DE3942775A1 - Hydraulischer schwenkmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schwenkmotor mit einer Welle für einen inneren Rotationskörper, an dem ein Schwenkkolben gehalten ist, der in einem Ringraum abgedichtet bewegbar ist, wobei der Ringraum radial von einem Stator umgeben und axial durch Deckel oder dergleichen verschlossen ist, mit einem Trennteil am Stator, das abgedichtet in den Ringraum hineinragt.

Hydraulische Schwenkmotoren der vorstehend angegebenen Gattung sind bekannt. Im allgemeinen werden dabei die Ringräume durch den Stator und durch mit dem Stator verbundene Deckel gebildet. Die Schwenkkolben und die Trennteile tragen ela­ stische Dichtungen, um die Leckage möglichst gering zu halten. Bei hoher Herstellungsgenauigkeit ist es auch möglich, auf die elastischen Dichtungen zu verzichten. Voraussetzung ist hierbei, daß die Spalte zwischen den gegeneinander beweglichen Teilen des Rotors und des Stators sehr gering sind.

Der Schwenkbereich, der bei einem hydraulischen Schwenkmotor der vorstehend angegebenen Art möglich ist, wird durch die tangentialen Abmessungen des Kolbens und des Trennteils begrenzt. Der Schwenkwinkel beträgt also etwa 300 Grad oder auch weniger.

Insbesondere in einer Mittelstellung des Kolbens treten bei der Beaufschlagung des hydraulischen Schwenkmotors starke radiale Kräfte auf, die von den axialen und radialen Ab­ messungen des Ringraums und des Schwenkkolbens abhängen. Diese radialen Kräfte müssen in den Wellenlagern aufgenommen werden. Diese starken radialen Kräfte ergeben eine Verschiebung der Welle mit den zugehörigen Teilen gegenüber den Lagern und dem Stator. Diese Bewegungen der Welle unter der Wirkung der auf­ tretenden Radialkräfte verändern die Spalte zwischen den gegeneinander beweglichen Teilen, was sich nachteilig auf die Dichtheit auswirkt.

Es ist bekannt, im Ringraum, in dem sich der Kolben bewegt, gegenüberliegend zwei Kolben und zwei Trennteile anzuordnen, um auf diese Weise den Kolbenraum in insgesamt vier Räume zu unterteilen. Auf diese Weise entstehen bei der Beaufschlagung gegeneinander gerichtete radiale Kräfte, die sich aufheben. Durch diese Unterteilung des Kolbenraumes in vier Räume wird aber auch der nutzbare Schwenkbereich stark reduziert, da nun auf dem Umfang zwei Kolben und zwei Trennteile anzuordnen sind und der verbleibende Schwenkbereich sich dann noch halbiert.

Die Aufhebung der inneren Kräfte durch solche Maßnahmen bringt zwar den Vorteil der geringeren Lagerbelastung, so daß es möglich wird, elastische Dichtungen und ähnliche Mittel weitgehend zu vermeiden. Für viele Fälle ist jedoch die Verringerung des maximalen Schwenkbereichs des Schwenkmotors auf etwa 150 Grad oder weniger unerwünscht.

Sollen Hydraulikmotoren rasche Lastwechsel ermöglichen, wie dies beispielsweise bei Prüfmaschinen der Fall ist, ergibt sich eine erhebliche Beanspruchung herkömmlicher elastischer Dichtungen und auch der Lager. Dabei wäre es günstig, wenn bei solchen Prüfmaschinen verhältnismäßig große Schwenkbereiche zur Verfügung stehen würden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu treffen, mit der es möglich ist, eine große Lastfrequenz zu erreichen, und zwar bei einem möglichst großen Schwenkwinkel.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Gattung. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß axial beidseitig eines mittleren Ringraumes seitliche Ringräume je mit Schwenkkolben und Trennteilen für eine gleichsinnige Drehbewegung vorgesehen sind, wobei der Schwenkkolben des mittleren Ringraums gegenüber dem Schwenkkolben der seitlichen Ringräume um ca. 180 Grad versetzt auf der gemeinsamen Welle angeordnet ist und die axialen und radialen Abmessungen aller Ringräume so bemessen sind, daß die Summe der Radialkräfte der seitlichen Ringräume im wesentlichen der Radialkraft des mittleren Ringraums entspricht.

Dadurch, daß die Erfindung einen mittleren Ringraum mit zwei seitlichen Ringräumen in der angegebenen Weise kombiniert, ist es möglich, die auftretenden erheblichen Radialkräfte zu kompensieren. Radialkräfte sind zwar ebenfalls gegeben, müssen aber nicht von den Lagern aufgenommen werden, sondern gleichen sich in der Welle aus. Die Welle ist ein steifes Bauteil, und die Verformungen, die in der Welle selbst auftreten, sind vergleichsweise gering. Da bei der Erfindung die hohen Lager­ kräfte entfallen, müssen die Lager nur den äußeren Kräften gewachsen sein, die aber wesentlich geringer sind. Dadurch ergeben sich nur geringfügige Bewegungen der Welle und der mit der Welle rotierenden Teile gegenüber dem Stator und den zugehörigen Teilen, so daß es möglich ist, einen Schwenkmotor mit sehr engen Spalten zu bauen und auf diese Weise elastische Dichtungen, die der hohen Lastfrequenz nicht gewachsen wären, zu vermeiden.

Besonders günstig ist es bei der Erfindung, daß der Schwenk­ bereich etwa 300 Grad beträgt, da im Ringraum nur ein Trenn­ teil und ein Schwenkkolben anzuordnen sind.

Die Ringräume, also der mittlere Ringraum und die seitlichen Ringräume, könnten an sich durch sich verzweigende Leitungen von der Energiequelle gespeist werden. Besser ist es jedoch, wie die Erfindung insbesondere vorschlägt, daß die Zuleitung der hydraulischen Flüssigkeit in den mittleren Ringraum über die seitlichen Ringräume erfolgt und umgekehrt. Zunächst wird also beispielsweise die hydraulische Flüssigkeit dem mittleren Ringraum zugeleitet, von dem dann geeignete Kanäle zu den seitlichen Ringräumen führen.

In weiterer Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die mittleren und seitlichen Ringräume durch Bohrungen im inneren Rotationskörper des mittleren Schwenkkolbens verbunden sind. Diese Bohrungen, die beispielsweise im wesentlichen axial und auch radial verlaufen können und sich aneinander anschließen, verbinden die einzelnen Ringräume im Sinne des Hauptgedankens der Erfindung miteinander.

Günstig ist es, wenn der Außendurchmesser der seitlichen Ringräume kleiner ist als der Innendurchmesser des mittleren Ringraums und die Statoren der seitlichen Ringräume die axiale Begrenzung bzw. die Deckel des mittleren Ringraums bilden. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß die drei Ringräume auf der Welle direkt dicht aneinander anschließen. Dadurch wird neben einer Erleichterung der Beherrschung der Leckflüssigkeit insbesondere der Vorteil einer gedrängten Bauweise erhalten. Die entstehenden Radialkräfte im mittleren Ringraum und in den seitlichen Ringräumen haben nur geringe Abstände voneinander, so daß nur kleine Biegemomente auftreten, die sich defor­ mierend auf die Welle auswirken könnten. überdies ergibt sich eine bauliche Vereinfachung, da die Statoren der seitlichen Ringräume eine Doppelfunktion haben.

Die Erfindung schlägt ferner vor, daß auf die Welle Ringe zur Bildung der inneren Rotationskörper der seitlichen Ringräume aufgesetzt sind. Dies ermöglicht es, die Begrenzungen auch der seitlichen Ringräume durch exakt zylindrische bzw. ebene Flächen zu bilden. Es ist nicht notwendig, Rundungen anzu­ ordnen, deren Abdichtung immer schwierig ist, wenn keine elastischen Dichtmittel zur Verfügung stehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen hydraulischen Schwenkmotor ent­ sprechend der Erfindung, und zwar entsprechend der Schnittlinie I-I der Fig. 3,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen seitlichen Ringraum mit den zuge­ hörigen Teilen entsprechend der Schnittlinie II-II der Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt durch einen mittle­ ren Ringraum mit den zugehörigen Teilen entsprechend der Schnitt­ linie III-III.

Die Welle 10 ist in den Lagerdeckeln 19 und 20 gelagert. Dabei empfiehlt es sich, eine hydrostatische Lagerung vorzusehen, derart, daß die Lagerflächen der Lagerdeckel Ausnehmungen besitzen, die mit Drucköl versorgt werden, so daß die Welle auch bei Belastung keinen Kontakt mit den Lagerdeckeln besitzt. Eine solche hydrostatische Lagerung ist an sich bekannt.

An ein Ende der Welle 10 ist der Zapfen 21 angesetzt, der in üblicher Weise zur Verbindung mit den vom Schwenkkolben angetriebenen Maschinen und Geräten dient.

Zwischen den beiden Lagerdeckeln 19 und 20 sind die Statoren 16, 17 und 18 vorgesehen, die jeweils einem Ringraum zuge­ ordnet sind. Die Statoren 16, 17 und 18 sind mit den Lager­ deckeln 19 und 20 fest verschraubt. Die Abstufungen 22 zwischen diesen Teilen sichern die gegenseitige Lage.

Der mittlere Stator 16 ist dem mittleren Ringraum 1 zuge­ ordnet, der den zugehörigen inneren Rotationskörper 13 umschließt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieser innere Rotationskörper 13 des mittleren Ringraums einstückig mit der Welle 10 ausgebildet. Es ist aber auch möglich, den Rotationskörper getrennt von der Welle zu gestalten.

Auf dem inneren Rotationskörper 13 bzw. auf der Welle 10 ist der Schwenkkolben 4 des mittleren Ringraums 1 befestigt. In der Zeichnung ist die Anordnung dieses Schwenkkolbens 4 nur schematisch gezeigt. Die konstruktive Ausbildung dieses Schwenkkolbens 4 und seine Befestigung auf dem inneren Ring­ körper ist an sich bekannt.

Der Stator 16 trägt ein nach innen gerichtetes Trennteil 7, das ebenfalls in den mittleren Ringraum 1 hineinragt. Auch die Anordnung dieses Trennteils ist nur schematisch gezeigt.

An dieser Stelle wird bemerkt, daß zwischen den einzelnen gegeneinander beweglichen Teilen des Schwenkmotors Dichtungen vorgesehen sind. Diese sind in der Zeichnung nicht näher dargestellt. Insbesondere verwendet die Erfindung eine Dichtungsanordnung durch schmale Spalte, vermeidet also elastische, verschleißanfällige Dichtungen.

Die seitlichen Statoren 17 und 18 umschließen in ähnlicher Weise wie der mittlere Stator 16 den mittleren Ringraum 1 die seitlichen Ringräume 2 und 3. Diese Ringräume 2 und 3 nehmen in gleicher Weise die mit der Welle 10 verbundenen Schwenk­ kolben 5 und 6 bzw. die mit den Statoren verbunden Trennteile 8 und 9 auf. Wie sich aus dem Vergleich der Fig. 2 und 3 ergibt, sind jedoch jeweils die Schwenkkolben und die Trenn­ teile des mittleren und der seitlichen Ringräume um 180 Grad gegeneinander versetzt.

Die Schwenkkolben und die Trennteile unterteilen die Ringräume jeweils in zwei Teilräume. So besteht der Ringraum 1 aus den beiden Teilen 23 und 24. Die seitlichen Ringräume 2 bzw. 3 bestehen aus den Ringraumteilen 25 und 26. Wenn nun beispiels­ weise der Ringraumteil 23 hydraulisch beaufschlagt wird, während der Ringraumteil 24 entlastet ist, entsteht eine in der Darstellung der Fig. 3 nach rechts gerichtete Radialkraft 27 im Ringraumteil 23. Diese Radialkraft ist insbesondere von der Längsschnittfläche abhängig, also von der axialen Breite des Ringraums 1 und von dem Durchmesser des inneren Rotations­ körpers 13, zuzüglich der beaufschlagten Fläche des Schwenk­ kolbens 4.

In gleicher Weise, wie bei der Beaufschlagung des mittleren Ringraums 1 bzw. des entsprechenden Ringraumteils 23 eine nach rechts gerichtete Radialkraft 27 auftritt, ergibt sich bei der Beaufschlagung der seitlichen Ringräume 2 bzw. 3 eine entgegen­ gesetzte Radialkraft 28. Die entgegengesetzte Richtung kommt dadurch zustande, daß der entgegengesetzte Ringraumteil 26 beaufschlagt wird. Die Radialkraft 28 ist in gleicher Weise von den Abmessungen der seitlichen Ringräume 2 bzw. 3 und der zugehörigen Schwenkkolben 5 und 6 abhängig. Dabei ist durch entsprechende Dimensionierung der Durchmesser und der axialen Abmessungen vorgesehen, daß die Radialkraft 28 nur etwa den halben Betrag der Radialkraft 27 ausmacht, so daß die beiden Radialkräfte, die in den beiden seitlichen Ringräumen 2 und 3 entstehen, die gleiche Größe besitzen, wie die Radialkraft 27.

Zur Ölversorgung des mittleren Ringraums 1 dient die Bohrung 11, die im Lagerdeckel 20 und in dem einen seitlichen Stator 18 vorgesehen ist. Diese Bohrung führt in den mittleren Ringraum 1, und zwar in den Ringraumteil 24. Von diesem Ring­ raumteil 24 führt im inneren Rotationskörper 13 bzw. in der Welle 10 ein radialer Kanal 29 zu dem Querkanal 30. Der Querkanal 30 mündet in die seitlichen Ringräume 2 bzw. 3 aus, und zwar insbesondere in den Ringraumteil 25, so daß auch die seitlichen Ringräume versorgt werden.

Zur Rückleitung aus den nicht beaufschlagten Ringraumteilen, also aus dem Ringraumteil 26, ist die Querbohrung 31 vorge­ sehen, die zu dem radialen Kanal 32 führt, der ähnlich angeordnet ist wie der radiale Kanal 29. Der radiale Kanal 32 mündet in den Ringraumteil 23 aus, und dessen Anschlußbohrung 12 ist ähnlich gestaltet und geführt wie die Bohrung 11.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist gezeigt, wie die Welle 10 gleichzeitig auch den inneren Rotationskörper 13 des mittleren Ringraums bildet und auch die inneren Rotations­ körper 14 und 15 der seitlichen Ringräume 2 und 3. Es ist jedoch besser, wenn die inneren Rotationskörper 14 und 15 der seitlichen Ringräume 2 und 3 als Ringe gestaltet und baulich getrennt sind von der Welle, wie dies in den Zeichnungen der Fig. 1 und 2 jeweils mit strichpunktierten Linien angedeutet ist. Diese inneren Rotationskörper sind starr mit der Welle 10 verbunden und tragen jeweils die Schwenkkolben 5 und 6. Diese Bauweise hat den Vorteil, daß nicht nur der mittlere Ringraum 1 durch geometrisch einfache Flächen begrenzt sein kann, was die Abdichtung wesentlich erleichtert, sondern daß dies auch bei den Begrenzungsflächen der seitlichen Ringräume 2 und 3 möglich wird.

Claims (5)

1. Hydraulischer Schwenkmotor mit einer Welle für einen inneren Rotationskörper, an dem ein Schwenkkolben gehalten ist, der in einem Ringraum abgedichtet bewegbar ist, wobei der Ringraum radial von einem Stator umgeben und axial durch Deckel oder dergleichen verschlossen ist, mit einem Trennteil am Stator, das abgedichtet in den Ringraum hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß axial beidseitig eines mittleren Ringraumes (1) seit­ liche Ringräume (2, 3) je mit Schwenkkolben (5, 6) und Trennteilen (8, 9) für eine gleichsinnige Drehbewegung vorgesehen sind, wobei der Schwenkkolben (4) des mitt­ leren Ringraums gegenüber dem Schwenkkolben (5, 6) der seitlichen Ringräume um ca. 180 Grad versetzt auf der gemeinsamen Welle angeordnet ist und die axialen und radialen Abmessungen aller Ringräume (1, 2, 3) so bemessen sind, daß die Summe der Radialkräfte (28) der seitlichen Ringräume im wesentlichen der Radialkraft (27) des mitt­ leren Ringraums entspricht.

2. Hydraulischer Schwenkmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung der hydraulischen Flüssigkeit in den mittleren Ringraum (1) über die seit­ lichen Ringräume (2, 3) erfolgt.

3. Hydraulischer Schwenkmotor nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren und seitlichen Ringräume durch Bohrungen (29, 32) in dem inneren Rotationskörper (1, 13) des mitt­ leren Schwenkkolbens (4) verbunden sind.

4. Hydraulischer Schwenkmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichent, daß der Außendurchmesser der seitlichen Ringräume (2, 3) kleiner ist als der Innendurchmesser des mittleren Ringraums (1) und die Statoren (17, 18) der seitlichen Ringräume (2, 3) die axiale Begrenzung bzw. die Deckel des mittleren Ringraums (1) bilden.

5. Hydraulischer Schwenkmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Welle (10) Ringe (14, 15) zur Bildung der inneren Rotationskörper der seitlichen Ringräume (2, 3) auf­ gesetzt sind.