[0001] Die Erfindung betrifft ein mit Druckmittel betätigtes Aggregat gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
[0002] Druckmittel betätigte Aggregate werden in der Regel eingesetzt, um ein Bauteil in
einer Betriebsbewegung zu unterstützen. Das Bauteil kann dabei einer äußeren Belastung
ausgesetzt sein. Bei einem Aggregat in der Bauform eines Schwenkmotors z. B. in einem
Fahrzeugfahrwerk kann eine Stabilisatoranordnung eine Schwenkbewegung ausführen, ist
aber zusätzlich bei einer Einfederungsbewegung der Räder einer Achse einer Belastung
ausgesetzt, die deutlich hochfrequenter ist, als die Wankbewegung eines Fahrzeugaufbaus
und damit den Druckänderungen in der Druckmittelversorgung.
[0003] In der
DE 10 2004 051 A1 wird diese Problematik der Pulsation des Druckmediums erläutert und als Lösung ein
Schaumkörper vorgeschlagen, der in mindestens einer Arbeitskammer des Aggregats angeordnet
ist. Mit dem Schaumkörper ist zumindest der Nachteil verbunden, dass der Betriebsweg
des Aggregats eingeschränkt ist. Des Weiteren ist dafür Sorge zu tragen, dass über
die Lebensdauer des Aggregats keine Zersetzungserscheinungen auftreten, die Partikel
von dem Schaumkörper freisetzen, die wiederum zu Verstopfungen im Aggregat oder im
Druckversorgungssystem führen.
[0004] Aus der gattungsbildenden
DE 10 2004 039 767 A1 ist ein Schwenkmotor bekannt, umfassend einen Zylinder mit axial am Innendurchmesser
verlaufenden Rippen, der endseitig von zwei Deckeln verschlossen ist, eine Motorwelle
mit Flügeln, die dieselbe axiale Erstreckung besitzen wie die Rippen des Zylinders,
wobei die Flügel der Motorwelle und die Rippen des Zylinders zusammen mit dem Zylinder,
den Deckeln und der Motorwelle einzelne Arbeitskammern bilden, einen ersten und einen
zweiten Druckmediumanschluss für zwei jeweils durch eine Rippe getrennte Arbeitskammern,
ein Verbundsystem zwischen den Arbeitskammern, das mindestens paarweise Arbeitskammern
verbindet, wobei die Anordnung der verbundenen Arbeitskammern derart ausgeführt ist,
dass die Arbeitskammern, die mit dem ersten Druckmediumanschluss verbunden sind, sich
mit denen abwechseln, die mit dem zweiten Druckmediumanschluss verbunden sind, wobei
mindestens eine Arbeitskammer mit einem Druckkompensationselement verbunden ist. Das
Druckkompensationselement wird von einem Druckbegrenzungsventil gebildet, das in Richtung
der Arbeitskammer mit dem geringeren Arbeitsdruck öffnet, so dass Druckmedium von
mindestens einer Arbeitskammer einer ersten Gruppe in eine Arbeitskammer der zweiten
Gruppe überströmen kann.
[0005] Das Druckbegrenzungsventil öffnet in Abhängigkeit des Differenzdrucks zwischen zwei
Arbeitskammern unterschiedlicher Zuordnung. Aufgrund einer Federungsbewegung des Rades
kann eine erste Arbeitskammer entlastet und die benachbarte Kammer komprimiert werden.
Wird ein Differenzdruck unterschritten, dann öffnet das Druckbegrenzungsventil, obwohl
der Arbeitsdruck in der komprimierten Arbeitskammer noch keinen kritischen Wert erreicht
hat. Bei dem Druckbegrenzungsventil kann das Öffnungsverhalten nicht zwischen zulässigem
Spitzendruck in der komprimierten Arbeitkammer und einem momentanen Differenzdruck
zwischen zwei benachbarten Arbeitskammern unterschieden werden.
[0006] Eine weiterer Lösungsvorschlag gemäß der
DE 101 40 460 C1 besteht darin, dass das mit Druckmittel betriebene Aggregat mit einem externen Luftpolster
verbunden ist, das eine Kavitation in einer Arbeitskammer verhindern soll.
[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Lösung für die negative Wirkung der
Druckpulsation in einem Aggregat bereitzustellen.
[0008] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Druckkompensationselement
von einem Ausgleichsraum gebildet wird, der von einem beweglichen Trennelement unterteilt
wird, wobei jeweils ein Teilausgleichsraum mit mindestens einer Arbeitskammer eines
Druckmediumanschlusses verbunden ist und das Trennelement von entgegengesetzt wirksamen
Federn in einer Ausgangsstellung gehalten, wobei die Federkräfte der Federn eine progressive
Federkraftkennlinie aufweisen.
[0009] Der große Vorteil der Erfindung besteht darin, dass beide Arbeitskammergruppen voneinander
getrennt sind, jedoch ein Volumenmangel oder Volumenüberschuss innerhalb des Aggregats
ausgeglichen werden kann, ohne dass von außen Druckmedium zusätzlich bewegt werden
muss.
[0010] Dabei ist der Ausgleichsraum vorteilhafterweise an die Verbundsysteme beider Arbeitskammergruppen
angeschlossen. Ein Dämpfmediummangel in einer Arbeitskammergruppe kann durch eine
Nachförderung in die anderen Arbeitskammergruppen kompensiert werden, wofür nur ein
einziges gemeinsames Druckkompensationsmittel benötigt wird.
[0011] Im Hinblick auf ein insgesamt kompakt bauendes Aggregat ist der Ausgleichsraum innerhalb
der Motorwelle ausgeführt.
[0012] Gemäß einem Unteranspruch wird das Trennelement von einer starren Scheibe gebildet.
[0013] Das Verbundsystem wird von Kanälen gebildet, die in einer Mantelfläche des Ausgleichsraums
enden und mit dem beweglichen Trennelement ein Schieberventil bilden. Das Schieberventil
sorgt für eine Drosselung des von dem Trennelement aus dem Teilausgleichsraum verdrängten
Druckmediums, so dass bei den Teilausgleichsräumen und damit auch bei den Arbeitskammern
keine schlagartigen Volumenänderungen auftreten können.
[0014] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Federkraftkennlinie
von einer aus mehreren Federn umfassenden Federanordnung gebildet.
[0015] Dabei weist die Federanordnung mindestens eine Schraubenfeder und eine Elastomerfeder
auf. Die Schraubenfeder verfügt über eine kleinere Federrate als die Elastomerfeder,
die trotzdem nur einen kleinen Bauraum benötigt.
[0016] Man kann vorsehen, dass die Elastomerfeder funktional parallel zur mindestens einen
Schraubenfeder wirksam ist.
[0017] Alternativ kann die Elastomerfeder funktional in Reihe zu der Schraubenfeder wirksam
sein.
[0018] Bei einer vorteilhaften Variante ist die Elastomerfeder ortsfest am Trennelement
angeordnet. Diese Bauform lässt sich besonders einfach montieren, da die relativ kleinen
Bauteile außerhalb des Aggregats zusammengefügt werden können.
[0019] Man kann die Elastomerfeder auch in der Motorwelle befestigen. Diese Variante bietet
den Vorteil, dass die Elastomerfeder keine Verschiebebewegung ausführen muss.
[0020] Die Elastomerfeder ist bevorzugt ringförmig ausgeführt, so dass der Innenraum der
Elastomerfeder Bauraum für die Schraubenfeder bietet.
[0021] Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist die Elastomerfeder als Wellring ausgeführt.
Neben der Auswahl des Werkstoffs kann durch das Wellprofil die Federkennlinie variiert
werden.
[0022] Die Elastomerfeder kann an dem Trennelement mittels einer Schnappverbindung befestigt
sein, was insbesondere bei einer ringförmigen Elastomerfeder Vorteile in der Ausnutzung
des Bauraums bietet.
[0023] Insbesondere bei einer Reihenschaltung der Schraubenfeder und der Elastomerfeder
ergibt sich eine vorteilhafte Kammerung der Elastomerfeder, wenn sich die Schraubenfeder
endseitig in einem axial beweglichen topfförmigen Übertragungselement abstützt, das
einen Rand aufweist, der die Vorspannkraft der Schraubenfeder auf die Elastomerfeder
überträgt. Die Elastomerfeder kann sich einerseits auf einem Absatz der Motorwelle
abstützten und wird andererseits von dem Rand und dem Topfteil des Übertragungselement
allseitig geführt.
[0024] Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
[0025] Es zeigt:
- Fig. 1
- Längsschnitt durch das Aggregat im Bereich der Arbeitskammern
- Fig. 2
- Längsschnitt durch das Aggregat im Bereich der Dichtungen zwischen den Arbeitskammern
- Fig. 3
- Querschnitt durch das Aggregat im Bereich des Druckkompensationselements
- Fig. 4
- Teilausschnitt des Druckkompensationselements
- Fig. 5 - 6
- Alternativvarianten zur Fig. 1
[0026] Die Fig. 1 zeigt in Verbindung mit der Figure 2 und 3 einen 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 Kanälen 29; 31 in der Motorwelle 7. Ein erster Druckmediumanschluss
33 versorgt über den Kanal 29 die Arbeitskammern 15 und ein zweiter Druckmediumanschluss
35 erfüllt diese Funktion über den Kanal 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.
[0027] Zur Aufnahme der bei einer höherfrequenten äußeren Belastungen auftretenden Drucksprüngen
in den Arbeitskammern 17; 19 dient ein Druckkompensationselement 37, das von einem
Ausgleichsraum 39 gebildet wird, der von einem beweglichen Trennelement 41 in zwei
Teilausgleichsräume 39a; 39b unterteilt wird. Der Teilausgleichsraum 39a ist mit einer
Arbeitskammergruppe 15 eines Druckmediumanschlusses 33 und der Teilausgleichsraum
39b mit der Arbeitskammergruppe 17 des Druckmediumanschlusses 35 verbunden.
[0028] Das Trennelement 41 wird von einem Schieber mit einem scheibenförmigen Grundkörper
gebildet und wird von entgegengesetzt wirksamen Federn 43; 45 in einer Ausgangsstellung
gehalten. Der Ausgleichsraum 39 ist an das Verbundsystem, Kanäle 29; 31, beider Arbeitskammergruppen
15; 17 innerhalb der Motorwelle 7 angeordnet. Ein endseitiger, abgedichteter Deckel
47 verschließt die den Ausgleichsraum 39 bildende Sacklochbohrung in der Motorwelle
7. Die Feder 43 stützt sich an dem Deckel 47 und die Feder 45 an dem Sacklochgrund
ab.
[0029] Die Kanäle 29; 31 enden in einer Mantelfläche des Ausgleichsraums und bilden mit
Ihren Endöffnungen zusammen mit dem beweglichen Trennelement jeweils ein Schieberventil
49; 51, die eine gegensinnige Öffnungs- und Schließbewegung ausführen. In der Mantelfläche
sind umlaufende Nuten 53; 55 eingearbeitet, die auch bei geschlossenem Schieberventil
eine Verbindung der Arbeitskammern einer Arbeitskammergruppe 15 oder 17 ermöglichen.
[0030] Das Trennelement 41 weist auf der Mantelfläche des Ausgleichsraums 39 gleitenden
Hülsenabschnitte 57; 59 auf, die mit den Endöffnungen der Kanäle 29; 31 zusammenwirken.
In einem axialen Abstand zur Stirnfläche der Hülsenabschnitte 57; 59 ist mindestens
eine Nachströmöffnung 61; 63, ausgeführt, die bei maximaler Schließstellung des Trennelements
mit der Endöffnung des jeweiligen Kanals 29; 31 in Überdeckung steht.
[0031] Zwischen dem Verbundsystem, Kanäle 29; 31 und den daran angeschlossenen Teilausgleichsräumen
39a; 39b ist mindestens ein in Richtung des jeweiligen Teilausgleichsraums öffnendes
Rückschlagventil angeordnet, das von der mindestens einen Nachströmöffnung 61; 63
in den Hülsenabschnitten 57; 59 des Trennelements 41 gebildet wird. Dabei wird die
Nachströmöffnung 61; 63 innenseitig am Hülsenabschnitt 57; 59 von einem vorgespannten
Dichtring 65, verschlossen.
[0032] Die Figuren 1 zeigt das Trennelement 41 in einer mittleren Stellung, wenn der Druckmediumzufluss
in die eine Arbeitskammergruppe trotz des Druckmediumabflusses mit einem entsprechenden
Gegendruck in der anderen Arbeitskammergruppe wirksam ist. Insbesondere bei einem
plötzlichen Druckabfall in einer Arbeitskammergruppe führt das Trennelement 41 gegen
die Kraft z. B. der Feder 45 eine axiale Verschiebebewegung in Richtung des Sacklochgrundes
aus. Dabei wird Druckmediumvolumen entsprechend dem Querschnitt des Innendurchmessers
des Ausgleichsraums 39b multipliziert mit dem Verschiebeweg des Trennelements durch
die Ringnut 55 in den Kanal 31 und damit in die Arbeitskammern 17 verdrängt, so dass
kein Unterdruckauftreten kann. Ein Mindervolumen in einer Arbeitskammergruppe wird
durch die Bewegung des Trennelements in Verbindung mit einer Volumenvergrößerung der
anderen Arbeitskammergruppe im Bereich des Teilausgleichsraums kompensiert.
[0033] Der Hülsenabschnitt 59 kann die Ringnut 55 überfahren und den Übertrittquerschnitt
zwischen dem Ausgleichsraum 39b und der Ringnut 55 reduzieren. Dabei wird eine Drosselwirkung
erzielt, die ein Anschlagen des Trennelements in der Motorwelle verhindert. Kurz vor
der Endposition steht der Hülsenabschnitt 59 mit seiner Stirnfläche 67 an einer zweiten
Feder 69 in der Bauform einer ringförmigen Elastomerfeder an einem Absatz 71 der Motorwelle
an. Die als Wellring ausgeführte Elastomerfeder verfügt im Vergleich zur Schraubenfeder
über eine deutlich größere Federrate und fungiert ab dem Anschlag parallel zur Schraubenfeder
45, so dass die gesamte Federanordnung, umfassend die Schraubenfeder 45 und die Elastomerfeder
69, eine insgesamt progressive Federkraftkennlinie aufweist. Die Anschlagbewegung
des Trennkolbens wird durch die Schraubenfedern 43; 45, den Elastomerfedern 69, 73
und die Drosselwirkung der Schieberventile 49; 51 beeinflusst.
[0034] Sofern vorhanden, steht die Nachströmöffnung 63 dann in Überdeckung mit der Ringnut
55. Man kann auf eine Nachströmöffnung verzichten, wenn man z. B. ein ausreichend
großes Spaltmaß zwischen den Hülsenabschnitten und der Mantelfläche des Ausgleichsraums
vorsieht.
[0035] Wenn der plötzliche Druckunterschied kompensiert ist, dann kann das Trennelement
41 aufgrund der dann noch vorherrschenden unterschiedlichen Federkräfte der drei Federn
43; 45, 69 in die Ausgangsposition zurückbewegt werden, bis die Federkräfte beider
Federanordnungen im Gleichgewicht stehen. Auch für die entgegensetzte Ausgleichsbewegung
des Trennelements 41 wirkt der Hülsenabschnitt 57 mit dem baugleichen Wellring 73
zusammen, der an einem Absatz 75 der Motorwelle bzw. dem Deckel 47 der Motorwelle
fixiert ist.
[0036] Mit der Fig. 5 soll gezeigt werden, dass das zusätzlichen Federn 69; 73 auch an dem
Trennelement selbst befestigt sein können, beispielsweise über eine Schnappverbindung
mit den Hülsenabschnitten 57; 59.
[0037] Die Fig. 6 zeigt eine Variante mit den Federanordnungen 43; 73; und 45; 69, bei der
die Federsätze jeweils funktional in Reihe wirken. Beide Schraubenfedern 43; 45 stützen
sich an Ihrem dem Trennelement 41 gegenüberliegenden Ende an einem axial beweglichen
topförmigen Übertragungselement 77; 79 ab. Zwischen den Absätzen 75 bzw. 71 der Motorwelle
7 und jeweils einem nach außen umgebogenen Rand 81; 83 des Übertragungselements sind
die Elastomerfedern 69; 73 gekammert. Zwischen Böden 85; 87 der Übertragungselemente
77; 79 und dem Deckel 47 bzw. dem Sacklochgrund der Motorwelle liegt ein axialer Abstand
vor, der den maximalen Federweg der Elastomerfedern 69; 73 bestimmt.
[0038] Der auf das Trennelement wirksame Druck in einem Teilausgleichsraum 39a; 39b wird
unabhängig von der Momentanstellung des Trennelements 41 von beiden Federanordnungen
43; 73; und 45; 69 abgestützt. Auch die Serienschaltung der Federanordnungen führt
zu einer progressiven Federkraftkennlinie, die zusammen mit der hydraulischen Drosselwirkung
der Schieberventile 49; 51, s. Fig. 1 eine Geräuschbildung im Schwenkmotor bei plötzlich
auftretenden Druckspitzen zuverlässig unterbinden. Die Variante nach Fig. 6 lässt
die Elastomerfeder besonders einfach montieren, indem man diese bei der Montage außenseitig
auf das jeweilige Übertragungselement bis zum Rand auffädelt. Bei montierten Übertragungselementen
sind die Elastomerfedern ortsfest zur Motorwelle zwischen den Absätzen der Motorwelle
und den Übertragungselementen gekammert.
1. Aggregat, insbesondere Schwenkmotor, umfassend einen Zylinder mit axial am Innendurchmesser
verlaufenden Rippen, der endseitig von zwei Deckeln verschlossen ist, eine Motorwelle
mit Flügeln, die dieselbe axiale Erstreckung besitzen wie die Rippen des Zylinders,
wobei die Flügel der Motorwelle und die Rippen des Zylinders zusammen mit dem Zylinder,
den Deckeln und der Motorwelle einzelne Arbeitskammern bilden, einen ersten und einen
zweiten Druckmediumanschluss für zwei jeweils durch eine Rippe getrennte Arbeitskammern,
ein Verbundsystem zwischen den Arbeitskammern, das mindestens paarweise Arbeitskammern
verbindet, wobei die Anordnung der verbundenen Arbeitskammern derart ausgeführt ist,
dass die Arbeitskammern, die mit dem ersten Druckmediumanschluss verbunden sind, sich
mit denen abwechseln, die mit dem zweiten Druckmediumanschluss verbunden sind, wobei
mindestens zwei Arbeitskammer unterschiedlicher Zuordnung der Druckmediumanschlüsse
mit einem Druckkompensationselement verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Druckkompensationselement (37) von einem Ausgleichsraum (39) gebildet wird, der
von einem beweglichen Trennelement (41) unterteilt wird, wobei jeweils ein Teilausgleichsraum
(39a; 39b) mit mindestens einer Arbeitskammer (15; 17) eines Druckmediumanschlusses
(33; 35) verbunden ist und das Trennelement von entgegengesetzt wirksamen Federn (43;
45) in einer Ausgangsstellung gehalten wird, wobei die Federkräfte der Federn (43;
45) eine progressive Federkraftkennlinie aufweisen.
2. Aggregat nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgleichsraum (39) an die Verbundsysteme beider Arbeitskammergruppen (15; 17)
angeschlossen ist.
3. Aggregat nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgleichsraum (39) innerhalb der Motorwelle (7) ausgeführt ist.
4. Aggregat nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Trennelement (41) von einer starren Scheibe gebildet wird.
5. Aggregat nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verbundsystem von Kanälen (29; 31) gebildet wird, die in einer Mantelfläche des
Ausgleichsraums (39) enden und mit dem beweglichen Trennelement (41) ein Schieberventil
(49; 51) bilden.
6. Aggregat nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Federkraftkennlinie von einer aus mehreren Federn (43; 45; 69; 73) umfassenden
Federanordnung gebildet wird.
7. Aggregat nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Federanordnung mindestens eine Schraubenfeder (43; 45) und eine Elastomerfeder
(69; 73) aufweist.
8. Aggregat nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Elastomerfeder (69; 73) funktional parallel zur mindestens einer Schraubenfeder
(43; 45) wirksam ist.
9. Aggregat nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Elastomerfeder (69; 73) funktional in Reihe zu der Schraubenfeder wirksam (43;
45) ist.
10. Aggregat nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Elastomerfeder (69; 73) ortsfest am Trennelement (41) angeordnet ist.
11. Aggregat nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Elastomerfeder (69; 73) in der Motorwelle (7) befestigt ist.
12. Aggregat nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Elastomerfeder (69; 73) ringförmig ausgeführt ist.
13. Aggregat nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Elastomerfeder (69; 73) als Wellring ausgeführt ist.
14. Aggregat nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Elastomerfeder (69; 73) an dem Trennelement (41) mittels einer Schnappverbindung
befestigt ist.
15. Aggregat nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Schraubenfeder (43; 45) endseitig in einem axial beweglichen topfförmigen
Übertragungselement (77; 79) abstützt, das einen Rand (81; 83) aufweist, der die Vorspannkraft
der Schraubenfeder (43; 45) auf die Elastomerfeder (69; 73) überträgt.