EP0136492B1

EP0136492B1 - Schwenkkolbenmotor

Info

Publication number: EP0136492B1
Application number: EP84109583A
Authority: EP
Inventors: Kurt Dipl.-Ing. Stoll; Georg Heid; Gerhard Schrag
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 1983-08-31
Filing date: 1984-08-11
Publication date: 1987-03-04
Also published as: KR880000983B1; ATE25750T1; US4611530A; EP0136492A1; KR850001974A

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen oder pneumatischen Schwenkkolbenmotor mit einem aus einer innen fugenlosen Schale und einem diese verschließenden Deckel bestehenden Gehäuse, mit einer in dem Gehäuse drehbar gelagerten antreibbaren Welle und einem drehfest mit der Welle verbundenen Schwenkkolben, der als Hebel mit einer einen Hebelarm bildenden ersten Kolbenpartie mit größerer Druckfläche und einer eine kleinere Druckfläche bietenden zweiten Kolbenpartie ausgebildet ist und der in dem Gehäuse zwei mit einem Druckmedium beaufschlagbare Arbeitskammern voneinander abteilt, die derart mit dem Druckmedium beaufschlagbar sind, daß der Schwenkkolben um einen durch eine Anschlagvorrichtung vorgegebenen Drehwinkel zwischen zwei Endlagen hin und her verschwenkbar ist, wobei die erste Kolbenpartie abgedichtet in der die Welle in Umfangsrichtung umgebenden Schale läuft und die zweite Kolbenpartie mit einer Dichtpartie mit einer am Deckel angeordneten Dichtgegenfläche zusammenarbeitet.
Derartige Schwenkkolbenmotoren, die es ermöglichen, von einer Kolbenbewegung ohne aufwendige Zwischengetriebe direkt eine insbesondere ihren Drehsinn alternierend wechselnde Drehbewegung einer Antriebswelle abzuleiten, sind bereits aus der GB-A 688 917 und der BE-A 652 317 bekannt. Die Schwenkkolben dieser bekannten Anordnungen weisen eine als Hebelarm ausgebildete erste Kolbenpartie und eine ebenfalls als Hebelarm ausgebildete, eine kleinere Druckfläche als die erste Kolbenpartie besitzende zweite Kolbenpartie auf. Die Kolbenpartien trennen im Gehäuseinneren zwei Arbeitskammern voneinander ab, bei deren entsprechender Druckbeaufschlagung der Schwenkkolben eine hin und her gehende Schwenkbewegung ausführt. Dabei läuft die erste Kolbenpartie in einer Auswölbung einer Gehäuseschale, die innen fugenlos ausgebildet ist, so daß im Berührbereich zwischen der Kolbenpartie und der Wandung der Wölbung keine Dichtprobleme auftreten. Die zweite Kolbenpartie, die der ersten mit Bezug auf die Drehachse im wesentlichen gegenüberliegt, läuft hierbei ebenfalls in einer Auswölbung, die aber am Gehäusedeckel vorgesehen ist, wobei sie mit einer an ihrem freien Ende angeordneten Dichtpartie an der Fläche dieser Auswölbung, die eine Dichtgegenfläche bildet, entlanggleitet. Nachteilig bei diesen bekannten Anordnungen ist der geringe maximale Drehwinkel der Antriebswelle, dessen Ursache u. a. im stark begrenzten Schwenkbereich des jeweiligen Schwenkkolbens zu finden ist, der sich lediglich über einen Winkelbereich von etwa 130° erstreckt. Damit ist der Einsatzbereich dieser bekannten Schwenkkolbenmotoren stark eingeschränkt, da oftmals Drehwinkelbereiche von bis zu 180° oder darüber verlangt werden, die von den bekannten Schwenkkolbenmotoren nicht geliefert werden können. Ihr Wellendrehbereich ist auch nicht erweiterbar, da hierfür eine Vergrößerung des Schwenkbereiches des Schwenkkolbens erforderlich wäre, was aber zur Folge hätte, daß die zweite Kolbenpartie mit geringerer Druckfläche zumindest im Bereich der maximalen Endlagen keinen Kontakt mehr zur Dichtgegenfläche hätte, was einen Kurzschluß der beiden Arbeitskammern auslösen würde. Auch hätte eine Erweiterung des Schwenkbereiches zur Folge, daß die erste Kolbenpartie mit größerer Druckfläche im Bereich ihrer Endlagen den Stoßbereich zwischen Gehäuseschale und Gehäusedeckel überstreichen müßte, da die Antriebswelle im Trennbereich dieser beiden Gehäuseteile vorgesehen ist, so daß Dichtprobleme auftreten. Von Nachteil bei den bekannten Anordnungen, insbesondere bei derjenigen nach der BE-A 652 317, ist des weiteren der aufwendige Aufbau des Schwenkkolbens, der aus einer Vielzahl von Teilen besteht, was eine aufwendige Herstellung und Montage zur Folge hat.
In der US-A 3688 645 ist ein ähnlich gestalteter Schwenkkolbenmotor beschrieben, der mit den gleichen Nachteilen behaftet ist wie die.Schwenkkolbenmotoren gemäß den oben genannten Druckschriften. Zwar ist der Schwenkbereich des Schwenkkolbens dieser bekannten Anordnung durch eine verstellbare Anschlagordnung, die im wesentlichen durch Stellschrauben gebildet wird, veränderbar, doch ist auch hier der maximale Schwenkbereich sehr stark eingeschränkt, er beträgt ca. 90°. Ein zusätzlicher Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Trennebene des aus zwei gleichen Teilen bestehenden Gehäuses rechwinkelig zur Drehachse und damit im Dichtbereich des Schwenkkolbens verläuft, wodurch Dichtprobleme entstehen können.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen hydraulischen oder pneumatischen Schwenkkolbenmotor gemäß der eingangs genannten Art zu schaffen, von dessen Antriebswelle bei einfachem Aufbau ein möglichst großer maximaler Drehwinkel von ca. 180° abnehmbar ist, ohne daß Dicht-probleme auftreten.
Die obige Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der maximale Drehwinkel des Schwenkkolbens in der Schale 180° oder geringfügig mehr als 180° beträgt, daß die Lagerung der Welle gänzlich in der Schale angeordnet ist und daß die an der zweiten Kolbenpartie angeordnete Dichtpartie sich in Umfangsrichtung mit Bezug auf die Welle derart erstreckt, daß sie zumindest in den durch den maximalen Drehwinkel vorgegebenen Endlagen des Schwenkkolbens mit ihrem dem jeweils druckbeaufschlagten Arbeitsraum zugewandten umfangsseitigen Endbereich in diesen Arbeitsraum hineinragt und mit ihrem entgegengesetzten Endbereich an der Dichtgegenfläche des Deckels anliegt.
Vorteilhafterweise lassen sich mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Schwenkkolbenmotors Wellendrehwinkel von bis zu 180° oder sogar darüber erzielen. Erreicht wird dies durch die Gewährleistung eines entsprechenden Schwenkbereiches für den Schwenkkolben, dessen an der zweiten Kolbenpartie angeordnete Dichtpartie dabei so ausgebildet ist, daß sie in jeder Schwenkstellung des Kolbens Kontakt mit der Dichtgegenfläche hält. Letzteres rührt daher, daß sich die Dichtpartie in Umfangsrichtung mit Bezug auf die Welle erstreckt, d. h. praktisch verbreitert ist, so daß in jeder der beiden maximalen Endlagen einer der umfangsseitigen Endbereiche der Dichtpartie an der Dichtgegenfläche anliegt, während der entgegengesetzte Endbereich der Dichtpartie praktisch von der Dichtgegenfläche abgehoben ist und in den zugewandten Arbeitsraum vorsteht bzw. hineinragt. Daß bei alledem keine Dichtprobleme auftreten, ist dem Umstand zu verdanken, daß sich der Schwenkkolben mit seiner ersten Kolbenpartie in jeder Stellung im Inneren der. Auswölbung der Schale befindet, die sich über einen entsprechenden Winkel erstreckt - dies wird zweckmäßigerweise dadurch erreicht, daß die Welle an der Schale gelagert ist -, so daß im gesamten Schwenkbereich des Kolbens und insbesondere der ersten Kolbenpartie keine Fugen oder Gehäusetrennstellen vorhanden sind. Überdies besitzt der erfindungsgemäße Schwenkkolbenmotor einen einfachen Aufbau, er besteht aus nur wenigen Einzelteilen, was eine einfache und kostengünstige Herstellung und Montage begünstigt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Bei der Weiterbildung nach Anspruch 3 ist auch die die kleinere Druckfläche aufweisende zweite Kolbenpartie in Art eines Hebelarmes ausgebildet, der bei Schwenken des Kolbens in einer am Gehäusedeckel vorgesehenen Auswölbung läuft. Um auch hier in den beiden maximalen Endlagen eine Abdichtung innerhalb der Auswölbung zu gewährleisten, ist das freie Ende dieser zweiten Kolbenpartie in Umfangsrichtung verbreitert, so daß in den Endlagen immer zumindest ein Endbereich- der Dichtpartie an der Mantelfläche der Auswölbung anliegt. Die Abdichtung kann im Zusammenhang mit der Weiterbildung nach Anspruch 2 noch sicherer gestaltet werden, da hier die Dichtkanten optimalen Dichtkontakt hervorrufen.
Bei der Weiterbildung nach Anspruch 6 ist der Schwenkkolben praktisch als einarmiger Hebel ausgebildet, wobei allerdings die diesem Hebel gegenüberliegende Partie der Buchse, die die zweite Kolbenpartie bildet, ebenfalls als - allerdings kurzer - Hebelarm wirkt. Bei dieser Ausführungsform ist eine Wölbung der Dichtgegenfläche nicht notwendigerweise erforderlich, da man die Abdichtung durch Dichtkontakt zwischen dem zylindrischen Buchsenmaterial und der gegenüberliegenden Deckeldichtung vornehmen kann.
Die Weiterbildungen gemäß den Ansprüchen 10 und 11 erlauben Einstellungen einer großen Zahl verschiedener Schaltdrehwinkel, vorzugsweise stufenlos.
Die Erfindung wird mit ihren Vorteilen anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen :

Figur 1 eine erste Bauform des erfindungsgemäBen Schwenkkolbenmotors in einer schematischen Draufsicht ;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses einer zweiten Bauform des erfindungsgemäsen Schwenkkolbenmotors ;
Figur 3 einen Längsschnitt durch diesen Schwenkkolbenmotor ;
Figur 4 eine Vorderansicht des Schwenkkolbenmotors mit Blick in Richtung IV von Fig. 3 ;
Figur 5 eine Einzelheit von Fig. 4 mit Schnitt entlang der Linie V-V in Draufsicht.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäBen Schwenkkoibenmotors. Dieser besitzt ein Gehäuse 1 und eine in dem Gehäuse 1 drehbar gelagerte Welle 2. Die Welle 2 wird mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Druckmediums angetrieben und in eine hin und her drehende Bewegung versetzt, wobei der Schaltwinkel der Welle 2 in bestimmten Grenzen vorgegeben werden kann. Der Antrieb erfolgt über einen Schwenkkolben 3, der drehfest mit der Welle 2 verbunden ist. Der Schwenkkolben 3 teilt in dem Gehäuse 1 zwei Arbeitsräume 4, 5 ab. In jeden der Arbeitsräume 4, 5 mündet ein Anschluß 6 für das Druckmedium. Wird mittels einer nicht näher dargestellten Steuerschaltung der Arbeitsraum 4 auf der einen Seite des Schwenkkolbens 3 druckbeaufschlagt und der andere Arbeitsraum 5 druckentlastet, so erfolgt eine Drehbewegung des Schwenkkolbens 3, der die Welle 2 mitnimmt entgegen dem Uhrzeigersinn. Für eine Gegenbewegung wird die Druckmittelzufuhr umgesteuert, so daß sich die Druckmittelbeaufschlagung und -entlastung der Arbeitsräume 4, 5 umkehrt. Es .erfolgt eine Drehung der Welle 2 in Gegenrichtung. Die Welle 2 ist aus dem Gehäuse 1 herausgeführt, und sie erlaubt ein Ankoppeln einer beliebigen Last, die somit motorgetrieben gedreht wird. Der Drehwinkel des Schwenkkolbens 3 bzw. der Welle 2 ist konstruktiv begrenzt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der maximale Drehwinkel 180°, was sich für viele praktische Anwendungsfälle ausgezeichnet bewährt hat. Die Drehwinkelbegrenzung erfolgt durch Endanschläge 7, die an das Gehäuse 1 angeformt oder fest mit dem Gehäuse 1 verbunden sind und in der Bewegungsbahn des Schwenkkolbens 3 liegen. Der Schwenkkolben 3 läuft auf die Endanschläge 7 auf und erreicht dadurch um 180° versetzte Endlagen in dem Gehäuse 1, von denen eine in Fig. 1 rechts dargestellt ist. Abgesehen von diesen Endanschlägen 7, ist erfindungsgemäß wenigstens ein in Fig. 1 nicht näher dargestellter Festanschlag vorhanden, der es erlaubt, nach Belieben einen kleineren Drehwinkel einzustellen als 180°.
Der Schwenkkolben 3 gemäß Fig. 1 hat die Gestalt eines zweiarmigen Hebels, dessen Lager von der Welle 2 gebildet wird. Die Länge der von der Welle 2 abgeteilten Hebelarme ist dabei sehr unterschiedlich. Auf der einen Seite der Welle 2 steht radial ein Flügel 8 des Schwenkkolbens 3 ab, der eine relativ große Länge hat und den gaz überweigenden Teil der wirksamen Kolbenfläche bietet. Auf der gegenüberliegenden Seite der Welle 2 befindet sich ein kurzer Ansatz 9 des Schwenkkolbens 3, der nur die Funktion hat, die Abdichtung der Arbeitsräume 4, 5 zu vervollständigen. Bei einer Druckbeaufschlagung der Arbeitsräume 4, 5 wirkt über den Ansatz 9 ein Drehmoment auf die Welle 2, das dem über den Flügel 8 ausgeübten Antriebsdrehmoment entgegengerichtet ist. Ein solches Gegendrehmoment ist natürlich unerwünscht, und man wird deshalb bestrebt sein, die Kolbenfläche des Flügels 8 sehr groß und die des Ansatzes 9 möglichst vernachlässigbar klein zu gestalten. Theoretisch ideale Kraftverhältnisse ergeben sich bei einer Welle 2 sehr geringen Durchmessers und einem Schwenkkolben 3 in Gestalt eines einarmigen Hebels, der einseitig von der Drehachse 10 der Welle 2 absteht. Praktisch muß aber natürlich die Welle 2 aus Stabilitätsgründen eine gewisse Dicke aufweisen, so daß sich stets eine Angriffsfläche für dem Antrieb entgegengerichtete Druckkräfte bietet. Die Abdichtung der Arbeitsräume 4, 5 an der Welle 2 selbst ist prinzipiell zwar möglich, bringt aber einen erheblichen konstruktiven Aufwand mit sich, und auch die Befestigung zwischen Welle 2 und Schwenkkolben 3 ist wesentlich einfacher, wenn man nicht die Lösung eines einarmigen Schwenkkolbens 3 wählt, sondern die Welle 2 den Schwenkkolben 3 durchsetzen läßt. Man nimmt dabei zwar ein gewisses Gegendrehmoment in Kauf, das die Antriebskraft des Schwenkkolbenmotors mindert, doch bleibt bei entsprechender Dimensionierung des Ansatzes 9 die resultierende Beeinträchtigung gering.
Der Flügel 8 und der Ansatz 9 laufen bei einer Drehbewegung des Schwenkkolbens 3 jeweils dichtend an kreiszylindrischen Mantelflächen des Gehäuses 1 ab. Die Mantelflächen 11, 12 sind koaxial bezüglich der Drehachse 10 der Welle 2 angeordnet, und die dem Flügel 8 zugeordnete Mantelfläche 11 hat einen wesentlich größeren Durchmesser als die den Ansatz 9 abdichtende Mantelfläche 12. Die Mantelflächen 11, 12 sind in Gegenrichtung gewölbt, und sie liegen mit ihrer Öffnung einander diametral gegenüber. Die Winkelerstreckung der Mantelflächen 11, 12 entspricht im wesentlichen dem maximalen Drehwinkel des Schwenkkolbens 3, d. h. in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 180°. Kleinere Abweichungen ergeben sich aufgrund der Dicke des Schwenkkolbens 3 und der Gestaltung seiner Dichtungen. Man erkennt am Ende des Flügels 8 einen Dichtkörper 13, der beide Seitenwände 14 und die Stirnfläche 15 des Flügels 8 abdeckt. Dieser Dichtkörper 13 läuft mit zwei seitlich überstehenden Lippen 16 auf der Mantelfläche 11, die sich über etwas mehr als 180° erstreckt, um dem Dichtkörper 13 auch in den Endlagen des Schwenkkolbens 3 eine dichtende Anlage zu ermöglichen. Umgekehrt erstreckt sich die dem Ansatz 9 zugeordnete Mantelfläche 12 über einen Winkel von etwas weniger als 180°. Sie ist im Bereich zwischen den Endanschlägen 7 vorgesehen, und der Ansatz 9 ist mit einem Dichtkörper 17 belegt, der in den Endlagen des Schwenkkolbens 3 zwischen die Anschläge 7 ragt. Der Dichtkörper 17 hat eine sich von der Welle 2 weg aufweitende Glockenform, und erträgt auf seiner radialen Außenseite drei symmetrisch angeordnete Dichtlippen 18, 18', 18". Während in Zwischenstellungen des Schwenkkolbens 3 alle Dichtlippen 18, 18', 18" an der Mantelfläche wirksam sind und mit der Dichtgegenfläche zusammenarbeiten, dichtet in den Endlagen nur diejenige Dichtlippe ab, die seitlich vor dem Schwenkkolben 3 auf die Mantelfläche 12 hin am weitesten auslädt. Der Schwenkkolben 3 ist weiterhin in nicht näher dargestellter Weise auch gegen zwei ebene Böden abgedichtet, die in der Zeichenebene liegen und das Gehäuse 1 nach oben und unten hin begrenzen.
Die äußere Kontur des Gehäuses 1 folgt im wesentlichen dem Verlauf der Mantelflächen 11, 12, an denen der Scwhenkkolben 3 abgedichtet läuft. In dem Arbeitsbereich des Flügels 8 hat auch der Außenmantel 19 des Gehäuses 1 einen halbkreisförmigen Grundriß. In dem gegenüberliegenden Bereich wurde hingegen für die Außenseite des Gehäuses 1 ein dreieckiger Grundriß gewählt, wobei die Schenkel des Dreiecks einen stumpfen Winkel einschließen und die dem Ansatz 9 zugeordnete, kreiszylindrische Mantelfläche 12 zwischen sich aufnehmen. Das Gehäuse 1 ist bezüglich der so definierten Grundfläche zylindrisch, wobei die Erzeugende des Zylinders senkrecht zu der Zeichenebene in Fig. 1 steht. Die Höhe des Gehäuses läßt sich entsprechend der gewünschten Kolbenfläche variieren ; im Interesse eines hohen Antriebsdrehmoments bevorzugt man aber eine flache Gehäusebauform, bei der die Höhe des Gehäuses 1 kleiner ist als die radiale Erstreckung des Schwenkkolbens 3. Der beschriebene Schwenkkolbenmotor baut sichtlich äußerst kompakt, und man erhält, bezogen auf die Gehäusegröße, ein bemerkenswert hohes Antriebsdrehmoment. Besondere herstellungstechnische Vorteile ergeben sich, wenn man das Gehäuse 1 in einer bei 20 angedeuteten Trennebene in eine halbzylindrische Schale 21 und einen Deckel 22 teilt. Die Aufteilung ist dabei so gewählt, daß die Schale 21 die dem Flügel 8 zugeordnete Mantelfläche 11 enthält und der Deckel 22 die den Ansatz 9 abdichtende Mantelfläche 12. Man vermeidet dadurch Gehäusefugen im Dichtbereich des Schwenkkolbens 3 und gewährleistet überdies eine sehr einfache Montage des erfindungsgemäßen Drehantriebs. Fertigt man gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Schale 21 und/oder den Deckel 22 einstückig in einem spanlosen Herstellungsverfahren z. B. aus Kunststoff oder Zinkdruckguß, so kann man die Teile an der Trennebene 20 entformen, wobei die Lauffläche des Schwenkkolbens 3 völlig gratfrei ist und keinerlei Nachbearbeitung erforderlich macht. Diese Bauform bringt also sehr niedrige Gestehungskosten mit sich.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmotors in näheren technischen Einzelheiten dargestellt. Fig. 2 zeigt zunächst eine etwas abgewandelte Form des Gehäuses 1. Dieses besteht wiederum aus einer Schale 21 und einem diese Schale 21 verschließenden Deckel 22. Die Schale 21 besitzt eine halbkreiszylindrische Partie 23, deren Zylinderachse mit der Drehachse der Welle 2 zusammenfällt. Die Welle 2 ist in Lagerbuchsen 24 aufgenommen, die an die Schale 21 angeformt sind. Sie ragt beidendig aus der Schale 21 heraus, wobei ein freies Ende 25 zum Ankoppeln einer nicht dargestellten Last dient. Am anderen Ende der Welle 2 ist eine Anschlagvorrichtung 26 vorgesehen, die es erlaubt, den Drehwinkel des Schwenkkolbens 3 bzw. der Welle 2 einzustellen. An die halbkreiszylindrische Partie 23 schließt sich zum Deckel 22 hin ein Fortsatz 27 der Schale 21 an. Dieser ist einstückig und mit glattem Übergang .an die Schale 21 angeformt. Er verleiht dieser insgesamt einen Grundriß in Gestalt eines abgeschnittenen Ovals, bezüglich dessen die Schale 21 im wesentlichen zylindrisch ist.
Der Mantel 28 der Schale ist im Bereich der halbkreiszylindrischen Partie 23 sowie seitlich an dem Fortsatz 27 geschlossen. Hingegen ist die der halbkreiszylindrischen Partie 23 abgewandte, ebene Rückseite der Schale 21 offen, so daß von dieser Seite her ein Einbau des Schwenkkolbens 3 erfolgen kann. Nach erfolgter Montage des Schwenkkolbens 3 wird die Öffnung mittels des Deckels 22 verschlossen.
Schale 21 und Deckel 22 werden in noch näher beschriebener Weise mittels eines Bandes verspannt, das um den Mantel 28 der Schale 21 gelegt wird. Das Band wird mittels zweier Zuganker an dem Deckel 22 befestigt; man erkennt insofern in Fig. 2 zwei Montagebohrungen 29 in dem Deckel 22. Die Montagebohrungen 29 liegen auf der Höhe des Mantels-28, und sie nehmen die - Zuganker von der Rückseite des Deckels 22 her auf.
Fig. 3 zeigt den Schwenkkolbenmotor im Schnitt, wobei das freie Ende 25 der Welle 2 nunmehr nach unten ragt. Dieses Ende trägt einen sich in Axialrichtung erstreckenden, vorspringenden Mitnehmer 30, der dem Ende 25 eine unrunde Form verleiht. An diesen Mitnehmer 30 kann gegebenenfalls über Zwischenstücke u. ä. in bequemer Weise eine Last angekoppelt werden. Die Welle 2 ist passend in den Lagerbuchsen 24 aufgenommen, wobei in einer Lagerbuchse 24 eine Führungshülse 31 vorgesehen ist. Die Einschubtiefe der Welle 2 in das Gehäuse 1 ist mittels eines Bunds 32 begrenzt, der stirnseitig an einer der Lagerbuchsen/24 zu liegen kommt, und an der gegenüberliegenden Gehäuseseite ist die Welle 2 über die Anschlagvorrichtung 26 unverlierbar gegen das Gehäuse 1 abgestützt.
Der Schaft der Welle 2 ist auf einem Teil seiner Länge mit einer in axialer Längsrichtung verlaufenden Mantelverzahnung 34 versehen, die in Fig. 3 ungeschnitten in Draufsicht zu erkennen ist. Es ist eine Stufenverzahnung gewählt, deren Zahnflanken im wesentlichen radial verlaufen. Die Mantelverzahnung 34 dient zu einer verdrehsicheren Verbindung zwischen der Welle 2 und dem Schwenkkolben 3 sowie einer Scheibe 35 der Anschlagvorrichtung 26. Die Welle 2 ragt an der ihrem freien Ende 25 abgewandten Seite mit einem verzahnten Abschnitt aus der Lagerbuchse 24 des Gehäuses 1 heraus. Die Scheibe 35 weist auf dem Umfang einer mittigen Bohrung eine passende Gegenverzahnung auf, vermittels derer sie sich formschlüssig auf die Welle 2 aufstecken läßt. Die Scheibe 35 kommt dabei stirnseitig an der Lagerbuchse 24 zu liegen, und sie wird in dieser Montagestellung vermittels eines Sicherungsrings 36 auf dem Schaft der Welle 2 arretiert. Der Sicherungsring 36 fällt nach Art eines Sprengrings in eine Umfangsnut auf dem Mantel der Welle 2 ein. Abgesehen von der verdrehsicheren Verbindung zwischen Welle 2 und Scheibe 35 wird so zugleich eine unverlierbare Lagerung der Welle 2 in dem Gehäuse 1 erzielt.
Die Scheibe 35 trägt wenigstens einen Anschlagkörper 37 (vgl. Fig. 4), der auf der Scheibe 35 winkelverstellbar ist. Der Anschlagkörper 37 kann insbesondere eine tortenstückartige Gestalt haben, d. h. an seinen der Welle 2 zu- bzw. abgewandten Seiten durch Kreiszylinder-Mantelflächen und seitlich durch Radialebenen begrenzt sein. Der Anschlagkörper 37 läuft zur Drehwinkelbegrenzung des erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmotors auf einen gehäusefesten Gegenanschlag 38 (vgl. Fig. 3). Der Gegenanschlag 38 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an dem Deckel 22 angeformt. Der Gegenanschlag 38 hat dieselbe Tortenstückform wie die Anschlagkörper 37. Im Prinzip genügt ein einziger Anschlagkörper 37, um den Drehwinkel des erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmotors einzustellen ; es wird aber eine Anordnung mit zwei, den Drehwinkel beidendig begrenzenden Anschlagkörpern 37 bevorzugt, wobei letztere auf einander gegenüberliegenden Seiten des Gegenanschlags 38 laufen.
Zur Einstellung der Anschlagkörper 37 ist auf der Scheibe 35 je ein Langloch ausgenommen, das zentrisch zu der Drehachse 10 der Welle 2 verläuft. Die Anschlagkörper 37 bestehen aus zwei gegeneinander verstellbaren Backen 40, die im aufgesetzten Zustand beidseits von der Scheibe 35 zu liegen kommen. Der erforderliche Freiraum an der Unterseite 41, d. h. der dem Gehäuse 1 zugewandten Seite der Scheibe 35 wird dabei durch ihre Anordnung auf der abstehenden Lagerbuchse 24 gewährleistet. Der Freiraum wird nur im Bereich des Gegenanschlags 38 eingeschränkt, der bis dicht vor die Unterseite 41 der Scheibe 35 ragt. Der an dieser Unterseite 41 anliegende Backen 40 der Anschlagkörper 37 trägt eine Gewindebohrung, die mit dem Langloch 39 in der Scheibe 35 fluchtet. Von der Oberseite 42 der Scheibe 35 greift in diese Gewindebohrung eine Schraube 43 ein, die in dem anderen Backen 40 ein Widerlager hat und den Anschlagkörper 37 auf die Scheibe 35 klemmt. Der Anschlagkörper 37 läßt sich in dem Langloch 39 kontinuierlich verstellen, wodurch sich eine stufenlose Einstellmöglichkeit für den Drehwinkel des Schwenkkolbenmotors ergibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Scheibe 35 mit den Anschlagkörpern 37 mittels einer an der Welle 2 gehalterten, mitdrehenden Haube 44 überdeckt. Diese Haube 44 sorgt für einen glatten Abschluß des Gehäuses 1 nach außen, und sie schützt zugleich die Anschlaganordnung 26 vor Verschmutzung und vor anderen, sich versehentlich in die Bewegungsbahn der Anschlagkörper 37 legenden Gegenständen. Die Haube 44 übergreift mit Abstand die Scheibe 35, so daß Platz für die Anschlagkörper 37 bleibt. Sie läuft mit einem geringen Spalt über die Oberfläche des Gehäuses 1, und zum Befestigen an der Welle ist die Haube 44 mit einer zentrischen Eisenkung 45 versehen, in die sich eine Schraube 46 einschrauben läßt. Die Schraube 46 kommt mit einer Sackgewindebohrung zum Eingriff, die zentrisch und axial in der Welle 2 vorgesehen ist. Für eine verdrehsichere Anlage zwischen Welle 2 und Haube 44 kann überdies eine Verrastung nach dem Prinzip von Nut und Feder vorgesehen sein. Vorzugsweise ist auf dem Innenmantel der Haube 44 ein nicht näher dargestellter Zahn o. ä. ausgeformt, der formschlüssig in eine passende Kerbe am äußeren Umfang der Scheibe 35 einfällt.
Wie man in Fig. 4 erkennt, ist die Haube 44 an ihrer Oberseite mit Durchbrechungen 47 versehen, die den Durchgriff eines Werkzeugs zum Verstellen der Anschlagkörper 37 ermöglichen. Die Durchbrechungen 47 können beispielsweise dem Verlauf der Langlöcher 39 auf der Scheibe 35 folgen, d. h.. kreisbogenförmig um das Drehzentrum der Haube 44 liegen. Auch andere Formen für die Durchbrechungen 47 sind aber möglich. Die Durchbrechungen 47 gestatten es, mit einem Schraubenzieher an den Kopf der Schrauben 43 zu gelangen, vermittels derer die Anschlagkörper 37 auf die Scheibe 35 aufgeschraubt sind. Die Schrauben 43 können gelöst, die Anschlagkörper 37 auf der Scheibe 35 verstellt und die Schrauben 43 wieder festgezogen werden.
Man erkennt in Fig. 3 wiederum den zweiteiligen Aufbau des Gehäuses 1 aus einer Schale 21 und einem die Schale 21 abschließenden Deckel 22. Der Schwenkkolben 3 läuft mit dem überwiegenden Teil der Kolbenfläche in der Schale 21, und er ist sowohl gegen die Schale 21 als auch gegen den Deckel 22 abgedichtet. Der Schwenkkolben 3 besteht im einzelnen aus einer unverdrehbar auf die Welle 2 aufziehbaren Buchse 49 und einem daran angeformten, radial abstehenden Flügel 50. Die Buchse 49 trägt auf ihrem Innenmantel eine in Axialrichtung verlaufende Gegenverzahnung, die auf die Verzahnung an der Welle 2 paßt. Die Gegenverzahnung ist also in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls stufenförmig konturiert, wobei die Zahnflanken im wesentlichen radial verlaufen. Der Schwenkkolben 3 läßt sich mit dieser verzahnten Buchse 49 auf die Welle 2 aufstecken, und er ist dann unverdrehbar mit der Welle 2 verbunden.
Der Schwenkkolben wird gegen die Schale 21 mittels einer Dichtung 51 abgedichtet. Diese Dichtung 51 belegt den Außenrand des Flügels 50, und sie ist weiterhin im Bereich der Buchse 49 rund um die Welle 2 gelegt. Die Buchse 49 ist zu diesem Zweck an ihren beiden axialen Stirnseiten mit einer umlaufenden Ringstufe versehen, die die Dichtung 51 aufnimmt. Die Dichtungspartien an den Stirnseiten der Buchse 49 stehen über die Dichtungspartie auf dem Außenrand des Flügels 50 miteinander in Verbindung. Vorzugsweise ist die ganze Dichtung 51 einstückig gefertigt und formschlüssig an der Oberfläche des Schwenkkolbens 3 festlegbar. Die Dichtung 51 kann insbesondere auf den Schwenkkolben 3 aus Kunststoff aufgespritzt werden.
Der Schwenkkolben 3 ist weiterhin in seinem wellennahen Bereich gegen den Deckel 22 abgedichtet. Im einzelnen läuft die Buchse 49 mit dem dem Flügel 50 abgewandten Teil ihres Mantels auf einem Bauteil 52, das an dem Deckel 22 angebracht ist und als Dichtgegenfläche für die Dichtlippen 18, 18', 18" an der dem Arm 9 entsprechenden Partie dient. Man erkennt, daß auf diese Art eine allseitige Abdichtung des Schwenkkolbens 3 und eine vollständige Abdichtung der Arbeitsräume 4, 5 im Inneren des Gehäuses 1 gewährleistet ist. Das Bauteil 52 zwischen Schwenkkörper 3 und Deckel 22 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen die Schale 21 und den Deckel 22 gespannt. Es sitzt mit einem flanschartigen Abschnitt 53 in einer Nut des Deckels 22 ein und bedeckt dabei den Boden und die innenliegende Begrenzungswand der Nut. Zwischen der außenliegenden Begrenzungswand der Nut und dem Bauteil 52 bleibt dagegen ein Zwischenraum, in den sich der - Rand 54 der Schale 21 einsetzen läßt. Der Rand 54 der Schale 21 preßt das Bauteil 52 in die Nut, wobei die Eingriffstiefe der Schale 21 in die Nut durch eine Stufe 55 auf dem Außenrand ihrer Stirnfläche begrenzt ist. Vermittels dieser Stufe 55 kommt die Schale 21 mit dem Deckel 22 in eine bündige Anlage.
Zwischen den flanschartigen Abschnitten 53 des Bauteils 52 erstreckt sich ein Dichtungssteg 56, auf dem die Buchse 49 des Schwenkkolbens 3 mit ihren Dichtlippen abläuft. Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht es, ein und dasselbe Bauteil sowohl für die Abdichtung des Schwenkkolbens 3 als auch für die notwendige Abdichtung zwischen Schale 21 und Deckel 22 zu verwenden. In einer solchen Bauform erstreckt sich das Bauteil 52 mit seinem flanschartigen Abschnitt 53 über den ganzen Rand der Schale 51, und die das Bauteil 52 aufnehmende Nut in dem Deckel 22 ist der äußeren Form der Schale 21 im Bereich ihres Rands 54 entsprechend konturiert. Insbesondere kann die Nut eine ovale Gestalt haben.
Die Schale 21 und der Deckel 22 des Gehäuses 1 werden in einer formschlüssigen Verbindung miteinander verspannt. Hierdurch wird zugleich der nötige Preßdruck für das zwischenliegende Bauteil 52 bereitgestellt. Zum Verspannen dient ein Band 57, das vorzugsweise aus Stahl besteht. Das Band 57 ist zwischen zwei Stegen 58 aufgenommen, die parallel und im Abstand zueinander auf dem Außenmantel der Schale 21 ausgeformt sind. Es liegt zwischen diesen Stegen 58 versenkt, so daß das Gehäuse 1 nach außen hin eine glatte Oberfläche bietet. Das Band 57 ist mittels zweier Zuganker 59 (vgl. Fig. 5) beidendig am Deckel 22 gehaltert. Die Zuganker 59 enthalten je einen Zapfen 60, der an dem Ende des Bands 57 festgelegt wird. Der Zapfen 60 kann mit dem Band 57 beispielsweise verlötet und insbesondere hartverlötet werden. Das dem Band 57 abgewandte Ende des Zapfens 60 ist in einer abgestuften Gehäusebohrung 61 des Deckels 22 aufgenommen. Der Zapfen 60 trägt ein Außengewinde, und auf diesem Außengewinde kann eine Mutter 62 verschraubt werden, die sich gegen eine Stufe 63 der Gehäusebohrung 61 abstützt. Die Mutter 62 liegt an der der Schale 21 abgewandten Seite des Deckels 22 in der Gehäusebohrung 61 versenkt. Ein Drehen der Mutter 62 mittels eines geeigneten Betätigungswerkzeugs führt zu einer axialen Versetzung des Zapfens 60, der seinerseits über das Band 57 unverdrehbar an dem Gehäuse 1 anliegt ; hierdurch wird das Band 57 gespannt. Durch die beidendige Aufnahme des Bands 57 in Zugankern 59 kann die Zugspannung gleichmäßig auf die Schale 21 und den Deckel 22 übertragen werden, und ein Verkanten dieser beiden Teile bei der Montage wird wirkungsvoll vermieden. Die erfindungsgemäße Bandverbindung der Gehäuseteile ist konstruktiv einfach, kostengünstig und besonders sicher. Insbesondere bei einem aus Metall, z. B. Zinkdruckguß, gefertigten Gehäuse kommen aber auch andere Formen der Verbindung in Betracht, beispielsweise durch ein Verschrauben.
Zurückkommend auf Fig. 3, erkennt man nochmais den Aufbau der Schale 21 aus einer im wesentlichen halbkreiszylindrischen Partie 23 und einem daran angeformten Fortsatz 27, der über eine die Drehachse 10 des Schwenkkolbens 3 enthaltende Zylindermittelebene übersteht und Führungshülsen 31, Lageraugen o. ä. Lagermittel, zur Aufnahme der Welle 2 trägt. Die Schale 21 ist im gesamten Dichtungs- und Arbeitsbereich des Schwenkkolbens 3 einstückig. Insbesondere treten im Laufbereich des Schwenkkolben-Flügels 50 keine Gehäusedichtstellen auf. Die Schale 21 kann stoß- und gratfrei aus Kunststoff oder Metallguß gefertigt werden, wobei das Entformen von der Offnung her erfolgt, die mit dem Deckel 22 verschlossen wird. Diese Form der Herstellung ist besonders kostengünstig, und sie hat den Vorteil, daß der Dichtungsbereich des Schwenkkolbens 3 keinerlei Nachbearbeitung bedarf. Die radiale Außenseite der Schale 21 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel abgerundet, nur der das Band aufnehmende Mantelbereich zwischen den Stegen 58 bietet eine ebene Anlagefläche. Der Flügel 50 des Schwenkkolbens 3 ist der Kontur der Schale 21 entsprechend oval profiliert. Der Deckel 22 ist im wesentlichen eben. Er trägt zwei in den Abbildungen nicht näher dargestellte Anschlüsse für das Druckmedium, die in jeweils einen der von dem Schwenkkolben 3 abgeteilten Arbeitsräume 4, 5 münden.
Der erfindungsgemäße Schwenkkolbenmotor ist im Aufbau äußerst kompakt, und er kommt mit einer sehr geringen Zahl von Einzelteilen aus. Die Montage des Schwenkkolbenmotors ist äußerst einfach. Man führt den Schwenkkolben 3 in die Schale 21 ein, steckt die Welle 2 durch die verzahnte Buchse 49 hindurch, montiert die Anschlagvorrichtung 26 und verschließt die Schale 21 mit dem Deckel 22. In einer abgewandelten Bauform ist auch ein Aufbau ohne Anschlagvorrichtung 26 ohne weiteres möglich, und weiterhin kann der Schwenkkolbenmotor in einfacher und vorteilhafter Weise mit integrierten Signalgebern für eine pneumatische oder elektrische Steuerung bestückt werden. Die stufenlose Einstellbarkeit des Schwenkbereichs sichert universelle Anwendungsmöglichkeiten als hydraulischer oder pneumatischer Drehantrieb. Bevorzugt wird ein einstellbarer maximaler Drehwinkel von 180°, wozu die einzelnen Bauelemente vorzugsweise auf einen Drehwinkel von geringfügig mehr als 180° ausgelegt werden, um einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen zu ermöglichen. Anwendungsbeispiele sind das Betätigen von Türen, Fenstern, Klappen wie z. B. Siloklappen und Beschlägen. Weiterhin kann der erfindungsgemäße Motor eine Vielzahl von Betätigungsbewegungen durchführen, z. B. in Förderanlagen Weichen stellen, Ventile öffnen und schließen, Schraubstöcke spannen und lösen u. a. m. Andere Möglichkeiten für den Schwenkkolbenmotor bestehen in Roboterarmen, Manipulatoren, Übergabe-, Wende- und Stempelstationen ; weiterhin können Rühr- und Biegevorrichtungen sowie Hebezeuge betrieben werden. Drehwinkelbegrenzte Rundschalttische können mit einem einzigen, erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmotor betrieben werden ; in einer bevorzugten Verwendung mehrerer, intermittierend arbeitender und über eine Freilaufkupplung an derselben Welle angreifender Schwenkkolbenmotoren kann aber auch ein langsam laufender Rundantrieb verwirklicht werden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten bestehen bei Harmonic-Linearantrieben, Scheibenwischerantrieben sowie in einer Verwendung als pneumatische Drehfeder.

Claims

1. Hydraulischer oder pneumatischer Schwenkkolbenmotor mit einem aus einer innen fugenlosen Schale (21) und einem diese verschließenden Deckel (22) bestehenden Gehäuse (1), mit einer in dem Gehäuse (1) drehbar gelagerten antreibbaren Welle (2) und mit einem drehfest mit der Welle (2) verbundenen Schwenkkolben (3), der als Hebel mit einer einen Hebelarm bildenden ersten Kolbenpartie (8 bzw. 50) mit größerer Druckfläche und einer eine kleinere Druckfläche bietenden zweiten Kolbenpartie (9 bzw. 49) ausgebildet ist und der in dem Gehäuse (1) zwei mit einem Druckmedium beaufschlagbare Arbeitskammern (4, 5) voneinander abteilt, die derart mit dem Druckmedium beaufschlagbar- sind, daß der Schwenkkolben (3) um einen durch eine Anschlagvorrichtung (7 bzw. 26) vorgegebenen Drehwinkel zwischen zwei Endlagen hin und her verschwenkbar ist, wobei die erste Kolbenpartie (8 bzw. 50) abgedichtet in der die Welle (2) in Umfangsrichtung umgebenden Schale (21) läuft und die zweite Kolbenpartie (9 bzw. 49) mit einer Dichtpartie (17 bzw. 51) mit einer am Deckel angeordneten Dichtgegenfläche (12 bzw. 52) zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Drehwinkel des Schwenkkolbens (3) in der Schale (21) 180° oder geringfügig mehr als 180° beträgt, daß die Lagerung der Welle (2) gänzlich in der Schale (21) angeordnet ist, und daß die an der zweiten Kolbenpartie (9 bzw. 49) angeordnete Dichtpartie (17 bzw. 51) sich in Umfangsrichtung mit Bezug auf die Welle (2) derart erstreckt, daß sie zumindest in den durch den maximalen Drehwinkel vorgegebenen Endlagen des Schwenkkolbens (3) mit ihrem dem jeweils druckbeaufschlagten Arbeitsraum (4 bzw. 5) zugewandten umfangsseitigen Endbereich (18) in diesen Arbeitsraum (4 bzw. 5) hineinragt und mit ihrem entgegengesetzten Endbereich (18') an der Dichtgegenfläche (12 bzw. 52) des Deckels (22) anliegt.

2. Schwenkkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der zweiten Kolbenpartie. (9) angeordnete Dichtpartie (17) mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Dichtkanten (18, 18', 18") aufweist, wobei zumindest in den durch den maximalen Drehwinkel vorgegebenen maximalen Endlagen des Schwenkkolbens (3) mindestens eine Dichtkante (18, 18', 18") mit der Dichtgegenfläche (52) am Gehäusedeckel (22) dichtend zusammenwirkt.

3. Schwenkkolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Kolbenpartie (8 bzw. 50) in einer Gehäuseauswölbung (11) der Schale (21) und die zweite Kolbenpartie (9) in einer am Deckel vorgesehenen Auswölbung (12) läuft, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Dichtpartie (17) versehene zweite Kolbenpartie (9) einen zweiten Hebelarm bildet, der an seinem freien Ende in Umfangsrichtung verbreitert ist.

4. Schwenkkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (21) eine im wesentlichen halbkreiszylindrische Partie (23) und einen daran angeformten Fortsatz (27) hat, der über eine die Drehachse des Schwenkkolbens enthaltende Zylindermitteiebene übersteht und Lagermittel zur Aufnahme der Welle trägt.

5. Schwenkkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkkolben (3) aus einer unverdrehbar auf die Welle (2) aufziehbaren, die zweite Kolbenpartie bildenden Buchse (49) und einem daran angeformten, radial abstehenden, die erste Kolbenpartie bildenden Flügel (50) besteht.

6. Schwenkkolbenmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der Buchse (49) rund um die Welle (2) und der Außenrand des Flügels (50) mit einer durchgehenden, vorzugsweise auf den Schwenkkolben (3) aufgespritzten Dichtung (51) belegt sind.

7. Schwenkkolbenmotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (2) auf ihrem Außenmantel eine in axialer Richtung verlaufende, z. B. stufenförmige Verzahnung (34), z. B. mit im wesentlichen radial verlaufenden Zahnflanken, trägt und die Buchse (49) auf ihrem Innenmantel mit einer passenden Gegenverzahnung versehen ist.

8. Schwenkkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (21) im Arbeitsbereich des Schwenkkolbens (3) stoß- und gratfrei einstückig, und vorzugsweise in einem spanlosen Herstellungsverfahren, gefertigt ist und dabei von der mit dem Deckel (22) zu verschließenden Öffnung her entformbar ist.

9. Schwenkkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (22) mittels eines Bandes (57) auf die Schale (21) aufspannbar ist, das mittels zweier Zuganker (59) beidendig an dem Deckel (22) gehaltert ist und z. B. zwischen zwei auf dem Mantel der Schale (21) ausgeformten Stegen (58) aufgenommen sein kann.

10. Schwenkkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagvorrichtung (26) eine drehfest mit der Welle (2) verbundene Scheibe (35) aufweist, auf der wenigstens ein auf einen gehäusefesten Gegenanschlag (38) treffender Anschlagkörper (37), evtl. auch zwei den Drehwinkel beidseitig begrenzende solche Anschlagkörper (37), winkelverstellbar angeordnet ist bzw. sind, wobei zweckmäßigerweise der bzw. die Anschlagkörper (37), in einem kreisförmigen Langloch (39) montiert sein kann bzw. können.

11. Schwenkkolbenmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (35) und/oder die Anschlagkörper (37) von einer an der Welle (2) gehalterten, mitdrehenden Haube (44) überdeckt werden, die z. B. mit Durchbrechnungen (47) versehen sein kann, die den Durchgriff eines Werkzeugs zum Verstellen der Anschlagkorper (37) ermöglichen.