EP1991792B1

EP1991792B1 - Drehmotor

Info

Publication number: EP1991792B1
Application number: EP07723087.8A
Authority: EP
Inventors: Thomas Friedrich
Original assignee: Kinshofer GmbH
Current assignee: Kinshofer GmbH
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2027-03-07
Also published as: AU2007222602B2; RU2008139606A; CN101395386A; MX2008011366A; DE202006003589U1; AU2007222602A1; CA2642613A1; US20090090238A1; KR20080113028A; WO2007101679A1; EP1991792A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehmotor, vorzugsweise Schwenkantrieb für Baumaschinen, Hebezeuge, Lastwagen und dergleichen, mit einem länglichen, etwa rohrförmigen Gehäuse, zumindest einem in dem Gehäuse axial verschieblich aufgenommenen Kolben, der durch Beaufschlagung mit einem Druckmedium in einer Druckkammer axial antreibbar ist sowie zumindest einer in dem Gehäuse axial fest, um eine Drehachse drehbar aufgenommenen Welle, wobei der Kolben eine Wellendurchgangsausnehmung besitzt, mit der der Kolben axial verschieblich auf der Welle sitzt.
Bei solchen Drehmotoren wird die Axialbewegung des Kolbens, der über entsprechende Druckkammern mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist, in eine Verdrehung der Welle gegenüber dem Gehäuse bzw. des Gehäuses gegenüber der Welle umgesetzt. Üblicherweise steht hierzu die Welle mit dem Kolben in Schraubeingriff, der wiederum verdrehfest gegenüber dem Gehäuse geführt ist. Einen solchen Drehmotor zeigt beispielsweise die DE 201 07 206 , gemäß der der Kolben einerseits drehfest an der Innenmantelfläche des kreiszylindrischen Gehäuses geführt ist und andererseits auf einem Gewindeabschnitt der Welle in Schraubeingriff steht. Wird der Kolben durch Hydraulik- oder Pneumatikbeaufschlagung in dem Gehäuse axial verschoben, wird seine Axialbewegung über den Schraubeingriff in eine Drehbewegung der Welle umgesetzt. Ein Problem ist hierbei die Abdichtung des Kolbens gegenüber der Welle und/oder gegenüber dem Gehäuse. Für die Abdichtung zwischen Kolben und Welle schlägt die DE 201 07 206 vor, dem Kolben einen von dem Schraubeingriffabschnitt beabstandeten Dichtabschnitt zu geben, der auf einem Wellendichtabschnitt gleitet und abgedichtet ist. Derartige Kolbenkonstruktionen sind jedoch hinsichtlich der Baugröße nachteilig und mit hohem Fertigungsaufwand verbunden. Zudem ergeben sich für den Betrieb in unterschiedliche Drehrichtungen unterschiedliche Kräfteverhältnisse.
Die US 3,183,792 zeigt einen Drehmotor, bei dem der längsverschieblich geführte Kolben auf einem spiralförmig verdrehten Abschnitt der Antriebswelle sitzt. Um ein Verdrehen des Kolbens zu verhindern, ist die genannte Antriebswelle zur Zylinderlängsachse außermittig versetzt angeordnet. In einer anderen Ausführungsform ist der Kolben gemäß dieser Schrift auf zwei seitlichen, gegenüberliegenden Führungsstiften aufgefädelt, die ein Verdrehen des Kolbens verhindern.
Ferner ist aus der JP 61-084403 A ein Drehmotor bekannt, dessen längsverschieblich geführter Kolben auf einer spiralförmig verdrehten Antriebswelle sitzt, die außermittig angeordnet ist und somit ein Verdrehen des Kolbens verhindert. Nach einer anderen Ausführung dieser Schrift sitzt der Kolben auf zwei quer voneinander beabstandeten Antriebswellen, die über eine Stirnradstufe miteinander gekoppelt sind.
Weiterhin ist aus der JP 61-278606 A ein Drehmotor bekannt, dessen Welle einen spiralförmigen Nockenabschnitt aufweist, auf dem ein in den axial verschieblichen Kolben eingesetztes Gegenstück abgleitet, welches eine Abdichtung bewirken soll. Die Ausbildung sowohl der Welle als auch des Kolbens ist hier recht kompliziert, zudem kann keine über den gesamten Stellweg des Kolbens gleichbleibende Drehbewegung bewirkt werden. Ferner zeigt die JP 63-130905 A einen Drehmotor, bei dem die Welle eine schraubgewindeförmige Verzahnung besitzt, auf der der Kolben mit einer dazu passenden schraubgewindeförmigen Verzahnung sitzt. Die Abdichtung des Kolbens gegenüber der Kolbenstange soll allein durch den Schraubverzahnungseingriff bewirkt werden, was bei hohen Drücken und/oder dünnflüssigen Medien natürlich entsprechende Leckage mit sich bringt und nur einen wenig effizienten Betrieb zuläßt. Ähnliche Probleme ergeben sich dabei auch bei der Verdrehsicherung des Kolbens gegenüber dem Zylinder.
Überdies erreichen die bekannten Drehmotoren mit Steilgewindeverzahnungen nur recht schlechte Wirkungsgrade, da sich durch hohe Flächenpressungen und reibungsbehaftete Oberflächen recht große Verluste ergeben. Hierdurch ist das Einsatzgebiet solcher Drehmotoren bislang auch auf schmierstoffanteilige Druckmedien beschränkt geblieben.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Drehmotor der genannten Art zu schaffen, der Nachteile des Standes der Technik vermeidet und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbildet. Vorzugsweise soll eine kostengünstig und einfach abzudichtende Kolben-Wellenanordnung geschaffen werden, die bei kurzer Motorbaulänge unabhängig vom eingesetzten Druckmedium die Erzeugung hoher Drehmomente und großer Drehwinkel bei günstigem Wirkungsgrad erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Drehmotor gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung verläßt also den bisherigen Ansatz, zwischen der Welle und dem Kolben einen Schraubeingriff vorzusehen und über eine drehfeste Führung des Kolbens am Gehäuse die Axialbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung zwischen Welle und Gehäuse umzusetzen. Stattdessen betätigt der Kolben die Welle nach dem Kurbelprinzip in Verbindung mit der Keilwirkung der Steigung einer spiralförmigen Eingriffsbahn. Überaschenderweise kann hierbei der bislang immer verfolgte Ansatz verlassen werden, daß der Kolben von Drehmotoren, die eine Axialbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Welle umsetzen, in welcher Form auch immer gegen Verdrehen zu sichern sei, worüber sich die vorliegende Erfindung hinwegsetzt. Erfindungsgemäß bildet die Welle eine Kurbelwelle, deren Drehachse gegenüber der Wellendurchgangsausnehmung versetzt ist. Das jeweils durch die Wellendurchgangsausnehmung hindurchgleitende Wellenstück besitzt gegenüber der Drehachse der Welle einen Hebelarm, der die durch die Axialverschiebung des Kolbens und die Steigung der spiralförmigen Eingriffsbahn zwischen Welle und Kolben und/oder zwischen Kolben und Gehäuse entstehende Radialkraft am Eingriff zwischen Welle und Kolben in eine Drehbewegung der Welle gegenüber dem Gehäuse oder umgekehrt umsetzt. Um günstige Kraftabtragsverhältnisse zu erreichen, ist dabei insbesondere vorgesehen, daß die Wellendurchgangsausnehmung in dem Kolben bezogen auf die Kolbenquerschnittsfläche etwa mittig angeordnet ist, wobei auf eine Verdrehsicherung des Kolbens verzichtet ist, so daß eine Verdrehbarkeit des Kolbens gegenüber dem Gehäuse gegeben ist. Durch die Anordnung der Wellendurchgangsausnehmung etwa im Flächenschwerpunkt der Querschnittsfläche des Kolbens ergeben sich geringe Kippmomente und geringe Hemmkräfte, was auch durch die Verdrehbarkeit des Kolbens und das Fehlen von Verdrehsicherungen bzw. separater Führungen unterstützt wird. Zudem kann durch die genannte mittige Anordnung des Wellendurchgangslochs gleichzeitig ein maximaler effektiver Hebelarm bei geringen Hemmkräften erzielt werden. Zwar könnte ein außermittiges Wellendurchgangsloch den Hebelarm der Welle per se noch weiter vergrößern, jedoch würden entgegenwirkende Kräfte mit gegenläufigem Hebelarm den Effekt wieder zunichte machen, vor allem da in diesem Fall Kippmomente zu kompensieren wären, was den Wirkungsgrad verschlechtern würde. Die Verdrehbarkeit des Kolbens relativ zum Gehäuse ermöglicht zudem grundsätzlich eine veränderliche Steigung des Wellenprofils.
Gegenüber bisher üblichen Steilgewindeverzahnungen zwischen Kolben und Welle bzw. Kolben und Gehäuse kann der Fertigungsaufwand erheblich reduziert werden, da für den Kolben und insbesondere auch für die Welle einfache Geometrien gewählt werden können. Insbesondere können die Kräfte großflächig abgetragen und komplizierte Ausbildungen der Dichtungen zwischen Kolben und Welle und auch zwischen Gehäuse und Kolben vermieden werden; zudem unterliegen diese nicht den Beanspruchungen, die durch die Drehmomentübertragung bei Schraubgewindeverzahnungen entstehen. Die verwendbaren einfachen Geometrien der Welle und auch des Kolbens kommen nicht nur einer einfachen und kostengünstigen Fertigung an sich zugute, die zudem leicht und schnell an veränderte Einbaumaße anpaßbar ist, sondern auch einer verbesserten Oberflächengüte an der Welle und dem Kolben, wodurch Reibungsverluste reduziert werden können. Dies bewirkt zusammen mit den geringeren Flächenpressungen einen höheren Wirkungsgrad des Motors und erlaubt zudem auch einen Einsatz ohne schmiermittelhaltige Druckmedien. Für die Herstellung von Welle, Kolben und Zylinder können einfache rotationssymmetrische Fertigungsverfahren eingesetzt werden. In Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere für die Welle die Wirbeltechnik eingesetzt werden.
In Weiterbildung der Erfindung besitzt die Welle einen wendelförmigen Verlauf um ihre Drehachse herum. Der Kurbelabschnitt der Welle ist sozusagen räumlich in Form einer Wendel um die Drehachse herum verschränkt. Der Wendelgang besitzt dabei vorteilhafterweise einen konstanten radialen Abstand von der Drehachse der Welle, während die Steigung in axialer Richtung betrachtet sich ändern kann. Vorzugsweise besitzt der wendelförmige Kurbelabschnitt jedoch eine gleichbleibende Steigung, um Axialbewegungen des Kolbens in eine gleichmäßige Drehbewegung umzusetzen.
Das Gehäuse kann ein einfaches Zylinderrohr mit einer zylindrischen Innenmantelfläche sein, die in einfachster Ausbildung der Erfindung insbesondere kreiszylindrisch ausgebildet sein kann, da eine verdrehfeste Führung des Kolbens im Gehäuse nicht notwendig ist. Bei einem im Querschnitt kreisförmigen Zylinderrohr sowie einer im Querschnitt ebenfalls kreisförmigen Welle kann das den Wirkungsgrad des Motors bestimmende Exzentermaß der Welle, d.h. der Wellensprung etwa einem Viertel der Differenz von Zylinderdurchmesser und Wellendurchmesser entsprechen, also ε = ¼ (d_z - d_w). Hierdurch läßt sich bei kompaktem und einfachem Aufbau ein bestmöglicher Wirkungsgrad der Maschine erreichen.
Alternativ könnte die Welle mit ihrem Kurbelabschnitt auch einen geraden Verlauf parallel zu ihrer Drehachse und beabstandet hiervon besitzen. Um das Kurbelprinzip zu verwirklichen, könnte in diesem Fall das Gehäuse eine spiralförmig verdrehte Innenmantelfläche besitzen, so daß bei axialer Bewegung des Kolbens dieser eine schraubenförmige Bewegung um die Drehachse der Welle herum ausführt. Die spiralförmig verdrehte Ausbildung der Innenmantelfläche des Gehäuses kann gegebenenfalls auch in Kombination mit der zuvor beschriebenen wendelförmigen Ausbildung der Welle vorgesehen sein, um die Steigungen sozusagen zu addieren und dementsprechend eine größere Übersetzung zwischen der axialen Stellbewegung des Kolbens und der Drehbewegung der Welle relativ zum Gehäuse zu erreichen.
In Weiterbildung der Erfindung bildet das den Kraftabtrag bewirkende Flächenpaar an Kolben und Gehäuse und/oder an Kolben und Welle gleichzeitig ein Dichtflächenpaar, das die Druckkammer zur Druckbeaufschlagung des Kolbens abdichtet. Hierdurch kann eine äußerst kurze Baulänge verwirklicht werden. Zudem können in Weiterbildung der Erfindung auf beiden Seiten des Kolbens gleich große effektive Kolbenflächen ausgebildet werden, so daß die vollständige Kolbenfläche effektiv mit gleichen Kräften in beiden Richtungen genutzt werden kann. Faktisch steht auf beiden Kolbenseiten die gesamte Gehäuseinnendurchmesserfläche lediglich vermindert um den Wellenquerschnitt als Kolbendruckfläche zur Verfügung. Hierdurch können mit gleichen Hydraulik- oder Pneumatikdrücken in beiden Antriebsrichtungen dieselben Drehmomente erzeugt werden. Zudem ergibt sich für einen gegebenen Druck eine maximale Drehmomentausbeute.
Insbesondere ist jeweils zumindest eine Dichtung zwischen der Welle und der Wellendurchgangsausnehmung in dem Kolben sowie zwischen der Kolbenaußenmantelfläche und der Gehäuseinnenmantelfläche eingesetzt. Durch die einfache Geometrie dieser Innen- bzw. Außenmantelflächen des Kolbens und der zugehörigen Flächen an Gehäuse und Welle können einfache Dichtelemente beispielsweise in Form von bewährten Standard-Ringdichtungen Verwendung finden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Dichtung dabei derart ausgebildet, daß zwischen Kolben und Gehäuse und/oder zwischen Kolben und Welle jeweils Drucktaschen ausgebildet sind, die aus den den Kolben antreibenden Druckkammern gespeist werden können. Insbesondere kann an der Kolbenmantelaußenfläche und/oder an der Mantelfläche der Wellendurchtrittsausnehmung in dem Kolben jeweils einander gegenüberliegende Umfangssektoren durch sich axial erstreckende Dichtelemente in Umfangsrichtung begrenzt sein, so daß die entsprechenden Umfangssektoren jeweils eine Drucktasche bilden, wobei die eine der Drucktaschen mit der Druckkammer auf der einen Kolbenseite und die gegenüberliegende Drucktasche mit der Druckkammer auf der gegenüberliegenden Kolbenseite in Strömungsverbindung bringbar ist. Die Drucktaschen werden also von unterschiedlichen Seiten des Kolbens her gespeist. Dem liegt die Überlegung zugrunde, daß die abzutragenden Radialkräfte je nach Antriebsrichtung immer auf derselben Seite des Kolbens auftreten. Der auf der jeweiligen Kolbenseite für die jeweilige Antriebsbewegung auftretende Hydraulik- oder Pneumatikdruck wird gezielt in einen bestimmten Umfangssektor zwischen Kolben und Gehäuse und/oder zwischen Welle und Kolben geleitet und durch zwei axiale Dichtelemente bzw. - abschnitte daran gehindert, aus diesem Umfangssektor heraus auf die andere Kolbenseite zu strömen, in der keine Radialkräfte abzufangen sind. Hierdurch kann eine beträchtliche Reibungsreduzierung erreicht werden, was den Wirkungsgrad des Drehmotors beachtlich beeinflußt. Die abzufangenden Radialkräfte können durch eine solche Drucktaschenausbildung und intelligente Dichtungsanordnung zu einem beachtlichen Teil von dem Hydraulik- oder Pneumatikdruck abgefangen werden. In Weiterbildung der Erfindung kann analog durch eine geeignete Druckmediumführung und Ausformung der Dichtungen eine Druckentlastung und ggf. Schmierung der Lagerstellen der Welle erreicht werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen den beiden Druckkammern des Motors eine Überdrucksicherung vorgesehen, zumindest einen die einen beiden Druckkammern verbindenden Überdruckkanal aufweist, der im Normalfall, d.h. bei Drükken unter einem vorbestimmten Schwellwert von einem Überdruckventil verschlossen ist, das erst bei Überschreiten des genannten Schwellwerts öffnet. Die Überdrucksicherung kann grundsätzlich in die Welle in Form einer Wellenausnehmung integriert sein. Vorteilhafterweise kann die Überdrucksicherung aber auch in den Kolben integriert sein, was insbesondere bei wendelförmigem Verlauf der Welle die Einbringung des Überdruckkanals erleichtert.
Um eine günstige Montage bei einfacher Fertigung und günstigem Kraftabtrag zu erreichen, kann die Welle vorteilhafterweise an zumindest einem Ende mittels einer Lagerplatte bzw. -scheibe an dem Gehäuse gelagert sein, wobei vorzugsweise zwischen Lagerplatte und Welle eine lösbare Verbindung vorgesehen sein kann. Insbesondere kann in der Lagerplatte eine wendelförmig ausgebildete Ausnehmung vorgesehen sein, in der die Welle mit einem wendelförmigen Abschnitt paßgenau aufgenommen ist. Vorteilhafterweise ist der wendelförmige Wellenabschnitt in der Lagerplattenausnehmung durch ein Formschlußelement, das verschiedene Ausgestaltungen haben kann, axial und/oder radial verspannt bzw. verspreizt.
Die Welle kann dabei an ihren beiden Enden unterschiedlich gelagert sein, vorzugsweise einenends durch ein Festlager und anderenends durch ein Loslager, so daß die Welle nur auf einer Seite axial festgelegt ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist dabei die gesamte Ausbildung des Gehäuses derart beschaffen bzw. die Lagerung der Welle derart ausgebildet, daß die Welle zusammen mit dem darauf sitzenden Kolben sowie vorzugsweise auch zusammen mit der die Welle abstützenden Lagerplatte axial zu einer Seite des Gehäuses herausgenommen werden kann, wodurch in einfacher Weise zum Zwecke des Dichtungstauschs bzw. der Wartung der Kolben und die Dichtungen zugänglich gemacht werden können. Der Motor kann dabei eine insgesamt, insbesondere hinsichtlich der stirnseitigen Lagerstellen sozusagen unsymmetrische Gestalt besitzen.
Die Welle bzw. ihr Kurbelabschnitt kann grundsätzlich verschiedene Querschnittsgeometrien besitzen. Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung besitzt die Welle einen einfachen kreisförmigen Querschnitt.
Alternativ hierzu kann die Welle auch einen flach gedrückten, insbesondere ovalen oder ellipsoiden Querschnitt besitzen. Hierdurch können Vorteile hinsichtlich des Abtrags des Biegemomentes und des Abstützens der Verformung erzielt werden. Insbesondere kann sich die Welle hierdurch besser an eine entsprechende Gegenkontur anschmiegen, so daß eine bessere Abstützung erreicht werden kann.
Alternativ kann die Welle auch andere polygonartig ausgebildete Querschnitte besitzen, was je nach Anwendungsfall beispielsweise bei länger bauenden Ausführungen vorteilhaft für die Kompensation von Biegekräften sein kann.
Die Welle kann in Weiterbildung der Erfindung einen entlang ihrer gegebenenfalls wendelförmig gebogenen Achse gleichbleibenden Querschnitt besitzen, wobei vorteilhafterweise die Wellenoberfläche glatt ohne Riefen und Vorsprünge, wie sie bei einer Schraubgewindeverzahnung vorhanden wären, ausgebildet ist. Insbesondere kann die Oberfläche der Welle einer kontinuierlichen Hüllfläche entsprechen, wie sie entsteht, wenn beispielsweise eine Kugel oder ein gegebenenfalls anders geformtes Querschnittsstück entlang der gegebenenfalls wendelförmig gebogenen Wellenachse entlang bewegt wird. Die Wellenquerschnitte haben also vorteilhafterweise entlang der ggf. gebogenen Längsachse eine gleichbleibende Geometrie ohne Sprünge oder andere Unregelmäßigkeiten wie Verzahnungsriefen oder dgl. Die Welle kann vorteilhafterweise als Endlosprofil gefertigt sein, das je nach Einsatz auf die gewünschte Länge abgelängt wird, wobei ggf. auch Lagerzapfen angeformt werden können.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Welle auf einer Seite einen angeformten Lagerzapfen aufweisen, während die andere Welle auf der anderen Seite in ihrem Wendelprofil ausläuft, das an einer Lagerplatte abgestützt ist.
Der Lagerzapfen ist vorteilhafterweise nach einer Ausführung der Erfindung größer als die Welle im Bereich ihres Wendelprofils. Insbesondere kann der Lagerzapfen etwa der Hüllkurve entsprechen, die das genannte Wendel- bzw. Helixprofil der Welle umhüllt. Der Durchmesser d_L des Lagerzapfens beträgt dabei vorteilhafterweise der Summe des vierfachen Wellensprungs und des Wellendurchmessers, also d_L = 4ε + dw.
Insbesondere bei relativ großen Wellendurchmessern können auch Lagerzapfen vorgesehen werden, die kleiner als der Wellenduchmesser sind, wobei hier vorteilhafterweise der Lagerzapfen etwa der inneren Hüllkurve der Helixkontur entspricht, um eine optimale Biegesteifigkeit zu erreichen, wobei vorzugsweise d_L = d_w - 2ε gilt.
Der Kolben kann ebenfalls grundsätzlich verschiedene Querschnittsformen besitzen. Gemäß der Erfindung besitzt der Kolben eine kreisringförmige Außenumfangskontur , wobei insbesondere eine von Aufnahmetaschen für Dichtelemente abgesehen kreiszylindrische Außenmantelfläche vorgesehen sein kann.
Die Wellendurchgangsausnehmung in dem Kolben kann verschiedene Querschnittsformen besitzen, die in Weiterbildung der Erfindung an den jeweiligen Wellenquerschnitt angepaßt sind.
Um die Reibungsverluste zu minimieren und den Wirkungsgrad des Motors weiter zu verbessern, kann zwischen dem Gehäuse und dem Kolben und/oder dem Kolben und der Welle jeweils eine Wälzlagerung vorzugsweise in Form einer Kugelbüchse vorgesehen sein. Weiterhin können zur Reibungsminimierung auch abriebfeste und reibungsarme Kunststoffe zum Einsatz kommen, aus denen der Kolben gefertigt sein kann, wobei ggf. auch gleich die Dichtungselemente mit angeformt werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsformen und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine schematische räumliche Darstellung eines Drehmotors mit einer wendelförmig gebogenen Antriebswelle nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung,
Fig. 2: einen Längsschnitt durch den Motor aus Fig. 1,
Fig. 3: einen Querschnitt durch den Drehmotor aus den vorhergehenden Figuren, der auch die Hüllkurve der Welle zeigt,
Fig. 4: einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch den Lagerabschnitt der Antriebswelle, die eine Wellenlagerung nach einer alternativen Ausführung der Erfindung mit vergrößerter Lagerscheibe für einen verbesserten stirnseitigen Lastabtrag,
Fig. 5: eine Draufsicht auf die Lagerscheibe aus Fig. 4, die die Position des Wellendurchtritts zeigt,
Fig. 6: eine ausschnittsweise Darstellung einer Antriebswelle nach einer alternativen Ausführung der Erfindung, bei der ein Abtriebswellenstummel integral einstückig mit der Antriebswelle verbunden ist,
Fig. 7: eine Schnittansicht eines mehrteilig ausgebildeten Kolbens nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, wonach auf einem ringförmigen Kolbenträger beidseitig jeweils zwei Kolbenhalbschalen stirnseitig aufgesetzt sind,
Fig. 8: eine stirnseitige Draufsicht auf den Kolben aus Fig. 7,
Fig. 9: eine Schnittdarstellung eines aus zwei Halbschalen zusammengesetzten Kolbens nach einer alternativen Ausführung der Erfindung, bei der die Trennfuge entsprechend der Krümmung der Antriebswelle gebogen ist,
Fig. 10: ein Querschnitt durch den Kolben aus Fig. 9, der die Verschraubung der beiden Kolbenhalbschalen zeigt,
Fig. 11: eine Schnittansicht eines einteiligen Kolbens nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung mit Doppeldichtung und hydraulischer Druckkompensierung,
Fig. 12: eine stirnseitige Draufsicht auf den Kolben aus Fig. 11,
Fig. 13: eine Stirnansicht eines nicht erfindungsgemäßen oval ausgebildeten Kolbens , wobei die Antriebswelle im Schnitt und mit Ihrer Hüllkurve dargestellt ist,
Fig. 14: eine Stirnansicht eines ovalen Kolbens ähnlich Fig. 13, wobei jedoch auch die Antriebswelle einen ovalen Querschnitt besitzt,
Fig. 15: eine Stirnansicht eines nicht erfindungsgemäßen Kolbens mit einer eine mittige Einschnürung aufweisenden Ovalform, durch die eine verbesserte Abstützung der Antriebswelle erreicht werden kann,
Fig. 16: eine Schnittansicht durch einen nicht erfindungsgemäβen Drehmotor mit eiförmigem, polygonem Querschnitt der Antriebswelle und einem ebenfalls polygon ausgebildeten Kolben, die hinsichtlich Torsionssteifigkeit der Welle und der Kräftebalance am Kolben optimiert sind,
Fig. 17: eine ausschnittsweise Schnittansicht des Lagerbereichs der Antriebswelle des Drehmotors ähnlich Fig. 4 nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung, bei der ein an der Lagerscheibe befestigter Steuerschieber zur Endlagendämpfung und/oder stufenlosen Einstellung der Endlage vorgesehen ist,
Fig. 18: eine schematische Darstellung zweier Drehmotoren, die nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hydraulisch miteinander synchronisiert sind,
Fig. 19: eine Längsschnittansicht eines Drehmotors der keine Ausführung der Erfindung darstellt, bei der zwei Antriebswellen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und von einem gemeinsamen Axialstellkolben antreibbar sind,
Fig. 20: eine Querschnittsansicht des Drehmotors aus Fig. 19, die in gemeinsamen Kolben sowie die beiden damit in Eingriff befindlichen Wellen geschnitten zeigt,
Fig. 21: einen Längsschnitt durch einen Drehmotor nach einer weiteren Ausführung der Erfindung, bei der die als Kurbelwelle ausgebildete Antriebswelle einen geraden Kurbelabschnitt besitzt, während der Kolben in einem spiralartig verdrehten Gehäuserohr längsverschieblich geführt ist,
Fig. 22: eine Querschnittsansicht des Drehmotors aus Fig. 21, die die Gehäusewandung und die Welle im Schnitt zeigt,
Fig. 23: eine ausschnittsweise Längsschnittdarstellung eines Drehmotors nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, der eine Abtriebs-Getriebestufe aufweist, die in das Gehäuse bzw. den stirnseitigen Gehäusedeckel integriert ist,
Fig. 24: einen Längsschnitt durch einen Drehmotor nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung, bei der die wendelförmig gebogene Antriebswelle an ihrem Enden kugelgelenksartig gelagert ist,
Fig. 25: einen Querschnitt durch den Drehmotor aus Fig. 24,
Fig. 26: einen Längsschnitt durch einen einteiligen Kolben mit geteilt ausgebildeten Drucktaschen,
Fig. 27: eine Draufsicht auf den Kolben aus Fig. 26,
Fig. 28: einen Längsschnitt durch einen einteiligen Kolben mit geteilten Drucktaschen, die durch eine S-förmig umlaufende Dichtung erzeugt sind,
Fig. 29: eine Draufsicht auf den Kolben aus Fig. 28,
Fig. 30: einen Längsschnitt durch einen Drehmotor nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung, bei der eine Diagonaldichtung zwischen Kolben und Gehäuse und/oder zwischen Welle und Kolben vorgesehen und die Welle mit innerhalb ihres inneren Hüllprofils ausgeformten Abtriebswellenzapfen versehen ist,
Fig. 31: eine Seitenansicht der Welle des Drehmotors aus Fig. 30,
Fig. 32: eine Stirnansicht der Welle aus Fig. 31 in Blickrichtung des in Fig. 31 eingetragenen Pfeils A,
Fig. 33: eine Stirnansicht einer Wellenbefestigung an einer Lagerplatte nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung mit einem Formschlußelement in Form einer Schubplatte,
Fig. 34: eine Schnittansicht der Wellenbefestigung an der Lagerplatte aus Fig. 33,
Fig. 35: eine Stirnansicht einer Wellenbefestigung an einer Lagerplatte nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung mit einem Formschlußelement in Form einer Zahnplatte,
Fig. 36: eine Schnittansicht der Wellenbefestigung an der Lagerplatte aus Fig. 35,
Fig. 37: eine Stirnansicht einer Wellenbefestigung an einer zweiteiligen Lagerplatte nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung mit einem Formschlußelement in Form eines Schubstützrings,
Fig. 38: eine Schnittansicht der Wellenbefestigung an der Lagerplatte aus Fig. 37,
Fig. 39: eine Stirnansicht einer Wellenbefestigung an einer Lagerplatte nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung mit einem Formschlußelement in Form einer Schubmutter,
Fig. 40: eine Schnittansicht der Wellenbefestigung an der Lagerplatte aus Fig. 39,
Fig. 41: eine Stirnansicht einer Wellenbefestigung an einer Lagerplatte nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung mit einem Formschlußelement in Form einer Schubmutter,
Fig. 42: eine Schnittansicht der Wellenbefestigung an der Lagerplatte aus Fig. 41,
Fig. 43: eine Stirnansicht einer Wellenbefestigung an einer Lagerplatte nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung mit einem Formschlußelement in Form einer Schubmutter sowie einem Absatz an der Welle,
Fig. 44: eine Schnittansicht der Wellenbefestigung an der Lagerplatte aus Fig. 43,
Fig. 45: eine Stirnansicht einer Wellenbefestigung an einer Lagerplatte nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung mit einem Formschlußelement in Form einer Schlitzschubplatte,
Fig. 46: eine Schnittansicht der Wellenbefestigung an der Lagerplatte aus Fig. 45,
Fig. 47: eine Stirnansicht einer Wellenbefestigung an einer Lagerplatte nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung mit einem Formschlußelement in Form einer innenliegenden Schlitzschubplatte,
Fig. 48: eine Schnittansicht der Wellenbefestigung an der Lagerplatte aus Fig. 47,
Fig. 49: eine Stirnansicht einer Wellenbefestigung an einer Lagerplatte nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung mit einem die Welle aufspreizenden Spreizkonus,
Fig. 50: eine Schnittansicht der Wellenbefestigung an der Lagerplatte aus Fig. 49,
Fig. 51: eine Stirnansicht einer Wellenbefestigung an einer Lagerplatte nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung mit einem abgestuften Wellenende, das in einer abgestuften Lagerplattenausnehmung sitzt,
Fig. 52: eine Schnittansicht der Wellenbefestigung an der Lagerplatte aus Fig. 51,
Fig. 53: eine Stirnansicht einer Wellenbefestigung an einer Lagerplatte nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung mit einem exzentrisch abgeschrägten Wellenende, das in einer komplementären Lagerplattenausnehmung sitzt,
Fig. 54: eine Schnittansicht der Wellenbefestigung an der Lagerplatte aus Fig. 53,
Fig. 55: eine Stirnansicht einer Wellenbefestigung an einer Lagerplatte nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung mit Formschlußelementen in Form von radialen Gewindestiften,
Fig. 56: eine Schnittansicht der Wellenbefestigung an der Lagerplatte aus Fig. 55, und
Fig. 57: einen schematischen Längsschnitt durch einen Drehmotor nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, bei dem die Welle an ihren Enden verschieden gelagert ist und zusammen mit dem Kolben axial aus dem Motorgehäuse entnehmbar ist.

Der in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Drehmotor umfaßt ein rohrförmiges, zylindrisches Gehäuse 1, das an seinen beiden Stirnseiten jeweils durch einen Lagerdekkel 2 verschlossen ist. Das Gehäuse 1 kann dabei aus einem Endlosprofil hergestellt sein, das auf die gewünschte Länge abgelängt wurde. Im Innenraum des Gehäuses 1 ist ein Kolben 3 axial verschieblich aufgenommen, der den Innenraum des Gehäuses 1 in zwei Druckkammern 4 und 5 unterteilt, die in der gezeichneten Ausführungsform über Druckmediumleitungen in den Lagerdeckeln 2 mit Druckmedium beaufschlagt werden können, so daß je nachdem, welche der beiden Kammern 4 oder 5 mit Druckmedium beaufschlagt wird, der Kolben 3 axial in dem Gehäuse 1 hin und her fährt.
Weiterhin ist in dem Gehäuse 1 eine Antriebswelle 6 aufgenommen, die in der gezeichneten Ausführungsform an beiden Lagerdeckeln 2 drehbar gelagert ist, so daß sie um eine Drehachse 7 parallel zur Längsachse des zylindrischen Gehäuses 1 verdreht werden kann. Wie Fig. 1 und Fig. 2 zeigen, ist die Antriebswelle 6 in der gezeichneten Ausführung wendelförmig um die genannte Drehachse 7 herum verdreht, wobei die Antriebswelle 6 zu der genannten Drehachse 7 eine Exzentrizität aufweist, die dem jeweiligen Eingriffsabschnitt der Welle mit dem Kolben einen Hebelarm bezüglich der Drehachse 7 gibt. Die Antriebswelle 6 verschraubt sich sozusagen um die Drehachse 7 herum und betätigt über die Keilwirkung der Steigung den Hebelarm. Im Querschnitt ist die Antriebswelle 6 in der in den Figuren 1 bis 3 gezeichneten Ausführung kreisförmig. Sie kann aus einem Endlosprofil bestehen, das auf die gewünschte Länge abgelängt wurde. Stirnseitig ist sie jeweils an einer Lagerplatte 8 befestigt, an der wiederum eine sich durch die Lagerdeckel 2 hindurch erstreckende Abtriebswelle in Form eines Wellenstumpfs 9 drehfest befestigt ist.
Wie Fig. 2 zeigt, besitzt der Kolben 3 eine Wellendurchgangsausnehmung 10, mit der der Kolben 3 längsverschieblich auf der Antriebswelle 6 sitzt, wobei der Kolben entsprechend seiner vorzugsweise helixförmigen Wellendurchgangsausnehmung eine Verdrehung bei der Verschiebung auf der Welle erfährt. Die Wellendurchgangsausnehmung 10 ist in ihrem Querschnitt wie die Antriebswelle 6 kreisförmig, wobei in axialer Richtung betrachtet die Wellendurchgangsausnehmung 10 an den gekrümmten Verlauf der Antriebswelle 6 angepaßt ist und einen mit der Welle dekkungsgleichen gekrümmten Verlauf besitzt.
Vorteilhafterweise sind die Geometrieverhältnisse und die Anordnung der Antriebswelle 6 derart gewählt, daß die Wellendurchgangsausnehmung 10 im wesentlichen mittig im Querschnittsflächenschwerpunkt des Kolbens 3 sitzt, so daß der Kolben 3 bezüglich der von der Antriebswelle 6 induzierten Kräfte ausbalanciert ist, insbesondere keine Kippmomente auftreten. Hierzu ist die Antriebswelle 6 mit ihrer Drehachse 7 gegenüber der Längsmittelachse des Gehäuses 1 und des Kolbens 3 radial versetzt, und zwar vorteilhafterweise soweit wie möglich, so daß die Antriebswelle 6 mit einem möglichst mittig zwischen ihren beiden Enden liegenden Abschnitt oder je nach Steigung auch mit mehreren Abschnitten an der Innenmantelfläche des Gehäuses 1 ansteht bzw. daran abgestützt ist. In Fig. 2 ist dieser Punkt mit der Bezugsziffer 11 gekennzeichnet. Es versteht sich, daß dieser Punkt bei Drehung der Antriebswelle 6 wandert. Bei einem im Querschnitt kreisförmigen Zylinderrohr sowie einer im Querschnitt ebenfalls kreisförmigen Welle kann das den Wirkungsgrad des Motors bestimmende Exzentermaß der Welle, d.h. der Wellensprung etwa einem Viertel der Differenz von Zylinderdurchmesser und Wellendurchmesser entsprechen, also ε = ¼ (d_z - d_w). Hierdurch läßt sich bei kompaktem und einfachem Aufbau ein bestmöglicher Wirkungsgrad der Maschine erreichen.
Vorteilhafterweise bilden die Flächenpaare, die die Kraftübertragung zwischen der Antriebswelle 6 und dem Kolben 3 bzw. zwischen dem Kolben 3 und dem Gehäuse 1 bewirken, also die Mantelfläche der Antriebswelle 6 und die Innenmantelfläche der Wellendurchgangsausnehmung 10 einerseits sowie die Kolbenaußenmantelfläche und die Gehäuseinnenmantelfläche anderseits Dichtflächenpaare, die die Druckkammern 4 und 5 abdichten. Vorteilhafterweise sind in diese Flächenpaare Dichtungen 12 und 13 integriert, um Druckverluste zu vermeiden. Die Wellendichtung 12 sitzt dabei in der gezeichneten Ausführungsform in der Wellendurchgangsausnehmung 10 und gleitet auf der Außenmantelfläche der Antriebswelle 6 ab. Die Gehäusedichtung 13 sitzt auf der Kolbenaußenmantelfläche und dichtet den Kolben 3 gegenüber dem Gehäuse 1 ab, auf dem die genannte Dichtung 13 abgleitet. Beide Dichtungen sind in der gezeichneten Ausführung als Dichtringe ausgebildet.
Wird eine der Druckkammern 4 oder 5 mit Druckmedium beaufschlagt, wandert der Kolben 3 axial. Diese axiale Stellbewegung führt zu einem Verdrehen der Antriebswelle 6 um die Drehachse 7, da der jeweils durch die Wellendurchgangsausnehmung 10 hindurchgleitende Wendelabschnitt der Antriebswelle 6 einen entsprechenden Hebelarm bezüglich der Drehachse 7 hat und die Steigung der Antriebswelle 6 eine Keilwirkung ausübt, die die axiale Stellkraft des Kolbens 3 in eine den Hebelarm betätigende Radialkraft umsetzt. Die Antriebswelle 6 wird nach dem Kurbelprinzip durch die axiale Stellbewegung des Kolbens 3 angetrieben. Da die Wellendurchgangsausnehmung 10 im Zentrum des Kolbens 3 sitzt, haben die von der Antriebswelle 6 übertragenen Kräfte auf den Kolben näherungsweise keinen Hebelarm, so daß diese Kräfte näherungsweise kein Drehmoment auf den Kolben bewirken. Der Kolben 3 braucht in dem Gehäuse 1 nicht verdrehsicher geführt sein. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Dichtungen 12 und 13 aus.
Die in den Fig. 1 bis 2 gezeigte Ausführung bringt beträchtliche Vorteile mit sich. Zunächst wird durch die Direktführung der Antriebswelle 6 in der Wellendurchgangsausnehmung 10 und des Kolbens 3 im Gehäuse 1 mit jeweils integrierter Abdichtung die erforderliche Einbaulänge verkürzt und es kann durch eine geringe Steilheit des Wendelverlaufs der Antriebswelle 6 ein großes Drehmoment erzeugt werden. Es werden in den Kolben 3 und über diesen in das Gehäuse 1 im wesentlichen Radialkräfte eingeleitet. Gegenüber den herkömmlichen Lösungen mit Steilverzahnung bzw. Steilgewindeverzahnung kann der Fertigungsaufwand sowohl für die Kolbenaußenführung wie auch für die Kolbeninnenführung zur Welle erheblich reduziert werden. Idealtypisch werden sehr einfach herzustellende Formen und Bauelemente verwendet, die endlos hergestellt und bedarfs- und längengerecht konfektioniert werden können. Durch den Lastangriff an der Wendelmitte kann die Hebellänge und die Steigung der wendelförmigen Antriebswelle 6 nahezu beliebig festgelegt werden. Eine geringe Steigung und ein großer Hebelarm erzeugen große Momente. Zudem kann die Kolbenfläche effektiv genutzt werden, wobei gleiche Kräfte in beiden Richtungen erzielbar sind. Im wesentlichen steht die gesamte Gehäuseinnenquerschnittsfläche abzüglich der Wellen-Querschnittsfläche als effektive Kolbenfläche zur Verfügung. Ferner können aufgrund der geringen Flächenpressungen auch schmiermittelfreie oder -arme Druckmedien wie Wasser oder Luft zum Einsatz kommen.
Vorteilhafterweise kann ein Teil des axialen Lastabtrages über die Lagerplatte 8 erfolgen, mittels derer die Antriebswelle 6 stirnseitig am Gehäuseende gelagert ist, insbesondere wenn eine großflächige Lagerplatte 8 verwendet wird, wie dies Fig. 4 zeigt. Die Antriebswelle 6 verläuft dabei in ihrer Wendelform und Steigung in die Lagerplatte 8 hinein und überträgt durch ihre Spiralform vollflächig das Drehmoment auf die Lagerplatte, wobei sie lediglich mittels einer axialen und/oder radialen Sicherung z.B. in Form einer Verschraubung 14 gegen Herausziehen gesichert sein kann. Wird beispielsweise die Druckkammer 4, die in Fig. 4 gezeigt ist, mit Druckmedium beauftragt, drückt dieses den Kolben 3 nach rechts, wodurch auf die Antriebswelle 6 eine Axialkraft übertragen wird, die die Antriebswelle 6 gemäß Fig. 4 nach rechts zu ziehen versucht. Derselbe Druck in der Druckkammer 4 wirkt jedoch auch auf die Lagerplatte 8, die diese Axialkraft zum Teil kompensiert. Wie Fig. 5 zeigt, kann die Lagerplatte 8 über mehrere Verschraubungen 15 das Drehmoment abtragen, wobei über Dichtungen 16 und 17 die Abdichtung der Druckkammer 4 sichergestellt ist.
Fig. 6 zeigt die Antriebswelle 6 mit einer direkt angeschlossenen bzw. verbundenen wellenstumpfförmigen Abtriebswelle 9. Vorteilhafterweise ist dabei der Durchmesser des Abtriebswellenstumpfes 9 und die Breite der Lagerplatte 8 nicht größer als der Durchmesser der Abtriebswelle 6 selbst, so daß ein Wellendichtring 12 zur Abdichtung des Kolbens 3 gegenüber der Welle 6 über den Antriebswellenstumpf 9 hinweg auf die Antriebswelle 6 geschoben werden kann. Unterstützt wird dies vorteilhafterweise durch eine Abschrägung 18 an der Lagerplatte 8. Die gesamte Antriebswelle 6 nebst angeschlossenem Abtriebswellenstumpf 9 ist derart ausgebildet, daß ein elastischer Dichtring mit einem Innendurchmesser, der dem Außendurchmesser der Antriebswelle 6 entspricht, über die gesamte Wellenbaugruppe geschoben werden kann.
Vorteilhafterweise jedoch ist die Antriebswelle 6 an einem ihrer Enden vorzugsweise lösbar mit einer separat ausgebildeten Lageplatte 8 verbunden wie dies die Fig. 33 ff zeigen. Die Abstützung der Antriebswelle 6 über eine separate Lagerplatte 8 erlaubt es, sehr hohe Axial-und Querkräfte mit überlagerten Drehmomenten abzutragen ohne einen übermäßigen Fertigungsaufwand in Kauf nehmen zu müssen.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn dabei zwischen Lagerplatte und Antriebswelle eine Verbindung der Art Helix-in-Helix besteht, d.h. die Antriebswelle 6 mit ihrem spiral- bzw. wendelförmigen Verlauf in einer ebenfalls spiral- bzw. wendelförmigen Ausnehmung 50 in der Lagerplatte 8 sitzt. Vorteilhafterweise wird dabei der wendelförmige Wellenabschnitt in der wendelförmigen Ausnehmung 51 der Lagerplatte mit Hilfe eines Formschlußelements 51 axial und/oder radial fixiert und ggf. vorteilhafterweise verspannt bzw. verspreizt, wodurch das bei lösbaren Fügungen durch die Helix bedingte Radialspiel beseitigt werden kann.
Wie die Fig. 33 und 34 zeigen, kann die Antriebswelle 6 mit ihrer wendelförmigen Kontur an sich unverändert in die Lagerplatte 8 bzw. die darin vorgesehene ebenfall wendelförmig konturierte Ausnehmung 50 hineinlaufen. Das Formschlußelement 51 wird bei dieser Ausführung von einer - grob gesprochen - halbmondförmigen Schubplatte 52 gebildet, die in eine sich radial erstreckende Nut 53 in der Antriebswelle 6 eingreift und sich an der Lagerplatte 8 abstützt. Zum Montieren wird die Lagerplatte 8 auf der Antriebswelle nach innen geschoben bzw. gedreht bis die Schubplatte 52 in die Nut 53 gesetzt werden kann, woraufhin die Lagerplatte 8 zurückgezogen werden kann. Die in der Lagerplatte 8 stirnseitig vorgesehene Ausnehmung zur Aufnahme der Schubplatte 52 kann hierzu die in Figur 33 gezeigte Aussparung 54 besitzen, die in Umfangsrichtung Übergröße besitzt, um das Zurückdrehen zu ermöglichen. Beim Anziehen der Befestigungsschrauben 55 spreizt sich die Schubplatte 52 zwischen die vorzugsweise keilförmige Nut 53 und die vorzugsweise konische Aussparung 54 in der Lagerplatte 8, wodurch eine spielfreie, vorgespannte Axial- und Radialsicherung geschaffen wird.
Wie die Fig. 35 und 36 zeigen, kann anstelle der in Fig. 33 gezeigten Schubplatte auch eine Zahnplatte 56 als Formschlußelement zur Sicherung der Welle und der Lagerplatte Verwendung finden. Die Zahnplatte 56 ist einenends verzahnt und anderenends konisch bzw. keilförmig angeschrägt, um eingekippt werden zu können. Mittels Befestigungsschrauben 55 kann auch hier eine spielfreie Radial- und Axialsicherung geschaffen werden, vgl. Fig. 35 und.36, wobei vorteilhafterweise keine Verdrehung des Flansches notwendig ist.
Bei der Ausführung nach den Fig. 37 und 38 wird als Formschlußelement 51 zur Fixierung der Antriebswelle 6 in der wendelförmigen Ausnehmung der Lagerplatte 8 ein Schubstützring 57 verwendet. Die Lagerplatte 8 ist hierbei zweiteilig, wobei vorteilhafterweise die Trennebene außerhalb der Fluidführung liegt. Der Schubstützring kann mehrteilig oder einteilig geschlitzt federnd ausgebildet sein. Der Schubstützring 57 kann innenseitig und/oder aussenseitig konisch und/oder angeschrägt ausgebildet sein, so daß beim Zusammenziehen der beiden Lagerplattenteile eine Axial- und Radialverspannung der Verbindung erzielt wird. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen den beiden Lagerplattenteilen bezogen auf die in ihnen ausgebildete wendelförmige Ausnehmung ein nominaler Spalt vorhanden sein, so daß sich die beiden Lagerplattenteile beim linienflüchtigen Anziehen der sie verbindenden Spannmittel unter Verhinderung einer Relativdrehung der beiden Lagerplattenteile, was durch Linearführungen bspw. in Form von Führungsstiften - vorzugsweise mittels Führungsschrauben 58 - bewirkt werden kann, hinsichtlich der Helixkontur verspannen und auf der Antriebswelle 6 verklemmen.
Alternativ kann die Antriebswelle 6 in der Lagerplattenausnehmung 50 auch mittels einer Schubmutter 59 gehalten werden, wie in den Figuren 39 bis 44 gezeigt. Bei der Ausführung nach Fig. 39 und 40 ist die Schubmutter 59 dabei mit einem Außengewinde und einem Innengewinde versehen, so daß sie mit der Lagerplatte 8 und der Antriebswelle 6 verschraubt werden kann, um die Antriebswelle 6 in der Lagerplattenausnehmung 50 zu verspannen. Gemäß den Fig. 41 und 42 ist die Schubmutter 59 nur mittels eines Innengewindes mit der Antriebswelle 6 verschraubt, wobei die Helixkontur in der Lagerplatte 8 abgesetzt ist, so daß die Antriebswelle 6 mit ihrer Schulter, die den Übergang von der Helixkontur der Antriebswelle 6 zu deren Gewindeabschnitt bildet, gegen die entsprechende Schulter in der Lagerplattenausnehmung gespannt werden kann. Zudem stützt sich die Schubmutter lagerplattenseitig an einer konischen Schubmutterausnehmung ab, so daß auch eine das Radialspiel beseitigende Zentrierung erreicht wird, vgl. Fig. 42.
Bei der Ausführung nach den Fig. 43 und 44 besitzt die Helixkontur der Antriebswelle eine Durchmesserverjüngung, die in einfacher Weise herstellbar ist, und damit eine Schulter 60, mit der sie gegen die Innenseite der Lagerplatte 8 spannbar ist. Vorteilhafterweise ist eine einfache Spannmutter 61 stirnseitig auf das Wellenende geschraubt, die sich gegen die Lagerplatte 8 spannt und damit die Schulter 60 der Antriebswelle 6 gegen die Lagerplatte 8 zieht, vgl. Fig. 44.
Gemäß den Fig. 45 und 46 kann die Antriebswelle 6 auch durch eine Schlitzschubplatte 62 in der wendelförmigen Ausnehmung 50 der Lagerplatte 8 fixiert sein, die von außen her radial in einen Schlitz in der Lagerplatte 8 eingeschoben wird, bis sie in eine umfangsseitig vorgesehene Nut an der Antriebswelle 6 eingreift, vgl. Fig. 46. Die Schlitzschubplatte 62 kann dabei insgesamt etwa - grob gesprochen - linsenförmig ausgebildet sein. Figur 47 und 48 zeigen eine grundsätzlich ähnliche Ausbildung, wobei hier jedoch die Schlitzschubplatte 62 von innen her in eine schlitzförmige Ausnehmung in der Lagerplatte 8 eingeschoben wird, die tiefer als die Breite der Schlitzschubplatte ausgebildet ist, so daß die Schlitzschubplatte 62 zunächst so tief eingeschoben werden kann, daß die Antriebswelle in die Lagerplattenausnehmung 50 hineingeht. Die Schlitzschubplatte 62 wird sodann vorteilhafterweise durch einen Konus oder eine Exzenterschraube 63 radial nach innen in die Nut in der Antriebswelle 6 geschoben und verspannt, vgl. Fig. 47 und 48. Grundsätzlich könnte hierbei auch umgekehrt gearbeitet werden und die Schlitzschubplatte 62 zunächst in einer zu tiefen Wellennut versenkt und dann nach außen in den Lagerplattenschlitz gespannt werden.
Um eine besonders sichere Eliminierung jeglichen Spiels zwischen der Antriebswelle 6 und der Lagerplatte 8 zu erreichen, kann auch eine Aufweitung des Wellenquerschnitts vorgesehen werden, die den in der wendelförmigen Lagerplattenausnehmung 50 steckenden Wellenabschnitt mit der Lagerplatte 8 verpreßt, wie dies die Fig. 49 und 50 zeigen. Die Antriebswelle 6 besitzt hierzu eine stirnseitige vorzugsweise konische Ausnehmung, in die ein Spreizkonus 64 axial eingeschoben werden kann, um die Wellenkontur aufzuweiten. Beispielsweise kann hierzu der Spreizkonus durch eine Spannschraube in die Wellenausnehmung gezogen werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Spreizkonus eingepreßt werden. Vorteilhafterweise kann dabei die Antriebswelle bis in den Plastifizierungsbereich hinein aufgeweitet werden, so daß es zu einer Fugenverpressung kommt. Besonders vorteilhaft kann dies in Verbindung mit einer exzentrischen Aufweitung sein, die durch eine entsprechende Einfügerichtung des Spreizkonus 64 erreicht werden kann. Alternativ kann jedoch auch mit einer zentrischen Aufweitung erreichbar durch ein zentrisches Einbringen des Spreizkonus 64 gearbeitet werden. Je nach Konuswinkel ist im elastischen Verformungsbereich die Verbindung wieder lösbar.
Eine alternative Antriebswellen-Lagerplatten-Verbindung zeigen die Figuren 51 und 52. Hiernach besitzt der in der Lagerplattenausnehmung 50 sitzende Wellenabschnitt mehrere zylindrische, vorzugsweise auch leicht konische Abstufungen 65, die vorzugsweise innerhalb der Helixkontur bzw. innerhalb der die eigentliche Helixkontur fortsetzenden Helixhüllfläche der Antriebswelle 6 angeordnet sind, so daß sie aus der Helixkontur spanend oder anderweitig herausarbeitbar sind. Vorzugsweise sind die Abstufungen dabei hinsichtlich ihrer jeweiligen geometrischen Achsen zueinander versetzt, vgl. Fig. 51, so daß über die deckungsgleich ausgebildeten Abstufungen der Lagerplattenausnehmung 50 Momente übertragen werden können. Vorteilhafterweise erlaubt diese Ausbildung der Antriebswellen-Lagerplatten-Verbindung einen linearen rechtwinkligen bzw. achsparallelen Aufpreßvorgang sowie einen einfachen Fertigungsprozeß. Durch eine leicht konische Ausbildung der Stufungen an der Antriebswelle und/oder der Lagerplattenausnehmung kann Radialspiel eliminiert werden. Die Axialsicherung kann separat vorgesehen sein, bspw. in Form einer Schraubmutter ausgebildet sein, die auf das Wellenende geschraubt ist und sich gegen die Lagerplatte 8 spannt, vgl. Fig. 52.
Alternativ zu solchen Abstufungen kann die Antriebswelle 6 im Bereich ihres in der Lagerplatte 8 steckenden Wellenabschnitts auch exzentrisch zueinander versetzte Umfangsflächenabschnitte 66 und 67 besitzen, die insbesondere durch eine einseitige kegelige Abschrägung der im übrigen helixförmigen Kontur der Antriebswelle 6 gebildet sein können. Die Lagerplattenausnehmung ist hierzu komplementär ausgebildet. Durch den Versatz der beiden Umfangsflächenabschnitte 66 und 67 können auch Drehmomente übertragen werden. Die Antriebswelle wird wie zuvor durch eine Schraubmutter axial gesichert und an der Lagerplatte verspannt.
Die Fig. 55 und 56 zeigen weiterhin eine Stiftverbindung zwischen der Antriebswelle 6 und der Lagerplatte 8, wobei auch hier die Antriebswelle 6 mit einem wendelförmig konturierten Wellenabschnitt in der ebenfalls wendelförmigen Lagerplattenausnehmung sitzt. Mehrere Stifte 68, vorzugsweise Gewindestifte werden vorteilhafterweise außerhalb der Fluidführung zwischen die Lagerplatte 8 und die Antriebswelle 6 eingebracht, wobei die Stifte 68 in der gezeichneten Ausführung radial von außen her in die Lagerplatte 8 eingeschraubt werden, bis sie in die Antriebswelle 6 eingreifen, vgl. Fig. 56.
Der Kolben 3 des Drehmotors kann grundsätzlich verschieden ausgebildet sein. Die Figuren 7 und 8 zeigen dabei eine vorteilhafte mehrteilige Ausbildung des Kolbens 3. Ein Kolbenträger 19 ist ringförmig ausgebildet und bildet mit seinem radial außen liegenden Abschnitt die Außenmantelfläche des Kolbens 3. Stirnseitig besitzt der Kolbenträger 19 zwei kreisförmige Vertiefungen, in die jeweils zwei Innenhalbschalen 20 und 21 einsetzbar sind, die zusammen jeweils eine kreisringförmige Schale bilden, deren Innenmantelfläche zusammen die Wellendurchgangsausnehmung 10 bilden. Vorteilhafterweise kann zwischen die stirnseitig aufgesetzten Innenhalbschalenpaare 20 und 21 der Innendichtring 12 eingesetzt werden.
Der einstückige Kolbenträger 19 besitzt dabei vorteilhafterweise einen Innendurchmesser, der ausreichend groß ist, um über die endseitigen Lagerplatten 8 der Antriebswelle 6 hinweggeschoben zu werden.
Eine alternative, ebenfalls mehrteilige Kolbenausbildung zeigen die Figuren 9 und 10. Hier besteht der Kolben 3 aus zwei Kolbenhalbschalen 22 und 23, die in radialer Richtung aufeinandersetzbar sind. Die Trennfuge 24 verläuft dabei vorteilhafterweise bogenförmig, wie dies Fig. 9 zeigt. Sie kann insbesondere dem ebenfalls bogenförmigen Verlauf der Wellendurchgangsausnehmung 10 folgen, der dem wendelförmigen Verlauf der Antriebswelle 6 entspricht. Die beiden Kolbenhalbschalen 22 und 23 können über Schrauben 25 und Zentrierhülsen 26 miteinander verschraubt sein.
Wie Fig. 9 zeigt, sind in der gezeichneten Ausführungsform jeweils zwei Innendichtringe 12 und zwei Außendichtringe 13 am Kolben 3 vorgesehen.
Alternativ kann der Kolben 3 auch einteilig ausgebildet sein. Eine solche Ausführung zeigen die Figuren 11 und 12, wobei diese die entsprechende lösbare Verbindung der Antriebswelle 6 mit den Lagerplatten 8 bzw. eine Ausbildung des Lager- bzw. Abtriebswellenzapfens innerhalb der inneren Hüllkurve der Antriebswelle 7 voraussetzt, wie noch in Verbindung mit Fig. 30 bis 32 beschrieben wird. Auch hier sind jeweils zwei axial voneinander beabstandete Innendichtungen 12 und Außendichtungen 13 vorgesehen, die jeweils ringförmig um die entsprechende Kolben Außen- bzw. Innenmantelfläche herum verlaufen. Dies kann vorteilhafterweise dazu genutzt werden, zwischen die jeweils zwischen einem Paar Dichtringen gebildeten, ringförmigen Drucktaschen 27 und 28 mit Hydraulik- oder Pneumatikdruck aus der jeweils druckbeauftragten Druckkammer 4 bzw. 5 zu befüllen. Hierzu sind im Kolben entsprechende Speisebohrungen 29 ausgebildet, die einerseits in die Stirnseiten des Kolbens 3 münden und andererseits in die genannten Drucktaschen 27 und 28 auf den Mantelflächen des Kolbens zwischen den Dichtringen münden. Über ein Ventil 30 kann die Verbindung der Speisebohrungen 29 mit der jeweiligen Druckseite gesteuert werden, vgl. Fig. 11. Über solche aus den Druckkammern 4 bzw. 5 gespeisten Drucktaschen 27 und 28 können einerseits die induzierten Radialkräfte zumindest teilweise abgefangen werden und zum andern kann die Reibung beträchtlich reduziert werden, was den Wirkungsgrad des Drehmotors beträchtlich verbessert.
Wie Fig. 13 zeigt, kann der Kolben 3 auch eine ovale Zylinderform besitzen. Hierdurch kann einerseits durch die Verlagerung des Kraftangriffspunktes der Kolbenraum besser genutzt werden. Zum anderen wird der Fehlhebel zur Flachseite des Kolbens hin kleiner. Insbesondere kann bei einem ausbalancierten Kolben ein größerer Wellensprung erreicht werden. Weiterhin ist zu beachten, daß bei der in Fig. 13 gezeigten Ovalform des Kolbens die Hüllkurve 31 der wendelförmig gebogenen Antriebswelle 6 sich besser, d.h. über einen längeren Kurvenabschnitt an die Innenmantelfläche des Gehäuses 1 stellt. Jedoch kann eine bessere Abstützung der Antriebswelle 6 am Gehäuse 1 erreicht werden, was insbesondere bei längeren Bauformen von Bedeutung ist, bei denen die Axialkräfte größere Wellenbiegungen induzieren können.
Wie Fig. 14 zeigt, kann auch die Antriebswelle 6 einen ovalen bzw. ellipsoiden Querschnitt besitzen. Dies verbessert die Stabilität der Antriebswelle 6 in Biegerichtung. Die Flachseite des ovalen bzw. ellipsoiden Querschnitts der Antriebswelle 6 kann sich besser an die ebenfalls ovale bzw. ellipsoide Innenmantelfläche des Gehäuses 1 anschmiegen, wodurch eine bessere Abstützung erzielt wird.
Der Abstützeffekt kann weiterhin dadurch verbessert werden, daß die Innenmantelfläche des insgesamt - grob gesprochen - oval ausgebildeten Gehäuses 1 mittig eine Einschnürung erfährt, so daß die Schmalseite besser an die Hüllkurve 31 der Antriebswelle 6 herangezogen wird, wie dies Fig. 15 zeigt.
Wie Fig. 16 zeigt, kann die Antriebswelle 6 auch einen eiförmigen bzw. polygonen Querschnitt erhalten, der zur Hüllkurvenaußenseite hin dicker und zur Innenseite hin dünner ausgebildet ist, wodurch die Antriebswelle 6 hinsichtlich ihrer Biege- und Torsionssteifigkeit optimiert ist. Auch das Gehäuse 1 sowie die Außenmantelfläche des Kolbens 3 besitzt eine solche polygone Zylinderkontur, die zur einen Seite hin dicker und zur Seite, an der die Antriebswelle 6 sich abstützt, schmaler ausgebildet ist. Jedoch kann ein kompakter, von den Kräften her ausbalancierter Zylinder erreicht werden.
Um eine Endlagendämpfung und/oder auch eine stufenlose Einstellung der Endlage des Kolbens 3 zu erreichen, kann in der in Fig. 17 gezeigten Weise ein einstellbarer Steuerschieber 32 vorgesehen sein, der der Druckmedium-Zufuhr- bzw. Abfuhrleitung 33 zugeordnet ist, über die die Druckkammer 4 bzw. 5 befüllt und entleert werden kann. Über den Steuerschieber 32 kann der Öffnungsquerschnitt der genannten Leitung 33 verändert werden. Wird er ganz verschlossen, wie dies Fig. 17 zeigt, kann der Kolben 3 nicht weiter nach links fahren; er hat seine Endstellung erreicht.
Über das in Fig. 18 gezeigte Steuerschema, können zwei Drehmotoren in einfacher Weise hinsichtlich ihrer Drehbewegungen über das Druckmedium synchronisiert werden. Vorteilhafterweise können die beiden Drehmotoren zueinander identisch ausgebildet sein und im wesentlichen der Ausführung nach den Figuren 1 bis 3 entsprechen. Die Druckkammern 4 und 5 der jeweiligen Motore werden jeweils über eine gemeinsame Druckleitung 34 bzw. 35 befüllt, die sich über einen Mengenteiler 36 aufgabelt und in die jeweiligen Druckkammern 4 bzw. 5 der beiden Motore führt.
Fig. 19 zeigt hingegen eine Ausführung eines Drehmotors mit zwei mechanisch über einen gemeinsamen Kolben 3 synchronisierten Antriebswellen 6. Wie die Figuren 19 und 20 zeigen, besitzt der Kolben 3 bei dieser Ausführung vorteilhafterweise einen flach gedrückten Querschnitt, insbesondere kann er oval- oder ellipsoidzylindrisch ausgebildet sein, so daß an den sich ergebenden Flachseiten des entsprechend ausgebildeten Gehäuses 1 die beiden Antriebswellen 6 angeordnet werden können. Der gemeinsame Kolben 3 besitzt in diesem Fall zwei Wellendurchgangsausnehmungen 10, mit denen der Kolben 3 auf den beiden Antriebswellen 6 verschieblich gleitet.
Vorteilhafterweise sind die beiden Antriebswellen 6, die jeweils in der zuvor beschriebenen Weise wendelförmig ausgebildet sind, in ihren Wendelgängen zueinander versetzt, so daß in den beiden Wellendurchgangsausnehmungen 10 gegenläufig gekrümmte Wellenabschnitte stecken. Hierdurch können die entstehenden Radialkräfte, die von der Welle in den Kolben 3 induziert werden, kompensiert werden.
Wie die Figuren 19 und 20 zeigen, kann bei einer solchen Doppelwellenausbildung des Motors vorteilhafterweise mittig eine Führungsstange 37 im Innenraum des Gehäuses 1 eingesetzt sein, der die beiden stirnseitigen Gehäuse - bzw. Lagerdeckel 2 miteinander verbindet. Der Kolben 3 besitzt eine entsprechende Ausnehmung, die gleitend auf der genannten Führungsstange 37 sitzt. Die Führungsstange 37 bewirkt neben der Kolbenführung eine Kraftaufnahme für den Hydraulikdruck, indem sie vorteilhafterweise die stirnseitigen Gehäuseabschnitte verbindet. Zudem reduziert sei die Kolbenfläche, was insbesondere bei sehr großen Motorausführungen von Bedeutung sein kann.
Dabei können durch verschiedene Anordnungen der Wellenprofile relativ zueinander unterschiedliche Vorteile erreicht werden. Während die in Fig. 20 dargestellte Einbaulage einen großen Achsabstand der beiden Wellen bei kompakten Außenmaßen erlaubt, können die Wellen nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung auch wie in Fig. 20A gezeigt angeordnet sein, um eine Querkraftkompensation zu erreichen. Wie Fig. 20A zeigt, wirken bei der dort dargestellten Einbaulage der Wellen die von den Wellen auf den Kolben wirkenden Kräfte F1 und F2 einander entgegen, so daß die resultierende Lagerreaktionskraft etwa Null entspricht. Die Drehachsen 7 der Antriebswellen 6 liegen dabei nicht auf der Verbindungsgeraden zwischen den beiden Wellendurchgangsausnehmungen, sondern sind quer hierzu versetzt, vgl. Fig. 20A.
Die Figuren 21 und 22 zeigen sozusagen die kinematische Umkehrung der wendelförmigen Ausbildung der Antriebswelle 6. Bei dieser Ausführung ist die Antriebswelle 6 zwar ebenfalls als Kurbelwelle ausgebildet, allerdings besitzt sie einen geraden verlauf, der gegenüber der Drehachse 7 der Antriebswelle versetzt ist und sich parallel zu der genannten Drehachse 7 erstreckt, vgl. Fig. 21. Der Kolben 3 sitzt ebenfalls axial verschieblich mit einer in diesem Fall zylindrischen Wellendurchgangsausnehmung 10 gleitend auf der genannten Antriebswelle 6. Um die Antriebswelle 6 nach dem Kurbelprinzip anzutreiben, ist die Innenmantelfläche des Gehäuses 1 spiralförmig bzw. wendelförmig um die Drehachse 7 der Antriebswelle 6 herum in sich verdreht bzw. verschraubt, so daß der Kolben 3 bei einer axialen Verschiebung eine wendelförmige Rotation um die Drehachse 7 herum ausführt. Hierdurch wird die Antriebswelle 6 entsprechend kurbelartig gedreht.
Um die Abtriebsdrehzahl bzw. den Abtriebsdrehwinkel und die erzielbaren Abtriebsmomente an die Erfordernisse auch bei gegebener Gehäusebaulänge und Wellensteigung anpassen zu können, kann, wie Fig. 23 zeigt in das Gehäuse 1 und/oder in den Lagerdeckel 2 ein Abtriebsübersetzungs- oder Untersetzungsgetriebe 38 integriert sein. Insbesondere kann die Antriebswelle 6 tragende Lagerplatte 8 eine Stirnverzahnung aufweisen, die mit einem Abtriebsritzel 39 kämmt, das eine Abriebswelle 40 antreibt, die ebenfalls an dem das Gehäuse 1 stirnseitig verschließenden Lagerdeckel 2 gelagert ist und durch diesen hindurchtritt, vgl. Fig. 23.
Die Figuren 24 und 25 zeigen eine Ausführung, die grundsätzlich der der Figuren 1 bis 3 ähnlich ist und in weiteren Bereichen dieser entspricht. Alternativ zu der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführung ist die Antriebswelle 6 mit den Lagerscheiben bzw. -platten 8 nicht starr verbunden, sondern kugelgelenkartig mit diesen verbunden.
Ähnlich der Ausführung nach den Figuren 11 und 12 zeigen auch die Figuren 26 und 27 einen einteiligen Kolben, bei dem zwei axial voneinander beabstandete Innendichtungen 12 und Außendichtungen 13 vorgesehen sind, die jeweils ringförmig um die entsprechende Kolben Außen- bzw. Innenmantelfläche herum verlaufen. Im Gegensatz zu der Ausführung nach Fig. 11 sind zusätzlich zu diesem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Dichtungen axial verlaufende Dichtelemente vorgesehen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens (vgl. Fig. 27) die beiden axial beabstandeten Dichtungen 12 und 13 miteinander verbinden. Durch die genannten axialen Dichtstege 12a und 13a sind die sich in Umfangsrichtung zwischen den Dichtungen 12 und 13 erstreckenden Drucktaschen 27 und 28 unterteilt, so daß sie halbringförmig auf gegenüberliegenden Umfangsseiten liegen. Hierdurch können die Drucktaschen aus den Druckkammern 4 bzw. 5 gespeist werden, je nachdem, von welcher Seite der Druck an den Kolben 3 anliegt. Wie Figuren 26 und 27 zeigen, sind die genannten Drucktaschen 27 und 28 über Speisebohrungen 29a und 29b einmal von der Druckkammer 4 hergespeist und einmal von der Druckkammer 5 hergespeist.
Die Figuren 28 und 29 zeigen eine entsprechende Kolbenausbildung wie die Figuren 26 und 27. Im Unterschied hierzu sind jedoch keine zwei voneinander beabstandete, sich in Umlaufrichtung erstreckende Dichtungen vorgesehen, sondern nur eine solche Dichtung, die allerdings durch einen S-förmigen Verlauf, vgl. Fig. 28, oder vereinfacht auch nur diagonalen Verlauf abschnittsweise auf die der Druckkammer 4 zugewandten Seite und in einem gegenüberliegenden Abschnitt auf die der Druckkammer 5 zugewandten Seite des Kolbens 3 versetzt ist, und zwar jeweils über etwa den halben Umfang des Kolbens. Über diesen S-förmigen bzw. diagonalen Verlauf, wie ihn Fig. 28 zeigt, sind ebenfalls zwei sektorenförmige Drucktaschen voneinander unterteilt, die in der genannten Weise von den verschiedenen Druckkammern 4 und 5 her gespeist werden.
Bei der in Fig. 30 gezeigten weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung sind ebenfalls zwischen dem Kolben 3 und dem Gehäuse 1 sowie zwischen dem Kolben 3 und der Welle 6 einander gegenüberliegende Drucktaschen ausgebildet, die in der gezeichneten Ausführung jedoch durch jeweils eine ringförmige Dichtung 13 bzw. 12 abgegrenzt sind, die sich jeweils diagonal über den Kolbenumfang erstreckt, wie dies Fig. 30 zeigt. Die Drucktaschen erhalten hierdurch eine schräge keilartige Ausbildung, bei der die Tiefe der Drucktaschen in Umfangsrichtung betrachtet gegenläufig zu- bzw. abnimmt. Es versteht sich, daß auch hier die eine Drucktasche mit der einen Kolbenseite und die andere Drucktasche mit der anderen Kolbenseite in Druckverbindung steht, so daß bei Druckbeaufschlagung der einen Druckkammer die eine Drucktasche und bei Druckbeaufschlagung der anderen Druckkammer des Drehmotors die andere Drucktasche gespeist wird. Auch hierdurch kann eine entsprechende Druckentlastung erreicht werden.
Weiterhin unterscheidet sich die in Fig. 30 gezeigte Ausführung des Drehmotors durch die Ausbildung der Welle 6 und der damit verbundenen Abtriebswellenzapfen 9. Wie die Figuren 31 und 32 zeigen, besitzt die Welle 6 einen relativ großen Wellendurchmesser bei einer relativ kleinen Exzentrizität der Drehachse 7. Die Lager- bzw. Antriebswellenzapfen 9 sind dabei vorteilhafterweise im Inneren des inneren Hüllprofils der Welle 6 ausgebildet und können hierdurch integral einstückig an den Wellenkorpus angeformt sein. In Fig. 32 bezeichnet die Bezugsziffer 41 das innere Hüllprofil der Welle 6, innerhalb dessen sich der genannte Lager- bzw. Abtriebswellenzapfen 9 erstreckt.
Wie Fig. 30 zeigt, ist die Welle 6 in der gezeichneten Ausführung über zwei Wälzlager 42 an den Gehäusedeckeln befestigt, die bei dieser Ausführung starr mit dem Gehäuse 1 verbunden sein können. Insbesondere ist die Welle 6 zwischen zwei Kegelrollenlagern eingespannt, die den für die Biegung der Welle relevanten, effektiven Lagerabstand verkürzen. Über Spannschrauben 43 können die Lagerdeckel aufeinander bzw. auf das Gehäuse 1 gespannt werden. Über Dichtungen 44 und 45 ist der jeweilige Lagerdeckel einerseits gegenüber dem Lager- bzw. Abtriebswellenzapfen 9 und andererseits gegenüber dem Gehäuse abgedichtet.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung des Drehmotors zeigt Fig. 57. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist dabei das Gehäuses bzw. die Lagerung der Welle derart ausgebildet, daß die Antriebswelle 6 zusammen mit dem darauf sitzenden Kolben 3 und zusammen mit dem Lagerdeckel 8 axial zu einer Seite des Gehäuses 1 herausgenommen werden kann, wodurch in einfacher Weise zum Zwecke eines Dichtungswechsels bzw. der Wartung der Kolben und die Dichtungen zugänglich gemacht werden können. Vorteilhafterweise braucht eine zweite Lagerplatte hierzu nicht erst demontiert werden. Der Motor kann dabei eine insgesamt, insbesondere hinsichtlich der stirnseitigen Lagerstellen sozusagen unsymmetrische Gestalt besitzen.
Die Antriebswelle 6 ist dabei an ihren beiden Enden unterschiedlich gelagert, nämlich einenends durch ein Festlager und anderenends durch ein Loslager, so daß die Welle nur auf einer Seite axial festgelegt ist. Hierdurch wird eine statisch bestimmte Lagerung der Welle bei insgesamt kompaktem Aufbau mit einer spielfreien Aufnahme der Axialkräfte erreicht. Dieser kompakte Aufbau ist insbesondere bei Verwendung des Drehmotors als Schaufelantrieb aufgrund der dort sehr beengten Platzverhältnisse sehr vorteilhaft.
Um eine günstige Montage bei einfacher Fertigung und günstigem Kraftabtrag zu erreichen, ist die Welle dabei vorteilhafterweise an einem Ende mittels einer Lagerplatte bzw. -scheibe 8 in einer der vorgenannten Ausbildungen an dem Gehäuse 1 gelagert, wobei vorzugsweise zwischen Lagerplatte und Welle eine lösbare Verbindung nach einer der vorbeschriebenen Ausführungen gemäß den Figuren 33 bis 56 vorgesehen sein kann. Die von der Lagerplatte 8 gebildete Lagerstelle bildet dabei das Festlager der Antriebswelle 8. Am gegenüberliegenden Ende besitzt die Antriebswelle 6 hingegen einen integral einstückig angeformten Wellenansatz 69, der in einem stirnseitigen Gehäusedeckel sitzt und das Loslager der Antriebswelle 6 bildet. Der Wellenansatz 69 besitzt dabei einen größeren Durchmesser als der wendelförmige Kurbelwellenabschnitt der Antriebswelle 6 und kann insbesondere etwa der die Helix der Antriebswelle 6 einbeschreibenden imaginären zylindrischen Hüllfläche entsprechen, die wiederum der ursprünglichen Wellenrohlingskontur entsprechen kann, aus der die Welle herausgearbeitet wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen den beiden Druckkammern 4 und 5 des Motors eine Überdrucksicherung 70 vorgesehen, die zumindest einen die beiden Druckkammern verbindenden Überdruckkanal 71 aufweist, der im Normalfall, d.h. bei Drücken unter einem vorbestimmten Schwellwert von einem Überdruckventil 72 verschlossen ist, das erst bei Überschreiten des genannten Schwellwerts öffnet. Die Überdrucksicherung kann grundsätzlich in die Welle in Form einer Wellenausnehmung integriert sein, wie dies Figur 57 zeigt. Vorteilhafterweise kann die Überdrucksicherung alternativ oder zusätzlich aber auch in den Kolben 3 integriert sein, was insbesondere bei wendelförmigem Verlauf der Welle 6 die Einbringung des Überdruckkanals 72 erleichtert. Um das Überdruckventil 72, das vorteilhafterweise hinsichtlich seines Öffnungsdrucks einstellbar ist, auch von außen her einstellen zu können, ist in der gezeichneten Ausführung eine Zugangsstelle in Form einer Verschlußschraube 73 in einem der stirnseitigen Gehäusedeckel vorgesehen, durch die das am Kolben 3 vorgesehen Überdruckventil 72 durch das Gehäuse von außen her betätigbar ist, vgl. Fig. 57.
Wie Fig. 57 zeigt, besitzen die am Kolben außen und innen vorgesehenen Dichtungen 12 bzw. 13 jeweils einen diagonalen Verlauf, wodurch dem Ölabschereffekt vorgebaut wird. Durch den ständigen Anlagewechsel bei Rechts-Links-Lauf wird durch die sich immer wieder befüllenden Schmierfilmtaschen, welche sich beim Lastwechsel an der Zylinderwand selbstständig abdichten, ein Schmierfilmpolster aufgebaut.

Claims

Drehmotor, vorzugsweise Schwenkantrieb für Baumaschinen, Hebezeuge, Lastwagen und dergleichen, mit einem länglichen, etwa rohrförmigen Gehäuse (1), zumindest einem in dem Gehäuse (1) axial verschieblich aufgenommenen Kolben (3), der durch Beaufschlagung mit einem Druckmedium in einer Druckkammer (4, 5) axial antreibbar ist, sowie zumindest einer in dem Gehäuse (1) axial fest, um eine Drehachse (7) drehbar aufgenommenen Welle (6), wobei der Kolben (3) eine Wellendurchgangsausnehmung (10) besitzt, mit der der Kolben (3) axial verschieblich auf der Welle (6) sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (6) eine Kurbelwelle bildet, deren Drehachse (7) gegenüber der Wellendurchgangsausnehmung (10) des Kolbens (3) versetzt ist, wobei die Wellendurchgangsausnehmung (10) in dem Kolben (3) bezogen auf die Kolbenquerschnittsfläche mittig angeordnet ist und der Kolben (3) gegenüber dem Gehäuse (1) verdrehbar ist.
Drehmotor nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Welle (6) einen wendelförmigen Verlauf um ihre Drehachse (7) herum besitzt.
Drehmotor nach Anspruch 1, wobei die Welle (6) einen geraden Verlauf parallel zu ihrer Drehachse (7) besitzt.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (1) eine spiralförmig verdrehte Innenmantelfläche besitzt.
Drehmotor nach Anspruch 2, wobei das Gehäuse (1) eine kreiszylindrische Innenmantelfläche besitzt.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Welle (6) einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und der Kolben (3) eine kreisförmige Außenumfangskontur besitzt.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellendurchgangsausnehmung (10) in dem Kolben (3) an den Querschnitt der Welle (6) angepaßt ist, insbesondere dem Wellenquerschnitt entspricht, und/oder in ihrem axialen Verlauf an den axialen Verlauf der Wellenkontur angepaßt ist.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein die axial verschiebliche Führung und/oder die radiale Kraftabstützung des Kolbens (3) bewirkendes Flächenpaar an dem Kolben (3) und an dem Gehäuse (1) und/oder an dem Kolben (3) und an der Welle (6) gleichzeitig ein Dichtflächenpaar zur Abdichtung der Druckkammer (4, 5) zur Druckbeaufschlagung des Kolbens (3) bildet.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Welle (6) und der Wellendurchgangsausnehmung (10) in dem Kolben (3) eine Dichtung (12) und/oder zwischen der Kolbenaußenmantelfläche und der Gehäuseinnenmantelfläche eine Dichtung (13) eingesetzt ist, wobei die Dichtung (12), (13) derart ausgebildet ist, daß aus der Druckkammer (4, 5) speisbare Drucktaschen (27, 28) zwischen dem Kolben (3) und dem Gehäuse (1) und/oder zwischen dem Kolben (3) und der Welle (6) ausgebildet sind.
Drehmotor nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei an der Kolbenaußenmantelfläche und/oder an der Innenmantelfläche der Wellendurchtrittsausnehmung (10) einander gegenüberliegende Umfangssektoren (41), (42) durch sich axial erstreckende Dichtelemente und/oder Dichtelementeabschnitte (43, 44) in Umfangsrichtung des Kolbens (3) begrenzt sind und jeweils eine Drucktasche (27, 28) bilden, von denen die eine mit der einen Kolbenstirnseite und die andere mit der gegenüberliegenden Kobenstirnseite in Druck- bzw. Strömungsverbindung steht, wobei an der Kolbenaußenmantelfläche und/oder an der Innenmantelfläche der Wellendurchtrittsausnehmung (10) einander gegenüberliegende Umfangssektoren (41, 42) durch ein sich diagonal über den Kolbenumfang erstreckendes Dichtelement begrenzt sind und jeweils eine Drucktasche (27, 28) bilden, von denen die eine mit der einen Kolbenstirnseite und die andere mit der gegenüberliegenden Kobenstirnseite in Druck- bzw. Strömungsverbindung steht.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Gehäuse (1) und dem Kolben (3) und/oder zwischen dem Kolben (3) und der Welle (6) eine Wälzlagerung vorgesehen ist.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (3) mehrteilig ausgebildet ist, derart, daß jeder Kolbenteil für sich über einen Lagerstumpf an einem Kurbelwellenende schiebbar ist.
Drehmotor nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Kolben (3) einen ringförmigen Kolbenträger (19) besitzt, der zumindest teilweise die Kolbenaußenmantelfläche bildet und auf den stirnseitig zumindest ein Innenhalbschalenpaar setzbar ist, das im zusammengesetzten Zustand die Wellendurchgangsausnehmung bildet.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (3) auf seinen beiden gegenüberliegenden Stirnseiten gleich große effektive Kolbenflächen besitzt.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (1) und die Lagerung der Welle (6) an dem Gehäuse derart ausgebildet sind, daß die Welle (6) mitsamt dem darauf sitzenden Kolben, insbesondere auch mitsamt einer an der Welle befestigten Lagerscheibe (8), axial aus dem Gehäuse (1) entnehmbar ist.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Welle (6) an ihren beiden Enden unterschiedlich ausgebildet und/oder unterschiedlich gelagert ist.
Drehmotor nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Welle (6) an einem Ende mit einem axialen Festlager und an ihrem anderen Ende mit einem axialen Loslager am Gehäuse (1) gelagert ist.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Welle (6) an zumindest einem ihrer beiden Enden jeweils an einer Lagerplatte und/oder -scheibe (8) gelagert ist, die jeweils eine Druckkammer (4, 5) stirnseitig begrenzt und/oder von dem Druck in der Druckkammer (4, 5) beaufschlagbar ist, wobei die Welle (6) sich in eine Ausnehmung in der Lagerplatte und/oder - scheibe (8) hineinerstreckt und über die Ausnehmung Drehmoment vollflächig auf die Lagerplatte und/oder -scheibe (8) überträgt.
Drehmotor nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ausnehmung in der Lagerplatte und/oder -scheibe (8) einen wendelförmigen Verlauf besitzt, in den sich die Welle (6) mit ihrem ebenfalls wendelförmigen Verlauf hineinerstreckt, wobei der in der Ausnehmung sitzende wendelförmige Wellenabschnitt gegenüber der Ausnehmung durch ein Formschlußelement axial und/oder radial fixiert, vorzugsweise verspreizt ist.
Drehmotor nach Anspruch 18, wobei die Welle (6) im Bereich der Ausnehmung der Lagerplatte (8) mehrere innerhalb ihres wendelförmigen Verlaufs liegende, jeweils kreiszylindrische und zueinander exzentrisch versetzte Abstufungen aufweist, die gegen die Lagerplatte verspannbar sind.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Welle (6) einen vorzugsweise integral angeformten Lager- und/oder Abtriebswellenzapfen (9) besitzt, der sich innerhalb einer inneren Hüllflache des Wellenprofils erstreckt und/oder mit seinem Durchmesser (d_L) etwa dem Wellendurchmesser (d_w) abzüglich der doppelten Wellenexzentrizität (ε), also d_L = d_w - 2ε entspricht.
Drehmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Welle (6) einen vorzugsweise integral angeformten Lager- und/oder Abtriebswellenzapfen (9) besitzt, der größer als ein Wellendurchmesser ist und im wesentlichen einer äußeren Hüllflache des Wellenprofils entspricht und/oder mit seinem Durchmesser (d_L) etwa der Summe des Wellendurchmesser (d_w) und der vierfachenWellenexzentrizität (ε), also d_L = d_w + 4ε entspricht.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an den Lagerstellen der Welle (6) speisbare Drucktaschen zwischen dem Gehäuse (1) und dem wellenseitigen Lagerabschnitt ausgebildet sind, wobei an der Innenmantelfläche der Wellenlagerausnehmung des Gehäuses und dem zugehörigen wellenseitigen Lagerzapfen einander gegenüberliegende Umfangssektoren durch sich axial erstreckende Dichtelemente und/oder Dichtelementeabschnitte in Umfangsrichtung des Lagerzapfens begrenzt sind und jeweils eine Drucktasche bilden, von denen je nach Antriebsdrehrichtung die eine oder die andere mit der angrenzenden Druckkammer in Verbindung bringbar ist.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (3) aus einem Trockengleitmaterial, vorzugsweise einem abriebfesten und reibungsarmen synthetischen Werkstoff, vorzugsweise Keramik und/oder Kunststoff, gefertigt ist.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (3) in zumindest einer Lastrichtung des Drehmotors elastisch ausgebildet ist derart, daß der Kolben (3) in der genannten zumindest einen Lastrichtung ein Dämpfungselement bildet.
Drehmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Druckkammer (4, 5) mit einer Überdruckleitung in Verbindung steht, deren Durchfluß durch ein Überdruckventil gesteuert ist, wobei die Überdruckleitung und das Überdruckventil vorteilhafterweise in dem Kolben (3) angeordnet sind.