EP1738081B1

EP1738081B1 - Radialer schwenkmotor und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: EP1738081B1
Application number: EP05742373A
Authority: EP
Inventors: Stefan Beetz; Winfried Krüger; Torsten Baustian; Joachim Uecker
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2025-04-14
Also published as: KR20070002087A; WO2005103503A1; EP1738081A1; CN101031727A; DE502005005811D1; US20080124229A1; DE102004020190A1; ATE412827T1; JP2007533903A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwenkmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein entsprechendes Herstellungsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.
Derartige Schwenkmotore werden insbesondere in der Luft- und Kraftfahrzeugindustrie zur Erfüllung der unterschiedlichsten Aufgaben verwendet. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Fahrzeugindustrie, bei der der Schwenkmotor in Verbindung mit Stabilisatoren zur Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeugs dient.
Ein solcher Schwenkmotor ist beispielsweise in der DE 197 25 412 C2 beschrieben. Dieser Schwenkmotor besteht aus einem Stator, der mit einem ersten Stabilisatorteil verbunden ist, und einem Rotor, der Verbindung zu einem zweiten Stabilisatorteil hat. Der Stator besitzt zwei radial ausgerichtete Statorflügel und der Rotor besitzt zwei ebenfalls radiale Rotorflügel. Dabei bilden die beiden Statorflügel und die beiden Rotorflügel in Verbindung mit zwei stirnseitigen Deckeln zwei gegenüberliegende hydraulische Arbeitskammern, sodass die Statorflügel und die Rotorflügel gegen die hydraulische Last in einer der beiden Arbeitskammern begrenzt zueinander schwenkbar sind.
Zur inneren Abdichtung der beiden Arbeitskammern untereinander ist jeder Statorflügel mit einem Rahmendichtelement ausgerüstet, das im Statorflügel eingesetzt ist und dichtend am Außenumfang des Rotors anliegt, während jeder Rotorflügel ein gleiches Rahmendichtelement trägt, das dichtend am inneren Umfang des Stators anliegt.
Der Stator und die beiden Statorflügel sind einteilig ausgeführt, sodass sich eine komplizierte Kontur der Innenflächen ergibt. Diese Innenflächen haben unterschiedliche Aufgaben zu erfüllen, wobei die seitlichen Flächen der Statorflügel für eine reine Anschlagfunktion ausgelegt sind, während die inneren Umfangsflächen des Stators als Gleit- und Dichtflächen fungieren.
Zur Herstellung eines solchen Stators unter Serienbedingungen wird als Ausgangsteil ein kaltfließgepresstes Rohr verwendet, das zunächst auf die entsprechenden Längen eines Statorgehäuses abgedreht wird. Danach wird die Innenkontur jedes Rohlings durch das Fertigungsverfahren Räumen in drei Zügen endbearbeitet. Die damit bestenfalls erreichbare Oberflächengüte von Rz = 10 ist für die Anschlagfunktion ausreichend. Für die Gleit- und Dichtfunktion der inneren Umfangsflächen des Stators ist diese Güte unbefriedigend, weil hierfür in der Regel eine Oberflächengüte von Rz = 1,0 bis 2.0 verlangt wird.
Insofern erreicht ein mit einem solchen Stator ausgerüsteter Schwenkmotor nicht seine Leistungsparameter, weil wegen der Rauheit der Dichtflächen die innere Dichtheit zwischen der druckführenden Arbeitskammer und der drucklosen Arbeitskammer nicht gewährleistet werden kann. Wegen der rauen Oberfläche des Stators unterliegen die Rahmendichtelemente auch einem höheren Verschleiß, sodass der Schwenkmotor auch nur eine begrenzte Lebensdauer aufweist. Des Weiteren ist die Herstellung eines solchen Stators insbesondere durch das Räumverfahren fertigungstechnisch sehr aufwendig und teuer.
Zur Verbesserung der Dichtfunktion wurde schon versucht, die Oberflächengüte durch ein nachfolgendes Läppen zu verbessern. Auch gab es bereits Bestrebungen, solche Rahmendichtelemente zu entwickeln, die sich der rauen Oberfläche anpassen. Letztendlich sind alle diese Versuche an den hohen Kosten oder an den nur begrenzten Einbaubedingungen gescheitert.
Einen weiteren Stand der Technik bildet die US 4,492,150 , die einen hydraulischen schwenkbaren Aktuator zeigt. Der Aktuator lässt eine Drehrichtungsumkehr zu, wobei das Innenteil gegenüber dem Außenteil drehbar mit einem Anschlag versehen (Rotor/Statorprinzip).
Die US 5,979,163 zeigt ebenfalls einen hydraulischen Der-/ bzw. Schwenkantrieb. Der Rotor schwenkt dabei in einem Statorgehäuse und dessen Drehung ist durch die feststehenden Statoren begrenzt. Die hier gezeigte Vorrichtung eignet sich gleichsam als Bewegungsbegrenzer und auch als Schwenkantrieb bei Radaufhängungen.
Die DE 29 05 193 beschreibt einen druckmittelbetätigten Drehantrieb, der über mit dem Statorgehäuse, hier Stirnplatten, fest verschraubten Statorflügeln versehen ist. Diese begrenzen ebenfalls die Drehbewegung eines hydraulisch angetrieben Rotors.
In der US 2,793,623 ist ein hydraulischer Motor offenbart, der einstellbare Drehanschläge aufweist. Die Drehanschläge sind an einem Statorflügel angebracht; der über eine Nut mit der Innenseite des Statorgehäuses verbunden ist.
Die JP 10281108 zeigt einen hydraulischen Schwenkantrieb, wobei die Statorflügel von innen im Statorgehäuse festgelegt sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die Oberflächengüte der inneren Umfangsflächen des Stators eines gattungsgemäßen Schwenkmotors zu verbessern und gleichzeitig den Herstellungsaufwand zu verringern.
Diese Aufgabe wird vorrichtungsseitig durch die Merkmale des Anspruches 1 und verfahrensseitig durch die Merkmale des Anspruchs 2 gelöst.
Der neue Schwenkmotor und das neue Herstellungsverfahren beseitigen die genannten Nachteile des Standes der Technik.
Die Erfindung wird anhand folgender Zeichnungen näher erläutert.
Dazu zeigen:

Fig. 1:: einen radialen Schwenkmotor im Längsschnitt,
Fig. 2:: den Schwenkmor in einer Ausführungsform, die nicht Teil der Erfindung ist,
Fig. 3:: das Statorgehäuse nach der Fig. 2 in der Perspektive,
Fig. 4:: einen Statorflügel nach der Fig. 2 in der Perspektive,
Fig. 5:: den Schwenkmotor in einer weiteren Ausführungsform, die nicht Teil der Erfindung ist,
Fig. 6:: eine Form des Statorgehäuses nach der Fig 5 in der Perspektive,
Fig. 7:: eine andere Form des Statorgehäuses nach der Fig. 5 in der Perspektive,
Fig. 8:: einen Statorflügel nach der Fig. 5 in der Perspektive,
Fig. 9:: das Statorgehäuse einer weiteren Ausführungsform, die nicht Teil der Erfindung ist,
Fig. 10:: einen Statorflügel nach der Fig. 9 in der Perspektive,
Fig. 11:: den erfindungsgemäßen Schwenkmotor im Querschnitt und
Fig. 12:: den Stator nach der Fig. 11 in einer Perspektive.

Nach der Fig. 1 besteht der Schwenkmotor aus einem Stator 1 und einem Rotor 2, wobei der Stator 1 einerseits mit einem ersten Stabilisatorteil 3 und der Rotor 2 andererseits mit einem zweiten Stabilisatorteil 4 verbunden ist.
Der Stator 1 besteht aus einem zylindrischen Statorgehäuse 5, einem einerseits des Statorgehäuses 5 angeordneten ersten Statordeckel 6 und einem andererseits des Statorgehäuses 5 befindlichen zweiten Statordeckel 7. Beide Statordeckel 6, 7 sind fest mit dem Statorgehäuse 5 verschraubt und jeweils mit einer durchgehenden Lagerbohrung ausgestattet. In die gegenüberliegenden Lagerbohrungen der beiden Statordeckel 6, 7 ist eine Rotorwelle 8 des Rotors 2 drehbar eingepasst und über entsprechende Dichtelemente 9, 10 gegenüber den beiden Statordeckeln 6, 7 hydraulisch abgedichtet.
Wie die Fig. 2, 5 und 11 zeigen, besitzt der Rotor 2 zwei gegenüberliegende Rotorflügel 11. Diese Rotorflügel 11 sind einstückig mit der Rotorwelle 8 ausgebildet und mit ihren radial ausgerichteten Köpfen auf die Innenwandung des Statorgehäuses 5 abgestimmt. Dazu ist jeder Rotorflügel 11 mit einer, über seine ganze axiale Länge erstreckenden und nutenförmigen Ausnehmung ausgestattet, in die ein Rahmendichtelement 12 eingesetzt ist. Dieses Rahmendichtelement 12 besteht in bekannter Weise aus einem Kunststoff mit einem elastomeren Kern und einem umlaufenden Dichtrahmen, vorzugsweise aus einem PTFE. Dieses Rahmendichtelement 12 liegt in dichtender Weise mit einem seiner langen Schenkel an der inneren Umfangsfläche des Statorgehäuses 5 und mit seinen beiden kurzen Schenkeln an beiden Statordeckeln 6, 7 an.
In das Statorgehäuse 5 sind zwei gegenüberliegende Statorflügel 13 eingesetzt, die ebenfalls mit jeweils einer sich über seine gesamte axiale Länge erstreckenden und nutenförmigen Ausnehmung ausgestattet sind. Auch in diese Ausnehmung ist jeweils ein Rahmendichtelement 12 eingepasst, das in dichtender Weise mit einem seiner langen Schenkel an der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 8 und mit seinen beiden kurzen Schenkeln an beiden Statordeckel 6, 7 anliegt. Somit bilden sich zwei gegenüberliege und druckgleiche Druckkammern 14 und zwei gegenüberliegende und druckgleiche Ablaufkammern 15 aus, die durch die begrenzte relative Schwenkbarkeit zwischen den Statorflügeln 13 und den Rotorflügeln 11 volumenveränderlich sind. Dabei wird die Druckgleichheit der jeweiligen gegenüberliegenden Druckkammern 14 bzw. Ablaufkammern 15 durch in der Rotorwelle 8 eingebrachte Verbindungskanäle 16 erreicht.
Das Statorgehäuse 5 und die beiden Statorflügeln 13 sind nun in besonderer Weise zweiteilig ausgeführt.
So ist das Statorgehäuse 5 in einer Ausführungsform nach der Fig. 3, die nicht Teil der Erfindung ist, als ein Rohr ausgebildet und besitzt zwei gegenüberliegende und längsverlaufende Aufnahmeschlitze 17 mit einer begrenzten Länge für die beiden Statorflügel 13. Dementsprechend ist jeder Statorflügel 13 nach der Fig. 4 mit einer längsverlaufenden Aufnahmefeder 18 ausgestattet. Dabei besitzt jeder Aufnahmeschlitz 17 eine umlaufende Konusfläche, die den Aufnahmeschlitz 17 in radialer Richtung vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser des Statorgehäuses 5 vergrößert. Dagegen besitzt jede Aufnahmefeder 18 des Statorflügels 13 eine umlaufende Konusfläche, die sich in radialer Richtung von innen nach außen verkleinert. Dabei sind die Innenmaße des Aufnahmeschlitzes 17 und die Außenmaße der Aufnahmefeder 18 so aufeinander abgestimmt, dass die kleineren Maße des Aufnahmeschlitzes 17 und die größeren Maße der Aufnahmefeder 18 passfähig zueinander sind. Der Konuswinkel ist so gewählt, dass sich im eingepassten Zustand eine für eine Schweißnaht 19 geeignete Kehlung ergibt.
In einer weiteren Ausführungsform nach den Fig. 5 bis 8, die nicht Teil der Erfindung ist, besitzt das rohrförmige Statorgehäuse 5 zwei gegenüberliegende und sich über die Länge des Statorgehäuses 5 erstreckende Keilnuten 20. Die Keilnuten 20 besitzen obendrein im Querschnitt eine Schwalbenschwanzform. Dazu passend ist der Statorflügel 13 nach der Fig. 8 mit äußeren Abmessungen versehen, die ein axiales Einschieben des Statorflügels 13 in die entsprechende Keilnut 20 ermöglicht und ein radiales Herausfallen aus der Keilnut 20 verhindert. Dabei sind die Keilwinkel der Keilnuten 20 und der Außenform des Statorflügels 13 gleich groß und so gewählt, dass sich ein klemmender und selbsthemmender Reibschluss einstellt. Analog dazu kann, so wie es die Fig. 7 zeigt, ein klemmender und selbsthemmender Reibschluss zwischen dem Statorgehäuse 5 und jedem Statorflügel 13 durch zwei paralle und gleichgerichtete Keilnuten 20' im Statorgehäuse 5 und dementsprechende Keilfedern im Statorflügel 13 erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform nach den Fig. 9 und 10, die nicht Teil der Erfindung ist, sind die beiden Statorflügel 13 mit dem rohrförmigen Statorgehäuse 5 verschraubt und zusätzlich in ihrer Lage gesichert. Die Lagesicherung erfolgt durch eine Passnut 21 im Statorgehäuse 5 und durch eine Passfeder 22 am Statorflügel 13. An Stelle der Nut-Feder-Sicherung kann auch eine Stift-Bohrung-Sicherung vorgenommen werden.
Zur Absicherung der Dichtheit zwischen den Arbeitskammern beiderseits der Statorflügeln 13 ist jeder Statorflügel 13 mit mindestens einer Längsnut für ein Dichtelement 23 ausgestattet.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform nach den Fig. 11 besitzt das rohrförmige Statorgehäuse 5 für jeden Statorflügel 13 eine sich über die gesamte axiale Länge erstreckende Lagesicherungsnut 24, während der Statorflügel 13 in seinem äußeren Bereich als eine Passfeder ausgebildet ist. Die Lagesicherungsnut 24 des Statorgehäuses 5 und der Passfederbereich des Statorflügels 13 bilden eine Nute-Feder-Verbindung aus, die ausschließlich die Aufgabe einer Verdrehsicherung übernimmt. Alternativ dazu kann die Verdrehsicherung, wie die Fig. 12 zeigt, auch aus zwei parallelen Lagesicherungsnuten 24' im Statorgehäuse 5 und dementsprechend zwei Passfedern im Statorflügel 13 bestehen.
Im aus dem Statorgehäuse 5 herausragenden Bereich seiner Seitenflächen ist der Statorflügel 13 über seine gesamte axiale Länge keilförmig ausgeführt Zwischen den beiden verdrehsicher in das Statorgehäuse 5 eingesetzten Statorflügeln 13 ist einerseits und andererseits je eine Distanzschale 25 eingesetzt, deren Seitenflächen ebenfalls keilförmig verlaufen. Die Keilwinkel der Seitenflächen der Statorflügel 13 und der Seitenflächen der Distanzschale 25 sind gleich groß und so gewählt, dass durch das axiale Einschieben der Distanzschalen 25 ein klemmender und selbsthemmender Reibschluss entsteht.
Ein solcher Stator 1 wird wie folgt hergestellt. Als Ausgangsprodukt für die Herstellung des Statorgehäuses 5 in den ersten drei Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 10, die nicht Teil der Erfindung sind, wird ein handelsübliches gezogenes und innengehohntes Rohr verwendet. Die innere Umfangsfläche dieses Rohres besitzt auf Grund seiner Vorbearbeitung eine Oberflächengüte von maximal Rz = 2 und ist damit sehr gut als Dichtfläche geeignet. Einer anschließenden Feinbearbeitung bedarf es daher nicht. Das Rohr wird auf die entsprechenden Längen des Statorgehäuses 5 abgedreht. Danach wird der Aufnahmeschlitz 17 für die erste Ausführungsform, die Keilnuten 20, 20' für die zweite Ausführungsform oder die Passnut 21 und die Befestigungsbohrungen für die dritte Ausführungsform in herkömmlich zerspanender Weise in das Statorgehäuse 5 eingearbeitet.
Dazu werden die Statorflügel 13 in herkömmlicher Weise mit den entsprechenden Abmessungen und Formen hergestellt und in das Statorgehäuse 5 eingesetzt.
Danach werden das Statorgehäuse 5 und der Statorflügel 13 in der Ausführungsform, nach Fig. 3, die nicht Teil der Erfindung ist, durch ein verzugsarmes Schweißverfahren miteinander verschweißt, in der zweiten Ausführungsform miteinander verpresst oder in der dritten Ausführungsform miteinander lagegesichert und verschraubt. Abschließend werden die beiden Stirnseiten des komplettierten Stators 1 in herkömmlicher Weise abgeplant und die vorgesehenen Deckelbohrungen und Dichtnuten eingebracht.
Als Ausgangsprodukt für die Herstellung des Statorgehäuses 5 in der vierten Ausführungsformen nach den Fig. 11 und 12 wird ein handelsübliches Rohr verwendet, dass keine besonderen Anforderungen an die Oberflächengüte der inneren Umfangsfläche zu erfüllen hat. Danach werden die Lagesicherungsnuten 24 nach der Fig. 11 oder die Lagesicherungsnuten 24' nach der Fig. 12 in das Statorgehäuse 5 eingebracht.
Dazu werden die Statorflügel 13 in herkömmlicher Weise mit den an die Lagesicherungsnuten 24, 24' angepassten Abmessungen und Formen hergestellt und in das Statorgehäuse 5 eingesetzt. Gleichzeitig werden die Distanzschalen 25 in herkömmlicher Weise und in solchen Abmessungen und in einer solchen Form hergestellt, dass sie unter Anwendung einer axial wirkenden Anpresskraft jeweils zwischen den beiden Statorflügeln 13 passen und sich dabei vollflächig an die innere Umfangsfläche des Statorgehäuses 5 anlegen. Dabei wird die innere Fläche jeder Distanzschale 25 mit einem herkömmlichen Feinstbearbeitungsverfahren auf eine Oberflächengüte von Rz = 1 bis 2 bearbeitet.
Nach Fertigstellung der Einzelteile werden die Statorflügel 13 in die Lagesicherungsnuten 24, 24' eingeschoben und dann gegeneinander mit Hilfe der Distanzschalen 25 bis zur Selbsthemmung verpresst.
Abschließend werden die beiden Stirnseiten des komplettierten Stators 1 in herkömmlicher Weise abgeplant und die vorgesehenen Deckelbohrungen und Dichtnuten eingebracht.

Bezugszeichenliste

1: Stator
2: Rotor
3: erster Stabilisatorteil
4: zweiter Stabilisatorteil
5: Statorgehäuse
6: Statordeckel
7: Statordeckel
8: Rotorwelle
9: Dichtelement
10: Dichtelement
11: Rotorflügel
12: Rahmendichtelement
13: Statorflügel
14: Druckkammer
15: Ablaufkammer
16: Verbindungskanal
17: Aufnahmeschlitz
18: Aufnahmefeder
19: Schweißnaht
20: Keilnut
20': Keilnut
21: Sicherungsnut
22: Sicherungsfeder
23: Dichtelement
24: Lagesicherungsnut
24': Lagesicherungsnut
25: Distanzschale

Claims

Radialer Schwenkmotor, bestehend aus einem Stator (1) mit mindestens einem radial nach innen gerichteten Statorflügel (13) und einem im Stator (1) gelagerten Rotor (2) mit Rotorflügeln (11), die zwischen sich mindestens eine hydraulische volumenveränderliche Druckkammer (14) und eben so viele hydraulische volumenveränderliche Ablaufkammern (15) ausbilden, wobei die Druckkammern (14) und die Ablaufkammern (15) durch Rahmendichtelemente (12) in den Statorflügeln (13) und Rotorflügeln (11) gegeneinander hydraulisch abgedichtet sind, wobei
der Stator (1) zweiteilig ausgeführt ist und aus einem Statorgehäuse (5) und dem Statorflügel (13) besteht, wobei der Statorflügel (13) drehfest in das Statorgehäuse (5) eingesetzt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
für eine Verdrehsicherung das Statorgehäuse (5) für jeden Statorflügel (13) mindestens eine sich über die gesamte axiale Länge erstreckende Lagesicherungsnut (24, 24') besitzt und der Statorflügel (13) in seinem äußeren Bereich als eine Passfeder ausgebildet ist, während für einen klemmenden und selbsthemmenden Reibschluss jeder Statorflügel (13) im Bereich seiner Seitenflächen über seine gesamte axiale Länge keilförmig ausgeführt ist und zwischen zwei Statorflügeln (13) einerseits und andererseits je eine Distanzschale (25) eingesetzt ist, deren Seitenflächen ebenfalls keilförmig verlaufen.
Verfahren zur Herstellung eines radialen Schwenkmotors, bei dem der Rotor (2) in herkömmlicher Weise hergestellt und mit dem Stator (1) komplettiert wird, wobei der Stator (1) aus einem hohlen Stangenmaterial auf Länge abgetrennt, die Innenkontur hergestellt und abschließend die Stirnflächen abgeplant und mit Einstichen für Dichtelemente und mit Bohrungen für die Befestigung der Statordeckel (6, 7) versehen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) aus einem Statorgehäuse (5) und aus einzelnen Statorflügeln (13) unlösbar zusammen gefügt wird, wobei
- zur Herstellung eines Statorgehäuses (5) ein handelsübliches Rohr verwendet wird und in das abgetrennte Rohr im Bereich der einzufügenden Statorflügel (13) längs verlaufende Fügungsmittel eingearbeitet werden und

- jeder Statorflügel (13) mit seiner fertigen Kontur hergestellt und dabei längs verlaufende und zum Statorgehäuse (5) passende Fügungsmittel angearbeitet werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Herstellung des Statorgehäuses (5) ein handelsübliches Rohr ohne besondere Anforderungen an die Oberflächengüte der inneren Umfangsfläche verwendet wird, das Statorgehäuse (5) Lagesicherungsnuten (24, 24') und jeder Statorflügel (13) eine auf die Lagesicherungsnuten (24, 24') abgestimmte Außenform sowie seitliche Keilflächen erhält und zwischen zwei Statorflügel (13) eine Distanzschale (25) mit seitlichen Keilflächen eingefügt wird, wobei die Statorflügeln (13) und die Distanzschale an ihren Keilflächen miteinander selbsthemmend verpresst werden.