Die Erfindung betrifft einen im Gehäuse eines Drehantriebes anzuordnenden Schwenkkolben, der im Bereich einer Lagerpartie mit einer das Gehäuse durchsetzenden Abtriebswelle verbunden oder verbindbar ist, und der um eine mit der Längsachse der Abtriebswelle zusammenfallenden Drehachse verschwenkbar ist, wobei die Lagerpartie im Bereich wenigstens einer Axialseite mit einer zur Abdichtung gegenüber dem Gehäuse dienenden Axialdichtung versehen ist, die ringähnlich in sich geschlossen ausgebildet ist und sich entlang einer Kreislinie mit der Drehachse als Zentrum erstreckt.
Drehantriebe werden auch als Schwenkkolbenmotoren bezeichnet und verfügen über ein Gehäuse mit einem Gehäuseraum, in dem ein Schwenkkolben untergebracht ist. Der Schwenkkolben ist über eine Lagerpartie drehfest mit einer Abtriebswelle verbunden, die aus dem Gehäuse herausgeführt ist und sich mit einem anzutreibenden Bauteil verbinden läßt. Ein von der Lagerpartie radial abstehender Flügel des Schwenkkolbens unterteilt den Gehäuseraum in Arbeitsräume, die mit Druckmittel beaufschlagbar sind, so daß der Schwenkkolben zu einer hin- und hergehenden Schwenkbewegung um die im Bereich der Lagerpartie liegende Drehachse angetrieben werden kann.
Ein Drehantrieb der eingangs genannten Art geht aus der DE 39 41 255 A1 hervor. Damit durch die am Gehäuse vorgesehene, von der Abtriebswelle durchsetzte Gehäuseöffnung kein Druckmittel entweicht, ist im stirnseitigen Bereich der Lagerpartie eine ringförmige Axialdichtung vorgesehen, die konzentrisch zur Gehäuseöffnung an der Innenfläche des Gehäuseraumes dichtend anliegt. Durch die im Betrieb ständige Relativbewegung zwischen der kolbenseitigen Axialdichtung und dem Gehäuse ist die Axialdichtung einer hohen Belastung ausgesetzt, so daß man bei der Materialauswahl besondere Sorgfalt üben muß, um einem frühzeitigen Verschleiß entgegenzuwirken.
Zur Verringerung der Verschleißproblematik wurde in der JP 4-13804 U bereits vorgeschlagen, im Bereich des Flügels eine Fettasche in die Axialdichtung zu integrieren, so daß die Lauffläche der Axialdichtung regelmäßig mit Schmiermittel benetzt wird. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß nur diejenigen Bereiche ständig nachgeschmiert werden, die vom Flügel überstrichen werden. Ist der tatsächliche Schwenkwinkel geringer als der maximal mögliche, beispielsweise hervorgerufen durch eine Einstelleinrichtung wie sie in der DE 39 41 255 A1 beschrieben ist, so läuft ein Großteil der Axialdichtung weiterhin trocken.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwenkkolben zu schaffen, dessen Axialdichtung unabhängig vom momentanen Schwenkwinkel ohne Beeinträchtigung der Dichtfunktion weniger beansprucht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Axialdichtung in Draufsicht in Richtung der Drehachse gesehen eine mäanderförmige Umfangserstreckung aufweist, wobei sich die dadurch vorhandenen, radial außen und radial innen liegenden Dichtungs-Zwischenräume radial überlappen.
Somit liegen längs der Umfangserstreckung der Axialdichtung sowohl radial außen als auch radial innen mehrere Dichtungs-Zwischenräume vor, in die Schmiermittel eingebracht werden kann, das vom schwenkenden Schwenkkolben an der gehäuseseitigen Gegenfläche verteilt wird. Da sich die Dichtungs-Zwischenräume praktisch entlang des gesamten Umfanges der Axialdichtung verteilen, profitiert jeder Dichtungsabschnitt von der Schmierung, unabhängig vom tatsächlichen Schwenkwinkel des Schwenkkolbens. Wegen der radialen Überlappung der Dichtungs-Zwischenräume wird die gehäuseseitige Gegenfläche über die gesamte radiale Breite der Axialdichtung mit Schmiermittel benetzt, womit wiederum garantiert ist, daß auch die Axialdichtung über ihre gesamte radiale Breite stets auf einem Schmierfilm läuft. Dabei ist stets für eine optimale Abdichtung zwischen den radialen äußeren und inneren Bereichen der Axialdichtung gesorgt, da die Mäanderform weiterhin eine ringähnlich in sich geschlossene, durchgehende Axialdichtung bildet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Wenn die radial innen liegenden Dichtungs-Zwischenräume mit einem sich radial innen an sie anschließenden und koaxial zur Drehachse angeordneten Ringraum kommunizieren, ist eine Nutzung als Schmiermittelreservoir möglich, so daß ohne Nachfüllung für eine langanhaltende Schmierung gesorgt ist. Zweckmäßigerweise wird der Ringraum einschließlich der angrenzenden innenliegenden Dichtungs-Zwischenräume vor der Montage des Drehantriebes mit Schmiermittel hoher Viskosität gefüllt, insbesondere mit Fett.
Die radial außen liegenden Dichtungs-Zwischenräume sind vorzugsweise nach radial außen hin offen, so daß sie im betriebsfertig montierten Zustand des Schwenkkolbens mit dem den Schwenkkolben aufnehmenden Gehäuseraum kommunizieren. Dieser Gehäuseraum wird im Betrieb mit Druckmittel versorgt, das folglich auch in die äußeren Dichtungs-Zwischenräume Zugang findet. Handelt es sich um hydraulisches Druckmittel, so dient selbiges unmittelbar als Schmiermittel, das über die äußeren Dichtungs-Zwischenräume an die betreffenden Abschnitte der gehäuseseitigen Gegenfläche gelangt. Wird der Drehantrieb hingegen mit pneumatischem Druckmittel betrieben, so basiert der Schmierungseffekt auf der Tatsache, daß dieses Druckmittel regelmäßig mit Schmiermittel angereichert ist, das eine entsprechende schmierende Wirkung hat. In der Regel wird der Drehantrieb mit Druckluft betrieben, der geringe Anteile von Öl beigemengt sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläuert. In dieser zeigen:
Der beispielsgemäße Schwenkkolben 1 besitzt eine buchsenähnliche Lagerpartie 2 und einen ausgehend von einer Stelle deren Außenumfanges radial wegragenden Flügel 3. Lagerpartie 2 und Flügel 3 bilden vorzugsweise eine einstückige Einheit.
Die Lagerpartie 2 dient zur Schwenklagerung des Schwenkkolbens 1 in einem Gehäuse 4 eines in Figur 2 teilweise abgebildeten Drehantriebes 5. Die Längsachse 6 der Lagerpartie 2 gibt dabei eine Drehachse 7 vor, um die der Schwenkkolben 1 zum Beispiel um 270° bezüglich dem Gehäuse 4 hin und her verschwenkbar ist.
Der Antrieb des Schwenkkolbens 1 erfolgt fluidisch, beispielsweise mittels eines hydraulischen Mediums, vorzugsweise jedoch pneumatisch. Vom Schwenkkolben 1 und maßgeblich von dessen Flügel 3 werden in dem den Schwenkkolben 1 aufnehmenden Gehäuseraum 8 zwei Arbeitsräume dicht voneinander abgeteilt, die abwechselnd mit dem betreffenden Druckmittel beaufschlagbar oder belüftbar sind, so daß der Schwenkkolben 1 zu der Schwenkbewegung um die Drehachse 7 veranlaßt wird. Die Schwenkbewegung des Schwenkkolbens 1 läßt sich außerhalb des Gehäuses 4 als zum Beispiel hin und her gehende Drehbewegung von einer Abtriebswelle 12 abnehmen, die im Gehäuseraum 8 mit der Lagerpartie 2 in Drehantriebsverbindung steht und durch mindestens eine Gehäuseöffnung 13, 13' nach außen geführt ist. An die Abtriebswelle 12 können beliebige Bauteile angeschlossen werden, die in eine Drehbewegung versetzt werden sollen.
Das Gehäuse 4 des Ausführungsbeispiels ist mit zwei Gehäuse-öffnungen 13, 13' versehen, durch die die Abtriebswelle 12 mit entgegengesetzten Endpartien nach außen ragt. Mittels nicht näher dargestellter Drehlagerungen, beispielsweise Gleit- und/oder Wälzlager, ist die Abtriebswelle 12 im Bereich der Gehäuse-öffnungen 13, 13' bezüglich dem Gehäuse 4 drehgelagert. Die Abtriebswelle 12 bildet auf diese Weise zugleich einen Träger für den Schwenkkolben 1, der beim Ausführungsbeispiel als bezüglich der Abtriebswelle 12 separates Bauteil ausgebildet ist, welche die Lagerpartie 2 unter Eingehung einer Drehmitnahmeverbindung zentral koaxial durchsetzt. Die Drehmitnahmeverbindung wird zum Beispiel dadurch erreicht, daß die zentrale Durchbrechung 14 der Lagerpartie 2 unrund profiliert ist und die Abtriebswelle 12 zumindest in dem eingesteckten Abschnitt 15 eine komplementäre Außenkonturierung besitzt. Bevorzugt wird eine Vielkeilprofilierung verwendet.
Um die in Figur 1 beidseits des Schwenkkolbens 1 gekennzeichneten Arbeitsräume 16, 17 fluiddicht voneinander abzutrennen, trägt der Schwenkkolben 1 eine Dichtungsanordnung 18, die im betriebsbereit montierten Zustand an der Innenfläche des Gehäuseraumes 8 anliegt und an dieser während des Schwenkvorganges entlangstreicht. Zu der Dichtungsanordnung 18 gehört beispielsgemäß eine am Flügel 3 angeordnete Flügeldichtung 19, die sich längs der beiden Axialseiten und der von der Lagerpartie 2 abgewandten Stirnseite ununterbrochen erstreckt. Im Bereich ihrer beiden der Lagerpartie 2 zugewandten Endabschnitte 23 geht die Flügeldichtung 19 in jeweils eine Axialdichtung 24, 24' über, von denen jeweils eine im Bereich einer der beiden Stirn- bzw. Axialseiten der Lagerpartie 2 vorgesehen ist. Die beiden Axialdichtungen 24, 24' sind ringähnlich in sich geschlossen ausgebildet und verlaufen jeweils längs einer strichpunktiert angedeuteten Kreislinie 25, die die Drehachse 7 zum Zentrum hat. Die Axialdichtungen 24, 24' und die Lagerpartie 2 sind koaxial zueinander angeordnet. In Draufsicht auf den Schwenkkolben 1 in Richtung der Drehachse 7 gesehen (Ansicht in Richtung Pfeil 26) ist die Durchbrechung 14 sowie die gegebenenfalls eingeführte Abtriebswelle 12 radial außen von den Axialdichtungen 24, 24' ununterbrochen umgeben.
Die Lagerpartie 2 ist im Bereich ihrer nicht vom Flügel 3 eingenommenen Mantelfläche 27 noch mit einer Umfangsdichtung 28 versehen, die beispielsgemäß die Gestalt eines längsgeschlitzten Hohlzylinders hat und besagte Mantelfläche 27 vollständig belegt.
Bevorzugt sind die Flügeldichtung 19, die Axialdichtungen 24, 24' und die Umfangsdichtung 28 einstückig miteinander ausgebildet. Beim Ausführungsbeispiel sind sie einstückiger Bestandteil einer Kolbenhülle 32, die bevorzugt aus Material mit gummielastischen Eigenschaften besteht, und die den Schwenkkolben 1 mit Ausnahme der beiden sich radial an die Durchbrechung 14 anschließenden Stirnflächen 33 der Lagerpartie 2 umhüllt. Die Axialdichtungen 24, 24' können bevorzugt von den axialen Endbereichen der Umfangsdichtung 28 gebildet sein.
Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise eines Drehantriebes - gelegentlich auch als Schwenkkolbenmotor bezeichnet - geht zum Beispiel aus der DE 39 41 255 A1 hervor. Nähere Ausführungen erübrigen sich daher an dieser Stelle.
Wird ein mit dem erfindungsgemäßen Schwenkkolben ausgestatteter Drehantrieb betrieben, dann gleiten die beiden Axialdichtungen 24, 24' jeweils auf einem ringförmigen Teilbereich der Innenfläche des Gehäuseraumes 8, der nachfolgend als Gegendichtfläche 34 bezeichnet wird. Die Gegendichtfläche 34 ist in den Figuren strichpunktiert angedeutet, sie verläuft koaxial zur jeweils zugeordneten Gehäuseöffnung 13, 13'. Auf diese Weise wird verhindert, daß Druckmittel aus dem Gehäuseraum 8 durch die Gehäuseöffnungen 13, 13' hindurch entweicht. Damit die Dichtwirkung lange anhält und der Verschleiß der Axialdichtungen 24, 24' in Grenzen gehalten wird, sind besondere Maßnahmen getroffen, die zu einer Schonung der Axialdichtungen 24, 24' beitragen. Sie werden nachfolgend anhand der einen Axialdichtung 24 erläutert, finden sich zweckmäßigerweise jedoch auch identisch an der entgegengesetzten Axialdichtung 24'.
Das Besondere an der Axialdichtung 24 wird darin gesehen, daß diese in Draufsicht in Richtung der Drehachse 7 gesehen, also in Ansicht gemäß Pfeil 26, eine aus Figur 1 besonders gut ersichtliche mäanderförmige Umfangserstreckung aufweist. In streckungsrichtung der Kreislinie 25 liegen also mit Abstand aufeinanderfolgend angeordnete Dichtungs-Querabschnitte 35 vor, die quer zur Kreislinie 25 verlaufen, wobei in Umfangsrichtung benachbarte Dichtungs-Querabschnitte 35 abwechselnd alternierend radial außen und radial innen miteinander verbunden sind. Die Verbindung erfolgt beispielsgemäß mittels Dichtungs-Umfangsabschnitten 36, die jeweils ein Stück weit längs der Kreislinie 25 verlaufen, wobei sie gekrümmt oder geradlinig sein können. Auf diese Weise ergibt sich sowohl radial außen als auch radial innen jeweils eine sich in Richtung der Kreislinie 25 erstreckende Reihe von Dichtungs-Zwischenräumen 37, 38, wobei die betreffenden Dichtungs-Zwischenräume insbesondere gleichmäßig und vorzugsweise entlang des gesamten Umfanges der Axialdichtung 24 verteilt sind. In Richtung der Kreislinie 25, also in Umfangsrichtung der Axialdichtung 24, ergibt sich somit eine alternierende Anordnung von radial außen und radial innen liegenden Dichtungs-Zwischenräumen 37, 38.
Die Dichtungs-Zwischenräume 37, 38 sind zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß sich die radial außen liegenden mit den radial innen liegenden radial bezüglich der Drehachse 7 überlappen. Der sich ergebende ringförmige Überlappungsbereich 39 ist in Figur 1 angedeutet, er ergibt sich aus dem radialen Abstand zweier ebenfalls strichpunktiert angedeuteter Kreislinien 43, 44, auf denen jeweils der radial gerichtete Grund der äußeren (37) und der inneren (38) Dichtungs-Zwischenräume liegt. Der Überlappungsgrad kann soweit reduziert sein, daß sich der Überlappungsbereich lappungsbereich 39 zu einer Linie verengt, die von den zusammenfallenden Kreislinien 43, 44 gebildet ist.
Es wäre möglich, die Dichtungs-Zwischenräume 37, 38 mit unterschiedlicher radialer Tiefe zu versehen. Zweckmäßig, weil besonders einfach herstellbar, ist jedoch eine Anordnung mit zumindest annähernd identischer Zwischenraumtiefe.
Es ist nun möglich, sämtliche Dichtungs-Zwischenräume 37, 38 vor der Montage des Schwenkkolbens 1 im Gehäuse 4 eines Drehantriebes 5 mit einem geeigneten Schmiermittel zu füllen, insbesondere mit Fett. Das Schmiermittel sollte möglichst eine Konsistenz haben, die bewirkt, daß es an Ort und Stelle in den Dichtungs-Zwischenräumen 37, 38 verbleibt. Wenn nun der Schwenkkolben 1 im Gehäuse 4 um die Drehachse 7 schwenkt, dann wird die Gegendichtfläche 34 von dem in den taschenähnlichen Dichtungs-Zwischenräumen gespeicherten Schmiermittel benetzt. Wesentlich ist hierbei, daß diejenigen Bereiche benetzt werden, die auch von den mäanderförmigen Abschnitten der Axialdichtung 24 überstrichen werden. Wegen der radialen Überlappung der Dichtungs-Zwischenräume 37, 38 ist hierbei gewährleistet, daß die Gegendichtfläche 34 über ihre gesamte radiale Breite vom Schmiermittel bestrichen wird. Wegen der Vielzahl von Dichtungs-Zwischenräumen 37, 38 wird die Gegendichtfläche 34 entlang ihres gesamten Umfanges ständig unter Schmierung gehalten, selbst wenn der Schwenkwinkel des Schwenkkolbens 1 relativ gering ist.
Die inneren Dichtungs-Zwischenräume 38 sind auch aus Figur 2 ersichtlich. Aus dieser erkennt man auch, daß es vorteilhaft ist, radial innen an die innenliegenden Dichtungs-Zwischenräume 38 anschließend einen Ringraum 45 vorzusehen, zu dem hin die inneren Dichtungs-Zwischenräume 38 offen sind. Man kann besagten Ringraum 45 als Speicher benutzen, indem man ihn ebenfalls mit Schmiermittel füllt, so daß geringe Leckverluste des in den Dichtungs-Zwischenräumen 38 enthaltenen Schmiermittels selbstätig ausgeglichen werden. Der Ringraum 45 wird zweckmäßigerweise von dem Bereich eingenommen der radial zwischen der Durchbrechung 14 und der Axialdichtung 24 liegt. Der axiale Grund des Ringraumes 45 ist zweckmäßigerweise von der unbedeckten Stirnfläche 33 der Lagerpartie 2 gebildet.
Die innenliegenden Dichtungs-Zwischenräume 38 sind also vorzugsweise nach radial innen hin sowie axial zur Gegendichtfläche 34 hin offen.
Von Vorteil ist, wenn auch die radial außen liegenden Dichtungs-Zwischenräume 37 nicht nur zur Gegendichtfläche 34 hin, sondern - bezüglich der Drehachse 7 - auch nach radial außen hin offen sind. Beim Ausführungsbeispiel ist dies der Fall, und man erkennt die entsprechende Ausgestaltung besonderes gut aus Figur 3. Ersichtlich stehen die außen liegenden Dichtungs-Zwischenräume 37 auf diese Weise bei betriebsbereit im Gehäuse 4 montiertem Zustand des Schwenkkolbens 1 in unmittelbarer fluidischer Verbindung mit dem Gehäuseraum 8. Dies hat den Vorteil, daß das zum Betrieb des Drehantriebes 5 zugeführte Druckmittel Zugang in die äußeren Dichtungs-Zwischenräume 37 hat. Ist dort kein Schmiermittel deponiert - sei es, indem es von vorneherein weggelassen wurde oder indem es sich verflüchtigt hat -, übernimmt besagtes Druckmittel gleichzeitig die Schmiermittelfunktion. Einsichtig ist dies unmittelbar, wenn der Drehantrieb 5 ein hydraulischer Drehantrieb ist, der mit Öl oder dergleichen betrieben wird. Aber auch bei einem pneumatischen Drehantrieb ist die Schmierwirkung vorhanden, da das pneumatische Druckmittel regelmäßig mit ölenden Zusätzen versetzt ist, auf denen in diesem Falle die Schmierwirkung basiert.
In Figur 1 ist durch zwei straffierte Bereiche 46, 47 verdeutlicht, wie das schmierende Medium von radial innen und radial außen her in die Dichtungs-Zwischenräume 37, 38 eintreten kann.
Bei der Axialdichtung 34 handelt es sich praktisch um ein kragen- oder lippenartiges Teil, das sich mäanderförmig entlang der Kreislinie 25 erstreckt.
Die axiale Tiefe der innen liegenden Dichtungs-Zwischenräume 38 ist vorzugsweise größer als diejenige des angrenzenden Ringraumes 45, so daß das Schmiermittel nicht entweicht und aus dem Ringraum 45 fliehkraftbedingt Schmiermittel ohne weiteres nachfließen kann.
Zweckmäßig ist es, auch die Flügeldichtung 19 so auszuformen, daß sie als Schmiermittelspeicher fungiert. Beispielsgemäß verfügt sie über eine zentrale längs verlaufende Vertiefung 49, in die vor der Montage des Schwenkkolbens 1 Schmiermittel eingefüllt werden kann.