druckmittelleitung 12.1 und ggf. über Druckbeaufschlagung des Druckraumes D3 über die Druckmittelleitung 2.2. Es ist dabei selbstverständlich, dass bei Druckbeaufschlagung eines Druckraums der Druck im entgegengesetzt wirkenden Druckraum verringert wird. Das System kann hydraulisch und pneumatisch arbeiten. In beiden Fällen sind entsprechende Dichtungen D vorzusehen, welche die Dichtheit des Schwenkmotors gewährleisten.
Durch eine Kopplung der Druckräume D2 und D4 über die Druckmittelleitungen 12.1, 12.2 und/oder eine Kopplung der Druckräume D1 und D3 über die Druckmittelleitungen 2.1, 2.2 kann über den Volumenstrom der Hydraulik oder Pneumatik eine Schwingungsdämpfung erzielt werden. Es ist dann möglich die bauliche Einheit auch ohne Drehwelle als hydraulischen oder pneumatischen Schwingungstilger oder entsprechend kombiniert einzusetzen.

Claims

Schwenkmotor bestehend aus einem Gehäuse (13), welches beidseitig durch Deckel (14, 15) verschlossen ist und mit wenigstens einem im Gehäuse (13) axial bewegbarem ersten Kolben (1.1) und Druckmittelanschlüssen, die zu Druckräumen vor und hinter dem ersten Kolben (1.1) reichen und mit einer Drehwelle (10), die durch eine Axialbewegung des Kolbens (1.1) in Rotation versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Kolben (1.1) und der Drehwelle (10) wenigstens eine, an ihren beiden Enden kugelgelenkig gelagerte und bei Axialbewegung des Kolbens (1.1) ein Drehmoment auf die Drehwelle (10) übertragende, Koppel (7) angeordnet ist.
Schwenkmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppel (7) an beiden Enden Kugeln (6) aufweist, die jeweils in einem am ersten Kolben (1.1) befestigten Mitnehmer (4, 5) und in einem an der Drehwelle (10) befestigten Mitnehmer (8, 9) gelagert sind.
Schwenkmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Koppel (7) an der Drehwelle (10) über ein Zwischenelement (S) erfolgt.
Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich beidseitig zum ersten Kolben (1.1) ein Druckraum (D1, D2) befindet.
Schwenkmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Deckel (14) und ersten Kolben (1.1) oder zwischen einer Zwischenwand (20) und dem ersten Kolben (1.1) der Druckraum (D1) angeordnet ist, zu welchem eine Druckmittelleitung (2) führt und dass zwischen ersten Kolben (1.1) und Drehwelle (10) der Druckraum (D2) angeordnet ist, zu welchem eine zweite Druckmittelleitung (12/12.1) führt.
Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Drehwelle (10) an der Innenseite des Deckels (15) über ein Axialkräfte aufnehmendes Drucklager (11) abstützt.
Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (1.1) durch eine Längsverzahnung axial geführt ist.
Schwenkmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (1.1) an seinem Innendurchmesser auf einer, an dem auf der Kolbenseite befindlichen Deckel (14) angeordneten, keilnabenverzahnten Schiebemuffe (3) axial verschiebbar gelagert ist.
Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Kolben (1.1/1.2) mit den, sich mit ihrem einen Ende an den Kolben (1.1/1.2) anschließenden, Koppeln (7) und dem am anderen Ende der Koppeln (7) angeordneten Mitnehmer (4, 5/8, 9) eine Vorschub/Schwenkeinheit (V/S) bilden.
Schwenkmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (13) zusätzlich zum ersten Kolben (1.1) ein zweiter Kolben (1.2) angeordnet ist, wobei beide Kolben (1.1, 1.2) durch eine Zwischenwand (20) getrennt und über eine Welle (21) drehfest miteinander verbunden sind und der zweite Kolben (1.2) über eine Koppel (7) mit dem auf dessen Seite befindlichen Mitnehmer (8, 9) verbunden ist, derart dass im Gehäuse (13) spiegelbildlich zueinander zwei Vorschub/Schwenkeinheiten (V/S) gebildet werden.
Schwenkmotor nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Deckel (14) und zweitem Kolben (1.2) ein Druckraum (D4) mit einer Druckmittelleitung (12.2) angeordnet ist und dass bei Druckbeaufschlagung des Druckraums (D4) der zweite Kolben (1.2) und der mit diesen über die Welle (21) verbundene erste Kolben (1.1) eine kombinierte Vorschub- und Drehbewegung vollführen und somit die Drehwelle (10) mit einem deren Drehung bewirkenden Drehmoment beaufschlagbar ist.
Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem der beiden der Kolben (1.1, 1.2) und der Zwischenwand (20) ein Druckraum (D1) oder (D2) oder jeweils zwischen jedem Kolben (1.1, 1.2) und der Zwischenwand (20) ein Druckraum (D1) und ein Druckraum (D3) angeordnet ist.
Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine beliebige Anzahl von Vorschub/Schwenkeinheiten (V/S) in Verbindung mit dazwischen liegenden Druckräumen hintereinander schaltbar ist.
Schwenkmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die auf eine Vorschub/Schwenkeinheit (V/S) folgende Vorschub/ Schwenkeinheit (V/S) zu der vorangehenden Vorschub/ Schwenkeinheit (V/S) spiegelbildlich aufgebaut ist.
Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils zwischen zwei spiegelbildlich zueinander angeordneten Vorschub/Schwenkeinheiten (V/S) eine Zwischenwand (20) befindet und dass die beiden Vorschub/ Schwenkeinheiten (V/S) drehfest miteinander verbunden sind.
Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmer (4, 5 / 8, 9) die Kugeln (6) der Koppeln (7) elastisch aufnehmen.