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Südhydraulik Kork-Steinbach GmbH & Co KG, Unter den Kirsch-
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katen 69-71, 2400 Lübeck 1 Drehkolbenzylinder Die Erfindung betrifft
einen Drehkolbenzylinder mit einem aus einem Hohlzylinder gebildeten Stator und
einem Rotor, der eine Welle und mindestens einen mit der Welle verbundenen Kolbenflügel
umfaßt und im Stator gelagert ist, wobei zwischen mindestens einer am Stator angeordneten
Trennwand und Kolbenflügel(n) rechtwinklige Arbeitsräume ausgebildet sind, die zwischen
Stator und Rotor durch voneinander getrennte radiale und axiale Dichtungen abgedichtet
sind, und wobei eine Einrichtung zum Auffangen axialer Kräfte vorgesehen ist.
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Bei einem bekannten Drehkolbenzylinder dieser Art (DE-AS 23 21 043)
ist zwischen Trennwand bzw. Kolbenflügel einerseits und Rotor bzw. Stator andererseits
jeweils eine berührungslose Abdichtung in Form einer Drosselfläche vorgesehen. Außerdem
zeigt dieser bekannte Drehkolbenzylinder eine Endlagendämpfung mit einem Kugelrückschlagventil,
das nach Überfahren der Rückflußleitung vollständig schließt. Zum Auffangen der
axialen Kräfte, die beispielsweise durch abtriebseitige Schrägverzahnungen od.dgl.
auf die Welle geleitet werden können, sind Kegelrollenlager vorgesehen, die ggf.
auch durch andere, für diese Zwecke geeignete axiale Wälzlager ersetzt werden können.
Mit dieser bekannten Vorrichtung können relativ große Schwenkwinkel 0 bis beispielsweise
in den Bereich von 270 durchfahren werden, jedoch ergibt sich bei höheren Drücken,
wie sie für zahlreiche Einsatzzwecke zunehmend gefordert werden, ein unzumutbarer
Anstieg der Leckage zwischen den Arbeitskammern und damit eine Abnahme des Wirkungsgrades.
Diese Leckage entsteht vor allen Dingen durch das Verformen des Gehäuses, d.h. des
Stators, wobei zu berücksichtigen ist, daß der Fluß des Lecköls exponentiell, nämlich
in der dritten Potenz zur Spalthöhe, zunimmt.
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Es ist weiterhin ein Drehkolbenzylinder auf dem Markt, bei dem
ein
rechtwinkliger Arbeitsraum ausgebildet ist, wobei Kolbenflügel und Trennwand gegenüber
Stator bzw. Rotor mit einer durchgehenden, sowohl axial als auch radial wirkenden
elastischen Dichtung abgedichtet sind. Daraus resultiert einerseits eine aufwendige
Fertigung; andererseits entfällt die Möglichkeit der Axialbelastung der Welle, sofern
nicht eine externe Axiallagerung derselben vorgesehen ist. Außerdem ist infolge
der Dichtungsausbildung keine integrierte Endlagendämpfung möglich, wie sie z.B.
die DE-AS 23 21 043 zeigt, sondern eine solche muß als zusätzliches externes Bauteil
angebracht werden.
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Der Erfindung liegt die Aufhabe zugrunde, einen Drehkolbenzylinder
der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der mit konstruktiv geringem Aufwand
und einfachen baulichen Mitteln die Beaufschlagung mit sehr hohen Betriebsdrücken
ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als axiale
Dichtung zwischen Rotor und Stator axial verformbare, abriebfeste Scheiben angeordnet
sind.
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Durch die erfindungemäße Dichtungsausbildung lassen sich grosse Schwenkwinkel
des Drehkolbenzylinders erzielen, da die axialen Scheibendichtungen ein flächiges
Abdichten in jeder Schwenkposition gewährleisten. Die Erfindung ermöglicht eine
preisgünstige, einfache Herstellung der Arbeitskammer in rechtwinkliger Ausbildung
ohne die Probleme der Abdichtung infolge Verformung, wie sie bei bekannten Zylindern
bei höheren Drükken entstehen. Das gleiche gilt gegenüber jenen bekannten Zylindern,
bei denen die Dichtung am Kolbenflügel und an der Trennwand als durchgehendes, d.h.
einstückiges, elastisch verformbares, axial und radial wirksames Element ausgebildet
ist. -Die axialen Scheiben erstrecken sich über die gesamte radiale Höhe des Arbeitsraumes
und stellen ebenflächige, leicht herstellbare Elemente dar, die einfach ausgetauscht
werden
können. Durch die Druckausbildung im jeweils beaufschlagten Arbeitsraum und dem
demgegenüber wesentlich niedrigeren Druck im nicht-beaufschlagten Arbeitsraum werden
die Scheiben im Bereich des letzteren durch den Überdruck des von außen her einwirkenden
Druckmittels leicht verformt und gegen den Rotor gepreßt, so daß sich eine je nach
Druckbeaufschlagung selbst einstellende Dichtwirkung ergibt und die Scheiben auch
eng mit den Radialdichtungen abschließen können. Aufgrund der Abriebfestigkeit der
Scheiben, die aus Stahl, Messing, aber auch aus den Anforderungen an die Abriebfestigkeit
genügenden Kunststoffen wie z.B. Polytetrafluoräthylen oder auch aus beschichteten
Metallen bestehen können, ergibt sich eine hohe Lebensdauer und die Möglichkeit,
Axialkräfte aufnehmen zu können, was bisher ohne externe Lagerung nicht möglich
war.
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Die Scheiben können vorteilhaft zwischen Teilen des Stators, insbesondere
zwischen dessen Gehäuse und den Deckeln, festgesetzt sein, wodurch sie sich einerseits
konstruktiv besonders einfach anordnen und andererseits gut verformen lassen, um
so unter Wirkung des Überdrucks von der Außenseite her eine flächige Reibdichtung
gegenüber dem Kolbenflügel zu bilden.
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Durch die Anordnung solcher axialer Anlaufscheiben ergibt sich ein
weiterer wesentlicher Vorteil, indem in äußerst praktischer und einfacher Weise
eine an sich bekannte Endlagendämpfung mit Rückschlagventil vorgesehen werden kann.
Dabei kann der Kolbenflügel die Rückflußleitung vollständig überlaufen und die Dämpfung
erst auf dem letzten Teilstück des Schwenkweges durch den dann eintretenden Stau
des Druckmittels erfolgen, das als Puffer wirkt. Um diese Endlagendämpfung bis zum
Anschlag des Kolbenflügels an der Trennwand zu nutzen, kann vorteilhaft in dem Ventilkörper
des Rückschlagventils eine Drosselbohrung angeordnet sein, so daß das Druckmittelkissen
praktisch vollständig abgebaut werden kann. Aufgrund der Kombination der Endlagendämpfung
und der innen liegenden
Axialdichtung kann generell ein Auflaufen
auf inneren Anschlag auch bei äußeren voreilenden Momenten zugelassen werden.
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Nach einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der ErEindung ist
vorgesehen, daß als radiale Dichtung im Kolbenflügel und in der Trennwand Dichtungsstege
eingelegt sind.
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Dieses trägt wesentlich zu der Erzielung großer Schwenkwinkel und
einer klein bauenden, übersichtlichen Konstruktion bei, da die radiale Dichtung
nicht, wie bei vielen bekannten Konstruktionen, seitlichen Platz am Kolben bzw.
an der Trennwand erfordert, sondern in diesen Elementen angeordnet ist. Dabei können
die radialen Dichtungsstege vorzugsweise geradlinige Dichtungsprofilabschnitte sein,
die von einem in eine einfache Nut einlegbaren, vom Band in gewünschter Länge abtrennbaren
Dichtungsmaterialstück gebildet werden, gegen das die Scheiben axial anliegen. Mit
anderen Worten liegen die radialen Dichtungsstege in geraden Nuten, was fertigungstechnisch
besonders vorteilhaft ist.
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Die mit der Erfindung insgesamt erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere
in einer fertigungstechnich einfachen und übersichtlichen rechtwinkligen Arbeitsraumanordnung
mit hervorragenden Dichtungseigenschaften bei hohen Drücken, hoher Lebensdauer und
leichter Montage bzw. Austauschbarkeit. So sind große Schwenkwinkel bis über 3000
bei Drücken, die bei 300 bar und darüber liegen können, erzielbar. Natürlich ist
es auch möglich, statt nur eines Paares Kolbenflusel/Trennwand zwei oder mehr Paare
anzuordnen, wenn lediglich kleinere Schwenkwinkel erforderlich sind, wobei dann
entsprechend höhere Drehmomente erzielt werden können.
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Als weitere vorteilhafte Ausführung kann der Rotor im Arbeitsraumbereich
mindestens ein zusätzliches Anschlagelement tragen, wodurch es in einfacher Weise
möglich wird, den
Schwenkwinkel unter Beibehaltung der Endlagendämpfung
und des inneren Anschlages auf einen vom Kunden speziell gewünschten Wert zu begrenzen,
ohne vom Stand der Technik her bekannte externe Winkelbegrenzungsmaßnahmen treffen
zu müssen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme
auf die schematische Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Drehkolbenzylinder,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Detailschnitt
gemäß der Linie III-III der Fig. 2, Fig. 4 einen Querschnitt entsprechend Fig. 2
einer abgewandelten Ausführungsform und Fig. 5 einen Querschnitt entsprechend Fig.
2 einer weiteren Ausführungsform.
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Ein Drehkolbenzylinder wird im wesentlichen aus einem Stator 1 und
einem Rotor 2 aufgebaut und durch diese in seinen Funktionen bestimmt. Dabei umfaßt
der Stator ein Gehäuse 11, einen Deckel 12, einen Zentrierdeckel 13 und eine Trennwand
14, die hier einstückig mit dem Gehäuse 11 ausgebildet ist, die aber auch, wie z.B.
in der DE-AS 23 21 043 gezeigt, ein getrennt von dem Gehäuse hergestelltes Teil
bilden kann, das dann mit dem Gehäuse in geeigneter Weise verbunden ist. Auf derartige
Details wurde hier lediglich aus Gründen der Ubersichtlichkeit verzichtet. Zentrierdeckel
13 und Deckel 12 sind mit dem Gehäuse 11 in geeigneter Weise, wie hier durch Schrauben
15 angedeutet, verbunden.
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In dem Stator 1 ist der Rotor 2 drehbar gelagert. Der Rotor besteht
im wesentlichen aus einer Welle 21 mit einem Abtriebsende 20 sowie einem Kolbenflügel
22, der hier analog zu der Trennwand einstückig mit der Welle im Bereich deren Arbeitsabsatzes
23 ausgebildet ist, obwohl er auch, wie dies bei vielen praktischen Bauformen der
Fall ist, als getrenntes Teil gefertigt werden kann, das dann in geeigneter Weise,
z.B. durch Nut und Feder, mit der Welle 21 verbunden wird.
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Die Lagerung der Welle erfolgt durch Gleitlager 24, z.B.
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Gleitbuchsen oder ähnliche geeignete Mittel, und zur Vermeidung eines
blaustritts in axialer Richtung der Welle sind Dichtringe 25. vorgesehen.
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Zwischen Stator 1 und Rotor 2 sind im Inneren des Gehäuses 11 zwei
rechtwinklige Arbeitsräume 3 ausgebildet, die mit einem Druckmedium gefüllt werden.
Zum Abdichten der Arbeitsräume gegeneinander ist zwischen Trennwand 14 und Welle
21 einerseits sowie Kolbenflügel 22 und Gehäuse 11 andererseits je eine Radialdichtung
41 in Form eines geradlinigen, in einer Nut in den betreffenden Teilen angeordneten
Dichtungssteges aus geeignetem, insbesondere gegenüber dem Druckmedium beständigem
und verformbaren Material angeordnet. Diese radialen Dichtungsstege 41 erstrecken
sich über die gesamte Breite des Arbeitsabsatzes 23 bzw. von Trennwand 14 und Kolbenflügel
22. In axialer Richtung ist eine Axialdichtung 42 in Form zweier Scheiben vorgesehen,
die sich in radialer Richtung von der Welle 21 nach außen erstrecken und zwischen
den Deckeln 12, 13 und dem Gehäuse verdrehfest eingeklemmt sind. Diese Scheiben
42 bestehen aus verformbarem, abriebfestem Material, indem sie beispielsweise als
Stahl- oder Messingscheiben oder sonstige Metallscheiben mit Beschichtung oder auch
als reine Kunststoffscheiben, z.B. aus Polytetrafluoräthylen, ausgebildet sind.
Durch ihre verdrehfeste Einspannung liegen sie fest gegen die drehbaren Teile, also
gegen den Kolbenflügel 22 bzw. den Arbeitsabsatz 23 der Welle 21 an.
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Die Zuführung des Druckmediums erfolgt über eine Druckmittelleitung
50, die je nach gewünschter Drehrichtung und damit Beaufschlagung der Arbeitskammern
3 als Zufluß- oder Rückflußleitung arbeitet. Von dieser Druckmittelleitung 50 führt
ein Abzweig zu einer Sperrleitung 52, in der ein Rückschlagventil 51 sitzt. Von
diesem Rückschlagventil 51 ist der Einfachheit halber nur ein in einem in der Sperrleitung
52 ausgebildeten Ventilsitz 53 sitzender Ventilkörper 54 gezeigt, der mit einer
durchgehenden Drosselbohrung 55 versehen ist.
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Mittels dieser Anordnung des Druckmittelsystems ist eine Endlagendämpfung
5 in den in Fig. 2 strichpunktiert angedeuteten extremen Schwenkpositionen 22a bzw.
22b des Kolbenflügels 22 erzielbar. Da sich die Rückflußleitung 50 aus Funktionsgründen
in Bezug auf die Anordnung der Trennwand 14 ein Stück innerhalb des Arbeitsraumes
3 befindet, wird sie von dem Kolbenflügel 22 vor Erreichen von dessen Anschlag gegen
die Trennwand 14 überlaufen. Damit ist ein Rückschließen des Druckmediums dann nicht
mehr möglich, und es bildet sich in dem verbleibenden Raum ein unter Druck stehendes
Polster des Druckmediums auf. Da das Rückschlagventil sperrt, würde bei einem absolut
undurchlässigen Ventilkörper der Kolbenflügel 22 die angedeutete Endposition nicht
erreichen können, infolge der Drosselbohrung 55.wird jedoch das restliche, zwischen
Kolbenflügel 22 und Trennwand 14 befindliche Druckmittel unter starker Drosselung
langsam aus dem verbleibenden Teil des Unterdruck-Arbeitsraums 3 herausgedrückt,
so daß der Kolbenflügel 22 stark gedämpft gegen die Trennwand 14 läuft.
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Diese wirksame Form der Endlagendämpfung ist durch die erfindungsgemäße
Ausbildung der getrennten radialen und axialen Dichtungen 41, 42 möglich, da die
Scheiben 42 unbeweglich sind und damit ein Überlaufen der Leitung 50 durch den Kolbenflügel
22 möglich ist. Dabei ist entscheidend, daß die Scheiben 42 axial verformbar sind
und durch den Überdruck in der gerade
druckmittelbeaufschlagten
Kammer auf dem Wege über die Gleitlager 24 Druckmittel auf die Rückseite, d.h. dem
Arbeitsabsatz 23 abgekehrte Seite der Scheiben 22 gelangt. Durch den hohen Druck
auf dieser Seite und den niedrigen Druck im nichtdruckmittelbeaufschlagten Arbeitskammerbereich
werden gerade hier die beiden Scheiben 42 fest gegen den sich langsam vorbei bewegenden
Kolbenflügel 22 angedrückt, so daß aus der Überdruckkammer kein Druckmedium in die
drucklose Kammer fließen kann. Durch diese Druckverhältnisse liegen die Scheiben
42 natürlich auch fest gegen die Endflächen der Radialdichtungsstege 41 an, und
es ist leicht erkennbar, daß sich dadurch eine besonders einfache Ausbildung der
rechtwinkligen Arbeitskammer und ihrer Dichtungen ergibt.
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Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehkolbenzylinders
umfaßt zwei Kolbenflügel 22 mit ebenfalls zwei Trennwänden 14. Der Aufbau der Dichtungen
sowie der Druckmedium zuvor ist entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig.
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1 bis 3 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform der Fig. 2 müssen lediglich
zur Erzielung des notwendigen Druckausgleichs bzw. zur Vermeidung einer Anordnung
von Druckmittelleitungen im Bereich beider Trennwände 14 Verbindungsleitungen 56
im System Welle 21/Kolbenflügel 22 angeordnet sein. Die Funktion der Entlagendämpfung
5 wird damit gleichermaßen gewährleistet.
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Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit mit einem Kolbenflügel
22, einem Anschlagelement 26 und einer Trennwand 14. Durch das zusätzlich zu dem
Kolbenflügel 22 angeordnete Anschlagelement 26 wird der Schwenkwinkel begrenzt,
so daß auch kleinere Schwenkwinkel mit nur geringem konstruktiven Mehraufwand unter
Beibehaltung aller vorhandenen Vorteile realisiert werden können.
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