DE4318041A1 - Schwenkkolben für einen Drehantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen im Gehäuse eines Drehantriebes anzuordnenden Schwenkkolben, der im Bereich einer Lagerpartie mit einer das Gehäuse durchsetzenden Abtriebswelle verbunden oder verbindbar ist, und der um eine mit der Längsachse der Abtriebswelle zusammenfallenden Drehachse verschwenkbar ist, wobei die Lagerpartie im Bereich wenigstens einer Axialseite mit einer zur Abdichtung gegenüber dem Gehäuse dienenden Axial­ dichtung versehen ist, die ringähnlich in sich geschlossen ausgebildet ist und sich entlang einer Kreislinie mit der Dreh­ achse als Zentrum erstreckt.

Drehantriebe werden auch als Schwenkkolbenmotoren bezeichnet und verfügen über ein Gehäuse mit einem Gehäuseraum, in dem ein Schwenkkolben untergebracht ist. Der Schwenkkolben ist über eine Lagerpartie drehfest mit einer Abtriebswelle verbunden, die aus dem Gehäuse herausgeführt ist und sich mit einem anzu­ treibenden Bauteil verbinden läßt. Ein von der Lagerpartie radial abstehender Flügel des Schwenkkolbens unterteilt den Gehäuseraum in Arbeitsräume, die mit Druckmittel beaufschlagbar sind, so daß der Schwenkkolben zu einer hin- und hergehenden Schwenkbewegung um die im Bereich der Lagerpartie liegende Drehachse angetrieben werden kann.

Ein Drehantrieb der eingangs genannten Art geht aus der DE 39 41 255 A1 hervor. Damit durch die am Gehäuse vorgesehene, von der Abtriebswelle durchsetzte Gehäuseöffnung kein Druck­ mittel entweicht, ist im stirnseitigen Bereich der Lagerpartie eine ringförmige Axialdichtung vorgesehen, die konzentrisch zur Gehäuseöffnung an der Innenfläche des Gehäuseraumes dichtend anliegt. Durch die im Betrieb ständige Relativbewegung zwischen der kolbenseitigen Axialdichtung und dem Gehäuse ist die Axial­ dichtung einer hohen Belastung ausgesetzt, so daß man bei der Materialauswahl besondere Sorgfalt üben muß, um einem früh­ zeitigen Verschleiß entgegenzuwirken.

Zur Verringerung der Verschleißproblematik wurde in der JP 4-13804 U bereits vorgeschlagen, im Bereich des Flügels eine Fettasche in die Axialdichtung zu integrieren, so daß die Lauf­ fläche der Axialdichtung regelmäßig mit Schmiermittel benetzt wird. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß nur diejenigen Bereiche ständig nachgeschmiert werden, die vom Flügel über­ strichen werden. Ist der tatsächliche Schwenkwinkel geringer als der maximal mögliche, beispielsweise hervorgerufen durch eine Einstelleinrichtung wie sie in der DE 39 41 255 A1 be­ schrieben ist, so läuft ein Großteil der Axialdichtung weiter­ hin trocken.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwenk­ kolben zu schaffen, dessen Axialdichtung unabhängig vom momen­ tanen Schwenkwinkel ohne Beeinträchtigung der Dichtfunktion weniger beansprucht wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Axialdichtung in Draufsicht in Richtung der Drehachse gesehen eine mäanderförmige Umfangserstreckung aufweist, wobei sich die dadurch vorhandenen, radial außen und radial innen liegenden Dichtungs-Zwischenräume radial überlappen.

Somit liegen längs der Umfangserstreckung der Axialdichtung sowohl radial außen als auch radial innen mehrere Dichtungs- Zwischenräume vor, in die Schmiermittel eingebracht werden kann, das vom schwenkenden Schwenkkolben an der gehäuseseitigen Gegenfläche verteilt wird. Da sich die Dichtungs-Zwischenräume praktisch entlang des gesamten Umfanges der Axialdichtung ver­ teilen, profitiert jeder Dichtungsabschnitt von der Schmierung, unabhängig vom tatsächlichen Schwenkwinkel des Schwenkkolbens. Wegen der radialen Überlappung der Dichtungs-Zwischenräume wird die gehäuseseitige Gegenfläche über die gesamte radiale Breite der Axialdichtung mit Schmiermittel benetzt, womit wiederum garantiert ist, daß auch die Axialdichtung über ihre gesamte radiale Breite stets auf einem Schmierfilm läuft. Dabei ist stets für eine optimale Abdichtung zwischen den radialen äußeren und inneren Bereichen der Axialdichtung gesorgt, da die Mäander­ form weiterhin eine ringähnlich in sich geschlossene, durch­ gehende Axialdichtung bildet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen aufgeführt.

Wenn die radial innen liegenden Dichtungs-Zwischenräume mit einem sich radial innen an sie anschließenden und koaxial zur Drehachse angeordneten Ringraum kommunizieren, ist eine Nutzung als Schmiermittelreservoir möglich, so daß ohne Nachfüllung für eine langanhaltende Schmierung gesorgt ist. Zweckmäßigerweise wird der Ringraum einschließlich der angrenzenden innenliegenden Dich­ tungs-Zwischenräume vor der Montage des Drehantriebes mit Schmier­ mittel hoher Viskosität gefüllt, insbesondere mit Fett.

Die radial außen liegenden Dichtungs-Zwischenräume sind vorzugs­ weise nach radial außen hin offen, so daß sie im betriebsfertig montierten Zustand des Schwenkkolbens mit dem den Schwenkkolben aufnehmenden Gehäuseraum kommunizieren. Dieser Gehäuseraum wird im Betrieb mit Druckmittel versorgt, das folglich auch in die äußeren Dichtungs-Zwischenräume Zugang findet. Handelt es sich um hydraulisches Druckmittel, so dient selbiges unmittelbar als Schmiermittel, das über die äußeren Dichtungs-Zwischenräume an die betreffenden Abschnitte der gehäuseseitigen Gegenfläche gelangt. Wird der Drehantrieb hingegen mit pneumatischem Druck­ mittel betrieben, so basiert der Schmierungseffekt auf der Tatsache, daß dieses Druckmittel regelmäßig mit Schmiermittel angereichert ist, das eine entsprechende schmierende Wirkung hat. In der Regel wird der Drehantrieb mit Druckluft betrieben, der geringe Anteile von Öl beigemengt sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine bevorzugte Bauform des erfindungsgemäßen Schwenk­ kolbens in Alleindarstellung in Draufsicht in Rich­ tung der Drehachse gesehen, teilweise aufgebrochen und in vergrößerter Darstellung,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Schwenkkolben aus Fig. 1 im Bereich der Lagerpartie gemäß Schnittlinie II-II, wobei auch Abschnitte des Gehäuses und der Abtriebswelle des zugeordneten Drehantriebes gezeigt sind, und

Fig. 3 einen Ausschnitt des Schwenkkolbens aus Fig. 1 im Schnitt gemäß Schnittlinie III-III.

Der beispielsgemäße Schwenkkolben 1 besitzt eine buchsenähnliche Lagerpartie 2 und einen ausgehend von einer Stelle deren Außen­ umfanges radial wegragenden Flügel 3. Lagerpartie 2 und Flügel 3 bilden vorzugsweise eine einstückige Einheit.

Die Lagerpartie 2 dient zur Schwenklagerung des Schwenkkolbens in einem Gehäuse 4 eines in Fig. 2 teilweise abgebildeten Drehantriebes 5. Die Längsachse 6 der Lagerpartie 2 gibt dabei eine Drehachse 7 vor, um die der Schwenkkolben 1 zum Beispiel um 270° bezüglich dem Gehäuse 4 hin und her verschwenkbar ist.

Der Antrieb des Schwenkkolbens 1 erfolgt fluidisch, beispiels­ weise mittels eines hydraulischen Mediums, vorzugsweise jedoch pneumatisch. Vom Schwenkkolben 1 und maßgeblich von dessen Flügel 3 werden in dem den Schwenkkolben 1 aufnehmenden Gehäuse­ raum 8 zwei Arbeitsräume dicht voneinander abgeteilt, die ab­ wechselnd mit dem betreffenden Druckmittel beaufschlagbar oder belüftbar sind, so daß der Schwenkkolben 1 zu der Schwenkbe­ wegung um die Drehachse 7 veranlaßt wird. Die Schwenkbewegung des Schwenkkolbens 1 läßt sich außerhalb des Gehäuses 4 als zum Beispiel hin und her gehende Drehbewegung von einer Abtriebs­ welle 12 abnehmen, die im Gehäuseraum 8 mit der Lagerpartie 2 in Drehantriebsverbindung steht und durch mindestens eine Ge­ häuseöffnung 13, 13′ nach außen geführt ist. An die Abtriebs­ welle 12 können beliebige Bauteile angeschlossen werden, die in eine Drehbewegung versetzt werden sollen.

Das Gehäuse 4 des Ausführungsbeispiels ist mit zwei Gehäuse­ öffnungen 13, 13′ versehen, durch die die Abtriebswelle 12 mit entgegengesetzten Endpartien nach außen ragt. Mittels nicht näher dargestellter Drehlagerungen, beispielsweise Gleit- und/oder Wälzlager, ist die Abtriebswelle 12 im Bereich der Gehäuse­ öffnungen 13, 13′ bezüglich dem Gehäuse 4 drehgelagert. Die Abtriebswelle 12 bildet auf diese Weise zugleich einen Träger für den Schwenkkolben 1, der beim Ausführungsbeispiel als be­ züglich der Abtriebswelle 12 separates Bauteil ausgebildet ist, welche die Lagerpartie 2 unter Eingehung einer Drehmitnahme­ verbindung zentral koaxial durchsetzt. Die Drehmitnahmeverbindung wird zum Beispiel dadurch erreicht, daß die zentrale Durch­ brechung 14 der Lagerpartie 2 unrund profiliert ist und die Abtriebswelle 12 zumindest in dem eingesteckten Abschnitt 15 eine komplementäre Außenkonturierung besitzt. Bevorzugt wird eine Vielkeilprofilierung verwendet.

Um die in Fig. 1 beidseits des Schwenkkolbens 1 gekennzeichne­ ten Arbeitsräume 16, 17 fluiddicht voneinander abzutrennen, trägt der Schwenkkolben 1 eine Dichtungsanordnung 18, die im betriebsbereit montierten Zustand an der Innenfläche des Gehäuse­ raumes 8 anliegt und an dieser während des Schwenkvorganges entlangstreicht. Zu der Dichtungsanordnung 18 gehört beispiels­ gemäß eine am Flügel 3 angeordnete Flügeldichtung 19, die sich längs der beiden Axialseiten und der von der Lagerpartie 2 abgewandten Stirnseite ununterbrochen erstreckt. Im Bereich ihrer beiden der Lagerpartie 2 zugewandten Endabschnitte 23 geht die Flügeldichtung 19 in jeweils eine Axialdichtung 24, 24′ über, von denen jeweils eine im Bereich einer der beiden Stirn- bzw. Axialseiten der Lagerpartie 2 vorgesehen ist. Die beiden Axialdichtungen 24, 24′ sind ringähnlich in sich geschlossen ausgebildet und verlaufen jeweils längs einer strichpunktiert angedeuteten Kreislinie 25, die die Drehachse 7 zum Zentrum hat. Die Axialdichtungen 24, 24′ und die Lagerpartie 2 sind koaxial zueinander angeordnet. In Draufsicht auf den Schwenk­ kolben 1 in Richtung der Drehachse 7 gesehen (Ansicht in Richtung Pfeil 26) ist die Durchbrechung 14 sowie die gegebenenfalls eingeführte Abtriebswelle 12 radial außen von den Axialdich­ tungen 24, 24′ ununterbrochen umgeben.

Die Lagerpartie 2 ist im Bereich ihrer nicht vom Flügel 3 einge­ nommenen Mantelfläche 27 noch mit einer Umfangsdichtung 28 versehen, die beispielsgemäß die Gestalt eines längsgeschlitzten Hohlzylinders hat und besagte Mantelfläche 27 vollständig belegt.

Bevorzugt sind die Flügeldichtung 19, die Axialdichtungen 24, 24′ und die Umfangsdichtung 28 einstückig miteinander ausge­ bildet. Beim Ausführungsbeispiel sind sie einstückiger Bestandteil einer Kolbenhülle 32, die bevorzugt aus Material mit gummi­ elastischen Eigenschaften besteht, und die den Schwenkkolben 1 mit Ausnahme der beiden sich radial an die Durchbrechung 14 anschließenden Stirnflächen 33 der Lagerpartie 2 umhüllt. Die Axialdichtungen 24, 24′ können bevorzugt von den axialen End­ bereichen der Umfangsdichtung 28 gebildet sein.

Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise eines Drehan­ triebes - gelegentlich auch als Schwenkkolbenmotor bezeichnet - geht zum Beispiel aus der DE 39 41 255 A1 hervor. Nähere Aus­ führungen erübrigen sich daher an dieser Stelle.

Wird ein mit dem erfindungsgemäßen Schwenkkolben ausgestatteter Drehantrieb betrieben, dann gleiten die beiden Axialdichtungen 24, 24′ jeweils auf einem ringförmigen Teilbereich der Innen­ fläche des Gehäuseraumes 8, der nachfolgend als Gegendichtfläche 34 bezeichnet wird. Die Gegendichtfläche 34 ist in den Figuren strichpunktiert angedeutet, sie verläuft koaxial zur jeweils zugeordneten Gehäuseöffnung 13, 13′. Auf diese Weise wird verhindert, daß Druckmittel aus dem Gehäuseraum 8 durch die Gehäuseöffnungen 13, 13′ hindurch entweicht. Damit die Dicht­ wirkung lange anhält und der Verschleiß der Axialdichtungen 24, 24′ in Grenzen gehalten wird, sind besondere Maßnahmen getroffen, die zu einer Schonung der Axialdichtungen 24, 24′ beitragen. Sie werden nachfolgend anhand der einen Axialdichtung 24 er­ läutert, finden sich zweckmäßigerweise jedoch auch identisch an der entgegengesetzten Axialdichtung 24′.

Das Besondere an der Axialdichtung 24 wird darin gesehen, daß diese in Draufsicht in Richtung der Drehachse 7 gesehen, also in Ansicht gemäß Pfeil 26, eine aus Fig. 1 besonders gut er­ sichtliche mäanderförmige Umfangserstreckung aufweist. In Er­ streckungsrichtung der Kreislinie 25 liegen also mit Abstand aufeinanderfolgend angeordnete Dichtungs-Querabschnitte 35 vor, die quer zur Kreislinie 25 verlaufen, wobei in Umfangsrichtung benachbarte Dichtungs-Querabschnitte 35 abwechselnd alternierend radial außen und radial innen miteinander verbunden sind. Die Verbindung erfolgt beispielsgemäß mittels Dichtungs-Umfangsab­ schnitten 36, die jeweils ein Stück weit längs der Kreislinie 25 verlaufen, wobei sie gekrümmt oder geradlinig sein können. Auf diese Weise ergibt sich sowohl radial außen als auch radial innen jeweils eine sich in Richtung der Kreislinie 25 erstrecken­ de Reihe von Dichtungs-Zwischenräumen 37, 38, wobei die be­ treffenden Dichtungs-Zwischenräume insbesondere gleichmäßig und vorzugsweise entlang des gesamten Umfanges der Axialdichtung 24 verteilt sind. In Richtung der Kreislinie 25, also in Umfangs­ richtung der Axialdichtung 24, ergibt sich somit eine alter­ nierende Anordnung von radial außen und radial innen liegenden Dichtungs-Zwischenräumen 37, 38.

Die Dichtungs-Zwischenräume 37, 38 sind zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß sich die radial außen liegenden mit den radial innen liegenden radial bezüglich der Drehachse 7 überlappen. Der sich ergebende ringförmige Überlappungsbereich 39 ist in Fig. 1 angedeutet, er ergibt sich aus dem radialen Abstand zweier ebenfalls strichpunktiert angedeuteter Kreislinien 43, 44, auf denen jeweils der radial gerichtete Grund der äußeren (37) und der inneren (38) Dichtungs-Zwischenräume liegt. Der Überlappungsgrad kann soweit reduziert sein, daß sich der Über­ lappungsbereich 39 zu einer Linie verengt, die von den zusammen­ fallenden Kreislinien 43, 44 gebildet ist.

Es wäre möglich, die Dichtungs-Zwischenräume 37, 38 mit unter­ schiedlicher radialer Tiefe zu versehen. Zweckmäßig, weil be­ sonders einfach herstellbar, ist jedoch eine Anordnung mit zumindest annähernd identischer Zwischenraumtiefe.

Es ist nun möglich, sämtliche Dichtungs-Zwischenräume 37, 38 vor der Montage des Schwenkkolbens 1 im Gehäuse 4 eines Drehan­ triebes 5 mit einem geeigneten Schmiermittel zu füllen, insbe­ sondere mit Fett. Das Schmiermittel sollte möglichst eine Konsis­ tenz haben, die bewirkt, daß es an Ort und Stelle in den Dich­ tungs-Zwischenräumen 37, 38 verbleibt. Wenn nun der Schwenk­ kolben 1 im Gehäuse 4 um die Drehachse 7 schwenkt, dann wird die Gegendichtfläche 34 von dem in den taschenähnlichen Dichtungs- Zwischenräumen gespeicherten Schmiermittel benetzt. Wesentlich ist hierbei, daß diejenigen Bereiche benetzt werden, die auch von den mäanderförmigen Abschnitten der Axialdichtung 24 über­ strichen werden. Wegen der radialen Überlappung der Dichtungs- Zwischenräume 37, 38 ist hierbei gewährleistet, daß die Gegen­ dichtfläche 34 über ihre gesamte radiale Breite vom Schmier­ mittel bestrichen wird. Wegen der Vielzahl von Dichtungs-Zwischen­ räumen 37, 38 wird die Gegendichtfläche 34 entlang ihres gesamten Umfanges ständig unter Schmierung gehalten, selbst wenn der Schwenkwinkel des Schwenkkolbens 1 relativ gering ist.

Die inneren Dichtungs-Zwischenräume 38 sind auch aus Fig. 2 ersichtlich. Aus dieser erkennt man auch, daß es vorteilhaft ist, radial innen an die innenliegenden Dichtungs-Zwischenräume 38 anschließend einen Ringraum 45 vorzusehen, zu dem hin die inneren Dichtungs-Zwischenräume 38 offen sind. Man kann besagten Ringraum 45 als Speicher benutzen, indem man ihn ebenfalls mit Schmiermittel füllt, so daß geringe Leckverluste des in den Dichtungs-Zwischenräumen 38 enthaltenen Schmiermittels selbsttätig ausgeglichen werden. Der Ringraum 45 wird zweckmäßigerweise von dem Bereich eingenommen der radial zwischen der Durchbrechung 14 und der Axialdichtung 24 liegt. Der axiale Grund des Ring­ raumes 45 ist zweckmäßigerweise von der unbedeckten Stirnfläche 33 der Lagerpartie 2 gebildet.

Die innenliegenden Dichtungs-Zwischenräume 38 sind also vorzugs­ weise nach radial innen hin sowie axial zur Gegendichtfläche 34 hin offen.

Von Vorteil ist, wenn auch die radial außen liegenden Dichtungs- Zwischenräume 37 nicht nur zur Gegendichtfläche 34 hin, sondern - bezüglich der Drehachse 7 - auch nach radial außen hin offen sind. Beim Ausführungsbeispiel ist dies der Fall, und man er­ kennt die entsprechende Ausgestaltung besonderes gut aus Fig. 3. Ersichtlich stehen die außen liegenden Dichtungs-Zwischen­ räume 37 auf diese Weise bei betriebsbereit im Gehäuse 4 mon­ tiertem Zustand des Schwenkkolbens 1 in unmittelbarer fluidischer Verbindung mit dem Gehäuseraum 8. Dies hat den Vorteil, daß das zum Betrieb des Drehantriebes 5 zugeführte Druckmittel Zugang in die äußeren Dichtungs-Zwischenräume 37 hat. Ist dort kein Schmiermittel deponiert - sei es, indem es von vorneherein weggelassen wurde oder indem es sich verflüchtigt hat -, über­ nimmt besagtes Druckmittel gleichzeitig die Schmiermittelfunktion. Einsichtig ist dies unmittelbar, wenn der Drehantrieb 5 ein hydraulischer Drehantrieb ist, der mit Öl oder dergleichen be­ trieben wird. Aber auch bei einem pneumatischen Drehantrieb ist die Schmierwirkung vorhanden, da das pneumatische Druckmittel regelmäßig mit ölenden Zusätzen versetzt ist, auf denen in diesem Falle die Schmierwirkung basiert.

In Fig. 1 ist durch zwei straffierte Bereiche 46, 47 verdeut­ licht, wie das schmierende Medium von radial innen und radial außen her in die Dichtungs-Zwischenräume 37, 38 eintreten kann.

Bei der Axialdichtung 34 handelt es sich praktisch um ein kragen- oder lippenartiges Teil, das sich mäanderförmig entlang der Kreislinie 25 erstreckt.

Die axiale Tiefe der innen liegenden Dichtungs-Zwischenräume 38 ist vorzugsweise größer als diejenige des angrenzenden Ringraumes 45, so daß das Schmiermittel nicht entweicht und aus dem Ringraum 45 fliehkraftbedingt Schmiermittel ohne weiteres nachfließen kann.

Zweckmäßig ist es, auch die Flügeldichtung 19 so auszuformen, daß sie als Schmiermittelspeicher fungiert. Beispielsgemäß verfügt sie über eine zentrale längs verlaufende Vertiefung 49, in die vor der Montage des Schwenkkolbens 1 Schmiermittel einge­ füllt werden kann.

Claims (5)

1. Im Gehäuse eines Drehantriebes (5) anzuordnender Schwenk­ kolben (1), der im Bereich einer Lagerpartie (2) mit einer das Gehäuse (4) durchsetzenden Abtriebswelle (12) verbunden oder verbindbar ist, und der um eine mit der Längsachse (6) der Abtriebswelle (12) zusammenfallende Drehachse (7) verschwenkbar ist, wobei die Lagerpartie (2) im Bereich wenigstens einer Axialseite mit einer zur Abdichtung gegenüber dem Gehäuse (4) dienenden Axialdichtung (27) versehen ist, die ringähnlich in sich geschlossen ausgebildet ist und sich entlang einer Kreis­ linie (25) mit der Drehachse (7) als Zentrum erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialdichtung (24) in Draufsicht (26) in Richtung der Drehachse (7) gesehen eine mäanderförmige Um­ fangserstreckung aufweist, wobei sich die dadurch vorhandenen, radial außen und radial innen liegenden Dichtungs-Zwischenräume (37, 38) radial überlappen.

2. Schwenkkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial innen liegenden Dichtungs-Zwischenräume (38) mit einem sich radial innen an sie anschließenden und koaxial zur Drehachse (7) angeordneten Ringraum (45) kommunizieren.

3. Schwenkkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die radial außen liegenden Dichtungs-Zwischenräume (37) nach radial außen hin offen sind, so daß sie im betriebs­ bereit im Gehäuse (4) montierten Zustand des Schwenkkolbens (1) Weit dem diesen aufnehmenden Gehäuseraum (8) kommunizieren können.

4. Schwenkkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialdichtung (24) an einer die Lager­ partie (2) im Bereich deren Mantelfläche (27) umschließenden hülsenähnlichen Umfangsdichtung (28) angeformt ist, die ein­ stückig mit einer an einem Flügel (3) des Schwenkkolbens (1) angeordneten Flügeldichtung (19) ausgebildet ist.

5. Schwenkkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich beider Stirnseiten der Lager­ partie (2) jeweils eine Axialdichtung (24, 24′) mit mäander­ förmiger Umfangserstreckung vorgesehen ist.