DE3909910A1 - Hydraulische drehbetaetigungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Drehbe­ tätigungsvorrichtung mit einem Gehäuse, einem darin axial verschiebbaren gestuften Kolben und einer dreh­ baren, axial festgehaltenen Welle, wobei zwischen Gehäuse und Kolben eine erste Verzahnung und zwischen Kolben und Welle eine zweite Verzahnung vorgesehen ist, von denen wenigstens eine Verzahnung die axiale Kolbenbe­ wegung in eine Drehbewegung umsetzt, und wobei die Welle nahe ihrer Austrittsstelle aus dem Gehäuse über ein erstes Radiallager im Gehäuse und außerdem über ein zweites Radiallager abgestützt ist.

Eine solche Drehbetätigungsvorrichtung ist aus US-PS 43 73 426 bekannt. Die beiden Verzahnungen sind als schraubenförmige Steilgewinde ausgeführt. Bei axialer Verschiebung des Kolbens wird die Welle gedreht. Die Welle ist mittels zweier unmittelbar benachbarter Ra­ diallager, die als konische Rollenlager mit entgegenge­ setzter Neigung ausgebildet sind, im Gehäuse abgestützt.

Bei radialer Belastung des aus dem Gehäuse austreten­ den Wellenzapfens werden diese Radiallager durch ent­ gegengesetzt gerichtete Radialkräfte belastet. Diese können wegen des geringen Abstandes der Radiallager voneinander verhältnismäßig große Werte annehmen. Dies gilt insbesondere für das zweite Lager. Der entsprechende Lagerverschleiß führt dazu, daß ein immer größerer Teil der Radialkräfte über die Verzahnungen abgeleitet werden muß. Die dabei auftretende Reibung hat zur Folge, daß zur Erzielung der Drehbewegung eine größere hydraulische Kraft aufgewendet werden muß bzw. das abgegebene Drehmo­ ment reduziert wird.

Bei einer anderen bekannten Drehbetätigungsvorrichtung (US-PS 43 13 367) durchsetzt die Welle das gesamte Gehäu­ se und ist an beiden Enden über Radiallager am Gehäuse abgestützt. Hierdurch kann die Lagerbelastung klein gehalten werden. Die durchgehende Welle nimmt aber einen erheblichen Teil der Kolbenfläche in Anspruch. Daher muß die Drehbetätigungsvorrichtung für eine vorgebene Leistung größer ausgelegt werden. Infolge des großen Lagerabstands tritt bei Radialbelastung des Wellenendes eine Durchbiegung der Welle auf. Auch dies führt zu einer Reibungsbelastung der Verzahnung und damit zu einer Verminderung des Ausgangs-Drehmoments.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrauli­ sche Drehbetätigungsvorrichtung der eingangs beschriebe­ nen Art anzugeben, mit der die Radialkräfte, die bei einer Radialbelastung des freien Wellenendes auftreten, besser als bisher auf das Gehäuse übertragen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zweite Radiallager zwischen Welle und Kolben gebil­ det ist und daß der Kolben seinerseits über ein drittes Radiallager und ein axial hierzu versetztes viertes Radiallager am Gehäuse abgestützt ist.

Die Position des zweiten Radiallagers führt zu einem mittleren Lagerabstand, der weder so klein ist, daß übermäßige Radialkräfte auftreten, noch so groß, daß eine Durchbiegung der Welle zu befürchten ist. Allerdings werden diese Radialkräfte nicht vom Gehäuse, sondern vom Kolben aufgenommen. Um diese Radialkräfte ans Gehäuse weiterzuleiten, ohne die erste Verzahnung zu belasten, sind das dritte und das vierte Radiallager vorgesehen. Die Verwendung von mehr als einem zusätzlichen Radial­ lager berücksichtigt die Tatsache, daß der Kolben bei der Radialkraftübertragung unterschiedliche Axialstel­ lungen einnehmen kann. Ingesamt ergibt sich daher eine Drehbetätigungsvorrichtung, die bei vorgegebener Ein­ gangsleistung über ihre gesamte Lebensdauer das größt­ mögliche Drehmoment abgibt.

Besonders günstig ist es, daß das zweite Radiallager durch eine Lagerfläche an der Welle und einen hohlzylin­ drischen Abschnitt am Kolben gebildet ist. Es können daher direkt ineinandergreifende Flächen genutzt werden.

Hierbei empfiehlt es sich, daß Lagerfläche und hohlzylin­ drischer Abschnitt an die entsprechenden Abschnitte der zweiten Verzahnung anschließen. Dies ergibt eine axial kurze Baulänge.

Des weiteren ist es günstig, daß die Lagerfläche an einer Platte ausgebildet ist, die stirnseitig an der Welle befestigt ist. Diese Platte kann beim Zusammen­ bau relativ zur Welle radial verlagert werden, so daß man eine genaue Zentrierung erhält. Außerdem kann sie aus Lagermetall bestehen und die Lagerfläche bilden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß die Lagerfläche durch einen einstückigen Lagerring gebildet ist, der auf die Platte aufgeschoben ist.

Sodann ist es günstig, daß der Kolben stirnseitig eine Platte trägt, die den hohlzylindrischen Abschnitt ver­ schließt. Diese Konstruktion erleichtert den Zusammen­ bau, beläßt aber dem Kolben eine große Stirnfläche.

In weiterer Ausgestaltung ist dafür gesorgt, daß das dritte Radiallager durch eine Lagerfläche am Kolbenteil größten Durchmessers und einen hohlzylindrischen Ab­ schnitt des Gehäuses gebildet ist. Hier wird eine ohne­ hin vorhandene Führungsfläche für den Kolben zu Lager­ zwecken genutzt.

In diesem Zusammenhang ist es günstig, daß das Gehäuse stirnseitig eine Platte trägt, die den hohlzylindrischen Abschnitt verschließt. Auch dies erleichtert die Herstel­ lung und den Zusammenbau.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß das vierte Radiallager durch eine Lagerfläche am Gehäuse und einen zylindrischen Abschnitt an einem Kol­ benteil kleineren Durchmessers gebildet ist. Dies er­ laubt es, das vierte Radiallager unterzubringen, ohne den Querschnitt in Radialrichtung zu vergrößern.

Wenn überdies dafür gesorgt ist, daß Lagerfläche und zylindrischer Abschnitt an die entsprechenden Abschnitte der ersten Verzahnung anschließen, kann auch die axiale Länge fast unverändert beibehalten bleiben.

Von Vorteil ist es, daß der Kolben aus zwei miteinander verbundenen Teilen besteht, von denen der eine die ent­ sprechenden Abschnitte der ersten und zweiten Verzahnung und der andere die zylindrischen und hohlzylindrischen Abschnitte aufweist. Dies erlaubt es, die Verzahnungs­ abschnitte einerseits und die zylindrischen und hohl­ zylindrischen Abschnitte andererseits auf einfache Weise herzustellen.

Günstig ist es auch, daß die Lagerfläche durch einen Lagerring gebildet ist, der an einer Stufe des Gehäuses eingesetzt ist. Der Lagerring für das vierte Radiallager läßt sich an einer solche Stufe axial einfügen.

Der Lagerring kann auch geteilt sein. Dies empfiehlt sich insbesondere bei ungeteiltem Kolben.

Des weiteren ist es von Vorteil, daß der Lagerring außen durch mehrere Stellschrauben abgestützt ist. Mit Hilfe der Stellschrauben kann die Position des Lagerrings justiert werden. Er läßt sich genau zentrieren, so daß keine störenden Radialkräfte über die erste Verzahnung abgeleitet werden müssen.

Insbesondere kann der Lagerring außen eine Ringnut tra­ gen, in die Spitzen der Stellschrauben eingreifen. Dies ergibt eine gute Lagesicherung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispie­ le näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine hydraulische Drehbetätigungsvorrichtung nach der Erfindung und

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform.

Die hydraulische Druckbetätigungsvorrichtung der Fig. 1 weist ein Gehäuse 1, einen gestuften Kolben 2 und eine Welle 3 auf. Deren Wellenzapfen 4 dient zum Drehantrieb einer Last. Eine erste Verzahnung 5 weist einen Ab­ schnitt 6 am Gehäuse 1 und einen Abschnitt 7 am Kolben 2 auf. Eine zweite Verzahnung 8 weist einen Abschnitt 9 am Kolben 2 und einen Abschnitt 10 an der Welle 3 auf. Die erste Verzahnung 5 ist als Steilgewinde ausge­ legt, die zweite Verzahnung 8 als Geradverzahnung (Keil-Nut-Verbindung). Wird Druckflüssigkeit über einen Anschluß 11 in einen Druckraum 12 zugeführt, so wirkt der Druck auf die gesamte Stirnfläche 13 des Kolbens 2. Dieser bewegt sich nach links, wodurch eine Drehung der Welle 3 um einen vorgegebenen Winkel, insbesondere bis zu 360°, erfolgt. Wird demgegenüber Druckflüssigkeit über einen Anschluß 14 in einen Druckraum 15 geleitet, so wirkt der Druck auf die andere Seite des Kolbens 2, nämlich auf die Stufe 16, die Innenseite des Deckels 40 und den Gewindering 49. Der Kolben wird nach rechts verschoben, was eine entsprechende Rückdrehung der Welle zur Folge hat.

Ein erstes Radiallager 17 wird durch die Lagerfläche 18 eines Lagerrings 19 und die Umfangsfläche 20 eines Wellenflansches 21 gebildet. Ein zweites Radiallager 22 wird durch die Lagerfläche 23 eines Lagerringes 24 und durch einen hohlzylindrischen Abschnitt 25 des Kol­ bens 2 gebildet. Ein drittes Radiallager 26 wird durch eine Lagerfläche 27 eines Lagerringes 28 im Kolbenteil größten Durchmessers und einen hohlzylindrischen Ab­ schnitt 29 des Gehäuses 1 gebildet. Ein viertes Radial­ lager 30 wird durch die Lagerfläche 31 eines Lagerringes 32 und einen zylindrischen Abschnitt 33 des Kolbens gebildet. Wenn daher auf den Wellenzapfen 4 eine radiale Kraft F wirkt, wird das dadurch entstehende Drehmoment durch das erste Radiallager 17 und das zweite Radialla­ ger 22 aufgenommen. Letzteres überträgt eine Kraft auf den Kolben 2. Dieser gibt die Kräfte über die beiden Radiallager 26 und 30 an das Gehäuse 1 weiter. Die Ver­ zahnungen 5 und 8 bleiben daher durch Radialkräfte weit­ gehend unbelastet.

Der zum ersten Radiallager 17 gehörende Wellenflansch 20 ist zwischen zwei Axiallagern 34 und 35 angeordnet. Ein Schraubring 36 drückt diese Anordnung gegen einen Gehäusering 37.

Der Lagerring 24 des zweiten Radiallagers 22 befindet sich am Ende des Verzahnungsabschnitts 9 und der hohl­ zylindrische Abschnitt 25 am Ende des Verzahnungsab­ schnitts 10 der zweiten Verzahnung 8. Der Lagerring 24 ist an einer Platte 38 angebracht, die mit etwas Spiel von Befestigungsschrauben 39 durchsetzt ist. Man kann daher den Kolben 2 und die Welle 3 zusammenbauen und dann die Platte 38 einführen und genau zentrisch montieren. Damit ein entsprechender Zugang möglich ist, besitzt der Kolben 2 eine stirnseitige Platte 40 und das Gehäuse eine stirnseitige Platte 41, die mittels Außengewinde an den zugehörigen Teilen befestigt sind.

Der Lagerring 27 des dritten Radiallagers 26 ist neben einer üblichen Kolbendichtung 42 angeordnet.

Der Lagering 32 des vierten Radiallagers 30 ist axial in eine Umfangsnut 43 eingeschoben, die bis zu einer Stufe 44 des Gehäuses 1 reicht. Die Nut 43 hat eine geringere Tiefe als die erste Verzahnung 5. Der Lagerring 32 besitzt eine Umfangsrille 45, in welche die Spitzen von mehreren gleichmäßig am Umfang verteilten Stell­ schrauben 46 eingreifen. Die Lage der Stellschrauben wird durch eine zweite Schraube 47 gesichert. Mit Hilfe dieser Stellschrauben kann der Lagerring 32 genau mit Bezug auf den Kolben 2 zentriert werden.

Zur einfacheren Montage besteht der Kolben 2 aus zwei Teilen 48 und 49, die über ein Gewinde 50 miteinander verbunden sind. Der Teil 48 trägt den hohlzylindrischen Abschnitt 25 des zweiten Radiallagers 22 und den zylin­ drischen Abschnitt 32 des vierten Radiallagers 30. Der zweite Abschnitt 49 trägt den Verzahnungsabschnitt 7 der ersten Verzahnung 5 und den Verzahnungabschnitt 9 der zweiten Verzahnung 8. Schon vor der Montage des Kolbens 2 im Gehäuse 1 kann der Lagerring 32 auf den zylindrischen Abschnitt 33 geschoben werden, worauf der Teil 49 des Kolbens angeschraubt wird. Schließlich wird der so vormontierte Kolben in das Gehäuse 1 gescho­ ben, wodurch der Lagerring 32 in die Nut 43 gelangt. Dort wird er durch die Stellschrauben 46 arretiert.

Die Abwandlung der Fig. 2 entspricht weitgehend derjeni­ gen der Fig. 1. Unterschiedlich ist, daß der Kolben 52 einteilig ausgebildet ist. Stattdessen besteht der Lagerring 32 aus zwei Teilen 32 a und 32 b. Diese werden vor dem Einbau des Kolbens 52 im Gehäuse 1 um den zy­ lindrischen Abschnitt 33 gelegt und dann beispielsweise durch ein Gummiband, das in die Umfangsrille 45 ein­ greift, zusammengehalten. Nach dem Einschieben des Kol­ bens 52 in das Gehäuse 1 werden die Ringteile 32 a und 32 b durch die Stellschrauben 46 abgestützt.

Von den dargestellten Ausführungsformen kann in viel­ facher Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grundgedan­ ken der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann die Verzahnung 7 ein Steilgewinde aufweisen und die Verzahnung 5 gerade verzahnt sein. Es können aber auch beide Verzahnungen Gewindeform haben. Der Lagerring 32 kann auch auf andere Weise im Gehäuse gehalten wer­ den, beispielsweise durch Preßpassung oder Klebstoff. Die maximale Drehung der Welle 3 kann auch mehr als 360° betragen.

Claims (15)

1. Hydraulische Drehbetätigungsvorrichtung mit einem Gehäuse, einem darin axial verschiebbaren gestuften Kolben und einer drehbaren, axial festgehaltenen Welle, wobei zwischen Gehäuse und Kolben eine erste Verzahnung und zwischen Kolben und Welle eine zweite Verzahnung vorgesehen ist, von denen wenigstens eine Verzahnung die axiale Kolbenbewegung in eine Drehbe­ wegung umsetzt, und wobei die Welle nahe ihrer Aus­ trittsstelle aus dem Gehäuse über ein erstes Radial­ lager im Gehäuse und außerdem über ein zweites Radial­ lager abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Radiallager (22) zwischen Welle (3) und Kolben (2, 52) gebildet ist und daß der Kolben seiner­ seits über ein drittes Radiallager (26) und ein axial hierzu versetztes viertes Radiallager (30) am Gehäuse (1) abgestützt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Radiallager (22) durch eine Lagerfläche (23) an der Welle (3) und einen hohlzylindrischen Abschnitt (25) am Kolben (2) gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Lagerfläche (23) und hohlzylindrischer Abschnitt (25) an die entsprechenden Abschnitte (9, 10) der zweiten Verzahnung (8) anschließen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lagerfläche (23) an einer Platte (38) ausgebildet ist, die stirnseitig an der Welle (3) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerfläche (23) durch einen einstückigen Lagerring (24) gebildet ist, der auf die Platte (40) aufgeschoben ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) stirnseitig eine Platte (40) trägt, die den hohlzylindrischen Abschnitt (25) verschließt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Radiallager (26) durch eine Lagerfläche (28) am Kolbenteil größten Durchmes­ sers und einen hohlzylindrischen Abschnitt (29) des Gehäuses (1) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) stirnseitig eine Platte (41) trägt, die den hohlzylindrischen Abschnitt (29) ver­ schließt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Radiallager (30) durch eine Lagerfläche (31) am Gehäuse (1) und einen zy­ lindrischen Abschnitt (33) an einem Kolbenteil kleine­ ren Durchmessers gebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Lagerfläche (31) und zylindrischer Abschnitt (33) an die entsprechenden Abschnitte (6, 7) der ersten Verzahnung (5) anschließen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben (2) aus zwei miteinander verbundenen Teilen (48, 49) besteht, von denen der eine die entsprechenden Abschnitte (7, 9) der ersten und zweiten Verzahnung (5, 8) und der andere die zylindrischen und hohlzylindrischen Abschnitte (25, 33) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lagerfläche (31) durch einen Lagerring (32) gebildet ist, der an einer Stufe (44) des Gehäuses (1) eingesetzt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lagerring (32 a, 32 b) geteilt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (32; 32 a, 32 b) außen durch mehrere Stellschrauben (46) abge­ stützt ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (32; 32 a, 32 b) außen eine Ringnut (45) trägt, in die Spitzen der Stellschrauben (46) eingreifen.