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Die
Erfindung betrifft einen Schwenkmotor gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch
1.
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Die
DE 196 13 769 C2 beschreibt
einen Zweikreisdruckmediumsystem für eine aktive Fahrwerksregelung
unter Verwendung eines Schwenkmotors. Der Schwenkmotor ist beispielsweise
aus der
DE 44 42 223
C2 bekannt und besteht aus einem Zylinder und in Axialrichtung
verlaufenden Rippen. Innerhalb des Zylinders ist eine Motorwelle
mit Flügeln
parallel zu den Rippen drehbeweglich gelagert. Endseitige Deckel
verschließen
den Schwenkmotor, so dass die Motorwelle zusammen mit dem Zylinder Arbeitskammern
bildet, wobei jeweils benachbarte Arbeitskammern mit jeweils einem
anderen der vorhandenen Druckmediumanschlüsse verbunden ist. Ein Verbundsystem
innerhalb des Schwenkmotors dient der Druckmediumversorgung zwischen
den entsprechenden Arbeitskammern.
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Infolge
einer Druckversorgung übt
der Schwenkmotors auf den geteilten Stabilisator im Fahrwerk eine
Verdrehbewegung aus, die dafür sorgt,
dass der Fahrzeugaufbau nur eine begrenzte Wankbewegung ausführt. Dabei
treten Spitzendrücke
von ca. 180 bar auf. Diese Spitzendrücke können noch übertroffen werden, wenn bei
aktiviertem Schwenkmotor eine Einfederungsbewegung des Rades stattfindet.
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In
der
DE 196 13 769
C2 wird innerhalb des Druckmediumsystems ein Druckbegrenzungsventil verwendet,
das funktional zwischen der Druckversorgung und einem Schaltventil
angeordnet ist. Damit ist eine weitere Druckmediumleitung innerhalb
des Fahrzeugs notwendig, die eine potentielle Leckagestelle darstellen
kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es einen Schwenkmotor derart weiter
zu entwickeln, der die genannten Spitzendrücke dauerhaft aufnehmen kann.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass zwischen mindestens zwei Arbeitskammern die mit verschiedenen
Druckmediumanschlüssen
verbunden sind mindestens ein Druckbegrenzungsventil innerhalb des
Schwenkmotors angeordnet ist.
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Unabhängig von
der funktionalen Ausgestaltung des Druckversorgungssystems des Schwenkmotors
kann dieser auch Spitzendrücke überstehen, wobei
durch die kurze Anbindung eine sehr schnelle Reaktionszeit des Druckbegrenzungsventils
vorliegt.
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Bei
einem ersten Ausführungsbeispiel
ist das Druckbegrenzungsventil in einer Strömungsverbindung zwischen benachbarten
Arbeitskammern angeordnet. Zur Umsetzung des Prinzip sind mehrere Möglichkeiten
denkbar.
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So
kann die Strömungsverbindung
in einem Fußbereich
einer Rippe oder eines Flügels
ausgeführt
sein. Diese Lösung
benötigt
keine Änderungen an
den Scheibendichtungen.
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Alternativ
kann die Strömungsverbindung eine
Nut für
eine Scheibendichtung innerhalb einer Rippe oder eines Flügels kreuzen.
Der Vorteil besteht darin, dass eine Strömungsverbindung unterhalb des Flügels, insbesondere
bei einem großen
Motorwellendurchmesser in Verbindung mit einer kleinen Flügelhöhe schwierig
in der Herstellung ist, hingegen der Zugang für ein Werkzeug im Bereich der
Flügel schon
deutlich günstig
ist.
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Dazu
ist die Scheibendichtung mit einer Querverbindung ausgeführt. Der
Fertigungsaufwand für
die Scheibendichtung mit einer Querverbindung ist praktisch kostenfrei.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kommt ein Ventilkörper des
Druckbegrenzungsventils in der geschlossenen Position auf der Scheibendichtung
zur Anlage. Der Vorteil besteht darin, dass die Scheibendichtung
aus einem elastischen Werkstoff besteht und damit mit geringem Aufwand
eine ideale Sitzfläche
für den
Ventilkörper
zur Verfügung steht.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel steuert
das Druckbegrenzungsventil eine Strömungsverbindung zwischen den
Druckmittelverbundsystemen der Arbeitskammern. Der große Vorteil
besteht darin, dass zeitgleich alle Arbeitskammern über ein
einziges Druckbegrenzungsventil miteinander verbunden sind.
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Eine
konstruktive Möglichkeit
besteht darin, dass das Druckmittelverbundsystem von mindestens zwei
Querbohrungen innerhalb der Motorwelle gebildet wird und zwischen
diesen Querbohrungen die mindestens eine Strömungsverbindung ausgeführt ist.
Ein Strömungsverbindung
kann besonders vorteilhaft in der Mittelachse der Motorwelle ausgeführt sein.
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Des
weiteren besteht die Möglichkeit,
dass den beiden Druckmittelverbundsystemen ein drittes Druckmittelverbundsystem
parallel geschaltet ist und diese Druckmittelverbundsystem mit dem
Druckbegrenzungsventil in Wirkverbindung steht.
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Das
dritte Druckmittelverbundsystem wird von einer Ringnut zwischen
dem Zylinder und dem Deckel gebildet. Diese Form des Druckmittelverbundsystems
und der Strömungsverbindung
zwischen dem Druckmittelverbundsystem kann sehr einfach hergestellt
werden.
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Des
weiteren besteht die Möglichkeit,
dass mindestens eine Arbeitskammer über das Druckbegrenzungsventil
mit dem Druckmittelverbundsystem einer benachbarten Arbeitskammer
verbunden ist. Diese Variante lässt
sich besonders leicht herstellen, da man einfach eine Radialbohrung
zwischen zwei Flügeln
in Richtung einer Querbohrung vornimmt.
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Alternativ
kann man vorsehen, dass die Strömungsverbindung
für das
Druckbegrenzungsventil innerhalb der Nut für die Scheibendichtung verläuft.
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In
weiterer konstruktiver Ausgestaltung ist innerhalb der Nutseitenwand
der Nut für
die Scheibendichtung ein Rückschlagventil
angeordnet. Durch einen einfachen Räumvorgang kann der nötige Bauraum
für das
Rückschlagventil
geschaffen werden.
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Des
weiteren ist vorgesehen, dass das Rückschlagventil von einer Streifenfeder
in einer Nutseitenwand vorgespannt wird.
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Eine
Lösung
besteht darin, dass zwischen der Motorwelle und den Deckeln jeweils
eine vom Druck einer ersten Arbeitskammer vorgespannte Wellendichtung
in einem Ringraum angeordnet ist, wobei dieser Ringraum über das
Druckbegrenzungsventil mit einem zweiten Arbeitskammer verbunden ist,
wobei die beiden Arbeitskammern an verschiedenen Druckmediumanschlüssen gekoppelt
sind. Zumindest ein Teil der Strömungsverbindung
wird von dem Ringraum übernommen.
Die besonders hoch belasteten Bereich der Motorwelle werden nicht
geschwächt.
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Das
Druckbegrenzungsventil ist einem Deckel angeordnet, der sich im
Vergleich zur Motorwelle sehr viel einfacher bearbeiten lässt.
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Unabhängig von
dem Anbringungsort des Rückschlagventils
besteht dieses aus einem Ventilkörper
in Verbindung mit einer Feder und einem die Feder abstützenden
Element, z. B. einer Einschraubhülse.
Bei einem Rückschlagventil
im Deckel kann sich die Feder des Druckbegrenzungsventils an einer Rippe
des Zylinders abstützen.
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Damit
ein definierter Abfluss in den Arbeitskammer erfolgen kann, ist
die Rippe stirnseitig mit einer Nut für den Anschluss an einen Arbeitskammer ausgeführt.
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Anhand
der folgenden Figurenbeschreibung wird die Erfindung näher erläutert. Es
zeigt:
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1 Schwenkmotor
im Längsschnitt
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2 Schwenkmotor
nach 1 im Querschnitt
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3 - 6 Schwenkmotor
mit Druckbegrenzungsventil zwischen zwei benachbarten Arbeitskammern
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7 Druckbegrenzungsventil
zwischen Verbundsystemen der Arbeitskammern
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8 Druckbegrenzungsventil
zwischen einem Arbeitskammer und einem Verbundsystem einer benachbarten
Arbeitskammer
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9 – 10 Druckbegrenzungsventil
in einem dritten Druckmittelverbundsystem
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11 – 12 Druckbegrenzungsventil
innerhalb einer Nut einer Scheibendichtung des Schwenkmotor
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13 – 14 Druckbegrenzungsventil zwischen
einem Ringraum einer Wellendichtung und einem Arbeitskammer
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Die 1 zeigt
in Verbindung mit 2 einem Schwenkmotor 1 im
Längsschnitt
dessen prinzipieller Aufbau auch bei den nachfolgenden Figuren vorausgesetzt
wird. Der Schwenkmotor 1 umfasst einen Zylinder 3,
an dessen Innendurchmesser axial verlaufende Rippen 5 ausgeführt sind.
Innerhalb des Zylinders 3 ist eine Motorwelle 7 drehbeweglich
gelagert. Auf der Motorwelle sind Flügel 9 angeordnet,
die sich parallel zu den Rippen 5 erstrecken. Endseitige wird
der Zylinder 3 von Deckeln 11; 13 verschlossen. Die
Motorwelle mit ihren Flügeln
und der Zylinder mit seinen Rippen bilden zusammen mit den Deckeln
Arbeitskammern 15; 17, die durch Scheibendichtungen 19 in
den Flügeln
und Rippen voneinander getrennt sind. Des weiteren sind in Ringräumen 21; 23 der
Deckel 11; 13 Wellendichtungen 25; 27 gekammert,
die einen Austritt von Druckmedium aus den Arbeitskammern 15; 17 verhindern.
Jeweils zwischen den Arbeitskammern 15 und 17 besteht
ein Verbundsystem aus Querbohrungen 29; 31 in
der Motorwelle 7. Ein erster Druckmediumanschluss 33 versorgt über die Querbohrung 29 die
Arbeitskammern 15 und ein zweiter Druckmediumanschluss 35 erfüllt diese Funktion über die
Querbohrung 31 für
die Arbeitskammern 17. In den jeweils miteinander verbundenen
Arbeitskammern herrscht ein gleiches Druckniveau. Durch Zu- oder
Abfluss von Druckmedium über
die Druckmediumanschlüsse 33; 35 übt der Schwenkmotor
ein Drehmoment aus, das z. B. zur Verstellung eines geteilten Stabilisators
innerhalb eines Fahrwerks für
ein Kraftfahrzeug genutzt wird.
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Die 3 zeigt
einen Schwenkmotor gemäß der 2 in
der Ausführung
mit einem Druckbegrenzungsventil 36 zwischen zwei benachbarten
Arbeitskammern 15; 17, die mit verschiedenen Druckmediumanschlüssen 33; 35 verbunden
sind. Das Druckbegrenzungsventil besteht jeweils aus einer Strömungsverbindung 37,
die von einem Ventilkörper 39, z.
B. einer Kugel oder einem Kegel in Verbindung mit einer Schließfeder 41 abgedichtet
wird. Die Schließfeder 41 stützt sich
an einer Hülse 43 ab.
Bei einer Motorwelle mit zwei Flügeln
ist es im Hinblick auf einen großen Schwenkwinkel der Motorwelle
sinnvoll, wenn die Strömungsverbindung
parallel zur Ausrichtung der Flügel 7 in
einem Fußbereich
der Rippe oder des Flügels
verläuft.
In dieser Schnittebene sind die Druckbegrenzungsventile für einen
Spitzendruck in den Arbeitskammern 15 dargestellt. Selbstverständlich können bei
umgekehrter Drehrichtung auch nicht dargestellte Druckbegrenzungsventile
eine Strömungsverbindung
von den Arbeitskammern 17 in Richtung der Arbeitskammern 15 freigeben.
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In
der 4 ist ein Druckbegrenzungsventil 36 innerhalb
eines Flügels 7 dargestellt,
wobei die Strömungsverbindung 37 eine
Nut für
die Scheibendichtung 19 kreuzt. Die 5 zeigt
eine Variante vergrößert. Jede
Scheibendichtung umfasst einen Dichtungsrahmen 45, in dem
Füllstücke 47 angeordnet sind.
Zusätzlich
sind in der Nut Seitendichtungsscheiben 49 eingelegt. insgesamt
verfügt
die Scheibendichtung 19 über eine geringes Spiel zu
den Nutseitenwänden,
so dass Druckmedium aus einer Arbeitskammer mit hohem Druck in die
Nut einströmen kann
und dabei in einen Spalt zwischen den Füllstücken und einer Seitendichtungsscheibe
gelangt. Über
Queröffnungen 51 in
den Füllstücken wirkt
der Betriebdruck auch radial auf den Dichtungsrahmen, der umlaufende
am Nutgrund und der Innenwandung des Zylinder sowie den Innenseiten
der Deckel anliegt. Der höhere
Druck in einer Arbeitskammer sorgt dafür, dass die Scheibendichtung
in Richtung der Arbeitskammer mit niedrigerem Druck verschoben wird.
Kommt es zu einer Druckspitze, die oberhalb eines definierten Öffnungspunktes
des Druckbegrenzungsventils liegt, dann hebt der Ventilkörper mit
der Rückseite
in Richtung des Arbeitsraums mit dem niedrigerem Druck von einer
Ventilsitzfläche
im Flügel 7 ab,
so dass eine Querverbindung 53 in der Scheibendichtung
freigegeben wird.
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Die 6 zeigt
eine Abwandlung zur 5, bei der der Ventilkörper 39 auf
der Scheibendichtung 19, insbesondere den Seitendichtungsscheiben 49 zur
Anlage kommen. Bei dieser Variante können Form- und Lageabweichungen
insbesondere zum Ventilkörper 39 und
Querverbindung 53 leicht ausgeglichen werden.
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In
der 7 kommt ein Druckbegrenzungsventil 36 zur
Anwendung, das eine Arbeitskammer 15 mit dem Druckmittelverbundsystem,
Querbohrung 31, einer benachbarten Arbeitskammer 17 verbinden kann.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Strömungsverbindung 37 das
Druckmittelverbundsystem für
die Funktion des Druckbegrenzungsventils ausnutzt. Es ist sinnvoll
jeden der Arbeitsräume 15; 17 mit
den entsprechenden Querbohrungen 29; 31 über ein
Druckbegrenzungsventil 36 anzuschließen.
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Die
bisherigen Lösungen
beschreiben ein Druckbegrenzungsventil zwischen einem Arbeitsraum
und einem anderen Arbeitsraum oder einem Druckmittelverbundsystem.
Man kann aber auch vorsehen, dass das Druckbegrenzungsventil eine
Strömungsverbindung
zwischen den Druckmittelverbundsystemen der Arbeitskammern 15; 17 steuert.
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Die 8 zeigt
eine Lösung,
bei der das Druckbegrenzungsventil 36 mit seiner Strömungsverbindung 37 zwischen
den Querbohrungen 29, 31 angeordnet ist. Innerhalb
der Motorwelle 7 ist eine gestufte Sacklochöffnung 55 ausgeführt, deren
Ende die Strömungsverbindung 37 bildet.
Die Querbohrungen 29; 31 schneiden sich in der
Projektion in der Mittelachse der Motorwelle, so dass dort die Strömungsverbindung 37 sinnvoll
ausgeführt
wird. Eine Strömungsverbindung
an dieser Stelle des Schwenkmotors stellt nur Änderung dar, die keinen Einfluss
auf die mechanische Festigkeit der Motorwelle ausübt.
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Die 9; 10 zeigen
eine weitere Variante, bei der das Druckbegrenzungsventil 36 die Strömungsverbindung 37 in
Verbindung mit dem Druckmittelverbundsystem 29; 31 steuert.
Zusätzlich verfügt der Schwenkmotor über ein
drittes Druckmittelverbundsystem, dass einem der Druckmittelverbundsysteme
hydraulisch parallel geschaltet ist. Innerhalb des Deckels 11 ist
eine umlaufende Ringnut 57 ausgeführt, die über die axialverlaufende Strömungsverbindung 37 mit
der Arbeitskammer 17 verbunden ist. Bei einem überhöhten Druck
kann der Ventilkörper
im Deckel gegen die Federkraft der Schließfeder abheben und den Strömungsweg
durch die Ringnut 57 in einen der Arbeitsräume 15 freigeben.
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In
den 11; 12 wird ein Druckbegrenzungsventil 36 beschrieben,
das in den Rippen 5 des Zylinders 3 angeordnet
ist. Die 11 zeigt einen Höhenschnitt
durch den Schwenkmotor parallel zur Mittelachse des Zylinders. Ergänzend beschränkt sich
die 12 auf einen Querschnitt durch die Rippe 5.
Der Aufbau der Scheibendichtung 19 entspricht der Beschreibung
zur 5. Ein funktionaler Unterschied besteht darin,
dass die Strömungsverbindung für das Druckbegrenzungsventil
innerhalb der Nut für die
Scheibendichtung 19 verläuft. Es wurde bereits darauf
hingewiesen, dass der Dichtungsrahmen 45 am Nutgrund der
Nut und der Oberfläche
der Motorwelle 7 sowie an den Innenseiten der Deckel 11; 13 anliegt.
Wenn jedoch das Druckmittel z. B. aus der Arbeitskammer 15 in
die Nut für
die Scheibendichtung einströmt,
dann wird das gesamte Dichtungspaket in Richtung der Arbeitskammer 17 verschoben. Die
linke Seitenscheibendichtung 49 ermöglicht die Druckmittelzufuhr
in die Queröffnungen 51,
so dass der Dichtungsrahmen 45 radial vorgespannt wird. Dabei öffnet sich
auch die Strömungsverbindung 36, jedoch
verhindert die Seitenscheibendichtung 49 in Richtung des
Arbeitsraums 17 einen direkten Druckmittelübertritt.
Wird jedoch ein zulässiger
Spitzendruck überschritten,
dann öffnet
das Druckbegrenzungsventil 36 innerhalb der Nut der Scheibendichtung,
wobei das Rückschlagventil
von einer Streifenfeder 59 in Verbindung mit einem streifenförmigen Ventilkörper 39 in
einer Nutenseitenwand 61 gebildet wird. Das geöffnet Druckbegrenzungsventil
erlaubt einen Druckmittelstrom parallel zur Längsachse der Scheibendichtung
in Richtung der Deckel 11; 13, die keine Dichtfunktion
zwischen den Arbeitsräumen ausüben, so
dass über
diesen Weg ein Druckausgleich zwischen den Arbeitsräumen möglich ist.
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Im
Rahmen der Figurenbeschreibung zur
1 wurde
bereits darauf hingewiesen, dass die Wellendichtungen
27;
27 durch
den Druck in den Arbeitsräumen
15;
17 dynamisch
vorgespannt sind. Jeweils der größere Druck
in den Arbeitsräumen
15;
17 wirkt
auf die Rückseite
der Wellendichtungen
25;
27. In diesem Zusammenhang
wird auf die
DE 100
62 477 C1 verwiesen. Die
13;
14 zeigen
das Druckbegrenzungsventil
36 mit seiner Strömungsverbindung
37 zwischen
dem Ringraum
21 für
die Wellendichtung
25 und einem Arbeitsraum. Das Druckbegrenzungsventil
36 ist
innerhalb des Deckels
13 angeordnet, wobei sich die Schließfeder
41 an
einer Rippe
5 des Zylinders abstützt. Sobald der höhere Druck
aus einem Arbeitsraum, z. B.
17, in den Ringraum
21 einströmt, setzt
sich der Druck über
die Strömungsverbindung
37 bis
zum Druckbegrenzungsventil
37 fort. Nach Überschreiten
des Spitzendrucks hebt der Ventilkörper
39 von einer
Ventilsitzfläche
im Deckel
13 ab und gibt eine stirnseitige Nut
63 in
der Rippe
5 frei, so dass das Druckmittel in den Arbeitsraum,
in diesem Fall
15, abfließen kann, der mit dem anderen
der beiden Druckmediumanschlüsse
33;
35 gekoppelt
ist.