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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Schwenkantrieb
für einen
Greifer, der zwei zangenartig bewegbare Greifarme besitzt, insbesondere
Zweischalengreifer, mit zwei in einem Schalenträger drehbar gelagerten, zueinander
parallelen Schwenkwellen, deren Wellenenden mit den Greifarmen verbindbar
sind, sowie einem Wellenantriebsstück, das parallel zu den Schwenkwellen
mittels Hydraulikdruck in zumindest einer Druckkammer verschieblich
ist und über
einen Schraubeingriff eine Verschiebung des Wellenantriebsteils
in eine Schwenkwellendrehung umsetzt.
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Ein
solcher Schwenkantrieb für
einen Zweischalengreifer ist aus der
DE 201 07 206 U1 bekannt, bei dem die Schwenkwellen
jeweils Teil eines Hydraulikmotors sind, der von dem als geschlossenes Gehäuse ausgebildeten
Schalenträger
umschlossen ist. Auf den beiden Schwenkwellen, die die Greifarme bzw.
Greifschalen auf- und
zuschwenken, sitzen jeweils Rohrstücke, die längsverschieblich, jedoch drehfest
geführt
sind und mit der jeweiligen Schwenkwelle in Schraubeingriff stehen,
so dass eine Längsverschiebung
der Rohrstücke
zu einer Drehung der Schwenkwellen führt. Die Längsverschiebung der Rohrstücke wird
mittels eines gemeinsamen Mittelstücks bewirkt, das die Rohrstücke verbindet
und als Kolben ausgebildet ist, der im Inneren des Gehäuses, das
für den
Kolben den Zylinder bildet, aufgenommen und durch entsprechende
Druckkammern mit Hydraulikdruck beaufschlagbar ist.
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Da
bei diesem bekannten Schwenkantrieb mit zunehmendem Abstand der
Schwenkwellen das Kolben-/Zylindervolumen immer größer wird
und dadurch kaum noch beherrschbare Kräfte auf das Gehäuse wirken,
schlägt
die
DE 203 19 227
U1 vor, nicht das gesamte Wellenantriebsstück als Kolben auszubilden,
sondern in dem Wellenantriebsstück Plungerkolben
vorzusehen, die durch Hydraulikdruck in entsprechenden Plungerkolbenkammern
relativ zum Wellenantriebsstück
bewegbar sind und hierdurch das Wellenantriebsstück in der gewünschten Weise
hin- und herverschieben können.
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Bei
hydraulischen Schwenkantrieben dieser Gattung treten an den Lagerungen
der Schwenkwellen hohe Axialkräfte
auf, die daraus resultieren, dass die Linearbewegung des Wellenantriebsstücks durch einen
Schraubeingriff in die gewünschte
Schwenkwellendrehung umgesetzt wird. Um die notwendigen hohen Schwenkwellenmomente
erzeugen zu können,
muss das Wellenantriebsstück
mit entsprechend hohen Kräften
axial angetrieben werden, was zu entsprechend hohen axialen Reaktionskräften in den
Lagerungen der Schwenkwellen führt.
Um diese Kräfte
abzufangen, werden die Schwenkwellen bislang mittels Axialgleitlagern
gelagert. Dies ermöglicht die
gattungstypische kompakte Bauweise des Schwenkantriebs und des Schalenträgers, dessen Außenabmessungen
durch die anzuschließenden Greiferschalen
nicht beliebig erweiterbar sind. Eine solche Axialgleitlagerung
der Schwenkwellen hat sich allerdings als nachteilig für den Wirkungsgrad des
Antriebs herausgestellt.
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Um
den Lagerwiderstand der Schwenkwellenlagerung zu verringern, wurde
bereits vorgeschlagen, die Schwenkwellen durch Kegelrollenlager
zu lagern. Dies reduziert zwar den Lagerwiderstand beträchtlich,
allerdings erleidet der Schwenkantrieb beträchtliche Einbußen hinsichtlich
der gewünschten kompakten
Bauweise.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten
Schwenkantrieb der genannten Gattung zu schaffen, der Nachteile
des Standes der Technik vermeidet und letzteren in vorteilhafter
Weise weiterbildet. Vorzugsweise soll ein erhöhter Wirkungsgrad erreicht
werden, ohne die kleinbauende Anordnung des Antriebs zu opfern.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch einen hydraulischen Schwenkantrieb nach Anspruch 1
gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß sind die
Schwenkwellen also durch hydrostatische Axiallager, die frei von
einer externen Lagerdruckversorgung ausgebildet sind, axial gelagert.
Die hydrostatischen Axiallager erlauben eine kompakte Bauweise wie
die bislang verwendeten Gleitlager. Gleichzeitig wird jedoch eine extreme
Steigerung des Wirkungsgrads des Schwenkantriebs von bis zu 50 %
erreicht, da die Lagerwiderstände
durch die hydrostatische Lagerung der Schwenkwellen drastisch reduziert
werden. Da während
des Betriebs keine aufwendige Druckerzeugung und Versorgung der
hydrostatischen Lager erfolgt, kann im Vergleich zu extern versorgten
hydrostatischen Lagern deutlich einfacher und platzsparender gebaut
werden. Trotz der durch den Verzicht auf eine externe Lagerdruckversorgung
vereinfachten Bauweise der hydrostatischen Axiallager bewirken diese
das Abfangen der beim Verschieben des Wellenantriebsstücks durch
den Schraubeingriff entstehenden hohen Axialkräfte weitgehend frei von Lager-
und Reibungsverlusten. Die axialen Lagerflächen können sich durch die hydrostatische
Ausbildung der Lager nicht berühren
und können
damit nicht verschleißen.
Zudem findet Reibung nur in Form von Flüssigkeitsreibung in dem Druckpolster statt,
auf dem die Schwenkwellen sozusagen schwimmen.
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In
Weiterbildung der Erfindung weisen die Axiallager jeweils einen
Lagerspalt auf, der im unbelasteten Zustand mit Druckfluid befüllbar ist.
Die Lagerung ist so aufgebaut, dass sie ohne inkompressible Flüssigkeitsbefüllung des
Lagerspalts in den Axiallagern Spiel hätte. Der entsprechende Raum
bzw. Lagerspalt zwischen den axialen Stützflächen der Axiallager wird im
unbelasteten Zustand mit einem geeigneten flüssigen Medium befüllt, wobei
vorteilhafterweise eine Lagerspaltbefüllung mit hohem Druck vorgesehen
wird, da hierdurch die im Lagerspalt befindliche Luft in der Folge
nur noch unwesentlichen Einfluss hat. Wird die Welle sodann ihren
Betriebskräften
ausgesetzt, erzeugt die entsprechende Axialkraft im Lagerspalt den
entsprechenden Lagerdruck. Die axialen Lagerflächen gleiten auf dem Druckpolster
des im unbelasteten Zustand eingefüllten flüssigen Mediums.
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Um
das im unbelasteten Zustand in den Lagerspalt gefüllte Medium
auch unter den Betriebskräften
nicht aus dem Lagerspalt entweichen zu lassen, ist der jeweilige
Lagerspalt vorteilhafterweise als geschlossener bzw. absperrbarer
Druckpolsterraum bzw. -tasche ausgebildet.
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Um
eine Befüllung
der Lagerspalte sowie insbesondere eine Kompensation der schleichenden Leckagen
ausgleichen zu können,
ohne eine aufwendige externe Lagerdruckerzeugung vorsehen zu müssen, sind
in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die hydrostatischen
Axiallager jeweils mit einer Druckpolstertasche versehen, die über eine
Speiseleitung mit der zumindest einen Druckkammer zur Beaufschlagung
des Wellenantriebsstücks
verbindbar ist. Die Druckpolstertaschen werden also über eine
entsprechende Speiseleitung unmittelbar mit Hilfe des Hydraulikdrucks
gespeist, der zum Antrieb des Wellenantriebsstücks vorgesehen wird. Um den Druck
in der Druckpolsterkammer auch bei einem Druckabfall in der Druckkammer
des Wellenantriebsstücks
halten zu können,
kann in Weiterbildung der Erfindung auf der Befüllseite der hydrostatischen
Axiallager ein Absperrventil vorgesehen sein. Insbesondere ist in
die Speiseleitung ein Rückschlagventil
geschaltet.
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Insbesondere
vorteilhaft ist die vorgeschlagene hydrostatische Lagerung der Schwenkwellen bei
Ausbildung des hydraulischen Schwenkantriebs mit wechselnden Wirkrichtungen.
Hierzu kann der hydraulische Schwenkantrieb zumindest eine erste Druckkammer
und zumindest eine zweite Druckkammer zur Verschiebung des Wellenabtriebsstücks in entgegengesetzte
Richtungen aufweisen. Die Druck polsterlaschen der hydrostatischen
Axiallager werden hierbei vorteilhafterweise jeweils aus der Druckkammer
gespeist, die bei Hochdruck das jeweilige Lager entlastet, also
das Wellenabtriebsstück
von dem jeweiligen Lager wegdrückt.
Der Hydraulikdruck zur Erzeugung der Gegenbewegung des Wellenantriebsstücks befüllt zugleich
das jeweilige hydrostatische Axiallager, so dass kleine Leckagen
ständig ausgeglichen
werden können.
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Um
die Leckagen möglichst
klein zu halten, sind die Axiallager vorteilhafterweise mit Hochdruckdichtungen
versehen, die die Lagerspalte bzw. Druckpolstertaschen gegenüber der
jeweiligen Schwenkwelle und der zugehörigen Lagerschale abdichten.
Die Hochdruckdichtungen können
selbstverständlich
unterschiedlich angeordnet und ausgebildet sein. Nach einer vorteilhaften
Ausführung
der Erfindung können
die Hochdruckdichtungen jeweils zumindest eine Dichtlippe aufweisen,
die vom Druck in der Druckpolstertasche an die zugehörige Dichtfläche angepresst
wird.
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Die
Axiallager selbst können
ebenfalls unterschiedlich angeordnet und ausgebildet sein. Nach
einer vorteilhaften Ausführung
der Erfindung besitzen die Axiallager jeweils einen auf der entsprechenden Schwenkwelle
drehfest sitzenden Lagerring, der in einem feststehenden Lagersitz
vorzugsweise unmittelbar in der von dem Schalenträger gebildeten
Gehäusewandung
des Antriebs drehbar aufgenommen ist. Es versteht sich, dass die
Anordnung umgekehrt getroffen sein könnte, so dass ein feststehender
Lagerring drehbar auf der Schwenkwelle sitzen und mit einem Wellenabsatz
zusammenwirken kann. Die zuvor beschriebene Ausführung mit einem drehfest auf der
Schwenkwelle sitzenden Lagerring besitzt jedoch Vorteile hinsichtlich
einer einfachen Bearbeitung und Abdichtung.
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Der
Lagerring kann in Weiterbildung der Erfindung die Speiseleitung
zur Befüllung
der jeweiligen Druckpolstertasche sowie weiterhin das Rückschlagventil
aufweisen, das den Druck in der Druckpolstertasche hält, auch
wenn der Druck in der jeweiligen Druckkammer zur Beaufschlagung
des Wellenantriebsstücks
abfällt.
Hierdurch kann eine besonders kompakte und einfache Ausbildung der
hydrostatischen Axiallager erreicht werden. Die hydrostatischen
Axiallager sind hierdurch eine vormon tierte Einheit, die in an sich
bekannter Weise auf die Schwenkwelle montiert, insbesondere aufgeschraubt wird,
und/oder in die Lagerschale montiert wird, in der die Schwenkwelle
abgestützt
wird.
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Die
hydrostatischen Axiallager besitzen in Weiterbildung der Erfindung
Doppelfunktion und stützen
die Schwenkwelle auch radial ab. Hierzu können zwischen dem Lagerring
der hydrostatischen Axiallager und dem zugehörigen Lagersitz bzw. der Lagerschale
radial Wälzlagerkörper vorgesehen
sein. Um radial kleinbauend zu sein, kann das Radiallager als Nadellager
ausgebildet sein. Da die radialen Kräfte jedoch im Vergleich zu
den axialen Kräften
begrenzt sind, können
hier auch andere Radiallager Verwendung finden. Durch eine radiale
Wälzlagerung
kann der Wirkungsgrad jedoch noch weiter erhöht werden.
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Hinsichtlich
der Ausbildung des Wellenantriebsstücks sind verschiedene Varianten
möglich. Nach
einer Ausführung
der Erfindung umfasst das Wellenantriebsstück zwei durch ein gemeinsames Mittelstück verbundene
Rohrstücke,
die mit den Schwenkwellen in Schraubeingriff stehen. Hierdurch werden
durch eine Verschiebung des Wellenantriebsstücks gleichzeitig beide Schwenkwellen
gegenläufig
gedreht. Das Wellenantriebsstück
kann dabei einen Kolben bilden, der im Inneren des von dem Schalenträger gebildeten
Gehäuses,
das für
den Kolben den Zylinder bildet, aufgenommen ist. Das Gehäuse begrenzt
zu beiden Seiten dieses Kolbens jeweils einen Druckraum, der mit
Hydraulikfluid beaufschlagbar ist, um das Wellenantriebsstück hin-
und herbewegen zu können.
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Bei
dieser Ausbildung des Schwenkantriebs grenzen die Axiallager vorteilhafterweise
unmittelbar an die genannten Druckkammern an, so dass die Befüllung über Speiseleitungen
in den Lagerringen besonders einfach erfolgen kann. Die Lagerringe
der Axiallager sitzen in entsprechenden Ausnehmungen in der Wandung
des Schalenträgers,
so dass die Druckkammern im Inneren des Gehäuses unmittelbar auch die Lagerringe
beaufschlagen und durch die darin ausgebildeten Speiseleitungen
die Druckpolstertaschen befüllen.
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Alternativ
kann das Wellenantriebsstück auch über Plungerkolben
angetrieben werden, insbesondere bei einem größeren Achsabstand der beiden Schwenkwellen,
so dass übermäßige Drücke und Kräfte auf
den Schalenträger
vermieden werden. Die Druckpolstertaschen der Axiallager werden
hierbei vorteilhafterweise über
Speiseleitungen mit Hydraulikdruck aus den entsprechenden Plungerkolbendruckkammern
beaufschlagt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
und zugehöriger
Zeichnungen näher
erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
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1:
eine ausschnittsweise Längsschnittansicht
eines hydraulischen Schwenkantriebs nach einer bevorzugten Ausführung der
Erfindung, die die hydrostatische Lagerung einer der Schwenkwellen des
Antriebs zeigt,
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2:
eine vergrößerte ausschnittsweise Schnittdarstellung
der hydrostatischen Lagerung der in 1 mit G
bezeichneten Einzelheit,
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3:
eine schematische, perspektivische Darstellung des hydraulischen
Schwenkantriebs im Teilschnitt, wobei eine Ausführung des Schwenkantriebs gezeigt
ist, bei dem das gesamte Schwenkantriebsstück als Kolben ausgebildet ist,
und
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4:
eine schematische, perspektivische Darstellung des Schwenkantriebs
im Teilschnitt, wobei eine alternative Ausführung mit Plungerkolbenantrieb
des Schwenkantriebstücks
gezeigt ist.
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Der
in den 3 und 4 dargestellte Schwenkantrieb
umfasst einen Schalenträger 1,
der als Gehäuse
ausgebildet ist und in an sich üblicher Weise
an den Stiel eines Baggers oder eines anderen Hebezeugs ankuppelbar
ist. Der Schalenträger 1 kann
an seiner Oberseite ein ringförmiges
Drehlager 2 sowie einen diesem zuge ordneten Drehantrieb 3 aufweisen,
um den Greifer um eine aufrechte Achse drehen zu können.
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Der
Schalenträger 1 umfasst
zwei zueinander parallele Stirnwandungen 4 und 5,
die durch zwei Gehäusehalbschalen 6 und 7 miteinander
verbunden sind, so dass die Stirnwandungen 4 und 5 zusammen mit
den Gehäusehalbschalen 6 und 7 einen
zylindrischen, im Schnitt im wesentlichen elliptischen Innenraum
begrenzen.
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Im
Inneren des von dem Schalenträger 1 gebildeten
Gehäuses
sind die beiden Schwenkwellen 8 und 9 parallel
zueinander und voneinander beabstandet angeordnet. Sie sind in den
Stirnwandungen 4 und 5 drehbar, jedoch axial fest
jeweils mittels eines hydrostatischen Axiallagers 10 gelagert
und ragen mit ihren zapfenförmigen
Wellenenden 11 aus dem Gehäuse heraus. An den zapfenförmigen Wellenenden 10 können in
an sich bekannter Weise Greiferschalen, die in der Zeichnung nicht
gezeigt sind, drehfest angekuppelt werden, so dass die Greiferschalen
durch Verdrehen der Schwenkwellen 8 und 9 auf-
und zugeschwenkt werden können.
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Um
die Schwenkwellen 8 und 9 rotatorisch anzutreiben,
ist ein Wellenantriebsstück 12 vorgesehen,
das die Schwenkwellen 8 und 9 mit jeweils einem
Rohrstück 13 umgreift,
das mit der jeweiligen Schwenkwelle 8 bzw. 9 in
Schraubeingriff steht. Die beiden Rohrstücke 13 sind durch
ein gemeinsames Mittelstück 14 starr
miteinander verbunden. Wie 3 zeigt,
kann das Wellenantriebsstück 12 einen Kolben
bilden, der im Inneren des Schalenträgers 1 parallel zu
den Schwenkwellen verschieblich sitzt. Der Schalenträger 1 bildet
sozusagen einen Zylinder für
das Wellenantriebsstück 12,
zu dessen beiden Seiten jeweils eine Druckkammer 15 und 16 gebildet ist.
Durch Einleiten von Hydraulikflüssigkeit
in die Druckkammern 15 oder 16 kann das Wellenantriebsstück 12 hin-
und herbewegt und damit die Schwenkwellen 8 und 9 entsprechend
gedreht werden.
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Alternativ
zu der Ausführung
nach 3 muss nicht das Wellenantriebsstück 12 selbst
als Kolben ausgebildet sein. Insbesondere dann, wenn die Schwenkwellen 8 und 9 einen
größeren Achsabstand
voneinander haben, können
Plungerkolben 17 und 18 vorgesehen sein, die in
entsprechenden Zylinderausnehmungen 19 verschieblich sitzen,
die in der gezeichneten Ausführung
in dem Wellenantriebsstück 12 ausgebildet
sind. Die entsprechenden Plungerkolbendruckkammern 20, 21 können mit
Hydraulikdruck beaufschlagt werden, um die Plungerkolben entsprechend
zu verschieben, was zu der gewünschten
Antriebsbewegung des Wellenantriebsstücks 12 führt.
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Wie
die 1 und 2 zeigen, sind die Schwenkwellen 8 und 9 an
den Durchtritten durch die Stirnwandungen 4 und 5 des
Schalenträgers 1 jeweils
durch ein Axiallager 10 abgestützt. In der gezeichneten Ausführungsform
umfasst jedes der Axiallager einen Lagerring 22, der drehfest
auf der jeweiligen Schwenkwelle 8 oder 9 sitzt,
insbesondere darauf aufgeschraubt sein kann. Wie 2 zeigt,
kann hierzu ein Gewinde 23 auf die Schwenkwelle 8 geschnitten
sein. Der Lagerring 22 sitzt drehbar in einer topfförmigen Lagerschale
bzw. einem entsprechenden Lagersitz 24, der in der jeweiligen
Stirnwandung 4 oder 5 des Schalenträgers 1 ausgebildet
ist.
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Radial
stützt
sich der Lagerring 22 an der mantelflächigen Wandung des zylindrischen
Lagersitzes 24 über
Wälzkörper 25 ab,
die in der gezeichneten Ausführungsform
als Walzen bzw. Nadeln ausgebildet sind.
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Axial
stützt
sich der Lagerring 22 über
ein Druckpolster an der Bodenfläche 26 des
Lagersitzes 24 ab, die ebenso wie die stirnseitige Lagerfläche 27 des
Lagerrings 22 bezogen auf die Schwenkwelle 8 radial
verläuft.
Das genannte Druckpolster wird in einem Lagerspalt 28 zwischen
der genannten Bodenfläche 26 des
Lagersitzes 24 und der stirnseitigen Lagerfläche 27 des
Lagerrings 22 gebildet. Dieser Lagerspalt 28 bildet
eine Druckpolstertasche und wird mit Hydrauliköl befüllt. Wie 2 zeigt,
ist der Lagerspalt 28 durch zwei Hochdruckdichtungen 29 und 30 abgedichtet,
die in der gezeichneten Ausführungsform
jeweils als Radialdichtungen ausgebildet sind. Die erste Hochdruckdichtung 29 sitzt
an der äußeren Mantelfläche des
Lagerrings 22 und dichtet mit ihrer Dichtlippe 31 den
Lagerring 22 gegenüber
der Mantel fläche
des Lagersitzes 24 ab. Die zweite Hochdruckdichtung 30 sitzt
an dem Lagersitz 24 und dichtet diesen gegenüber der
jeweiligen Schwenkwelle 8 bzw. 9 ab. Es versteht
sich jedoch, dass die Dichtungen 29 und 30 auch
anders ausgebildet und/oder angeordnet sein könnten. So wäre es zum einen grundsätzlich möglich, die
Anordnung umzudrehen, d.h. die Dichtungen nicht in den Lagerring,
sondern in die Mantelfläche
des Lagersitzes sowie im Falle der zweiten Dichtung 30 nicht
in die Wandung des Schalenträgers,
sondern an die Schwenkwelle zu setzen. Weiterhin wäre es grundsätzlich denkbar,
die Dichtungen axial unmittelbar an die stirnseitigen Lagerflächen am
Lagerspalt 28 zu setzen. Die gezeichnete Ausführungsform
besitzt jedoch Vorteile hinsichtlich einer guten Dichtwirkung mit
geringem Verschleiß bei gleichzeitig
einfacher Montage.
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Wie 2 zeigt,
ist in dem Lagerring 22 eine Speiseleitung 32 in
Form einer sich axial erstreckenden Durchgangsbohrung, die die von
dem Lagerspalt 28 gebildete Druckpolstertasche mit der
unmittelbar an den Lagerring 22 angrenzenden Druckkammer 15 zur
Beaufschlagung des Wellenantriebsstücks 12 verbindet.
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Um
den Druck in der Druckpolstertasche auch dann zu erhalten, wenn
die entsprechende Druckkammer 15 nicht mit Hochdruck beaufschlagt wird,
ist in die Speiseleitung 32 ein Rückschlagventil 33 geschaltet.
Wie 2 zeigt, sitzt das Rückschlagventil 33 in
dem Lagerring 22.
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Hiermit
ergibt sich folgende Funktion der hydrostatischen Lagerung der Schwenkwellen:
Im unbelasteten Zustand wird der Lagerspalt 28 mit Hydraulikfluid
aus der Druckkammer 15 bzw. 16 befüllt. Spätestens
bei der erstmaligen Beaufschlagung der Druckkammer 15 mit
Hochdruck wird das Druckfluid durch die Speiseleitung 32 über das
entsprechende Rückschlagventil 33 in
den Lagerspalt 28 gedrückt. Das
Fluid wird dabei zum einen auf der Befüllungsseite durch das Rückschlagventil 33 und
zum anderen an den Dichtspalten durch die hydraulischen Hochdruckdichtungen 29 und 30 am
Entweichen aus dem Lagerspalt 28 gehindert.
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Werden
nun die Schwenkwellen 8 und 9 ihren Betriebskräften ausgesetzt,
so erzeugt die axiale Kraft F (vgl. 1) im Lagerspalt 28 den
entsprechenden Lagerdruck. Die axialen Lagerflächen 26 und 27 können sich
jedoch aufgrund des eingeschlossenen Fluids nicht berühren und
damit nicht verschleißen.
Reibung findet nur in Form von Flüssigkeitsreibung auf dem Druckpolster
statt, auf dem die Schwenkwellen 8 und 9 sozusagen
schwimmen, sowie an den Hydraulikdichtungen 29 und 30,
die durch Vorspannung und Druck an ihre Laufflächen gepresst werden.
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Auf
den jeweils gegenüberliegenden
Seiten der Schwenkwellen 8 und 9 werden die entsprechenden
Axiallager 10 gleichzeitig entlastet, wobei über die
entsprechenden Rückschlagventile 33 etwaige Leckagen
in den Druckpolstertaschen der Lagerspalte 28 ausgeglichen
werden können.