Schwenkflügelmotor

Abstract

 Schwenkflügelmotor mit einem Gehäuse (1) und mindestens einem gehäuseseitig angeordneten Flügel (3) (als Stator) und mit einer Welle und mindestens einem wellenseitig angeordneten Flügel (9) (als Rotor), wobei zwischen dem Gehäuse (1) und dem gehäuseseitigen Flügel (3) und zwischen der Welle (7) und dem wellenseitigen Flügel (3) mindestens zwei Arbeitsräume (13,15) gebildet werden, welche axial durch mindestens eine Druckplatte (19,29) abgedichtet werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Schwenkflügelmotor mit einem Gehäuse und mindestens einem gehäuseseitig angeordneten Flügel (als Stator) und einer Welle mit mindestens einem wellenseitig angeordneten Flügel (als Rotor), wobei zwischen dem Gehäuse und dem gehäuseseitigen Flügel und der Welle und dem wellenseitigen Flügel mindestens zwei Arbeitsräume gebildet werden, welche axial durch mindestens eine Druckplatte abgedichtet werden. Derartige Schwenkflügelmotoren sind bekannt.

[0002] Dabei tritt das Problem auf, dass im drucklosen Zustand die Druckplatte noch keine Dichtwirkung erzeugen kann und damit die Dichtwirkungen bei den Anfahrbedingungen des Schwenkflügelmotors undefiniert sind.

[0003] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Schwenkflügelmotor darzustellen, welcher diese Probleme nicht aufweist.

[0004] Die Aufgabe wird gelöst durch einen Schwenkflügelmotor mit einem Gehäuse und mindestens einem gehäuseseitig angeordneten Flügel (als Stator) und einer Welle und mindestens einem wellenseitig angeordneten Flügel (als Rotor), wobei zwischen dem Gehäuse und dem gehäuseseitigen Flügel und zwischen der Welle und dem wellenseitigen Flügel mindestens zwei Arbeitsräume gebildet werden, welche axial durch mindestens eine Druckplatte abgedichtet werden, wobei die Druckplatte entweder gehäuseseitig oder rotorseitig eingespannt ist und am jeweils anderen Teil federnd anliegt. Das hat den Vorteil, dass eine Dichtwirkung der Druckplatte auch schon im drucklosen Zustand realisiert wird. Die Druckplatte ist also gleichzeitig Federelement, um eine Vorspannung herzustellen und dadurch die gewünschte Dichtwirkung auch im drucklosen Zustand (fail-safe) sicherzustellen. Weitere Vorspannelemente entfallen.

[0005] Bevorzugt wird ein Schwenkflügelmotor, welcher zwei Druckplatten aufweist, welche symmetrisch zwischen dem Gehäuse und dem Rotor angeordnet sind. Das hat den Vorteil, dass eine symmetrische Anordnung zweier Druckplatten die axiale Zentrierung des Rotorflügelabschnittes gewährleistet.

[0006] Ein erfindungsgemäßer Schwenkflügelmotor zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorspannung durch die geometrische Form der Druckplatte, welche bei der Montage des Schwenkflügelmotors verformt wird, aufgebracht wird. Auch wird ein Schwenkflügelmotor bevorzugt, bei welchem die Druckplatte eine Entlastungsnut zur gezielten lokalen Verformung aufweist. Das hat den Vorteil, dass die Verformungsstelle an einer definierten Stelle angebracht werden kann und die übrigen Teile der Druckplatte als Dichtungsauflagefläche dienen, ohne sich zu verformen und damit ohne die Dichtfläche zu verändern.

[0007] Auch wird ein Schwenkflügelmotor bevorzugt, bei welchem mindestens eine Druckplatte Durchleitungsbohrungen für je einen Arbeitsraum aufweist. Das hat den Vorteil, dass die Leitungen axial am Schwenkmotor angebracht werden können und nicht den radialen Bauraum vergrößern.

[0008] Weiterhin wird ein Schwenkflügelmotor bevorzugt, bei welchem der Arbeitsdruck in dem jeweils mit Betriebsdruck beaufschlagten Arbeitsraum durch einen Umschaltmechanismus in den Druckraum hinter der Druckplatte (zwischen axialer Gehäusewand und Druckplatte) geleitet wird, gegebenenfalls durch einen Ventil- Umschaltmechanismus.

[0009] Ein weiterer erfindungsgemäßer Schwenkflügelmotor zeichnet sich dadurch aus, dass der Umschaltmechanismus in die Flügeldichtungsvorrichtung integriert wird. Auch wird ein Schwenkflügelmotor bevorzugt, bei welchem der Umschaltmechanismus durch Bohrungen unterhalb der Flügeldichtung im Rotorflügel realisiert ist, wenn die Druckplatte gehäuseseitig eingespannt ist, oder im Gehäuseflügel, wenn die Druckplatte rotorseitig eingespannt ist. Weiterhin wird ein Schwenkflügelmotor bevorzugt, bei welchem die mit dem Arbeitsdruck beaufschlagte Seite der Flügeldichtung die Flügeldichtung zusammenpresst oder verschiebt und daher die jeweilige Bohrung im Flügel zur Druckkammer hinter der Druckplatte freigibt. Das hat den Vorteil, dass keine separaten Ventileinrichtungen benötigt werden, sondern dass die zusammenpressbare oder verschiebbare Flügeldichtung gemeinsam mit den Bohrungen diese Ventilfunktion wahrnimmt.

[0010] Auch wird ein Schwenkflügelmotor bevorzugt, bei welchem die Flügeldichtungen aus PTFE bestehen. Weiterhin wird ein Schwenkflügelmotor bevorzugt, bei welchem die Druckplatte zusätzliche Dichtungen zur Abgrenzung bestimmter Druckfelder aufweist.

[0011] Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben.

Figur 1

zeigt in einer Explosionsdarstellung einen erfindungsgemäßen Schwenkflügelmotor.

Figur 2

zeigt eine erfindungsgemäße Druckplatte.

Figur 3

zeigt einen Querschnitt durch den Schwenkflügelmotor.

Figur 4

zeigt einen Schnitt A-A durch die Darstellung aus Figur 3.

Figur 5

zeigt im Querschnitt die erfindungsgemäße Druckplatte vor und nach der Montage.

Figur 6

zeigt den Umschaltmechanismus durch die Flügeldichtung in Aufsicht.

Figur 7

zeigt den Umschaltmechanismus durch die Flügeldichtung in einem seitlichen Querschnitt.

[0012] In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Schwenkflügelmotor in einer dreidimensionalen Explosionsdarstellung gezeigt. In einem Gehäuse 1 sind zwei gehäuseseitig angeordnete Flügel 3 dargestellt, welche jeweils eine Nut 5 für eine entsprechende Dichtungseinrichtung aufweisen. Das Gehäuse 1 mit den gehäuseseitigen Flügeln 3 kann auch als Stator bezeichnet werden. Innerhalb des Gehäuses 1 ist drehbar eine Welle 7 mit zwei wellenseitig angeordneten Flügeln 9 eingebracht, wobei die Welle 7 und die beiden Flügel 9 auch als Rotor bezeichnet werden können. Auch die wellenseitig angeordneten Flügel 9 enthalten je eine Dichtungsnut 11. Zwischen den Flügeln 3 des Gehäuses 1 und den Flügeln 9 der Welle bilden sich Arbeitsräume 13 bzw. 15, welche je nach Position zwischen den Flügeln 9 und den Flügeln 3 größer oder kleiner sein können. Die Welle 7 mit ihren beiden Flügeln 9 kann also im Gehäuse 1 zwischen den beiden gehäuseseitigen Flügeln 3 in den Arbeitsräumen hin und her oszillieren und somit eine winkelmäßig begrenzte Drehbewegung in die eine oder andere Richtung machen, also eine so genannte Schwenkbewegung. Derartige Schwenkmotoren werden beispielsweise dafür eingesetzt, in einem Wankstabilisierungssystem eines Kraftfahrzeuges den Querstabilisator entsprechend zu verdrehen, wobei die eine Stabilisatorhälfte am Gehäuse 1 und die andere Stabilisatorhälfte an der Welle 7 befestigt ist. Das Gehäuse 1 kann durch einen entsprechenden Gehäusedeckel 17 verschlossen werden. Zur axialen Abdichtung des Gehäuses 1 mit den beiden gehäuseseitigen Flügeln 3 und der Welle 7 mit den beiden wellenseitigen Flügeln 9 wird eine Druckplatte 19 eingebracht. Sowohl im Gehäusedeckel 17 als auch in der Druckplatte 19 sind Durchgangsöffnungen 21 a bzw. 21 b zur Befüllung und Entleerung der Arbeitsräume 13 als auch Durchgangsöffnungen 23 a bzw. 23 b zur Befüllung und Entleerung der Arbeitsräume 15 eingebracht. Die jeweils gegenüber liegende Arbeitsräume werden durch hier nicht dargestellte Querverbindungen in der Welle mit Druck beaufschlagt. In Figur 2 ist die Druckplatte 19 vergrößert dargestellt. Neben den Durchgangsöffnungen 21 b und 23 b ist eine so genannte Entlastungsnut 25 dargestellt, welche in diesem Bereich eine gezielte elastische Verformung ermöglicht, wie später noch in Figur 5 erläutert wird.

[0013] In Figur 3 ist ein derartiger Schwenkflügelmotor im Querschnitt dargestellt. Gleiche Teile wie in Figur 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Gehäuse 1 wird durch den Deckel 17 verschlossen, wobei zwischen dem Gehäuse 1 und dem Deckel 17 die Druckplatte 19 eingespannt ist. Innerhalb des Gehäuses 1 ist die Welle 7 entsprechend angeordnet und in dem Deckel 17 als auch in einem zweiten Deckel 27 gelagert. Zwischen dem Deckel 27 und dem Gehäuse 1 ist eine zweite Druckplatte 29 eingespannt. Der hier dargestellte Querschnitt geht im Rotorbereich, also im Bereich der Welle 7, durch die wellenseitigen Flügel (Flügel 9 in Figur 1) und innerhalb dieser Flügel durch die Flügeldichtung 33. Der Arbeitsraum 31 ist über die Durchgangsöffnung 21 a im Deckel 17 und die Durchgangsöffnung 21 b in der Druckplatte 19 mit der Druckversorgung (hier nicht dargestellt) des Schwenkflügelmotors verbunden. Man erkennt im Querschnitt, dass beispielsweise zwischen dem Gehäusedeckel 17 und der Druckplatte 19 ein Druckraum 35 dargestellt ist sowie zwischen dem zweiten Gehäusedeckel 27 und der zweiten Druckplatte 29 ein zweiter Druckraum 37. Diese Druckräume 35 bzw. 37 werden aus den jeweils mit Druck beaufschlagten Arbeitsräumen (in Figur 1 die Arbeitsräume 13 oder 15) mit Druck beaufschlagt, wie in Figur 6 und 7 noch beschrieben wird. Die jeweils gegenüberliegenden Druckräume 13 aus Figur 1 bzw. 15 aus Figur 1 sind jeweils durch Durchgangsbohrungen 38 bzw. 39 in der Welle miteinander verbunden.

[0014] In Figur 4 ist ein Querschnitt A-A durch Figur 3 dargestellt. Innerhalb des Gehäuses 1 ist grau schraffiert dargestellt die Druckplatte 19 angeordnet. Vor der Druckplatte 19 sind die gehäuseseitigen und rotorseitigen Ausführungen mit den Flügeln dargestellt. Das Gehäuse 1 weist die beiden gehäuseseitigen Flügel 3 auf, die Welle 7 weist die beiden wellenseitigen Flügel 9 auf. Zwischen diesen Flügeln 3 bzw. 9 sind die Arbeitsräume 15 bzw. 13 ausgebildet, welche je nach Ansteuerung mit Hochdruck beaufschlagt werden oder zum Tank hin abgeleitet werden. Innerhalb der Flügel sind Flügelnuten 43 mit Dichtungen 41 angeordnet.

[0015] In Figur 5 ist die erfindungsgemäße Druckplatte 19 in ihrer konkreten Ausführung im Querschnitt zusammen mit dem Gehäuse 1, mit dem Deckel 17 und mit der Welle 7 dargestellt. In Figur 5 a ist die Welle 7 noch nicht im montierten Zustand im Gehäuse 1 angebracht. Die Druckplatte 19 wird mit einem Abschnitt 45 in eine Nut zwischen dem Deckel 17 und dem Gehäuse 1 eingeklemmt. Unterhalb der Entlastungsnut 25 besitzt die Druckplatte 19 eine konisch nach vorne auslaufende Oberfläche 47.

[0016] In Figur 5 b ist dann die Welle 7 im montierten Zustand innerhalb des Gehäuses gezeigt. Die Welle 7 hat sich mit ihrem Flügel 9 gegen die Oberfläche 47 der Druckplatte 19 gepresst, sodass diese Oberfläche jetzt federnd in einer senkrechten Position gegen den Flügel 9 der Welle 7 drückt. Die Verformung der Druckplatte 19 ist durch die Entlastungsnut 25 gezielt innerhalb dieser Entlastungsnut 25 realisiert, sodass der untere Teil der Druckplatte 19 seine Form beibehält und damit eine glatte, dichtende Oberfläche 47 gegenüber dem Flügel 9 der Welle 7 aufweisen kann. Durch diese federnde Kraft dieser ausgeformten Druckplatte wird schon eine Abdichtung garantiert, ohne dass ein zusätzlicher Druck im Druckraum 35 die Druckplatte 19 anpressen muss. Erst bei Einschalten des Hydrauliksystems wird der Druckraum 35 zusätzlich mit dem Arbeitsdruck aus den Arbeitsräumen 13 bzw. 15 beaufschlagt und damit die Druckplatte 19 zusätzlich hydraulisch axial gegen die Welle und den Wellenflügel 9 gepresst. In Figur 5c sind beide Druckplatten 19 und 29, wie beispielsweise in Figur 3 dargestellt, im Querschnitt zu sehen. Dabei ist zu erkennen, dass durch die federnden Anlagekräfte der beiden Druckplatten 19 und 29 die Welle 7 mit ihrem Flügel 9 zentriert wird. Somit ist schon im drucklosen Zustand eine zentrierte Position des Rotors, bestehend aus der Welle 7 und den Flügeln 9 gegenüber dem Stator, bestehend aus dem Gehäuse 1 und den Gehäuseflügeln 3, hergestellt.

[0017] In Figur 6 ist eine Umschaltvorrichtung mittels der Flügeldichtung 49 dargestellt, mit welcher der Arbeitsdruck aus den jeweils mit Druck beaufschlagten Arbeitsräumen 13 oder 15 in den Druckraum 35 hinter der Druckplatte 19 eingebracht werden kann, um die Druckplatte 19 zusätzlich hydraulisch gegen den Rotor zu pressen. Die Flügeldichtung 49 ist in ihrer Breite schmaler als die Dichtungsnut 43. Zusätzlich sind in der Dichtungsnut 43 zwei Bohrungen 51 und 53 angebracht, welche im Querschnitt in Figur 7 zu erkennen sind. Die Flügeldichtung 43 wird auf der Oberfläche 55 beispielsweise durch einen Arbeitsdruck beaufschlagt und somit über die Bohrung 53 gedrückt, wodurch die Bohrung 51 frei wird. Über die Bohrung 51 kann nun der Arbeitsdruck in den Druckraum 35 hinter der Druckplatte 19 gelangen und diese damit axial gegen den Rotor drücken. In Figur 6 b wirkt der Arbeitsdruck auf die entgegen gesetzte Fläche 57. Die Flügeldichtung 49 wird innerhalb der Flügeldichtungsnut 43 über die Bohrung 51 geschoben, sodass die Schrägbohrung 53 frei wird. Somit wird jetzt der aus anderer Richtung kommende Arbeitsdruck über die Bohrung 53 in den Druckraum 35 hinter der Druckplatte 19 eingebracht und kann diese ebenfalls wieder axial gegen den Rotor drücken.

[0018] Die Erfindung weist also folgende Vorteile auf:

a.) Die Verwendung einer Druckplatte 19 bzw. 29 zur Axialspalt-Kompensation, wobei die Druckplatte 19 bzw. 29 gleichzeitig Federelement ist, um eine Vorspannung einzuleiten und dadurch die gewünschte Dichtwirkung auch im drucklosen Zustand (fail-safe) sicher zu stellen. Weitere Vorspannelemente entfallen.

b.) Klemmung der Druckplatte 19, 29 entweder am äußeren (gehäuseseitigen) oder inneren (rotorseitigen) Rand, wobei mit der äußeren Klemmung geringe Relativbewegungen erreicht werden (d. h. geringeres Reibemoment). In diesem Fall ist die gehäuseseitige Klemmung dargestellt.

c.) Die Vorspannung ergibt sich aus der geometrischen Anordnung im System Schwenkmotor und wird bei der Montage durch Verformen aufgebracht.

d.) Eine symmetrische Anordnung zweier Druckplatten 19, 29 gewährleistet die axiale Zentrierung des Rotorflügelabschnittes 9.

e.) Die Vorspannung ist für den drucklosen Zustand so bemessen, dass ein internes axiales Spiel überbrückt werden kann, ohne dass die zur Abdichtung erforderliche Pressung auf die Stirnfläche verloren geht.

f.) Die federnde Eigenschaft der Druckplatten 19, 29 ermöglicht eine Kompensation von Längendifferenzen zwischen Rotor und Stator (Gehäuse 1), z. B. infolge von Herstellungstoleranzen und Temperaturdifferenzen.

g.) Falls das Arbeitsmedium seitlich in die Arbeitsräume 13, 15 des Schwenkmotors eingeleitet werden soll, können die Druckplatten 19, 29 am Rand im Bereich der ringförmigen Klemmzone mit Durchleitungsbohrungen 21 b, 23 b versehen werden, die für eine Verbindung mit Druckanschlüssen am Deckel 17 sorgen. Die Abdichtung zur deckelseitigen Druckplattenkammer wird durch die hohe Pressung zwischen den Druckplatten 19, 29 und den Deckeln 17, 27 gewährleistet.

h.) Der Arbeitsdruck wird von dem beim Schwenkvorgang jeweils mit Betriebsdruck beaufschlagten Arbeitsraum 13, 15 durch einen Umschaltmechanismus in den Druckraum 35, 37 hinter der Druckplatte 19, 29 geleitet.

i.) Eine mögliche Ausführung des Umschaltmechanismus besteht in dessen Integration in die Flügeldichtung 49. Kernelement ist hier eine (oder mehrere) Bohrung(en) 51, 53, die den mit Arbeitsdruck beaufschlagten Arbeitsraum 13, 15, von der Flügeldichtungsnut 43 ausgehend, mit dem Druckraum 35, 37 verbindet. Der Umschaltmechanismus nutzt die Verformung oder Verschiebung der arbeitsdruckbeaufschlagten Flügeldichtung 49, die zu einer Freilegung der Bohrungsöffnungen 51, 53 hin zu dem druckbeaufschlagten Druckraum 35, 37 führt.

j.) In Kombination mit weichen Flügeldichtungen 49 (zum Beispiel aus PTFE) sorgt die beschriebene Stirndichtung für eine bessere Dichtheit an den kritischen Ecken.

[0019] Die Erfindung umfasst also mindestens eine Druckplatte 19, 29, die gleichzeitig Federeigenschaften hat und für eine vorgespannte Abdichtung an den Stirnflächen zwischen benachbarten Schwenkflügelarbeitsräumen 13, 15 sorgt und das Axialspiel zwischen Rotor und Gehäuse 1 kompensiert.

Bezugszeichenliste

[0020] 

1.

Gehäuse

3.

gehäuseseitig angeordnete Flügel

5.

Dichtungsnut

7.

Welle

9.

wellenseitig angeordnete Flügel

11.

Dichtungsnut

13.

Arbeitsraum

15.

Arbeitsraum

17.

Gehäusedeckel

19.

Druckplatte

21a

Durchgangsöffnung

21b

Durchgangsöffnung

23 a

Durchgangsöffnung

23 b

Durchgangsöffnung

25.

Entlastungsnut

27.

zweiter Deckel

29.

zweite Druckplatte

31.

Arbeitsraum

33.

Flügeldichtung

35.

Druckraum

37.

zweiter Druckraum

38.

Durchgangsbohrung in der Welle

39.

Durchgangsbohrung in der Welle

41.

Dichtung

43.

Flügelnut

45.

Druckplatten-Abschnitt

47.

konisch auslaufende Oberfläche der Druckplatte

49.

Flügeldichtung

51.

Bohrung

53.

Bohrung

55.

Oberfläche der Flügeldichtung 43

57.

entgegen gesetzte Oberfläche

Ansprüche

1. Schwenkflügelmotor mit einem Gehäuse 1 und mindestens einem gehäuseseitig angeordneten Flügel 3 und mit einer Welle 7 und mindestens einem wellenseitig angeordneten Flügel 9, wobei zwischen dem Gehäuse 1 und dem gehäuseseitigen Flügel 3 und zwischen der Welle 7 und dem wellenseitigen Flügel 9 mindestens zwei Arbeitsräume 13, 15 gebildet werden, welche axial durch mindestens eine Druckplatte 19, 29 abgedichtet werden, wobei der Arbeitsdruck in einem jeweils mit Betriebsdruck beaufschlagten Arbeitsraum 31 durch einen Umschaltmechanismus in einen Druckraum 35, 37 hinter der Druckplatte 19, 29 zwischen axialer Gehäusewand und Druckplatte geleitet wird, gegebenenfalls durch einen Ventil- Umschaltmechanismus, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschaltmechanismus in die Flügeldichtungsvorrichtung integriert ist und durch Bohrungen 51, 53 unterhalb der Flügeldichtung 49 im Rotorflügel realisiert ist, wenn die Druckplatte 19, 29 gehäuseseitig eingespannt ist, oder im Gehäuseflügel, wenn die Druckplatte 19, 29 rotorseitig eingespannt ist.

2. Schwenkflügelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Arbeitsdruck beaufschlagte Seite 55 der Flügeldichtung 49 die Flügeldichtung 49 zusammen presst oder verschiebt und daher die jeweilige Bohrung 51 im Flügel zur Druckkammer 35 hinter der Druckplatte 19 freigibt.

3. Schwenkflügelmotor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügeldichtungen 49 aus PTFE hergestellt sind.

4. Schwenkflügelmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte 19, 29 entweder gehäuseseitig oder rotorseitig eingespannt ist und am jeweils anderen Teil federnd anliegt.

5. Schwenkflügelmotor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkflügelmotor zwei Druckplatten 19, 29 aufweist, welche symmetrisch zwischen Gehäuse 1 und Rotor angeordnet sind.

6. Schwenkflügelmotor nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Vorspannung durch die geometrische Form der Druckplatte 19, 29, welche bei der Montage des Schwenkmotors verformt wird, aufgebracht wird.

7. Schwenkflügelmotor nach Anspruch 1 bis Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte 19, 29 eine Entlastungsnut 25 zur gezielten Verformung aufweist.

8. Schwenkflügelmotor nach Anspruch 1 bis Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Druckplatte 19, 29 Durchleitungsbohrungen 21 b, 23b für je einen Arbeitsraum aufweist.

9. Schwenkflügelmotor nach Anspruch 1 bis Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte 19, 29 zusätzliche Dichtungen zur Abgrenzung bestimmter Druckfelder aufweist.

Zeichnung