DE19812752C1 - Schwenkmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwenkmotor nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Solche Schwenkmotore werden insbesondere in der Flug- und Fahrzeugindustrie eingesetzt.

Ein solcher Schwenkmotor besteht aus einem Stator mit einem Gehäuse und beidseitigen Deckeln. Im Gehäuse sind ein oder mehrere Statorflügel angeordnet. In den Deckeln ist eine Abtriebswelle gelagert, die mit Rotorflügeln in gleicher Anzahl ausgerüstet ist. Die Statorflügel und die Rotorflügel bilden mehrere volumenveränderliche Kam­ mern, die als Druck- bzw. Ablaufräume ausgebildet sind und demnach Verbindung zu entsprechenden Zulauf- bzw. Ablaufanschlüssen besitzen.

Für die innere Dichtheit sind die Druckräume und die Ab­ laufräume durch jeweils ein, den Statorflügel bzw. den Rotorflügel umschließendes, Rahmendichtelement voneinan­ der getrennt.

Für die Dichtheit nach außen befinden sich im Bereich der Abtriebsachse zwischen dem Rotor und jedem Deckel jeweils ein ringförmiges Dichtelement, das vorrangig im Deckel angeordnet ist.

Schwenkmotore dieser Art unterliegen großen Dichtheits­ problemen, die sich nicht zuletzt wegen der begrenzten und der wechselnden Drehbewegung in einem sehr hohen Verschleiß der Dichtelemente und in einer unbefriedigen­ den Dichtqualität im Bereich der Abtriebswelle ausdrüc­ ken.

Zur Lösung dieses Problems wurden schon viele Versuche unternommen.

So ist beispielsweise bekannt, einen flexiblen Diagonal­ dichtring zu verwenden, der in einer Ringnut des Deckels eingesetzt und mit seiner diagonalen Dichtkante entgegen der Druckrichtung auf den umlaufenden Dichtspalt zwi­ schen den Stirnflächen des Deckels und des Rotorflügels ausgerichtet ist.

Im Betrieb gelangt über diesen Dichtspalt Druckmedium in den Hohlraum des Diagonaldichtringes, wo sich ein zur Druckkammer gleicher Druck aufbaut, der auf Grund unter­ schiedlicher Flächenverhältnisse den flexiblen Diagonal­ dichtring mit seiner Dichtkante gegen den umlaufenden Dichtspalt preßt und ihn verschließt.

Diese Dichtvariante hat aber erhebliche Nachteile. So stellt sich am Diagonaldichtring ein sehr hoher Ver­ schleiß ein, da der ruhende Diagonaldichtring unter­ schiedlichen Druckbelastungen ausgesetzt ist und ständig gegen den sich in wechselnden Richtungen bewegenden Ro­ tor gepreßt wird. Das führt wegen der hohen Belastung zu einer geringen Lebensdauer der Diagonaldichtringe und damit zu einer Verteuerung des Schwenkmotors.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der einge­ schlossene Druck in den Hohlräumen des Diagonaldichtrin­ ges auch bei druckloser Druckkammer erhalten bleibt. So stellt sich auf Grund der unterschiedlichen Druckver­ hältnisse im Stillstand eine gegenüber dem Betriebszu­ stand noch größere Reibkraft ein, die bei jedem Anfahren stets überwunden werden muß. Auch das trägt zu einer Verringerung der Lebensdauer bei und grenzt obendrein den Einsatzbereich solcher Schwenkmotore wegen des schlechten Anfahrverhaltens stark ein.

Es ist auch bekannt, an Stelle des Diagonaldichtringes einen Gleitdichtring im Deckel einzusetzen, der sich ge­ gen die drehenden Stirnflächen der Rotorflügel und damit an das Kastendichtelement anlehnt. Durch eine ungewollte aber immer mögliche Relativbewegung zwischen dem Gleit­ dichtring und dem Rahmendichtelement am Rotorflügel wird das Rahmendichtelement stark beansprucht, was eine kurze Lebensdauer zur Folge hat.

Außerdem sind die Dichtigkeitswerte unter Verwendung dieses Gleitdichtringes äußerst gering, was den Wir­ kungsgrad des Schwenkmotors herabsetzt.

Mit dem geringen Wirkungsgrad und und der geringen Le­ bensdauer der ringförmigen Dichtelemente sind die Ein­ satzmöglichkeiten dieses Schwenkmotors stark einge­ schränkt.

Mit der US 3,426,654 wurde auch bekannt, ein diagonal wirkendes Dichtelement einzusetzen, das in Dichtrichtung von einem flexiblen Dichtring belastet und in seiner Dichtfunktion unterstützt wird.

In der US 4,823,678 wird ebenfalls ein Dichtelement für einen Schwenkmotor beschrieben, der aus einem Gleit­ dichtring und einem Weichdichtring besteht.

Außerdem zeigt die Veröffentlichung Mayer, E.: Axiale Gleitdichtungen, Düsseldorf, VDI-Verlag, 1982, Seiten 13 bis 19 einen Druckausgleich an der Gleitfläche eines Gleitdichtringes.

Letztendlich können auch diese Dichtvarianten den hohen Anforderungen hinsichtlich des Anfahrverhaltens, der Dichtheit und der Lebensdauer nicht gerecht werden. Außerdem ist der technische Aufwand zu hoch.

Es besteht daher die Aufgabe, das Anfahrverhalten bei Schwenkmotoren der vorliegenden Gattung zu verbessern und dabei den hohen Standard in der Dichtfunktion und der Lebensdauer beizubehalten.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckdienliche Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7.

Die Erfindung beseitigt die genannten Nachteile aus dem Stand der Technik.

Insbesondere wird das Anfahrverhalten des Schwenkmotors dadurch verbessert, daß der im Einbauraum des Diagonal­ dichtringes eingeschlossene statische Druck und der in den Druckräumen herrschende dynamische Arbeitsdruck sich über Druckausgleichskanäle zu beiden Seiten des Gleit­ dichtringes ausgleichen kann. Das vermindert die beim Stillstand und beim Arbeitsgang des Schwenkmotors wir­ kenden unerwünschten Anpreßkräfte in einer zweckmäßigen Größenordnung.

Dabei ist es von Vorteil, sowohl den statischen Druck aus dem Einbauraum des Diagonaldichtringes als auch den dynamischen Druck aus den Druckkammern am Gleitdichtring auszugleichen.

Mit der Verdrehsicherung zwischen dem Rotor und dem Gleitdichtring wird gewährleistet, daß der Gleitdicht­ ring zu keinem anderen Dichtelement, weder zum Rahmen­ dichtelement noch zum Diagonaldichtring eine Relativ­ bewegung ausführt. Damit wird eine statische Dichtstelle realisiert, die von einer hohen Dichtheit geprägt ist. Diese statische Dichtstelle bedeutet aber auch eine sehr schonende Behandlung der beteiligten Dichtelemente, was zu einer hohen Lebensdauer führt.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn getrennte Ringkanäle für den dynamischen und für den statischen Druckaus­ gleich vorgesehen sind. Das ermöglicht eine stets kon­ stante Anpreßkraft am Gleitdichtring.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausfüh­ rungsbeispieles näher erläutert werden.

Dazu zeigen

Fig. 1: einen Schwenkmotor im Längsschnitt,

Fig. 2: den Schwenkmotor im Querschnitt,

Fig. 3: den Rotor des Schwenkmotors in einer perspektivischen Darstellung,

Fig. 4: den Gleitdichtring in einer Ansicht und

Fig. 5: den Gleitdichtring in einem Teilschnitt.

Der Schwenkmotor gemäß der Fig. 1 besteht in der Haupt­ sache aus einem äußeren Stator 1 und einem inneren Rotor 2.

Der Stator 1 setzt sich aus einem Gehäuse 3 und aus an beiden Stirnseiten des Gehäuses 3 angeordneten Deckeln 4 zusammen, die über nichtdargestellte Schrauben befestigt sind.

Ein Spannring 5 an jeder Deckelseite übernimmt die Fi­ xierung der radialen Lage zueinander.

Beide Deckel 4 besitzen je eine Lagerbohrung. Im Inneren des Gehäuses 3 befindet sich eine zylindrische Gehäuse­ bohrung, die in der Länge von zwei sich gegenüberliegen­ den und radial ausgerichteten Statorflügeln 6 in zwei ge­ genüberliegende Freiräume aufgeteilt ist.

Der Rotor 2 besteht dagegen aus einer Abtriebswelle 7 mit beidseitigen Lagerzapfen 8 und einem dazwischenlie­ genden Zylinderteil 9. Im Bereich dieses Zylinderteils 9 sind zwei gegenüberliegende und radial ausgerichtete Ro­ torflügel 10 angeordnet. Der Rotor 2 ist in dem Gehäuse 3 des Stators 1 so eingepaßt, daß zwischen dem Kopf des Rotorflügels 10 und der Innenwand des Gehäuses sowie zwischen dem Kopf des Statorflügels 6 und der Umfangs­ fläche des Zylinderteils 9 jeweils ein axial ausgerich­ teter Dichtspalt 11 gebildet ist.

Zwischen den Stirnflächen des Rotorflügels 10 und den Stirnflächen des Statorflügels 6 und den beidseitigen Innenflächen der beiden Deckel 4 ergibt sich jeweils ein radial ausgerichteter Dichtspalt 12.

Jeder Rotorflügel 10 teilt daher einen der beiden Frei­ räume im Gehäuse 3 in einen Druckraum 13 und in einen Ablaufraum 14 auf, sodaß sich zwei gegenüberliegende Druckräume 13 und zwei gegenüberliegende Ablaufräume 14 ergeben, die sich während des Betriebes umkehren. Beide Druckräume 13 und beide Ablaufräume 14 sind durch innere Kanäle 15 bzw. 16 untereinander verbunden, während einer der beiden Druckräume 13 mit einem Zulaufanschluß 17 und einer der beiden Ablaufräume 14 mit einem Ablaufanschluß 18 in Verbindung steht. Zwischen den Deckeln 4 und den jeweiligen Lagerzapfen 8 sowie zwischen den Deckeln 4 und dem Gehäuse 3 sind in üblicher Weise Dichtelemente 19 für die äußere Dichtheit vorgesehen.

Zur Gewährleistung der inneren Dichtheit zwischen den benachbarten Druckräumen 13 und den Ablaufräumen 14 be­ findet sich auf jedem Rotorflügel 10 und auf jedem Sta­ torflügel 6 im Bereich der axial und der radial ausge­ richteten Dichtspalte 11 und 12 ein Rahmendichtelement 20. Dazu ist jeder Statorflügel 6 und jeder Rotorflügel 10 mit zwei längsverlaufenden Schenkeln 21 versehen, die zwischen sich eine mittige und über die ganze Höhe und über die ganze Länge verlaufende Nut 22 ausbilden. In diese Nut 22 ist das Rahmendichtelement 20 eingepreßt. Damit ist gewährleistet, daß der Rotorflügel 10 am Um­ fang und an den Stirnseiten eines jeden Rotorflügels 10 gegenüber dem Gehäuse 3 und den Deckeln 4 abgedichtet ist.

Im Übergangsbereich vom Lagerzapfen 8 zum Zylinderteil 9 ist ein Gleitdichtring 23 axial verschiebbar auf der Ab­ triebswelle 7 aufgesetzt, sodaß er mit seiner radial ausgerichteten Gleit- und Dichtfläche in gleitender Wei­ se an der Innenfläche des Deckels 4 anliegt und hier ei­ nen radial ausgerichteten Dichtspalt 24 ausbildet. Mit seiner axial ausgerichteten Dichtfläche liegt der Gleit­ dichtring 23 an der Umfangsfläche der Antriebswelle 7 an und bildet hier einen axial ausgerichteten, Dichtspalt 25. Zwischen der innenliegenden Fläche des Gleitdicht­ ringes 23 und dem Rotor- bzw. dem Statorflügel 10 bzw. 6 besteht ein weiterer Dichtspalt 26, der die jeweils be­ nachbarten Druck- und Ablaufräume 13, 14 voneinander trennt und der durch das Rahmendichtelement 20 dichtend verschlossen wird.

Der Gleitdichtring 23 besitzt auf seiner dem Deckel 4 abgewandten Seite eine Ausnehmung, die als Einbauraum 27 für einen Diagonaldichtring 28 ausgelegt ist. Dieser Einbauraum 27 bildet im Zusammenwirken mit einer Durch­ messerstufung am Zylinderteil 9 der Abtriebswelle 7 eine erste Dichtkante 29 und eine zweite Dichtkante 30. Der Diagonaldichtring 28 ist z. B. mit zwei Dichtteilen und mit einem dazwischenliegenden und beweglichen Füh­ rungsteil ausgebildet und im Einbauraum 27 so eingepaßt, daß das eine Dichtteil einerseits an der ersten Dicht­ kante 29 und das andere Dichtteil andererseits an der zweiten Dichtkante 30 anliegt.

Wie insbesondere die Fig. 3 zeigt, sind der Gleitdicht­ ring 23 und der Rotor 2 weiterhin mit einer Verdrehsi­ cherung ausgerüstet.

Dazu sind jeweils beide Schenkel 21 des Rotorflügels 10, die das Rahmendichtelement 20 einschließen, an ihren- Stirnseiten als Mitnehmer 31 ausgebildet.

Dagegen besitzt der Gleitdichtring 23 am Umfang zwei ge­ genüberliegende Paare von axialen Nuten 32, wobei jedes Paar von Nuten 32 den beiden Schenkeln 21 eines der Ro­ torflügel 10 zugeordnet ist. Insofern entspricht der Ab­ stand beider Nuten 32 eines Paares im Gleitdichtring 23 dem Abstand beider Mitnehmer 31 an den Schenkeln 21 des Rotorflügels 10. Ebenso entsprechen die Abmessungen jeder axialen Nut 32 den Abmessungen des entsprechenden gegenüberliegenden Mitnehmers 31, so daß im montierten Zustand jeder Mitnehmer 31 in eine axiale Nut 32 ein­ greift.

Der Gleitdichtring 23 ist weiterhin mit Einrichtungen für eine statische und eine dynamische Druckentlastung ausgerüstet, um die Reibwiderstände zwischen dem Gleit­ dichtring 23 und dem Deckel 4 zu verringern.

Dazu besitzt der Gleitdichtring 23 für die statische Druckentlastung auf der Deckelseite einen umlaufenden Ringkanal 33, der in seiner Lage und seiner wirksamen Grundfläche auf die Lage und die Größe der druckbelaste­ ten Grundfläche des druckseitigen Einbauraumes 27 für den Diagonaldichtring 28 abgestimmt ist. Mindestens eine Druckausgleichsbohrung 34 verbindet den deckelseitigen Ringkanal 33 mit dem druckseitigen Einbauraum 27 des Diagonaldichtringes 28.

Für den dynamischen Druckausgleich sind wiederum auf der Deckelseite des Gleitdichtringes 23 vier Ringkanäle 35 vorgesehen, die auf einer gemeinsamen Umfangslinie ange­ ordnet und in ihrer Länge begrenzt sind. Dabei sind im­ mer zwei benachbarte Ringkanäle 35 einerseits durch ei­ nen Steg 36 und andererseits durch die beiden Nuten 32 mit dem dazwischenliegenden Nutensteg 37 voneinander ge­ trennt. Jeder der vier Ringkanäle 35 läuft in eine der beiden Nuten 32 aus und schafft somit einen Druckaus­ gleichskanal 38 zwischen allen vier Ringkanälen 35 und dem Druckraum 13. In ihrer Lage sind die vier Ringkanäle 35 gegenüberliegend zu der druckwirksamen Fläche des Gleitdichtringes 23 ausgerichtet. Die Größe der wirksa­ men Grundfläche entspricht zu einem vorbestimmten Teil der druckwirksamen Fläche des Gleitdichtringes 23. Durch diese Anordnung sind immer zwei gegenüberliegende Ringkanäle 35 mit den beiden gegenüberliegenden Druck­ räumen 13 des Schwenkmotors verbunden, während die Stege 36 und die zwischen den Nuten 32 liegenden Nutenstege die Druckräume 13 von den benachbarten Ablaufräumen 14 trennen.

Während des Betriebes des Schwenkmotors gelangt Druckme­ dium als Leckage aus beiden gegenüberliegenden Druckräu­ men 13 jeweils über die erste Dichtkante 29 in den Einbauraum 27 des Diagonaldichtringes 28 und baut hier den gleichen Druck wie in den Druckräumen 13 auf, da das Abfließen des Druckmediums über die zweite Dichtkante 30 unterbunden ist. Dafür gelangt das Druckmedium aber über die Druckausgleichsbohrung 34 in den gegenüberliegenden Ringkanal 33, wodurch es zum Druckausgleich zu beiden Seiten des Diagonaldichtringes 23 und damit zur Verrin­ gerung der in Richtung des Deckels 4 wirkenden Anpreß­ kraft kommt. Der Druck wird im Einbauraum 27 und im Ringkanal 33 eingeschlossen und wirkt somit statisch auf den Gleitdichtring 23.

Gleichzeitig belastet der Druck in den beiden Druckräu­ men 13 den Gleitdichtring 23 auf seinen in die Druckräu­ me 13 ragenden Teilflächen ebenfalls in Richtung des Deckels 4. Der Druck pflanzt sich aber auch über die Druckausgleichskanäle 38 bis in die zwei gegenüberlie­ genden Ringkanäle 35 fort und belastet den Gleitdicht­ ring 23 in entgegengesetzter Richtung. Die daraus resultierende Kraft verbleibt als Anpreßkraft für die Gewährleistung der Dichtfunktion des Gleitdichtringes 23 erhalten. Auf Grund der wechselnden Druckverhältnisse in den Druckräumen 13 wird der Gleitdichtring 23 in diesem Bereich dynamisch belastet.

Bezugszeichenliste

2

Rotor

3

Gehäuse

4

Deckel

5

Spannring

6

Statorflügel

7

Abtriebswelle

8

Lagerzapfen

9

Zylinderteil

10

Rotorflügel

11

Dichtspalt

12

Dichtspalt

13

Druckraum

14

Ablaufraum

15

Kanal

16

Kanal

17

Zulaufanschluß

18

Ablaufanschluß

19

äußeres Dichtelement

20

Rahmendichtelement

21

Schenkel

22

Nut

23

Gleitdichtring

24

Dichtspalt

25

Dichtspalt

26

Dichtspalt

27

Einbauraum

28

Diagonaldichtring

29

erste Dichtkante

30

zweite Dichtkante

31

Mitnehmer

32

axiale Nut

33

Ringkanal

34

Druckausgleichsbohrung

35

Ringkanal

36

Steg

37

Nutensteg

38

Druckausgleichskanal

Claims (7)

1. Schwenkmotor, bestehend

• 1. aus einem Stator (1) mit einem Gehäuse (3) und beid­ seitigen Deckeln (4), wobei im Gehäuse (3) mindestens ein Statorflügel (6) angeordnet ist und
• 2. aus einem Rotor (2) mit einer in den Deckeln (4) an Lagerzapfen (8) gelagerten Abtriebswelle (7) und mit ei­ ner der Anzahl der Statorflügel (6) entsprechenden An­ zahl von Rotorflügeln (10), wobei
• 3. der Statorflügel (6) und der Rotorflügel (10) in Ver­ bindung mit dem Gehäuse (3), einem Zylinderteil (9) der Abtriebswelle (7) und den beiden Deckeln (4) mindestens einen Druckraum (13) und einen Ablaufraum (14) ausbilden und
• 4. der Druckraum (13) und der Ablaufraum (14) nach innen durch ein in dem Stator- und dem Rotorflügel (10, 6) eingesetztes Rahmendichtelement (20) und
• 5. der Druckraum (13) und der Ablaufraum (14) nach außen und nach innen durch ein im Übergangsbereich vom Lager­ zapfen (8) zum Zylinderteil (9) angeordnetes, ringförmi­ ges Dichtelement abgedichtet sind, wobei das ringförmige Dichtelement aus einem Gleitdichtring (23) und einem auf der Seite des Druckraumes (13) und des Ablaufraumes (14) angeordneten Weichdichtring besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitdichtring (23) axi­ al verschiebbar auf dem Lagerzapfen (8) angeordnet ist und mit einer Gleit- und Dichtfläche an einer Innenflä­ che des Deckels (4) anliegt und daß sich auf der Deckel­ seite des Gleitdichtringes (23) Ringkanäle (33, 35) befinden, die über Druckausgleichsbohrungen (34) und Druckausgleichskanäle (38) mit der dem Druckraum (13) bzw. Ablaufraum (14) zugewandten Seite des Gleitdicht­ ringes (23) verbunden sind.

2. Schwenkmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Gleitdichtring (23) angeordneter Einbauraum (27) des Weichdichtringes über mindestens eine Druckausgleichsbohrung (34) im Gleit­ dichtring (23) mit einem deckelseitigen umlaufenden Ringkanal (33) und/oder jeder Druckraum (13) und Ablauf­ raum (14) über mindestens einen Druckausgleichskanal (38) im Gleitdichtring (23) mit einem deckelseitigen weiteren Ringkanal (35) verbunden sind.

3. Schwenkmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Ringkanal (35) aus vier längenbegrenzten Bereichen besteht, die jeweils auf einer gemeinsamen Umfangslinie angeordnet sind und einerseits durch einen Steg (36) und andererseits durch einen Nutensteg (37) begrenzt sind.

4. Schwenkmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) und der Gleit­ dichtring (23) eine Verdrehsicherung besitzen, die aus mindestens einem Mitnehmer (31) an jedem Rotorflügel (10) und mindestens einer mit dem Mitnehmer (31) korre­ spondierenden axialen Nut (32) im Gleitdichtring (23) besteht und jede Nut (32) mit einem Druckausgleichskanal (38) ausgerüstet ist.

5. Schwenkmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Nuten (32) im Gleitdichtring (23) paarweise angeordnet und jeweils Schenkeln (21) des Rotorflügels (10) zugeordnet sind, wobei die Mitnehmer (31) an Stirnseiten der Schenkel (21) ausgebildet sind.

6. Schwenkmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Ringkanal (33) für den statischen Druckausgleich und die vier län­ genbegrenzten Bereiche des weiteren Ringkanals (35) für den dynamischen Druckausgleich vorgesehen sind.

7. Schwenkmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichdichtring ein Dia­ gonaldichtring (28) ist, der in einen Einbauraum (27) des Gleitdichtringes (23) eingepaßt ist und mit seinen Dichtteilen in entgegengesetzten Richtungen auf eine am Zylinderteil (9) der Abtriebswelle (7) gebildete erste Dichtkante (29) und eine zweite Dichtkante (30) am La­ gerzapfen (8) ausgerichtet ist.