DE2610524C2 - Hydraulischer Motor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Motor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei vielen Anwendungsfällen von hydraulischen Motoren übt die angetriebene Last im Stillstand des Motors ein Di^hmoment aus. das vom Motor aufgenommen werden muⁿ, dam:' sich die Last nicht von selbst bewegt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die hydraulischen Motoren zuni Anrieb von Hebezeu- J5 gen, Baggerschaufeln oder dergleichen verwendet werden. Wenn die Last rein hydraulisch blockiert wird, besteht die Gefahr, daß sie infolge von Sickerverlusten oder bei einem Ausfall des Drucksystems durchsackt. Aus diesem Grund werden die hydraulischen Motoren ·ιο mit Reibungsbremsen ausgestattet, die entweder durch äußere Einwirkung oder selbsttätig bei einem Druckabfall angelegt werden. Diese Reibungsbremsen müssen in der Lage sein, das größte im Betrieb vorkommende Lastmoment aufzunehmen.

Hydraulische Moloren mit einem Rotor, der außer einer Drehbewegung eine Kreisbewegung um eine feststehende Achse ausführt, sind insbesondere in Form des sogenannten Gerotors bekannt. Hierbei handelt es sich um eine lnnenzahnradmaschine, die zur Kategorie der innenachsigen Kreiskolbenmaschinen mit Kanin eingriff und festpunktlos gelagertem Rotor gehört. Da· außenverzahnte Innenzahnrad, das in den meisten Fällen den Rotor bildet, hat grundsätzlich einen Zahn mehr als das innenverzahnte Außenzahnrad. Gerotoren erzeugen bei sehr kompakten Abmessungen ein großes Drehmoment. Dementsprechend muß auch die Reibungsbremse so ausgelegt sein, daß sie bei möglichst kleinen Abmessungen ein großes Drehmoment erzeugt.

Bei einem aus der USPS 36 Ib 882 bekannten hydraulischen Motor, der dem Oberbegriff des An= Spruchs 1 entspricht und einen Gefotöf'Zahnradsatz aufweist, enthält die Reibungsbremse eine einzige feste Bremsscheibe, die unmittelbar an den Stirnflächen der Zahnräder des Gerotorzahnradsatzes anliegt und durch Beaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel gegen die Stirnfläche des als Rotor dienenden Innenzahnrads anpreßbar ist. Eine unmittelbar auf die Zahnräder eines Gerotors einwirkende Bremse ist jedoch aus mehreren Gründen ungünstig. Die Zahnräder und die mit ihnen zusammenwirkenden Dichtflächen müssen mit sehr engen Toleranzen bearbeitet sein, damit einerseits ein guter hydraulischer Wirkungsgrad erzielt wird und andrerseits Reibungsverluste oder gar die Gefahr eines Festfressens vermieden werden. Diese engen Toleranzen lassen sich nur schwierig einhalten, wenn eine der Dichtflächen eine Bremsscheibe ist. Ferner ergibt das Prinzip der Reibungsbremse zwangsläufig einen Verschleiß an den zusammenwirkenden Reibungsflächen, so daß die Abdichtung an diesen Flächen im Betrieb des Motors schnell schlechter wird. Vor allem aber ist es schwierig, ein ausreichend großes 3remsmoment zu erzielen, weil die wirksame Reibungsflache auf den Querschnitt der Stirnfläche des Innenzahnrads beschränkt ist Damit dennoch ein ausreichend großes Bremsmoment erzielt wird, muß eine sehr große Anpreßkraft ausgeübt werden, was wiederum zu einem erhöhten Verschleiß führt.

Um mit geringen Anpreßkräften ohne Vergrößerung des Raumbedarfs ein größeres Brcmsmorrient zu erzielen, ist es bekannt, bei hydraulischen Motoren dieser Art das allgemein bekannte Prinzip der Lamellenbremse anzuwenden, bei welcher mehrere drehfest mit der Welle verbundene Bremsscheiben zwischen eine entsprechende Anzahl von gegenüber dem Gehäuse nicht drehbaren Bremsscheiben eingefügt sind. Bei einem aus der DE-OS 15 03 362 bekannten hydraulischen Motor, der nach dem Prinzip der Flügelzellenpumpe ohne Gelenkwelle ausgebildet ist, ist die Lamellenbremse am Ende der Abtriebswelle koaxial zu dieser angebracht. In der CH-PS 5 05 277 ist ein hydraulischer Antriebsmechanismus beschrieben, bei welchem eine die Abtriebswelle koaxial umgebende Lamellenkupplung die Verbindung mit der Seiltrommel einer Winde herstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Reibungsbremse eines mit einer Gelenkwelle ausgestatteten hydraulischen Antriebsmotors so 'luszubilden, daß sie bei gegebenen Abmessungen ein erhöhtes Bremsmoment erzeugt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem hydraulischen Motor nach der Erfindung führen die an der Gelenkwelle angeordneten beweglichen Bremsscheiben bei gelöster Bremse zusätzlich zu der Drehbewegung, die der Drehung der Abtriebswelle entspricht, eine kresende Umlaufbewegung um die Achse der Abtriebswelle aus. während die festen Bremsscheiben koaxial zu dieser Achse feststehen. Bei angezogener Bremse addiert sich daher zu dem der rei.ien Drehung zuzuschreibenden Bremsmoment ein der Umlaufbewegung zuzuschreibendes Bremsmoment. Das insgesamt erzeugte Bremsmoment ist daher größer als das Bremsmoment einer Lamellenbremse gleicher Lamellenzahl und vergleichbarer Größe, deren bewegliche Bremsscheiben koaxial zur Abtriebswelle angeordnet und unmittelbar mit dieser verbunden sind. Dieses erhöhte Bremsmoment wird ohne zusätzlichen Raumbedarf erzielt, da die Gelenkwelle bei hydraulischen Maschinen dieser Art im Hinblick auf die Erzielung eines möglichst kleinen Achsverlagerungswinkels üblicherweise eine beträchtliche Länge haben; der im Bereich der axialen Erstreckung der Gelenkwelle verfügbare Raum wird zur Unterbringung der ReU bungsbfemse ausgenutzt. Auch ist die konstruktive Ausbildung der Reibungsbremse nicht komplizierter als

diejenige einer koaxialen Lamellenbremse.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines hydraulischen Motors nach der Erfindung,

Fig.2 eine stark vergrößerte Schnittansichl des durch einen gekrümmten Doppelpfeil in Fig. 1 gekennzeichneten Bereichs,

Fig.3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 der Fig. 1. ίο

Fig.4 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 der Fig. 1,

Fig.5 eine Stirnansicht einer Verteilerplatte in Richtung der Pfeile 5-5 von Fig.! und

Fig.6 eine Stirnansicht der Verteilerplatte von ₎₅ Fig. 5 in Richtung der Pfeile 6-6 von Fig.!.

Die in der Zeichnung dargestellte hydraulische Maschine, die im folgenden als Gerotor bezeichnet wird, ist eine Innenzahnradmaschine, die zur Gattung der innenachsigen Kreiskolbenmaschinen mit Kämmein- >₀ griff und festpunktlos gelagertem Rotor gehört, wobei das außenverzahnte !nnenzahnrad den Rotor bildet. Die beschriebene Maschine wird als Motor verv ;ndet, es ist jedoch bekannt, daß eine Maschine dieser Art ohne konstruktive Änderung einfach durch Umkehr der Drehrichtung oder Vertauschung der Anschlüsse auch als Pumpe verwendbar ist.

F i g. 1 zeigt die drehbar gelagerte Abtriebswelle 10 des hydraulischen Motors. Die Abtriebswelle 10 ist durch eine Kerbverzahnung drehfest mit einem Ende einer Gelenkwelle 12 verbunden, deren Drehachse 14 unter einem Winkel relativ zur Drehachse 16 der Abtriebswelle 10 angeordnet ist.

Die Gelenkwelle 12 ist über eine Kerbverzahnung drehfest mit dem Rotor 18 verbunden. Der Rotor 18 _Λ weist eine Außenverzahnung mit sechs Zähnen 20 auf (Fig. 3) und ist im Innern eines feststehenden innenverzahnten Stators 26 mit sieben Zähnen 24 so gelagert, daß er bei einer Drehung um seine eigene Achse eine Kreisbewegung um die Statorachse ausführt. bei der sic'.i die zwischen den Rotorzähnen 20 und den Statorzähnen 24 bestehenden Arbeitskammern 22 abwechselnd vergrößern und verkleinern. leder Zahn 24 des Stators ist vorzugsweise durch eine Rolle 28 gebildet, die drehbar in einer Aussparung im feststehen- 4-, den Stator gelagert ist. Diese Form eines Zahnradsatzes, bei welchem der Rotor einen Zahn weniger aufweist als der Stator, ist für innenachsige Kreiskolbenmaschinen mit Kämmeingriff und festpunktlos gelagertem Rotor, die als Gerotor bezeichnet werden, typisch. -,_f,

Zur Verwendung de; Maschine als Motor wird unter hohem Druck stehendes Druckmittel einer Hälfte der Arbeitsk^mmern 22 zugeführt, wodurch zwischen den Zähnen des Zahnradsatzes ein Antriebsdrehmoment erzeugt wird. Dieses Drehmoment treibt den Rotor 18 an. der eine Umlauf· und Drehbewegung ausführt und dabei die Gelenkwelle 12 mitnimmt. Die Gelenkwelle 12 läßt die freie I mlaufbewegung des Rotors 18 zu. während sie die F.igendrehung des Rotors um seine Achse Huf die Abtriebswelle 10 überträgt. Um das mi Antriebsdrehmoment, welches auf den Rotor 18 einwirkt, aufrechtzuerhalten, wird Druckmittel unter hohem Druck kontinuierlich den sich vergrößernden Arbeitskammern zugeführt und unter niederem Druck von den sich verkleinernden Arbeitskammer abgeführt.

Die funktionsgerechte Zu- und Abführung des Druckmittels zu den vsh vergrößernden bzw. von den sich verkleinernden Arbeitskammern des Gerotorzahnradsatzes erfolgt durch einen von der Gelenkwelle 12 angetriebenen Steuerdrehschieber in der nachfolgend beschriebenen Weise.

Der in F i g. 1 gezeigte Anschluß 29 dient als Einlaßöffnung für das unter hohem Druck stehende Druckmittel. Dieses Druckmittel wird über Kanäle 30, 32 im Motorgehäuse dem Inneren der Abtriebswelle 10 zugeführt. Von dort strömt das Druckmittel durch eine zentrale Bohrung in einer Verschleißplatte 36 und durch die Zwischenräume zwischen den miteinander im Eingriff stehenden Kerbverzahnungen der Gelenkwelle 12 und des Rotors 18. Falls dieser Strömungsquerschnitt nicht ausreichend sein sollte, kann in der Gelenkwelle 12 ein Strömungskanal vorgesehen sein, welcher die Kerbverzahnungen umgeht. Das Druckmittel strömt dann durch zentrale Bohrungen in zwei Verteilerplatten 40, 42, die einen Teil des Steuerdrehschiebers bilden, durch die Zwischenräume zwischen mehreren Bremsscheiben 43, deren Funktion noch erläutert werden soll und dann durch zentrale Bohrungen in Verteilerplatten 44_; 46 und durch Kanäle 48. die m einer beweglichen Schieberplatte 50 ausgebildet sind, die durch eine Kerbverzahnung drehfest mit dem Ende der Gelenkwelle 12 verbunden ist.

Die bewegliche Schieberplatte 50 leitet das Druckmittel in die eine Hälfte von axialen Kanälen 51. die in der Verteilerplatte 46 ausgebildet sind. In dieser Platte wird das Druckmittel durch eine Reihe von gekrümmten Nuten 53 zu Kanälen 54 geführt, die sich axial durch die Verteilerplatte 44 erstrecken, und dann in Kanäle 56. die als verbreiterte Abschnitte an den Bohrungen gebildet sind, die zur Aufnahme von Bolzen 57 in feststehenden Platten 58 vorgesehen sind (F i g. 4). Aus den Kanälen 56 strömt das Druckmittel dann durch Kanäle 60 in der feststehenden Verteilerplatte 42. wobei die Kanäle 60 Spiegelbilder der Kanäle 54 sind, die in der Verteilerplatte 44 ausgebildet sind. Dann strömt das Druckmittel in Kanäle, die in der feststehenden Verteilerplatte 40 ausgebildet sind.

Die Ausbildung der Verteilerplatte 40 soll unter B"zugnahme auf die Fig. 5 und 6 erläutert werden. Gebogene Kanäle 62 sind in einer Stirnfläche der Verteilerplatte 40 ausgebildet und radial gerichtete Kanäle 64 sind in der anderen Stirnfläche der Verleilerplatte 40 ausgebildet. Durchbrüche :wischen den Kanälen 62 und 64 sorgen für eine Zuführung des Druckmittels ?u den sich vergrößernden Arbeitskammern 22 des Gerotorzahnradsatzes und für eine Abführung des Druckmittels aus den sich verkleinernden Arbeitskammern des Gerotorzahnradsatzes.

Der im Vorstehenden beschriebene Steuerdrehschieber lctet unter hohem Druck stehendes Druckmittel in die eine Hälfte der Arbeitskammer, nämlich in die sich gerade vergrößernden Arbeitskammern. Gleichzeitig führt er unter niedrigem Druck stehendes Druckmittel aus der anderen Hälfte der Arbeitskammern ab. die sich gerade verkleinern. Das abgeführte Druckmittel gelangt zur Verteilerplatte 46. in der es durch die axialen Kanäle 51 in den Rp'im 66 zwischen der beweglichen Schieberplatte 50 und der die Schieberplatte 50 umgebenden feststehenden Platte 68 gelangt. Von dort wird das abgeführte Druckmittel über Kanäle, die nicht dargestellt sind, zu einer Druckmittelleilung 69 geleitet, die zwischen dem Außenrand der feststehenden Platten und dem Gehäus·. 70 des Motors ausgebildet ist und dazu dient, das Druckmittel über einen Auslaßanschluß 72 abzuleiten.

Die Bremse ist in den Fig. 1 und 4 dargestellt. Die feststehenden Platten 58 weisen am inneren Umfang eine Verzahnung auf, die ähnlich wie die Verzahnung des Stators eines Gerotorzahnradsatzes geformt ist. Mit der Gelenkwelle 12 sind mehrere Bremsscheiben 43 durch Kerbzahnverbindungen drehfest verbunden, jede Bremsscheibe weist am äußeren Umfang eine Verzahnung auf, die im allgemeinen in der Form und in der Orientierung der Verzahnung des Rotors eines Gerotorzahnradsatzes entspricht. Die Bfemsscheiben 43 sind au? der Gelenkwelle 12 im Abstand voneinander angeordnet, und zwischen den Bremsscheiben sind mehrere lose Bremsscheiben 74 angeordnet. Jede dieser Bremsscheiben weist am äußeren Umfang eine Verzahnung auf. die im allgemeinen der Innenverzahnung der feststehenden Platten 58 entspricht. Der innere Umfang der losen Bremsscheiben 74 ist kreisförmig, damit sich die Gelenkwelle 12 frei innerhalb der Bremsscheiben 74 bewegen kann.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird die Lagerung, die die Dreh- und Umlaufbewegung der Gelenkwelle 12 ermöglicht, durch den Gerotorzahnradsatz 18, 26 gebildet. Außerdem haben die Platten 58 und die Bremsscheiben 43 die Form eines Gerotorzahnradsatzes, der eine zusätzliche Lagerung für die Gelenkwelle 12 bildet. Falls die Bremsbauteile keine zusätzliche Lagerung bilden sollen, sind die verzahnten Formen der Teile 58, 43 und 74 nicht wesentlich; sie können dann eine andere geeignete Form haben.

Es sei nunmehr auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Die bewegliche Schieberplatte 50 weist mehrere Strömungskanäle 75 auf (Fig.2), die die Innenseite der Schieberplatte mit einem oder mit mehreren der axial gerichteten Kanäle 76 verbinden, die in einer freistehenden Platte 78 ausgebildet sind. Die Außenseite 79 der Schieberplatte 50 trägt einen Dichtungsring 80, der dazu dient, die Berührungsfläche zwischen der Platte 78 und der Außenfläche 79 der Schieberplatte 50 gegen eine Leckage abzudichten. Das unter hohem Druck stehende Druckmittel, das in dem innerhalb der beweglichen Schieberplatte 50 liegenden Raum enthalten ist wird durch die Strömungskanäle 75 den axialen Kanälen 76 in der Platte 78 zugeführt.

Die axialen Kanäle 76 stehen mit radialen Druckmittelkanäien 84 in Verbindung, von denen jeder ein Ventilglied 86 aufweist das gleitend im Kanal gelagert ist. Unter hohem Druck stehendes Druckmittel, welches in einen Druckmittelkanal 84 gelangt drückt das Ventilglied 86 auf einen entsprechenden Ventilsitz 88, um die Strömung ein einen Kanal 90 hinein zu blockieren. Der Kanal 90 mündet in die Niederdruckrückflußleitung. Das unter hohem Druck stehende Druckmittel kann jedoch durch eine zweite Gruppe von axialen Kanälen 92 in der Platte 78 strömen, so daß es in einen Raum 94 zwischen der feststehenden Platte 78 und einer beweglichen Bremsbetatigungsplatte 96 gelangt Die bewegliche Bremsbetatigungsplatte 96 ist zur feststehenden Platte 78 hin mittels einer Feder 98 vorgespannt Das unter hohem Druck stehende Druckmittel, das in den Motor eintritt und in den Raum 94 geleitet wird, dient dazu, die Bremsbetatigungsplatte 96 gegen die Vorspannung der Feder 98 von der Platte 78 fortzudrücken.

Mit der Bremsbetätigungspiatte 96 arbeiten mehrere axial verschiebbare Stifte 100 zusammen. Die Stifte 100 _b5 erstrecken sich durch entsprechende Bohrungen in den verschiedenen feststehenden Platten hindurch in einer Richtung im allgemeinen senkrecht zu den Bremsschei-

ben 43 und 74. Die Länge der Stifte 100 ist derart, daß, wenn die Bremsbetätigungsplatle 96 unter der Einwirkung der Feder 98 in eine vorbestiminte Stellung relativ zur Platte 78 bewegt wird, die Stifte 100 wirksam sind, um die Bremsscheiben 74 und 43 gegeneinander und gegen die feststehende Verteilerplatte 42 zu pressen. Dadurch erhöht sich der Reibungskontakt zwischen den Bremsscheiben, und es wird ein Bremsmoment auf die Gelenkwelle 12 ausgeübt.

Die Kraft, die durch die Stifte 100 auf die feststehende Verteilerplatte 42 ausgeübt wird, wird auch durch die verschiedenen anderen feststehenden Platten hindurch übertragen, so daß die Verschließplatte 36 ein Reibungsbremsrnoment direkt auf die Abtnebswelle 10 ausübt. Die effektive Bremswirkung auf die Abtriebswelle 10 besteht also aus der Kombination des Bremsdrehmomentes, welches auf die Abtriebswelle 10 selbst ausgeübt wird, und des Bremsdrehmomentes, welches auf die Gelenkwelle 12 durch die Bremsscheiben 43 ausgeübt wird.

Das von den Bremsscheiben 43, 74 erzeugte Bremsdrehmoment verstärkt in erheblichem Maße die normalen Bremskräfte, die direkt auf die Antriebswelle 10 ausgeübt werden. Dieses Bremsdrehmoment kann dadurch verändert werden, daß die Größe oder Form der Reibungsflächen verändert werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn, wie beim bevorzugten Ausführungsbeispiel, die Bremsscheiben keine zusätzliche Lagerung für die Gelenkwelle 12 bilden. Wenn, wie im vorliegenden Fall, die Bremsscheiben auch einen Teil der Druckmittelkanäle bilden, sind die Größe und die Formen der Bremsscheiben auch von den Strömungscharakteristiken abhängig.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel weist eine besonders wirksame Anordnung der Bremsscheiben 43 auf. Insbesondere sind diese Bremsscheiben innerhalb der sich drehenden Schieberplatte 50 und der feststehenden Verteilerplatten 44, 46 angeordnet. Da das Bremsdrehmoment Kräfte erzeugt, die senkrecht zur exzentrisch gelagerten Gelenkwelle 12 gerichtet sind, besteht die Möglichkeit, daß derartige Normalkräfte ein Mcment erzeugen, welches die Neigung hat, die Antriebswelle 12 zu verkannten oder zu verspannen. Ein derartiges Verkanten oder Verspannen ist bei einem derartigen Motor in höchstem Maße unerwünscht. Es wurde jedoch gefunden, daß durch die Anordnung der Bremsscheiben 43 innerhalb sowohl der beweglichen Schieberplatte 50 als auch der Verteilerplatten 44, 46 der Momentenarm wegen der geringen Exzentrizität der Gelenkwelle an dieser Stelle gering ist. Irgendwelche Neigung zum Verkanten oder Verspannen Ir.jt deshalb innerhalb zulässiger Grenzen, und irgendwelche möglichen schädlichen Einflüsse sind ganz erheblich durch die Vorteile ausgeglichen, die diese Bremsscheiben 43 bei einem derartigen Motor mit sich bringen.

Ein zusätzlicher Vorteil der beschriebenen Ausführungsform liegt darin, daß die Bremsscheiben durch die offenbarte Form völlig in der Lage sind, die einzige Lagerung und Führung für die Gelenkwelle 12 zu bilden, damit diese eine Umlauf- und Drehbewegung durchführen kann. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde ein Motor beschrieben, bei dem ein Gerotorzahnradsatz vorgesehen ist der zugleich als Lagerung für die Gelenkwelle dient Die beschriebene Bremse kann jedoch auch bei anderen Ausführungsformen von hydraulischen Maschinen verwendet werden, die eine Gelenkweile aufweisen, die eine Umlauf- und Drehbewegung ausführt

In F i g. I ist eine Öffnung 102 dargestellt, die mit dem Inneren des Hydraulikmotors und insbesondere mit dem außerhalb der Bremsbetätigungsplatte 96 liegenden Teil des Motors in Verbindung steht. Mit dieser Öffnung, die durch einen Stopfen 104 verschlossen ist, ist es möglich,

aus dem Motor Lecköl abzuziehen- Es ist auch möglich, an diese Öffnung eine Druckmittelquelle anzuschließen, um auf die Bremsbetätigungsplatte 96 einen Druck auszuüben, damit die Bremse von außen betätigt werden 5 kann.

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Motor mit einem Rotor, der durch eine Gelenkwelle drehfest mit einer im Motorgehäuse um eine gehäusefeste Achse drehbar gelagerten Abtriebswelle gekuppelt und so gelagert ist, daß seine Schwerpunktsachse im Betrieb eine Kreisbewegung um die Achse der Abtriebswelle ausführt, und mit einer Reibungsbremse, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungsbremse (43, 74) mehrere konzentrisch zur Achse der Gelenkwelle (12) angeordnete und mit dieser drehfest verbundene bewegliche Bremsscheiben (43) aufweist, die zwischen eine entsprechende Anzahl von gegenüber dem Motorgehäuse nicht drehbaren Bremsscheiben (74) eingefügt sind.

2. Hydraulischer Motor nach Anspruch 1, bei welchem ein bewegliches Schieberglied eines Verteilerdrehschiebers mit der Gelenkwelle verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Bremsscheibe (43) zwischen dem Rotor (18) und dem beweglichen Schiebergiied (50) an der Gelenkwelle (12) angebracht sind.

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