DE3942775C2 - Hydraulischer Schwenkmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schwenkmotor, be­ stehend aus im wesentlichen drei axial nebeneinander angeord­ neten Ringräumen, die radial von jeweils einem Stator umgeben und axial von Deckeln oder dergleichen verschlossen sind, mit einem Trennteil am Stator, das abdichtend in den Ringraum hineinragt. Der hydraulische Schwenkmotor weist eine Welle auf, die einen jedem Ringraum zugeordneten Rotationskörper trägt, wobei der Schwenkkolben des mittleren Ringraums gegen­ über den Schwenkkolben der seitlichen Ringräume um ca. 180° versetzt auf der gemeinsamen Welle angeordnet ist. Die Abmessungen der Ringräume sind so gewählt, daß die Summe der Radialkräfte der seitlichen Ringräume im wesentlichen der Radialkraft des mittleren Ringraums entspricht.

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 elastische Dichtun­ gen, um die Leckage möglichst gering zu halten. Bei hoher Her­ stellungsgenauigkeit 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 ist.

Derartige Hydraulikschwenkmotoren werden beispielsweise bei Prüfmaschinen eingesetzt. Dabei wäre es günstig, wenn die Schwenkbereiche, die zur Verfügung stehen, verhältnismäßig groß wären.

Ein derartiger hydraulischer Schwenkmotor, beispielsweise ein hydraulischer Drehflügelmotor, ist in der DE-24 25 496 A1 be­ schrieben, bei dem sich die in den Ringkammern auftretenden Radialkräfte gegenseitig aufheben. Die Radiallager werden somit nicht belastet. Die drei Ringkammern werden hiervon am Motor umlaufenden Nuten gebildet, wobei der Rotor in einer zylindrischen Bohrung des Stators gelagert ist. Jede Ringkammer ist durch zwei radiale Trennwände unterteilt, von denen jeweils eine am Stator und eine am Rotor befestigt ist.

Eine derartige Anordnung der Ringkammern benötigt in axialer Richtung der Welle eine relativ große Ausdehnung, da zwischen den einzelnen Ringkammern als Trennwände massive Teile des Rotors stehen bleiben.

Je weiter die entgegengesetzten Radialkräfte voneinander ent­ fernt liegen, entsteht an der Welle durch die Biegemomente eine Verformung, auch wenn sich die Radialkräfte in der Summe aufheben. Diese Verformung wirkt sich negativ auf den Schwenkmotor, die Lagerung der Welle und die Leckage aus.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen hydrauli­ schen Schwenkmotor zu entwickeln, der in seiner axialen Abmes­ sung möglichst klein ist, ohne Beeinträchtigung des Schwenk­ winkels oder der zu übertragenden Kräfte.

Diese Aufgabe wird in Zusammenhang mit den Oberbegriffsmerkmalen dadurch gelöst, daß der Außendurchmesser der seitlichen Ringräume kleiner ist, als der Innendurchmesser des mittleren Ringraumes und die Statoren der seitlichen Ringräume die axiale Begrenzung bzw. den Deckel des mittleren Ringraumes bilden. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß die drei Ring­ räume auf der Welle direkt dicht aneinander anschließen. Da­ durch wird neben einer Erleichterung der Beherrschung der Leck­ flüssigkeit 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 deformierend auf die Welle auswirken könnten. Überdies ergibt sich eine bauliche Vereinfachung, da die Statoren der seit­ lichen Ringräume eine Doppelfunktion haben.

In einem Ausführungsbeispiel kann der Stator aus mehreren mit­ einander verbundenen Statorteilen bestehen, wobei jedem Ringraum ein Statorteil zugeordnet ist. Die Statorteile sind ge­ geneinander verdrehbar, während in diesem Fall der Rotor ein­ stückig ausgebildet ist.

Die Welle ist ein steifes Bauteil, und die Verformungen, die in der Welle selbst auftreten, sind vergleichsweise gering. Die Lager müssen nur den äußeren Kräften gewachsen sein, die aber 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° beträgt, da im Ringraum nur ein Trennteil und ein Schwenkkolben anzuordnen sind.

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 beziehungsweise ebene Flächen zu bilden. Es ist nicht notwendig, Rundungen anzuordnen, deren Abdichtung immer schwierig ist, wenn keine elastischen Dichtmittel zur Verfügung stehen.

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 seit­ lichen Ringräumen führen.

Diese Kanäle sind vorteilhafterweise Bohrungen in dem inneren Rotationskörper des mittleren Schwenkkolbens, die beispiels­ weise im wesentlichen axial oder auch radial verlaufen können und sich aneinander anschließen und die einzelnen Ringräume miteinander verbinden.

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 1, 2, 3 zugeordnet sind. Die Statoren 16, 17 und 18 sind mit den Lagerdeckeln 19 und 20 fest verschraubt. Die Abstufungen 22 zwischen diesen Teilen sichern die gegenseitige Lage.

Der mittlere Stator 16 ist dem mittleren Ringraum 1 zugeordnet, der den zugehörigen inneren Rotationskörper 13 umschließt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieser innere Rotationskörper 13 des mittleren Ringraums 1 einstückig mit der Welle 10 ausgebildet. Es ist aber auch möglich den Rotationskörper 13 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 Rotationskörper 13 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 7 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, verschleißanfällig 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 Schwenkkolben 5 und 6 bzw. die mit den Statoren 17, 18 verbundenen Trennteile 8 und 9 auf. Wie sich aus dem Vergleich der Fig. 2 und 3 ergibt, sind jedoch jeweils die Schwenkkolben und die Trennteile 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 Ringraumteilen 23 und 24. Die seitlichen Ringräume 2 bzw. 3 bestehen aus den Ringraumteilen 25 und 26. Wenn nun beispielsweise der Ringraumteil 23 hydraulisch beaufschlagt wird, während der Ringraumteil 24 entlastet ist, entsteht eine in der Darstellung der Fig. 3 nach rechts gerichtete Radial­ kraft 27 im Ringraumteil 23. Diese Radialkraft 27 ist insbeson­ dere von der Längsschnittfläche abhängig, also von der axialen Breite des Ringraums 1 und von dem Durchmesser des inneren Rotationskörpers 13, zuzüglich der beaufschlagten Fläche des Schwenkkolbens 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 entgegen gesetzte Richtung kommt dadurch zustande, daß der entgegen gesetzte 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 28, 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 11 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 Quer­ kanal 30 mündet in die seitlichen Ringräume 2 bzw. 3 aus, und zwar insbesondere in den Ringraumteil 25, so daß auch die seit­ lichen 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 Rotationskörper 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, sonder daß dies auch bei den Begrenzungsflächen der seitlichen Ringräume 2 und 3 möglich wird.

Claims (5)

1. Hydraulischer Schwenkmotor, bestehend aus im wesentlichen drei axial nebeneinander angeordneten Ringräumen, die radial von jeweils einem Stator umgeben und axial von Deckeln oder dergleichen verschlossen sind, mit einem Trennteil am Stator, das abdichtend in den Ringraum hineinragt, und einer Welle, die einen jedem Ringraum zugeordneten Rotationskörper mit einem Schwenkkolben trägt, wobei der Schwenkkolben des mittleren Ringraums gegenüber den Schwenkkolben der seitlichen Ringräume um ca. 180° versetzt auf der gemeinsamen Welle angeordnet ist und die Ringräume Abmessungen aufweisen, die be­ wirken, daß die Summe der Radialkräfte der seitlichen Ringräume im wesentlichen der Radialkraft des mittleren Ringraums entspricht, dadurch gekennzeichnet, 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. den Deckel des mittleren Ring­ raums (1) bilden.

2. Hydraulischer Schwenkmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stator aus mehreren miteinander verbundenen Statorteilen (16, 17, 18) besteht, wobei jedem Ringraum (1, 2, 3) ein Statorteil (16, 17, 18) zugeordnet ist.

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

4. Hydraulischer Schwenkmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung der hydraulischen Flüssigkeit in den mittleren Ringraum (1) über die seitlichen Ringräume (2, 3) erfolgt.

5. Hydraulischer Schwenkmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren und seitlichen Ringräume (1, 2, 3) durch Kanäle bzw. Bohrun­ gen (29-32) in dem inneren Rotationskörper (13) des mittleren Schwenkkolbens (4) verbunden sind.