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Drehkolbenzylinder Die Erfindung betrifft einen Drehkolbenzylinder
mit einem Stator, gebildet aus einem Hohlzylinder mit Deckel und einem Rotor, der
aus einer Welle mit Seitenwänden besteht und im Stator gelagert ist, wobei zwischen
den Seitenwänden ein Kolbenflügel angeordnet ist, der im Arbeitsraum des Zylinders
gegen eine feste Trennwand hin und her schwingt.
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Derartige Drehkolbenzylinder werden bei Erdbewegungsmaschinen und
bei Tr-ansport- und Verladeeinrichtungen verwendet, Bei
dieser sogenannten
Garnrollenbauart'l dient der Rotor mit der Welle den Seitenscheiben und dem Kolbenflügel
zum Drehen der Greifeinrichtungen um die vertikale Achse, Der Drehkolbenzylinder
muß jedoch bei dieser Bauart durch das Gewicht des Greifers und seiner Nutzlast
in axialer Richtung große Zug- und Druckkräfte übertragen, während in radialer Richtung
große massen beschleunigt oder verzögert werden müssen Die Ubertragung der axialen
Kräfte wird von Rollenlagern übernommen, mit welchen der Rotor im Stator gelagert
ist, der aus einem Hohlzylinder mit ortsfester Trennwand an der Zylinderinnenfläche
besteht0 Die Beschleunigungs- bzw. Verzagerungskräfte in radialer Richtung entstehen
im kreisförmigen Arbeitsraum, der aus Welle, Seitenwänden und innerem Zylindermantel
des Hohlzylinders gebildet wird und der durch den Kolbenflügel des Rotors und die
ortsfeste Trennwand des Stators in mindestens zwei kreisring-sectorähnliche Teilarbeitsräume
unterteilt wird. Der Drehwinkel des Rotors wird dadurch auf einen Wert von weniger
als 36(in eingeschränkte Bei der Zu- und Ableitung des Druckmediums durch die Zylinderwand
des Stators in die Teilarbeitsräume wird deren Dichtheit sowohl nach außerhalb der
Arbeitsräume als auch von einem Teilarbeitsraum in den anderen von Dichtungen Ubernommen,
die an der Peripherie der Seitenwände, am Kolbenflügel und an der Trennwand angeordnet
sind. Aus Dichtigkeitsgründen sind dafür engste Fertigungstoleranzen erforderlich.
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Bei großen Zug- oder Druckkräften treten jedoch elastische-Verformungen
in den Lagerstellen auf, so daß Slch der gesamte Rotor geringfügig axial bewegt
Wegen den erforderlichen engen Toleranzen bezüglich der Dichtheit gleitet nun eine
Seitenwand des Rotors je nach auftretender Kraftrichtung entlang der festen Trennwand,
die ortsfest mit dem inneren Zylindermantel verbunden ist. Dies kann aber durch
die auftretenden Flächenpressungen zum Fressen der Werkstoffe und damit zum Zerstören
der Dichtungen führen Die auftretenden radialen Kräfte werden besonders beim plötzlichen
Schließen des Steuergerätes frei,-wobei die gesamte Bewegungsenergie des Greifers
einschließlich der Nutzlast über das Druckmedium abgestoppt wird0 Dies verursacht
aber große Druckspitzen, die nur durch Formänderungsarbeit in den Bauelementen abgebaut
werden können. Insbesondere die Dichtungen der Teilarbeitsräume zwischen dem Kolbenflügel,
der Trennwand und den Seitenwänden werden dadurch einem erhöhten Verschleiß unterworfen.
Bei der Formänderung der Bauteile quetschen sich diese Dichtungen in die entstehenden
vergrößerten Spalten, wodurch es zur Zerstörung der Dichtungen und sogar der Bauteile
kommen kann.
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Beim Betrieb des Drehkolbens ist es nicht zu vermeiden, daß mit den
Kolbenflügeln des Rotors gegen die ortsfeste Trennwand gefahren wird. In diesem
Falle muß die gesamte Bewegungsenergie schlagartig von der Trennwand und vom Kolbenflügel
aufgenommen
werden0 Das führt zu plastischen Verformungen an der Trennwand und am KolbenflügelO
Eine Verklemmung der Trennwand im Arbeitsraum ist die Folge. Auch die Befestigungselemente
von Kolbenflügel und Trennwand können durch diese Belastung zerstört werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Drehkolbenzylinder
zu schaffen, bei welchem die auftretenden großen axialen und radialen Kräfte über
einen langen Zeitraum ohne Beschädigung der Bauelemente und der Dichtungen übertragen
werden können, bei gleichzeitig größter Dichtheit der Arbeitsräume untereinander
während des Betriebes.
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Die Lösung der Aufgabe bei einem Drehkolbenzylinder der eingangs genannten
Art gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß die Trennwand in exialer Richtung verschieblich
ist, wobei an der Peripherie der Seitenwände elastische Radialdichtungen angeordnet
sind und der Kolbenflügel um einen in den Seitenwänden gelagerten Bolzen schwenkbar
ist und die Zuführung des Druckmediums über ein Rückschlagventil mit vorversetzter
Zusatzbohrung vorgesehen ist.
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Durch die in axialer Richtung verschiebliche Trennwand können die
Seitenwände bei auftretenden axialen Kräften nicht mehr beschädigt werden. Als einzige
Dichtung sowohl für die Arbeitsräume untereinander als auch nach außen sind nur
noch an der Peripherie der Seitenwände kräftige elastische Radialdichtungen
vorgesehen,
welche die auftretenden Druckspitzen auffangen. Diese Druckspitzen bei radialen
Kräften sind aber verhältnismäßig klein, da schon ein gewisser Ausgleich innerhalb
der Arbeitsräume erfolgt über engste, verhältnismäßig lange Spalten entlang der
Seitenwände. Durch die Schwenkbarkeit des Kolbenflügels andererseits ergibt sich
eine erhöhte Dichtwirkung, da der Druck des mediums bewirkt, daß sich der Kolben
beim Schwenken sowohl an der Welle als auch an der Zylinderinnenwand abstützt. Die
möglichen beim Auffahren des Kolbens auf die Trennwand entstehenden radialen Kräfte
werden durch enge Spalten in Verbindung mit dem Rückschlagventil und der vorversetzten
Z satzbohrung abgefangen. Beim Schwenken u des Kolbenflügels auf die Trennwand strömt
das Medium durch die Zusatzbohrung aus, welche der Kolbenflügel kurz vor dem Auftreffen
auf die Trennwand überfährt und dadurch verschließt.
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Durch das Rückschlagventil wird der weitere Rücklauf des Mediums gestoppt,
wodurch dieses durch die vorhandenen feinen Spalten gedrückt wird und der Kolben
mit sanfter Dämpfung gegen die Trennwand fährt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Trennwand und/oder der Kolbenflügel in um einen den Seitenwänden gelagerten
Bolzen schwenkbar ist Hierdurch wird eine weitere Erhöhung der Dichtheit erzielt0
Der Drehpunkt des Kolbenflügels und der Trennwand wird dabei vorteilhaft so gewählt,
daß sich ein Abstützen sowohl an der
Welle als auch an der Zylinderinnenwand
ergibt.
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Erfindungsgemäß erfolgt der Druckausgleich bei auftretenden Druckspitzen
über feinste enge Spalten in den Seitenwänden0 Diese Spalten zwischen den Seitenwänden
und Kolbenflügel bzw.
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Trennwand können bei der Fertigung sehr eng gehalten werden.
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Die Durckspitzen werden dabei von elastischen Radialdichtungen abgefangen,
die vorteilhaft durch Stützringe abgestützt werden, die in Ringnuten des Hohlzylinders
angeordnet sind.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, daß die axial verschiebbare Trennwand
durch Formstücke am Verschieben in radialer Ricfitung gehindert wird, wobei Stifte
vorgesehen sind zur Fixierung der axialen Lage der Trennwand. In einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die axial verschiebbare Trennwand
und der Flügelkolben eine trapezartige Form mit der Basis an der Zylinderinnenwand
aufweisen, welche das Andrücken gegen die Zylinderinnenwand durch das Druckmedium
begünstigt. Die trapezförmige Ausbildung von Flügelkolben und Trennwand mit der
breiteren Basis an der Zylinderinnenfläche trägt deshalb zur erhöhten Dichtigkeit
bei.
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Die Erfindung wird im folgenden näher beschrieben und anhand der Figuren
erläutert.
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Es zeigen: Fig, 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Drehkolbenzylinder
mit Ansicht der Lager und der Druckelemente, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie
II-II der Fig, 1 mit dem Rückschlagventil und der vorversetzten Zusatzbohrung.
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Der Stator des Drehkolbenzylinders besteht aus dem Hohlzylinder 1,
dem Deckel 2, den Lagern 3 und einem zum Einstellen der Lager 3 erforderlichen Gewindering
4, sowie aus einer oder mehreren axial verschiebbaren Trennwänden 5, die infolge
ihrer Form durch das Druckmedium gegen den inneren Zylindermantel des Hohlzylinders
1 angedrückt werden und durch Formstücke 6 am Verschieben in Umfangrichtung des
inneren Zylindermantels gehindert werden. Die Formstücke 6 werden in ihrer axialen
Lage zur Trennwand 5 durch Stifte 7 fixiert.
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Im Stator ist der Rotor über die Lager 3 gelagert0 Der Rotor besteht
aus der Drehkolbenwelle 8, den Seitenwänden 9 und einem oder mehreren Kolbenflügeln
10, die um die Längsachse der in den Seitenwänden 9 gelagerten Bolzen 11 schwenkbar
sind. Die Abdichtung des Arbeitsraumes nach außen erfolgt an der Peripherie der
Seitenwände 9 durch Radialdichtungen 12, die auf der druckabgewandten Seite durch
Stützringe 13
abgestützt werden und in Ringnuten 14 des Hohlzylinders
1 aufgenommen werden.
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Die Abdichtung der Teilarbeitsräume untereinander erfolgt durch die
von den Seitenwänden 9 einerseits und den Trennwänden 5 und den Kolbenflügeln 10
andererseits gebildeten Spalte a, durch die von Kolbenflügeln 10 und Trennwänden
5 und innerem Zylindermantel des Hohlzylinders 1 gebildeten Spalte b und durch die
von Kolbenflügeln 10 und Trennwänden 5 und Drehkolbenwelle B gebildeten Spalte c.
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Die Zuführung des Druckmediums in die Teilarbeitsräume erfolgt sowohl
über Bohrung 15 und Rückschlagventil 16 als auch über Bohrung 17. Die Rückführung
von Druckmedium aus den Teilarbeitsräumen kann nur über Bohrung 17 erfolgen, da
das Rückschlagventil 16 die Bohrung verschließt.
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Die Trennwand 5 wird in radialer Richtung formschlüssig am inneren
Zylindermantel des Hohlzylinders festgehalten. In axialer Richtung ist sie beweglich
Formänderungen in den Lagern stören die Funktion nicht mehr. Die Toleranzen zwischen
den Seitenwänden und der Trennwand können enger gehalten werden als bisher.
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Um die großen Druckspitzen beim plötzlichen Schließen des Steuergerätes
nicht mehr nur über Formänderungen der Bauteile abbauen zu müssen, wird nur noch
die Abdichtung über die
Peripherie der Seitenwände 9 nach außerhalb
des Arbeitsraumes über kräftige, elastische Radialdichtungen 12, die durch Stützringe
13 abgestützt werden, vorgesehen.
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Die Abdichtung der Teilarbeitsräume gegeneinander erfolgt über engste,
verhältnismäßig lange Spalte, a,b,c Die Dichtwirkung wird dadurch verbessert, daß
der Kolbenflügel 10 um einen ion den Seitenwänden 9 gelagerten Bolzen 11 schwenkbar
ist. Der Drehpunkt ist so gewählt, daß der Druck des Mediums bewirkt, daß sich der
Kolbenflügel 10 infolge seines Schwenkens auf der Welle 4 abstützt und dadurch die
Dichtwirkung erhöht, während gleichzeitig durch den Schwenkvorgang der Spalt b,c
zwischen Kolbenflügel 10 und innerem mantel des Hohlzylinders und der Welle 4 kleiner
wird. Die Spalte a zwischen Seitenwänden und Kolbenflügel und Trennwand können bei
der Fertigung sehr eng gehalten werden. Außerdem ist es auch möglich, die Trennwand
5 durch entsprechende Formgebung ähnlich schwenkbar zu machen wie den Kolbenflügel
100 Beim plötzlichen Schließen des Steuergerätes wird der Abbau der Bewegungsenergie
dadurch bewirkt, daß das Druckmedium durch die vorhandenen engsten Spalten a gepreßt
wird.
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Um ein stoßartiges Auffahren des Kolbenflügels 10 gegen die Trennwand
5 zu verhindern, werden die Ein- und Auslaßöffnungen 15,17 für das Druckmedium in
die Teilarbeitsräume so ausgeführt, daß in die eigentliche Einlaßbohrung 15, die
unmittelbar neben der Trennwand in den Teilarbeitsraum mündet, ein
Rückschlaguentil
16 so eingebaut wird, daß zwar eine Druckmediumzuführung möglich, eine Rückführung
aber nicht möglich ist0 Vor dem Rückschlagventil 16 zweigt eine weitere Bohrung
17 ab und mündet, um einen bestimmten Winkel zur Einlaßbohrung versetzt, in den
Teilarbeitsraum. Bei Druckbeaufschlagung wird durch beide Leitungen 15,17 medium
zugeführt. Das Rückführen des mediums aus dem Teilarbeitsraum kann wegen des Rückschlagventils
10 nur über die vorversetzte Bohrung 17 erfolgen. Überfährt der Kolbenflügel 10
die mündung dieser Bohrung am inneren mantel des Hohlzylinders, so wird der Rücklauf
des mediums versperrt. Dadurch wird in diesem Teilarbeitsraum durch die vorhandene
Bewegungsenergie Druck aufgebaut und das medium durch die vorhande-nen Spalten a
gedrückt, es wird gedämpft. Als Folge dieser Dämpfung fährt der Kolbenflügel bei
geöffnetem Steuergerät sanft gegen die Trennwand.
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Patentansprüche