-
Die
gattungsbildende
DE
102 43 696 B3 beschreibt einen Schwenkmotor, umfassend
einen mit einem Druckmittel gefüllten
Zylinder mit mindestens einer Rippe an seiner Innenwandung, wobei
innerhalb des Zylinders eine Motorwelle mit mindestens einem Flügel schwenkbar
gelagert ist, wobei innerhalb von mindestens zwei Ringräumen zwischen dem
Zylinder und der Motorwelle eine druckvorspannbare Dichtungsanordnung
vorliegt, die zusammen mit Scheibendichtungen innerhalb der Flügel und
der Rippen eine Arbeitskammer abdichtet, welche von dem Zylinder
mit der Rippe und der Motorwelle und dem Flügel zusammen mit endseitigen
Deckeln des Zylinders gebildet wird, wobei die Ringräume über einen
Druckausgleichskanal miteinander verbunden sind. Der Sinn des Druckausgleichskanals
besteht darin, dass sich in den Ringräumen für die Dichtungsanordnungen
keine Druckmittel mit unterschiedlichen Druckniveaus sammeln können, die eine
Längskraft
zwischen dem Zylinder und der Motorwelle erzeugen.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere konstruktive Ausgestaltung
für mindestens
einen Druckausgleichskanal innerhalb eines Schwenkmotors zu realisieren.
-
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass der Druckausgleichskanal zumindest auf einer Teillänge von
einer der Scheibendichtungen gebildet wird, die in einer Nut des
Flügels
und/oder der Rippe angeordnet ist.
-
Der
große
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass für die Herstellung des Druckausgleichskanals
ein deutlich geringerer Fertigungsaufwand an der Motorwelle betrieben
werden muss, als es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
-
Bei
einer ersten Variante wird der Druckausgleichskanal von einer in
Längsrichtung
der Scheibendichtung verlaufenden Nut gebildet wird. Man kann den
Druckausgleichskanal über
die gesamte Länge
der Scheibendichtung verlaufen lassen, so dass ein unmittelbarer
Anschluss der Scheibendichtung an die besagten Ringräume für die ringförmigen Dichtungsanordnungen
besteht.
-
Alternativ
kann man aber auch vorsehen, dass die Ringräume für die Dichtungsanordnung über eine
Stichkanal mit dem Druckausgleichskanal verbunden sind, wobei der
Stichkanal unmittelbar an den Enden, entweder an der Unterseite
oder der Stirnseite der Dichtungsanordnung oder in einem Abstand
zum äußeren Ende
der Scheibendichtung in den Druckausgleichskanal mündet.
-
Bei
einer unmittelbaren Anbindung des Ringraums an den Druckausgleichskanal
ist der Ringraum über
einen Radialkanal mit dem Druckausgleichskanal verbunden.
-
Dabei
wird der Radialkanal z. B. von einer Prägung gebildet. Ein geprägter Radialkanal
lässt sich
sehr leicht und mit großer
Präzision
herstellen.
-
Bei
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist
die Scheibendichtung Queröffnungen
auf, die durch Seitenfüllstücke endseitig
in Abhängigkeit
der Anströmungsrichtung
verschließbar
sind. Die Queröffnungen
sollen den Druck in den Ringräumen über den
Druckausgleichskanal in einen Arbeitsraum abführen. Die Seitenfüllstücke übernehmen
dabei die Funktion eines Rückschlagventils,
indem sie in Abhängigkeit
der Anströmrichtung
eine direkte Strömungsverbindung
zwischen Arbeitsräumen unterschiedlichen
Momentandrucks verhindern.
-
Prinzipiell
ist es nicht einfach, eine Nut mit einer über die gesamte Breite vollständig ebene
Nutgrundfläche
zu fertigen. Übergangsradien
zu den Nutseitenwänden
sind notwendig, um Kerbspannungen zu vermeiden. Folglich können sich
Lageungenauigkeiten der Seitenfüllstücke bezogen
auf die Queröffnungen
einstellen. Diese Probleme lassen sich dadurch umgehen, indem die
Queröffnung
im Bereich der dynamischen Dichtfläche der Scheibendichtung ausgeführt ist.
Die dynamische Dichtfläche steht
per Definition stets in Reibkontakt mit dem zur Scheibendichtung
sich relativ beweglichen Bauteil.
-
Die
Möglichkeit
des Druckabbaus aus dem Druckausgleichskanal wird dadurch gefördert, dass der
Druckausgleichskanal von einer zwischen den Ringräumen umlaufenden
Nut der Scheibendichtung gebildet wird. Das unter Druck stehende
Medium aus den Ringräumen
kann über
den auch in den Stirnflächen
der Scheibendichtung vorhandenen Druckausgleichskanal in Richtung
der dynamischen Dichtfläche
abfließen
und weiter in einen Arbeitsraum entweichen.
-
Bei
einer Alternativvariante ist die Scheibendichtung aus einem ringförmigen Dichtkörper in
Verbindung mit einem Kernstück
ausgeführt,
wobei der Dichtkörper
mindestens eine Verbindungsöffnung zwischen
seiner Außen-
und seinem Innenwandung aufweist und ein Spalt zwischen der Scheibendichtung
und einem Seitenfüllstück an die
Verbindungsöffnung
angeschlossen ist, so dass der Spalt zusammen mit der Verbindungsöffnung den
Druckausgleichskanal bildet.
-
Der
Vorteil dieser Ausführungsform
besteht darin, dass nur ein sehr kurzer Druckausgleichskanal in
den Dichtkörper
eingeformt werden muss. Der größte Teil
des Druckausgleichskanals ergibt sich durch den besagten Spalt.
-
Gemäß eines
vorteilhaften Unteranspruchs weist die Scheibendichtung ein Doppel-T-Querschnittsprofil
auf. Die Scheibendichtung verfügt
allein aufgrund des besonderen Querschnittsprofils über eine
Festigkeit, die die Handhabung während
des Montageablaufs deutlich vereinfacht und zumindest einen direkten
Durchfluss verhindert.
-
Dabei
ist vorgesehen, dass seitlich von einem Vertikalsteg zwischen Querstegen
des Doppel-T-Querschnittsprofils der Scheibendichtung Vorspannmittel
angeordnet sind. Der Vertikalsteg und die beiden Querstege bilden
Taschen, in denen die Vorspannmittel, z. B. Federscheiben, leicht
gehalten werden können,
ohne dass die Federscheiben bei der Montage wieder herausfallen.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung sind die Querstege in Richtung der
Nutenseitenwände
mit einem Profil versehen. Das Druckmedium kann über das Profil in die Nuten
innerhalb der Flügel
und Rippen für
die Scheibendichtung einströmen
und die Scheibendichtung druckabhängig in alle Richtungen vorspannen.
-
Ein
wesentlicher Fertigungs- und Kostenvorteil ergibt sich dadurch,
dass die Scheibendichtung aus einem spritzfähigen PTFE-Werkstoff besteht. Bislang
wurden ein Dichtungsrahmen der Scheibendichtung aus einem PTFE-Block
geschält
und anschließend
durch Stanzen und/oder mechanische Bearbeitung mit der gewünschten
Kontur versehen. Die Baugröße und die
mangelnde Eigenstabilität
des Dichtungsrahmen erschweren die erreichbare Genauigkeit des Dichtungsrahmens.
Des weiteren ist der Stanzabfall bei einer Scheibendichtung aus PTFE
sehr groß.
Mit der gespritzten Variante lassen sich vielfältige Konturen herstellen.
-
Anhand
der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
-
Es
zeigt:
-
1 – 3 Schnittdarstellungen
eines erfindungsgemäßen Schwenkmotors
-
4 – 6 Scheibendichtung
mit umlaufendem Druckausgleichskanal
-
7 – 11 Scheibendichtung
mit zusätzlichen
Queröffnungen
-
12 – 15 Scheibendichtung
mit Verbindungsöffnung
innerhalb der Stirnflächen
-
16 – 19 Scheibendichtung
mit Doppel-T-Querschnittsprofil
-
Die 1 zeigt
ein Aggregat in der Bauform eines Schwenkmotors 1 in einer
Längsschnittdarstellung
mit einem Zylinder 3, in dem eine Motorwelle 5 drehbar
gelagert ist. Mit dem Zylinder 3 sind endseitig Deckel 7 und 9 verschweißt. An der
Innenwandung 11 des Zylinders 3 sind zwei Rippen 13 (2)
angeordnet, die mit Flügeln 15 der
Motorwelle 5, dem Zylinder 3 und den Deckeln 7; 9 vier
Arbeitskammern 17; 19 bilden, wobei Arbeitskammern
mit gleicher Bezugsziffer über
ein Druckmittelverteilungssystem ausgehend von Hydraulikanschlüssen 21; 23 und Querkanälen 25; 27 innerhalb
der Motorwelle miteinander verbunden sind. Die Zahl der Arbeitskammern ist
abhängig
vom aufzubringenden Drehmoment und vom notwendigen Schwenkwinkel
des Schwenkmotors.
-
Innerhalb
der Flügel
und Rippen sind Dichtungen 31; 33 in der Bauform
von Scheibendichtungen eingelegt, die jeweils benachbarte Arbeitskammern
voneinander trennen.
-
Beide
Deckel 7; 9 bilden zusammen mit der Motorwelle 5 Ringräume 37; 39,
die Dichtungsanordnungen 41; 43 zur Abdichtung
der Arbeitskammern 17; 19 aufnehmen. Während der
Druckbeaufschlagung einer gemeinsamen Gruppe von Arbeitskammern,
z. B. 17 und einem vergleichsweise kleineren Druck in den
Arbeitskammern 19 wird ein sehr geringer Ölstrom in
die Ringräume 37; 39 gedrückt, da sich
durch die unterschiedliche Druckbeaufschlagung aus den Arbeitskammern
in Umfangsrichtung eine geringfügige
Deformation der Dichtungsanordnung einstellt und damit Druckmittel
aus den Arbeitskammern 17 mit einem hohen Druck in die
Ringräume 37, 39 eindringt.
Die insbesondere bei niedrigen Arbeitskammerdrücken nach Hochdruckphasen auftretenden
Druckmittelvolumen sind vergleichsweise sehr klein, doch könnte der
Fall eintreten, dass z. B. in dem Ringraum 37 ein größerer Momentandruck des
Druckmittels vorherrscht als im Ringraum 39. Damit keinesfalls
axial wirksame Verschiebekräfte
zwischen dem Zylinder 3 mit den Deckeln 7, 9 und
der Motorwelle 5 auftreten, sind beide Ringräume 37; 39 über einen
Druckausgleichskanal 45, s. 3, miteinander
verbunden.
-
Der
Druckausgleichskanal wird zumindest auf einer Teillänge von
den Scheibendichtungen 31; 33 gebildet, die in
einer Nut des Flügels
und/oder der Rippe angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel
wird der Druckausgleichskanal von einer in Längsrichtung der Scheibendichtung
verlaufenden Nut gebildet. Des weiteren sind die Ringräume 37; 39 über Stichkanäle 47; 49 in
der Motorwelle mit dem Druckausgleichskanal 45 verbunden,
wobei die Stichkanäle
in einem Abstand zum äußeren Ende
der Scheibendichtung 31 in den Druckausgleichskanal 45 münden.
-
Die 4 zeigt
einen Schwenkmotor 1 in der prinzipiellen Bauform gemäß 1.
Abweichend werden die Ringräume 37; 39 über Radialkanäle 51 mit
dem Druckausgleichskanal 45 verbunden, wie in der 5 vergrößert dargestellt
ist. Die Radialkanäle werden
z. B. von einer Prägung
gebildet. Dadurch kann der Druckausgleichskanal 45 in der
Dichtung mit einem vergleichsweise großen Querschnitt dimensioniert
werden, da eine gewünschte
Drosselfunktion innerhalb des Druckausgleichskanals von der Prägung erzeugt
wird. Die 6 zeigt eine Detailansicht einer
Scheibendichtung 31; 33 innerhalb einer Nut, Bei
dieser Lösung
umfasst die Scheibendichtung 31 einen Dichtungsrahmen 53 in
Verbindung mit mehreren nebeneinander angeordneten axial und radial
elastischen Füllstücken 55.
Beidseitig angeordnete Seitenfüllstücke 57; 59 komplettieren die
Scheibendichtungen.
-
Ein
weiterer Unterschied zur Ausführung nach
den 1 und 3 besteht darin, dass der Druckausgleichskanal 45 von
einer zwischen den Ringräumen 37; 39 umlaufenden
Nut der Scheibendichtung 31, 33 gebildet wird.
Auch in den endseitigen Stirnflächen 61, 63 der
Scheibendichtung ist der Druckausgleichskanal 45 ausgeführt.
-
Der
Schwenkmotor gemäß 7 entspricht bis
auf die Ausgestaltung des Druckausgleichskanals 45 der
Bauform nach 4. Abweichend ist, wie aus der 8 ersichtlich
ist, der Druckausgleichskanal 45 lediglich an einer Unter
und einer Oberseite der Scheibendichtung 31 ausgeführt. Innerhalb
der Scheibendichtung ist, wie aus der Zusammenschau der 7; 9; 10 und 11 erkennbar
ist, über
mindestens eine Queröffnung 65 ausgeführt. Die
Queröffnung 65 kann
sich über
die gesamte Breite der Scheibendichtung erstrecken und wird durch die
Seitenfüllstücke 57; 59 in
Abhängigkeit
der Anströmungsrichtung
verschlossen. Wenn beispielsweise in der Arbeitskammer 19 ein
größerer Momentandruck
herrscht als in der Arbeitskammer 17, dann wird der Dichtungsrahmen 53 ggf.
zusammen mit den Füllstücken 55 auf
das Seitenfüllstück 59 gedrückt, das
sich an der rechten Nutseitenwand abstützt. Inner halb des Druckausgleichskanals 45 liegt
etwa derselbe Druck vor, wie in der Arbeitskammer 17. Das
Füllstück 59 schwimmt
zwischen der rechten Nutseitenwand und dem Dichtungsrahmen mit den Füllstücken. Bei
einer Arbeitsdruckreduzierung kann sich der in den Ringräumen 37; 39 aufgebaute
Druck in die Arbeitskammer 19 abbauen, bevor sich der Dichtungsrahmen
mit den Füllstücken ebenfalls
in Richtung der linken Nutseitenwand bewegt. Die Füllstücke 57; 59 verhindern
eine direkte Querverbindung zwischen den Arbeitskammern 17; 19.
-
Die
Varianten nach den 4 bis 11 lassen
sich bezüglich
der Queröffnungen 65 sehr
vorteilhaft kombinieren. Dann ist es sinnvoll, die Queröffnung 65 im
Bereich der dynamischen Dichtfläche 67, s. 7,
auszuführen,
um die Funktion der Füllstücke als
Rückschlagventilelement
zu verbessern. Im Bereich der dynamischen Dichtfläche 67 treten
im Gegensatz zum Nutgrund keine Übergangsradien zwischen
dem Nutgrund und den Nutseitenwänden auf,
die ggf. die radiale Verschiebung der Füllstücke verursachen könnten.
-
Mit
den 12 bis 15 soll
eine weitere Ausführungsform
vorgestellt werden, bei der die Scheibendichtung aus einem ringförmigen Dichtkörper, z.
B. in der Ausgestaltung eines Dichtrahmens 53 gemäß der 6,
in Verbindung mit einem Kernstück
oder auch Füllstück 55 ausgeführt ist,
wobei der Dichtkörper 53 mindestens
eine Verbindungsöffnung 69 zwischen
seiner Außen-
und seiner Innenwandung aufweist, die über den Radialkanal 47 mit den
Ringräumen 37; 39 verbunden
ist. Die Breite der Nut innerhalb des Flügels oder der Rippe für die Scheibendichtung
ist größer als
die aus den Seitenfüllstücken und
dem Dichtungsrahmen zusammen mit den Füllstücken ge bildete Schichtung.
Deshalb stellt sich innerhalb der Nut ein geometrisch nicht exakt
bestimmbarer Spalt 71 innerhalb der Scheibendichtung und/oder
zwischen der Scheibendichtung und/oder den Seitenfüllstücken und/oder
zu den Nutenseitenwänden
ein, der wechselweise in Abhängigkeit
der Druckverhältnisse
in den Arbeitskammern 17; 19 vorliegt, und an
die Verbindungsöffnung
angeschlossen, so dass der sich über
die gesamte Länge der
Scheibendichtung erstreckende Spalt 71 zusammen mit den
Verbindungsöffnungen
den Druckausgleichskanal zwischen den Dichtungsanordnungen 37; 39 bildet.
Die Verbindungsöffnung
erstreckt sich nur auf einem sehr kurzen Weg und kann auch mit vergleichsweise
geringem Aufwand in den Dichtkörper
ausgeführt
werden. Wenn sich der Spalt 71 zwischen der Nutenseitenwand
und einem Seitenfüllstück bildet,
dann kann der Druckausgleichskanal auch an die jeweilige Arbeitskammer
angeschlossen sein.
-
Die
16 bis
19 beschreiben
eine Scheibendichtung
31;
33, die u. a. in einem Schwenkmotor
gemäß den vorgenannten
Figuren einsetzbar ist. Die Scheibendichtung
31;
33 weist
ein Doppel-T-Querschnittsprofil auf, das vollständig aus einem, insbesondere
spritzfähigen
PTFE-Werkstoff besteht. Hinsichtlich der Herstellung eines spritzfähigen PTFE-Werkstoffs
wird beispielhaft auf die
DE
41 12 248 A1 oder
DE
196 19 232 A1 . verwiesen. Es bestehen keinerlei Queröffnungen
innerhalb des Vertikalstegs. Des weiteren können die Querstege und der
Vertikalsteg eine derartige Breite einnehmen, dass für eine vernünftige Nutbreite
in den Rippen und Flügeln
keine Seitenfüllstücke verwendet
werden müssen.
-
Seitlich
von dem Vertikalsteg zwischen den Querstegen des Doppel-T-Querschnittsprofils
der Scheibendichtung sind Vorspannmittel angeordnet, beispielsweise
radial und/oder axial elastische Federscheiben. Auch die Stirnflächen 61; 63 der
Scheibendichtung erstrecken sich über die Breite der Querstege,
so dass beiderseits des Vertikalstegs Taschen vorliegen, in denen
die Federscheiben 55 eingeklemmt werden und während der
Montage auch nicht herausfallen können.
-
Wie
aus der 16 ersichtlich ist, sind die Querstege
in Richtung der Nutenseitewände
mit einem Profil 77 versehen. Das Profil besteht aus einer Anzahl
von Aussparungen, die keine Verbindung zu dem axial verlaufenden
Druckausgleichskanal 45 besitzen. Die Ausnehmungen dienen
dazu, Druckmedium in die Nuten für
die Scheibendichtung innerhalb der Rippen und Flügel einströmen zu lassen, damit das Druckmedium
die Vorspannung auf die Scheibendichtung druckabhängig unterstützt.
-
Die
Wahl des Dichtungsquerschnitts für
die Scheibendichtung ist unabhängig
von der Anwendung und der Ausgestaltung des Druckausgleichskanals.