DE19903563A1 - Hydrostatische Motoreinheit - Google Patents
Hydrostatische MotoreinheitInfo
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Abstract
Eine hydrostatische Motoreinheit umfaßt mindestens zwei hydraulisch parallel schaltbare Hydromotoren, von denen mindestens einer im Schluckvolumen veränderlich ist. Die Hydromotoren sind abtriebsseitig unter Zwischenschaltung eines Getriebes miteinander gekoppelt. Erfindungsgemäß sind die Hydromotoren koaxial zueinander angeordnet. Die Motoreinheit besteht bevorzugt aus einem im Schluckvolumen konstanten, insbesondere innenbeaufschlagten und mehrhubigen Radialkolbenmotor (6) und einem dazu axial benachbarten, im Schluckvolumen verstellbaren, reversierbaren Axialkolbenmotor (7) in Schrägscheibenbauweise. Die Hydromotoren sind Bestandteil eines Nabenantriebs mit einer auf einem Nabenträger (1) drehbar gelagerten Nabe (4), wobei der Abtriebsrotor des ersten Radialkolbenmotors (6) und der Steg (17) eines einstufigen Planetengetriebes (9), dessen Sonnenrad (16) mit der Zylindertrommel (8) des Axialkolbenmotors (7) gekoppelt ist, mit der Nabe (4) treibend verbunden sind. Die Zylindertrommel (8) des Axialkolbenmotors (7) ist außengelagert und weist zur Koppelung mit dem Sonnenrad (16) des Planetengetriebes (9) einen Drehstab (14) auf, der an beiden Enden mit Drehmomentübertragungsmitteln versehen ist und sich durch eine zentrische Ausnehmung (15) des Radialkolbenmotors (6) hindurch erstreckt. Axial zwischen dem Radialkolbenmotor (6) und der Zylindertrommel (8) des Axialkolbenmotors (7) ist ein axial beweglicher Steuerkörper (24) in einer Bohrung des Nabenträgers (1) ...
Description
Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Motoreinheit, umfassend mindestens zwei
hydraulisch parallel schaltbare Hydromotoren, von denen mindestens einer im Schluck
volumen veränderlich ist, wobei die Hydromotoren abtriebsseitig unter Zwischen
schaltung eines Getriebes miteinander gekoppelt sind.
Eine derartige, als Zentralantrieb einer Arbeitsmaschine vorgesehene Motoreinheit ist
aus der DE 42 35 710 A1 bekannt. Die gattungsgemäße Motoreinheit besteht aus
einem im Schluckvolumen verstellbaren, schnellaufenden Axialkolbenmotor und einem
achsparallel dazu angeordneten, im Schluckvolumen konstanten, innenbeaufschlagten
Radialkolbenmotor, der als Langsamläufer ausgebildet ist. Die Abtriebswelle des
Axialkolbenmotors ist mit einem Zahnrad versehen, das mit einer Verzahnung kämmt,
die am Außenumfang des drehbar gelagerten Gehäuses des Radialkolbenmotors an
gebracht ist. Der Drehzahlunterschied zwischen dem Schnelläufer und dem Langsam
läufer wird durch eine Untersetzung in dem aus dem Zahnrad und der Verzahnung
gebildeten Getriebe ausgeglichen.
Bei hydraulischer Parallelschaltung erzeugen beide Hydromotoren - in Abhängigkeit
von ihrem individuellen Schluckvolumen - jeweils ein Abtriebsmoment. Beide Abtriebs
momente werden zusammen als Gesamt-Abtriebsmoment abgegriffen. Der Radial
kolbenmotor kann durch Trennung vom hydraulischen Kreislauf und Beaufschlagen der
Kolben in Richtung zu deren innerer Totpunktlage abgeschaltet werden. Das frei
werdende Druckmittel steht damit dem Axialkolbenmotor zur Verfügung. Dieser ist
unmittelbar vor dem Abschalten des Radialkolbenmotors auf minimales Schluck
volumen eingestellt. Im Moment des Abschaltens des Radialkolbenmotors wird der
Axialkolbenmotor sehr schnell wieder auf maximales Schluckvolumen gestellt, um das
zusätzliche Druckmittel des Radialkolbenmotors ohne Schaltstoß aufnehmen zu
können (dies entspricht einer Synchronisierung). Durch anschließendes Reduzieren
des Schluckvolumens des Axialkolbenmotors läßt sich - bei vermindertem Gesamt-
Abtriebsmoment der Motoreinheit - die Abtriebsdrehzahl der Motoreinheit gegenüber
dem hydraulischen Parallelbetrieb der beiden Hydromotoren weiter erhöhen und der
Wandlungsbereich der Motoreinheit vergrößern.
Aufgrund ihrer beträchtlichen Abmessungen und des Bauaufwands ist die beschrie
bene Motoreinheit für Anwendungen mit beengtem Bauraum, beispielsweise Rad
antriebe, ungeeignet. Dort kommen in den meisten Fällen schnellaufende, verstellbare
Axialkolbenmotoren zum Einsatz, denen ein Untersetzungsgetriebe nachgeschaltet ist.
Bekannt ist auch die Verwendung von langsamlaufenden Radialkolbenmotoren als
Radantrieb (Direktantrieb). Radialkolbenmotoren sind jedoch bei mehrhubiger Aus
führung im Schluckvolumen nicht verstellbar, was den Einsatzbereich erheblich ein
schränkt. Bei einhubiger Ausführung ist zwar eine Verstellung des Schluckvolumens
möglich, solche Antriebe stellen dann aber Schnelläufer dar, die eine nachgeschaltete
Untersetzung erfordern, sofern kleine Abtriebsdrehzahlen bei hohem Abtriebsmoment
gewünscht werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Motor
einheit der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die bei geringem Bau
aufwand und Platzbedarf einen großen Einsatzbereich aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, die Hydromotoren koaxial zu
einander angeordnet sind. Eine solche Motoreinheit kann einerseits klein genug aus
geführt werden, um beispielsweise als Radantrieb Verwendung zu finden, andererseits
ist sie als verstellbarer Langsamläufer, d. h. für kleine Abtriebsdrehzahlen bei hoher
Leistungsübertragung verwendbar.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Motoreinheit, die im Hinblick
auf eine fertigungs- und montagetechnisch einfache Konstruktion und im Hinblick auf
einen geringen Platzbedarf vorteilhaft ist, sieht vor, daß die Motoreinheit aus einem im
Schluckvolumen konstanten, insbesondere innenbeaufschlagten und mehrhubigen
Radialkolbenmotor und einem dazu axial benachbarten, im Schluckvolumen verstell
baren Axialkolbenmotor in Schrägscheibenbauweise besteht.
Die Mehrhubigkeit des Radialkolbenmotors bewirkt eine größtmögliche Leistungsdichte
der Motoreinheit. Bei kleinen Abtriebsdrehzahlen kann infolge des durch die
Mehrhubigkeit erzielten großen Schluckvolumens ein hohes Abtriebsmoment von der
Motoreinheit abgegeben werden. Axialkolbenmotoren stellen hinsichtlich einer Einstell
barkeit des Schluckvolumens bewährte und leicht beherrschbare Triebwerke dar.
Mit der hydrostatischen Motoreinheit gemäß der Erfindung wird eine "innere" Leis
tungsverzweigung erzielt. Im hydraulischen Parallelbetrieb ist dabei der verstellbare
Axialkolbenmotor zunächst auf maximales Schluckvolumen eingestellt. Abhängig vom
Verhältnis der maximalen Schluckvolumina von konstantem Radialkolbenmotor und
verstellbarem Axialkolbenmotor und abhängig von der abtriebsseitigen Belastung der
Motoreinheit ergeben sich bei konstanter Abgabeleistung einer die Hydromotoren
beaufschlagenden Hydropumpe bei einer bestimmten Abtriebsdrehzahl bestimmte
Abtriebsmomente der Hydromotoren, die sich in diesem Betriebszustand summieren.
Soll nun die Geschwindigkeit eines mit der erfindungsgemäßen Motoreinheit aus
gestatteten Fahrzeugs erhöht werden, so wird das Schluckvolumen des verstellbaren
Axialkolbenmotors stufenlos und ohne Zugkraftunterbrechung zurückgenommen.
Dementsprechend fließt dem konstanten Radialkolbenmotor zusätzliches Druckmittel
zu, wodurch die Drehzahl der Motoreinheit - bei sich verringerndem Abtriebsmoment -
erhöht wird.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann der Radialkolbenmotor
teilweise und/oder vollständig abschaltbar sein. Die beim teilweisen oder vollständigen
Abschalten des Radialkolbenmotors freiwerdende Druckmittelmenge steht dann dem
Axialkolbenmotor zwecks weiterer Erhöhung der Abtriebsdrehzahl der Motoreinheit zur
Verfügung, was für bestimmte Anwendungsfälle (z. B. Fahrzeuge, die für größere
Geschwindigkeiten ausgelegt und vorgesehen sind) Voraussetzung ist.
Für die genannten Anwendungsfälle erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Radial
kolbenmotor mehrreihig ausgebildet ist, z. B. zweireihig. Dadurch werden trotz großen
Schluckvolumens die Abmessungen in radialer Richtung klein gehalten.
Wenn darüber hinaus zumindest eine Triebwerksreihe des mehrreihigen Radialkolben
motors teilweise (d. h. bezogen auf einzelne Kolben) und/oder vollständig abschaltbar
ist, kann einerseits der Axialkolbenmotor kleiner ausgeführt werden, andererseits
ergeben sich - je nach Ausführung der Schaltbarkeit des Radialkolbenmotors - eine
Vielzahl von realisierbaren Schaltungsmöglichkeiten, wobei dann der Axialkolbenmotor
jeweils zur Einregelung der verschiedenen Schaltzustände dient.
Sofern das maximale Schluckvolumen des Axialkolbenmotors kleiner ist als das
Schluckvolumen des Radialkolbenmotors, ergeben sich Vorteile im Hinblick auf die
Abmesssungen des Axialkolbenmotors und die Dynamik (schnelle Verstellbarkeit der
Schrägscheibe aufgrund geringer Massenkräfte).
Besonders günstig ist es, wenn der Axialkolbenmotor reversierbar ist. Im reversierten
Zustand ist bei gleichbleibender Drehrichtung des Abtriebsrotors des Radialkolben
motors und der Zylindertrommel des Axialkolbenmotors die Strömungsrichtung des
Druckmittels im Axialkolbenmotor umgekehrt. Dadurch kann dem Radialkolbenmotor,
der ein konstantes Schluckvolumen aufweist, zusätzlich Druckmittel zugeführt werden,
d. h. das verstellbare Axialkolbentriebwerk wirkt im reversierten Zustand als vom Ab
triebsrotor des Radialkolbenmotors angetriebene Pumpe, deren "Fördervolumen" die
Abtriebsdrehzahl der Motoreinheit weiter erhöht. Infolgedessen wird in diesem Be
triebszustand der Wandlungsbereich, d. h. der Drehzahlbereich der erfindungsgemäßen
Motoreinheit beträchtlich erweitert.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Hydromotoren Be
standteil eines Nabenantriebs mit einer auf einem Nabenträger drehbar gelagerten
Nabe sind, wobei der Abtriebsrotor des ersten Hydromotors und ein Ausgangselement
des Getriebes, das ein mit dem Abtriebsrotor des zweiten Hydromotors verbundenes
Eingangselement aufweist, mit der Nabe treibend verbunden sind.
Zweckmäßigerweise ist das Getriebe als Planetengetriebe ausgebildet und auf der
dem Axialkolbentriebwerk entgegengesetzten Seite des Radialkolbenmotors angeord
net.
Es erweist sich als günstig, das Planetengetriebe einstufig auszubilden, wobei das
Sonnenrad das Eingangselement und der Steg das Ausgangselement bildet und wobei
der Steg mit einem stirnseitigen Deckel verbunden oder an diesem angeformt ist, der
mit der Nabe drehsynchron verbindbar ist.
Geringe Baumaße der erfindungsgemäßen Motoreinheit ergeben sich dadurch, daß
der Axialkolbenmotor eine außengelagerte Zylindertrommel aufweist, die mittels eines
an beiden Enden mit Drehmomentübertragungsmitteln versehenen Drehstabes, der
sich durch eine zentrische Ausnehmung des Radialkolbenmotors hindurch erstreckt,
mit einem Eingangselement des Getriebes verbunden ist. Der Durchmesser des Dreh
stabes kann erheblich kleiner gehalten werden als der Durchmesser einer Abtriebs
welle, wie sie in Axialkolbenmotoren in Standardbauweise vorkommt, da lediglich
Torsionskräfte aufzunehmen sind.
Sofern die Zylindertrommel auf der getriebenahen Seite und die Schrägscheibe auf der
getriebefernen Seite des Axialkolbenmotors angeordnet ist, ergeben sich weitere Vor
teile: Für die Mittel zum Verstellen der Schrägscheibe ist am fahrzeuginneren Ende der
erfindungsgemäßen Motoreinheit mehr Platz vorhanden als innerhalb der Motoreinheit.
Durch die Außenlagerung der Zylindertrommel und die Verwendung eines Drehstabes
zur Leistungsübertragung muß die Schrägscheibe - anders als beim Einsatz einer
beiderseits der Schrägscheibe gelagerten Abtriebswelle - nicht mehr durchbrochen
sein, wodurch die Abmessungen des Axialkolbenmotors verringert und/oder der
Schwenkwinkel der Schrägscheibe vergrößert werden kann/können.
Im Hinblick auf eine platzsparende Versorgung der Hydromotoren mit Druckmittel er
weist es sich als günstig, wenn axial zwischen dem Radialkolbenmotor und der
Zylindertrommel des Axialkolbenmotors ein axial beweglicher Steuerkörper in einer
Bohrung des Nabenträgers angeordnet ist, wobei der Steuerkörper Druckmittelkanäle
zur Versorgung sowohl des Axialkolbenmotors als auch des Radialkolbenmotors mit
Druckmittel aufweist.
Der Steuerkörper weist mit Vorteil eine erste und eine zweite Steuerbuchse auf, wobei
die erste Steuerbuchse gegen Verdrehung in der Bohrung des Nabenträgers gesichert
und zur Steuerung des Axialkolbenmotors vorgesehen ist und wobei die zweite Steuer
buchse direkt oder indirekt mit dem Abtriebsrotor des Radialkolbenmotors drehsyn
chron gekoppelt und zur Steuerung des Radialkolbenmotors vorgesehen ist. Der
Steuerkörper besteht also aus einer stillstehenden und einer rotierenden Steuer
buchse.
Eine größtmögliche Leistungsfähigkeit des Radialkolbenmotors bei geringstmöglichen
Abmessungen ergibt sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß die
Arbeitskammem des Radialkolbenmotors vorzugsweise gestuft sind und jeweils ein
gestufter Kolben darin angeordnet ist, dessen im Durchmesser kleinere Stufe radial
innerhalb der im Durchmesser größeren Stufe angeordnet ist. Gestufte Arbeitskam
mern und Stufenkolben für Radialkolbenmotoren sind an sich bekannt. Sie ermöglichen
eine bessere Ausnutzung des Bauraums nach radial innen.
Selbstverständlich ist es auch möglich, den Radialkolbenmotor mit ungestuften Arbeits
kammern und ungestuften Kolben auszuführen (klassische Bauweise).
Im Hinblick auf einen geringen Bauaufwand der erfindungsgemäßen Motoreinheit ist
eine Gestaltung von Vorteil, bei der der Nabenträger als ein die Zylindertrommel des
Axialkolbenmotors umgebendes Motorgehäuse ausgebildet ist, das im Bereich der
Schrägscheibe einen Abschlußdeckel aufweist, in dem Mittel zum Verstellen der
Schrägscheibe angeordnet sind.
Insbesondere in axialer Richtung wird der Platzbedarf durch eine Anordnung minimiert,
bei der die Mittel zum Verstellen der Schrägscheibe zwei radial angeordnete
Stellzylinder und jeweils einen darin längsverschieblichen, mit der Schrägscheibe in
Wirkverbindung stehenden Stellkolben umfassen.
Zweckmäßigerweise ist zwischen der Nabe und dem Nabenträger eine Bremse ange
ordnet, die mit einem eine Bremskraft erzeugenden Federspeicher, insbesondere
mindestens einer vorgespannten Tellerfeder, und einem Bremskolben versehen ist, der
entgegen der Kraftrichtung des Federspeichers durch Druckmittel beaufschlagbar ist.
Eine solche Bremse kann als Haltebremse (Parkbremse) verwendet, um ein mit den
erfindungsgemäßen Motoreinheiten ausgestattetes Fahrzeug in seiner Stillstands
position zu sichern und damit am Davonrollen zu hindern.
Zum Lösen der Bremse wird der Bremskolben derart mit Druck beaufschlagt, daß die
Kraft des Federspeichers überwunden wird.
Wird durch einen Defekt der Bremskolben drucklos, so wird das Fahrzeug durch die
vom Federspeicher erzeugte konstante Bremskraft automatisch bis zum Stillstand
abgebremst. Die Bremse stellt damit auch eine Sicherheitsbremse dar.
Um ein fahrendes Fahrzeug in Normalsituationen abzubremsen, ist eine zusätzliche
Betriebsbremse erforderlich. Diese Betriebsbremse muß eine höhere Bremskraft auf
bringen als die Haltebremse, da die Trägheitskräfte des Fahrzeugs zu berücksichtigen
sind und der Bremsweg möglichst kurz sein soll. Darüber hinaus soll die Betriebs
bremse steuerbar sein, d. h. die Bremskraft ist - anders als bei einer Sicherheitsbremse
- einstellbar.
Es erweist sich daher als besonders vorteilhaft, wenn in der erfindungsgemäßen
Motoreinheit der Bremskolben durch Druckmittel gleichsinnig zur Kraftrichtung des
Federspeichers beaufschlagbar ist.
Die Bremse kann infolge Beaufschlagung des Bremskolbens gleichsinnig zur Kraft
richtung des Federspeichers eine erhöhte Bremskraft aufbringen, wodurch über die
bereits genannten Verwendungsarten hinaus eine Verwendung als Betriebsbremse
möglich ist, bei der das Fahrzeug mit einer Bremskraft zum Stillstand gebracht, die
beträchtlich größer ist als die vom Federspeicher erzeugte Kraft.
In bestimmten Betriebszuständen, in denen die Bremse als Haltebremse wirkt und die
Arbeitsausrüstung des Fahrzeugs zum Einsatz kommt, bei einem Mobilbagger
beispielsweise der Baggerlöffel, würde die in der Verwendungsart Haltebremse/Park
bremse vom Federspeicher aufgebrachte Bremskraft in vielen Fällen nicht ausreichen,
um das Fahrzeug bei einer Grabbewegung des Baggerlöffels im Erdreich in seiner
Stillstandsposition zu halten. Die von der Haltebremse aufzunehmenden Reißkräfte
eines Baggers übersteigen zumeist die durch den Federspeicher der Haltebremse
aufgebrachte Bremskraft. Eine zusätzliche Arbeitsbremse ist daher erforderlich.
Durch die Beaufschlagung des Bremskolbens gleichsinnig zur Kraftrichtung des
Federspeichers bei Stillstand des Fahrzeugs wird eine solche Arbeitsbremse zur
Verfügung gestellt.
Die erfindungsgemäßen Motoreinheit beinhaltet somit bei geringstem Bauraum und
minimalem Bauaufwand eine Haltebremse, eine Sicherheitsbremse, eine Betriebs
bremse und eine Arbeitsbremse.
Weitere Vorteile ergeben sich im Hinblick auf eine platzsparende Bauweise und War
tungsarmut der erfindungsgemäßen Motoreinheit dadurch, daß die Bremse als naß
laufende Lamellenbremse ausgebildet ist.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Motoreinheit in einer Arbeitsmaschine,
insbesondere einem Mobilbagger, erweist sich als besonders günstig.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der Figur
schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die erfindungsgemäße Motoreinheit ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als
Nabenantrieb ausgebildet, der für einen Radantrieb beispielsweise eines Mobilbaggers
vorgesehen ist.
Auf einem Nabenträger 1 ist mittels zweier Kegelrollenlager 2 und 3 in O-Anordnung
eine Nabe 4 drehbar gelagert, die mit einem Flansch 5 zur Befestigung einer Radfelge
versehen ist. Der Antrieb der Nabe 4 erfolgt mittels einer erfindungsgemäßen hydro
statischen Motoreinheit, die aus zwei koaxial zueinander angeordneten Hydromotoren
besteht, von denen ein erster Hydromotor als Radialkolbenmotor 6 mit konstantem
Schluckvolumen ausgebildet ist und ein zweiter, axial benachbarter Hydromotor als
Axialkolbenmotor 7 in Schrägscheibenbauweise mit verstellbarem Schluckvolumen.
Der Radialkolbenmotor 6 kann teilweise und/oder vollständig abschaltbar ausgebildet
sein und kann auch mehrere Triebwerksreihen aufweisen.
Der Axialkolbenmotor 7 befindet sich innerhalb des Nabenträgers 1, der als ein die
Zylindertrommel 8 des Axialkolbenmotors 7 umgebendes Motorgehäuse ausgebildet
ist. Abtriebsseitig ist dem Axialkolbenmotor 7 ein in diesem Ausführungsbeispiel ein
stufiges Planetengetriebe 9 nachgeschaltet, das dem Radialkolbenmotor 6 benachbart
ist und sich auf der Außenseite der erfindungsgemäßen Motoreinheit bzw. des Naben
antriebs befindet. Die Zylindertrommel 8 ist auf der getriebenahen Seite und eine
verstell- und reversierbare Schrägscheibe 10 auf der getriebefernen Seite der Axial
kolbenmaschine angeordnet. Im Bereich der Schrägscheibe 10 des Axialkolbenmotors
7 ist der hohle Nabenträger 1 mit einem Abschlußdeckel 11 versehen, in dem die
Schrägscheibe 10 schwenkbar gelagert ist und zwei radial angeordnete Stellzylinder
12 mit jeweils einem darin längsverschieblichen, mit der Schrägscheibe 10 in Wirk
verbindung stehenden Stellkolben 13 angeordnet sind.
Die Zylindertrommel 8 ist im Bereich der Schrägscheibe 10 außengelagert und mit
einem an beiden Enden mit Drehmomentübertragungsmitteln versehenen Drehstab 14
verbunden, der sich durch eine zentrische Ausnehmung 15 des Radialkolbenmotors 6
hindurch in das Planetengetriebe 9 hinein erstreckt. Das in der Figur linke
Drehmomentübertragungsmittel des Drehstabes 14 ist dabei als Sonnenrad 16
(Eingangselement) des Planetengetriebes 9 ausgebildet.
Das Planetengetriebe 9 weist einen Steg 17 auf, der das Ausgangselement des Pla
netengetriebes 9 bildet und an einem stirnseitigen, mit der Nabe 4 verschraubten
Deckel 18 des Nabenantriebs angeformt ist.
An dem Nabenträger 1 ist ein Zylinderblock 19 des Radialkolbenmotors 6 befestigt. Ein
Hubring, der an seiner Innenseite eine angeformte, mehrhubige Kolbenlaufbahn auf
weist, bildet einen Abtriebsrotors 20 des Radialkolbenmotors 6. Der Abtriebsrotor 20 ist
mit Hilfe der Verschraubung des Deckels 18 mit der Nabe 4 treibend verbunden. Im
Zylinderblock 19 sind Arbeitskammern 21 des Radialkolbenmotors 6 angeordnet, die
vorzugsweise gestuft sind. In jeder Arbeitskammer befindet sich ein Kolben 22. Die im
Durchmesser kleinere Stufe der Arbeitskammer 21 und des Kolbens 22 ist jeweils
radial innerhalb der im Durchmesser größeren Stufe angeordnet.
Das Planetengetriebe 9 ist mit einem Hohlrad 23 versehen, das drehstarr mit dem
Zylinderblock 19 des Radialkolbenmotors 6 und damit auch mit dem Nabenträger 1
verbunden ist.
Zur Versorgung des Radialkolbenmotors 6 und des Axialkolbenmotors 7 mit Druck
mittel ist axial zwischen dem Radialkolbenmotor 6 und der Zylindertrommel 8 des
Axialkolbenmotors 7 ein axial beweglicher, aus einer ersten Steuerbuchse 24a und
einer zweiten Steuerbuchse 24b bestehender Steuerkörper 24 in einer zentralen
Bohrung des Nabenträgers 1 angeordnet. Die erste Steuerbuchse 24a ist gegen
Verdrehung in der zentralen Bohrung des Nabenträgers 1 gesichert (beispielsweise
durch die Wirkung von Dichtungen) und zur Steuerung des Axialkolbenmotors 7
vorgesehen ist. Die zweite Steuerbuchse 24b ist durch eine Mitnehmerhülse 25 mit
dem Steg 17 des Planetengetriebes 9 und damit zwangsläufig mit dem Abtriebsrotor
20 des Radialkolbenmotors 6 drehsynchron gekoppelt und zu dessen Steuerung
vorgesehen.
Zwischen der Nabe 4 und dem Nabenträger 1 ist eine Bremse 26 angeordnet. Diese
weist einen aus vorgespannten Tellerfedern bestehenden Federspeicher 27 auf und
einen Bremskolben 28, der entgegen der Kraftrichtung des Federspeichers 27 durch
Druckmittel beaufschlagbar ist. Der Bremskolben 28 ist darüber hinaus durch Druck
mittel auch gleichsinnig zur Kraftrichtung des Federspeichers 27 beaufschlagbar.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Motoreinheit wird nachfolgend be
schrieben:
Im hydraulischen Parallelbetrieb ist der verstellbare Axialkolbenmotor 7 zunächst auf
maximales Schluckvolumen eingestellt. Abhängig vom Verhältnis der maximalen
Schluckvolumina von konstantem Radialkolbenmotor 6 und verstellbarem Axialkolben
motor 7 und abhängig von der abtriebsseitigen Belastung der Motoreinheit ergeben
sich bei konstanter Abgabeleistung einer die beiden Hydromotoren beaufschlagenden
Hydropumpe bei einer bestimmten Abtriebsdrehzahl bestimmte Abtriebsmomerite der
Hydromotoren, die sich in diesem Betriebszustand summieren ("innere Leistungs
verzweigung"). Soll nun die Drehzahl der erfindungsgemäßen Motoreinheit erhöht
werden, so wird das Schluckvolumen des verstellbaren Axialkolbenmotors 7 stufenlos
und ohne Zugkraftunterbrechung zurückgenommen. Dementsprechend fließt dem
konstanten Radialkolbenmotor 6 zusätzliches Druckmittel zu, wodurch die Drehzahl der
Motoreinheit - bei sich verringerndem Abtriebsmoment - erhöht wird.
Wenn der Axialkolbenmotor 7 reversiert wird (d. h., die Schrägscheibe 10 wird über die
Nullstellung hinaus verschwenkt), ist bei gleichbleibender Drehrichtung des Abtriebs
rotors 20 des Radialkolbenmotors 6 und der Zylindertrommel 8 des Axialkolbenmotors
7 die Strömungsrichtung des Druckmittels im Axialkolbenmotor 7 umgekehrt. Dadurch
kann dem Radialkolbenmotor 6, der ein konstantes Schluckvolumen aufweist, zusätz
lich Druckmittel zugeführt werden, d. h., das verstellbare Axialkolbentriebwerk 7 wirkt im
reversierten Zustand als vom Abtriebsrotor 20 des Radialkolbenmotors 6 angetriebene
Pumpe, deren "Fördervolumen" die Abtriebsdrehzahl der Motoreinheit weiter erhöht.
Infolgedessen wird in diesem Betriebszustand der Wandlungsbereich, d. h. der Dreh
zahlbereich der erfindungsgemäßen Motoreinheit beträchtlich erweitert.
Geringe Baumaße der erfindungsgemäßen Motoreinheit ergeben sich dadurch, daß die
Zylindertrommel 8 des Axialkolbenmotors 7 außengelagert ist und diese mittels des an
beiden Enden mit Drehmomentübertragungsmitteln versehenen Drehstabes 14 mit
dem Sonnenrad 16 des Planetengetriebes 9 verbunden ist. Der Durchmesser des
Drehstabes 14 kann erheblich kleiner gehalten werden als der Durchmesser einer Ab
triebswelle, wie sie in Axialkolbenmotoren in Standardbauweise vorkommt, da lediglich
Torsionskräfte aufzunehmen sind.
Durch die Anordnung der Zylindertrommel 8 des Axialkolbenmotors 7 auf der getriebe
nahen Seite und die Anordnung der Schrägscheibe 10 auf der getriebefernen Seite
steht für die Mittel zum Verstellen der Schrägscheibe 10 mehr Platz zur Verfügung.
Günstig ist dabei auch, daß durch die Außenlagerung der Zylindertrommel 8 und die
Verwendung des Drehstabes 14 zur Leistungsübertragung die Schrägscheibe 10 -
anders als beim Einsatz einer beiderseits der Schrägscheibe gelagerten Abtriebswelle
- nicht mehr durchbrochen sein muß, wodurch die Abmessungen des Axialkolben
motors 7 verringert und/oder der Schwenkwinkel der Schrägscheibe 10 vergrößert
werden kann/können.
Die in die Motoreinheit integrierte Bremse 26 wird zunächst als Haltebremse (Park
bremse) verwendet, um ein mit Radantrieben, die die erfindungsgemäßen Motor
einheiten beinhalten, ausgestattetes Fahrzeug in seiner Stillstandsposition zu sichern
und damit am Davonrollen zu hindern.
Zum Lösen der Bremse 26 wird der Bremskolben 28 derart mit Druck beaufschlagt,
daß die Kraft des Federspeichers 27 überwunden wird.
Wird durch einen Defekt der Bremskolben 28 drucklos, so wird das Fahrzeug durch die
vom Federspeicher 27 erzeugte konstante Bremskraft automatisch bis zum Stillstand
abgebremst. Die Bremse 26 stellt damit auch eine Sicherheitsbremse dar.
Dadurch, daß der Bremskolben 28 durch Druckmittel auch gleichsinnig zur Kraftrich
tung des Federspeichers 27 beaufschlagbar ist, kann eine erhöhte Bremskraft aufge
bracht werden, die ausreicht um die Bremse 26 auch als Betriebsbremse verwenden
zu können. Die Betriebsbremse ist in der Lage, trotz der Trägheitskräfte des fahrenden
Fahrzeugs einen kurzen Bremsweg zu erzielen. Die Betriebsbremse ist zudem durch
gezieltes Steuern des gleichsinnig zum Federspeicher wirksamen Bremsdruckes
steuerbar, d. h. die Bremskraft ist - anders als bei einer Sicherheitsbremse - einstellbar.
Darüber hinaus kann die Bremse 26 auch als sogenannte Arbeitsbremse verwendet
werden. Dabei wird - wie bei der Betriebsbremse - der Bremskolben 28 gleichsinnig
zum Federspeicher 27 beaufschlagt und eine Bremskraft erzeugt, die groß genug ist,
damit die Arbeitsausrüstung des Fahrzeugs zum Einsatz kommen kann, bei einem
Mobilbagger beispielsweise der Baggerlöffel: Hierbei würde die in der Verwendungsart
Haltebremse/Parkbremse vom Federspeicher 27 aufgebrachte Bremskraft in vielen
Fällen nicht ausreichen, um das Fahrzeug bei einer Grabbewegung des Baggerlöffels
im Erdreich in seiner Stillstandsposition zu halten, da die aufzunehmenden Reißkräfte
eines Baggers die durch den Federspeicher 27 erzeugte Bremskraft der Haltebremse
übersteigen.
Die Motoreinheit beinhaltet somit bei geringstem Bauraum und minimalem Bauaufwand
eine Haltebremse, eine Sicherheitsbremse, eine Betriebsbremse und eine Arbeits
bremse. Sie ist klein genug, um als Radantrieb Verwendung zu finden. Als verstellbarer
Langsamläufer ermöglicht sie eine hohe Leistungsübertragung bei kleinen, veränder
baren Abtriebsdrehzahlen. Dabei bewirkt die Mehrhubigkeit des Radialkolbenmotors 6
eine größtmögliche Leistungsdichte der Motoreinheit. Bei kleinen Abtriebsdrehzahlen
kann infolge des durch die Mehrhubigkeit erzielten großen Schluckvolumens ein hohes
Abtriebsmoment von der Motoreinheit abgegeben werden.
Claims (21)
1. Hydrostatische Motoreinheit, umfassend mindestens zwei hydraulisch parallel
schaltbare Hydromotoren, von denen mindestens einer im Schluckvolumen ver
änderlich ist, wobei die Hydromotoren abtriebsseitig unter Zwischenschaltung
eines Getriebes miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hydromotoren koaxial zueinander angeordnet sind.
2. Hydrostatische Motoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Motoreinheit aus einem im Schluckvolumen konstanten, insbesondere innen
beaufschlagten und mehrhubigen Radialkolbenmotor (6) und einem dazu axial be
nachbarten, im Schluckvolumen verstellbaren Axialkolbenmotor (7) in Schräg
scheibenbauweise besteht.
3. Hydrostatische Motoreinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Radialkolbenmotor (6) teilweise und/oder vollständig abschaltbar ist.
4. Hydrostatische Motoreinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Radialkolbenmotor (6) mehrreihig ausgebildet ist.
5. Hydrostatische Motoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest eine Triebwerksreihe des Radialkolbenmotors (6) teilweise und/oder
vollständig abschaltbar ist.
6. Hydrostatische Motoreinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das maximale Schluckvolumen des Axialkolbenmotors (7) kleiner ist
als das Schluckvolumen des Radialkolbenmotors (6).
7. Hydrostatische Motoreinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Axialkolbenmotor (7) reversierbar ist.
8. Hydrostatische Motoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Hydromotoren Bestandteil eines Nabenantriebs mit einer
auf einem Nabenträger (1) drehbar gelagerten Nabe (4) sind, wobei der Abtriebs
rotor des ersten Hydromotors und ein Ausgangselement des Getriebes, das ein
mit dem Abtriebsrotor des zweiten Hydromotors verbundenes Eingangselement
aufweist, mit der Nabe (4) treibend verbunden sind.
9. Hydrostatische Motoreinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Getriebe als Planetengetriebe (9) ausgebildet ist und auf der dem Axialkolben
motor (7) entgegengesetzten Seite des Radialkolbenmotors (6) angeordnet ist.
10. Hydrostatische Motoreinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Planetengetriebe (9) einstufig ausgebildet ist, wobei das Sonnenrad (16) das
Eingangselement und der Steg (17) das Ausgangselement bildet und wobei der
Steg (17) mit einem stirnseitigen Deckel (18) verbunden oder an diesem angeformt
ist, der mit der Nabe (4) drehsynchron verbindbar ist.
11. Hydrostatische Motoreinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Axialkolbenmotor (7) eine außengelagerte Zylindertrommel (8)
aufweist, die mittels eines an beiden Enden mit Drehmomentübertragungsmitteln
versehenen Drehstabes (14), der sich durch eine zentrische Ausnehmung (15) des
Radialkolbenmotors (6) hindurch erstreckt, mit einem Eingangselement des Getrie
bes verbunden ist.
12. Hydrostatische Motoreinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Zylindertrommel (8) auf der getriebenahen Seite und die
Schrägscheibe (10) auf der getriebefernen Seite des Axialkolbenmotors (7) ange
ordnet ist.
13. Hydrostatische Motoreinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
axial zwischen dem Radialkolbenmotor (6) und der Zylindertrommel (8) des Axial
kolbenmotors (7) ein axial beweglicher Steuerkörper (24) in einer Bohrung des
Nabenträgers (1) angeordnet ist, der Druckmittelkanäle zur Versorgung sowohl
des Axialkolbenmotors (7) als auch des Radialkolbenmotors (6) mit Druckmittel
aufweist.
14. Hydrostatische Motoreinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
der Steuerkörper (24) eine erste und eine zweite Steuerbuchse (24a; 24b) auf
weist, wobei die erste Steuerbuchse (24a) gegen Verdrehung in der Bohrung des
Nabenträgers (1) gesichert und zur Steuerung des Axialkolbenmotors (7) vorgese
hen ist und wobei die zweite Steuerbuchse (24b) direkt oder indirekt mit dem
Abtriebsrotor des Radialkolbenmotors (6) drehsynchron gekoppelt und zur
Steuerung des Radialkolbenmotors (6) vorgesehen ist.
15. Hydrostatische Motoreinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Arbeitskammern (21) des Radialkolbenmotors (6) vor
zugsweise gestuft sind und jeweils ein gestufter Kolben (22) darin angeordnet ist,
dessen im Durchmesser kleinere Stufe radial innerhalb der im Durchmesser
größeren Stufe angeordnet ist.
16. Hydrostatische Motoreinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Nabenträger (1) als ein die Zylindertrommel (8) des
Axialkolbenmotors (7) umgebendes Motorgehäuse ausgebildet ist, das im Bereich
der Schrägscheibe (10) einen Abschlußdeckel (11) aufweist, in dem Mittel zum
Verstellen der Schrägscheibe (10) angeordnet sind.
17. Hydrostatische Motoreinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel zum Verstellen der Schrägscheibe (10) zwei radial angeordnete Stell
zylinder (12) und jeweils einen darin längsverschieblichen, mit der Schrägscheibe
(10) in Wirkverbindung stehenden Stellkolben (13) umfassen.
18. Hydrostatische Motoreinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwischen der Nabe (4) und dem Nabenträger (1) eine Bremse
(26) angeordnet ist, die mit einem eine Bremskraft erzeugenden Federspeicher
(27), insbesondere mindestens einer vorgespannten Tellerfeder, und einem
Bremskolben (28) versehen ist, der entgegen der Kraftrichtung des Feder
speichers (27) durch Druckmittel beaufschlagbar ist.
19. Hydrostatische Motoreinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
der Bremskolben (28) durch Druckmittel gleichsinnig zur Kraftrichtung des Feder
speichers (27) beaufschlagbar ist.
20. Hydrostatische Motoreinheit nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeich
net, daß die Bremse (26) als naßlaufende Lamellenbremse ausgebildet ist.
21. Hydrostatische Motoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 20 gekennzeichnet
durch die Verwendung in einer Arbeitsmaschine, insbesondere einem Mobil
bagger.
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