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H y d r o~m o~t o r
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Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf einen Hydromotor nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 Allgemeines Ziel der Erfindung ist es, einen
einfach aufgebauten Radialkolben-Hydromotor zu schaffen, der insbesondere auch als
Langsamläufer ausgebildet werden kann.-Bei einem bekannten Hydromotor der eingangs
erläuterten Art ist die Treibscheibe drehfest mit der Abtriebswelle verbunden. Die
in Zylinderräumen der Treibscheibe radial geführten Kolben stützen sich auf einer
Nockenbahn des feststehenden Stützringes ab und versetzen durch zyklische Beaufschlagung
mit Druckmittel die Treibscheibe und die Abtriebswelle in Drehung. Die Steuerung
des Druckmittels erfolgt durch eine Drehschieberanordnung an der Abtriebswelle Da
die Motorleistung letztendlich von der pro Zeiteinheit den Hydromotor durchströmenden
Druckmittelmenge abhängt, läßt sich bei kleinem Bauvolumen eine hohe Leistung nur
durch eine hohe Drehzahl der Treibscheibe erzielen. Wegen des starren Zusammenhangs
zwischen der Treibscheibe und der Abtriebswelle bedeutet dies, daß letztere entsprechend
schnell rotiert und nur ein geringes Drehmoment abzugeben in der Lage ist. Soll
ein solcher Hydromotor als Langsamläufer mit geringer Abtriebsdrehzahl und hohem
Drehmoment ausgestaltet erden, muß mit der Abtriebswelle ein gesondertes Untersetzungsgetriebe
gekoppelt werden, was
einen unerwünschten, zusätzlichen Bauaufwand
bedeutet Die Drehbewegung der großen Treibscheibe bedingt außerdem für die Teile
große Wege und eine gewisse Trägheit des Motors. Auch die Steuerung ist baulich
aufwendig Der Erfindung liegt di.e spezielle Aufgabe zugrunde, einen Radialkolben-Hydromotor
der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß bei gleichem Grundaufbau mit
einfachen baulichen Veränderungen Motoren mit unterschiedlicher Abtriebsdrehzahl
geschaffen werden können. Außerdem sollen nur geringe Wege der bewegten Teile und
eine einfache Steuerung möglich sein.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Hydromotor führt die Treibscheibe nur eine
Oszillationsbewegung aus, so daß alle Teile nur kleine Wege durchlaufen. Diese Oszillationsbewegung
wird in eine Drehbewegung der Abtriebswelle umgesetzt Je nach Ausbildung der Koppelung
zwischen der Treibscheibe und der Abtriebswelle kann letztere mit hoher oder geringer
Drehzahl laufen. Von der Oszillationsbewegung der Treibscheibe kann außerdem unmittelbar
die Steuerung des Druckmittelflusses abgeleitet werden.
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Eine baulich einfache Umsetzung der oszillierenden Bewegung der Treibscheibe
in eine Drehbewegung der Abtriebswelle läßt sich durch das Merkmal nach Anspruch
2 erreichen. Je nach Wahl der relativen Zähnezahl sind unterschiedliche Ubertragungsverhältnisse
und Drehrichtungen möglich.
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Ein Langsamlauf läßt sich durch das Merkmal nach Anspruch 3 erzielen.
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Ein insgesamt besonders einfach aufgebauter Motor ergibt sich bei
der Ausbildung gemäß Anspruch 4 Das Merkmal des Anspruches 5, das sich bei jedem
Hydromotor mit in einer Ebene oszillierender Treibscheibe verwirklichen läßt, ergibt
eine sehr einfache Steuerung des Druckmittelflusses, da hierfür keinerlei zusätzliche
Bauteile benötigt werden.
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Gemäß Anspruch 6 kann der erfindungsgemäße Hydromotor auch Bestandteil
einer Mehrmotorenanordnung oder Stufenschaltung sein.
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Ein Stufenmotor läßt sich gemäß Anspruch 7 ausbilden.
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Anspruch 8 gewährleistet eine einfache Steuerung eines Mehrfachmotors.
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Gemäß Anspruch 9 kann der erfindungsgemäße Hydromotor als Schnelläufer
mit Direktübertragung der Oszillationsfrequenz der Treibscheibe auf die Abtriebswelle
ausgebildet sein.
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Schließlich läßt sich durch das Merkmal des Anspruches 10 erreichen,
daß durch wenige Auswechselteile unterschiedliche Abtriebsdrehzahlen und Drehmomente
erzielbar sind Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
Es zeigen: Fig 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Radialkolben-Hydromotor
entlang der Schnittlinie I-I der Fig. 2, Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Motor
entlang der Schnittlinie Il-Il in Fig. 1., Fig. 3 eine schematische Darstellung
der Druckmittelsteuerung des Motors nach den Fig. 1 und 2,
Fig.
4 ein in der Fig. 2 entsprechenden Längsschnitt einer anderen Ausführungs1'orm des
erfindungsgemäßen Hydromotors, und Fig. 5 einen Längsschnitt durch cine Mehrfachanordnung
des erfindungsgemäßen Hydromotors, wobei in der linken Hälfte der Fig. 5 oben und
unten zwei verschiedene Varianten gezeigt sind.
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Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Radialkolben-Hydromotor weist
ein aus zwei Gehäusescheiben 1, 2 bestehendes, feststehendes Gehäuse auf, in dem
zwischen den Gehäusescheiben 1, 2 ein äußerer Stützring 3 mittels Schrauben 4 gehalten
ist. Der Stützring umschließt eine Ausnehmung 5, in der eine Treibscheibe 6 angeordnet
ist. Die Treibscheibe 6 enthält radiale Zylinderräume 7, in denen Radialkolben 8
verschiebbar geführt und durch leichte Druckfedern 9 nach außen gedrängt sind. Sie
stützen sich außen an ebenen Stützflächen 10 des Stützringes 3 ab, die gegenüber
dem Kolbendurchmesser eine größere Umfangserstreckung haben und bezüglich des Stützringes
3 in Tangentialrichtung verlaufen. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist,
stützen sich die -Radialkolben 8 an der Stützfläche 10 nur mit einer Ringfläche
ab Innerhalb der Ringfläche befindet sich eine Ausnehmung 11, die über einen Kanal
12 mit der Innenfläche der Radialkolben in Verbindung steht.
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Dadurch ergibt sich eine Druckentlastung bei der weiter unten noch
zu schildernden Druckrnittelbeaufschlagung.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Radialkolben vorgesehen.
Die Zahl kann aber natürlich beliebig variiert werden, wobei lediglich eine ungerade
Zahl erwünscht ist.
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Die Treibscheibe 6 ist auf drei Exzenterzapfen 13 gelagert, die zwischen
den Radialkolben liegen, die Ausnehmung 5 in Axlalrichtung durchsetzen und drehbar
in den Gehäuse-
scheiben 1, 2 gelagert sind.
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Aufgrund dieser Anordnung der Radialkolben und der Exzenterzapfen
ergibt sich eine etwa sternförmige Innenkontur des Stützringes 3, wie sie im einzelnen
aus Fig.1 ersichtlich ist.
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Eine Abtriebswelle 14 ist mittels Lagern 15 im Gehäuse 1, 2 drehbar
gelagert. Ihre geometrische Achse ist mit I bezeichnet. Die geometrische Achse E
der Treibscheibe 6 hat gegenüber der Achse I eine Exzentrizität e.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 ist die Treibscheibe
6 mit einer Innenverzahnung 16 versehen, die in umlaufendem Eingriff mit einer Außenverzahnung
17 der Abtriebswelle 14 steht.
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Die Druckmittelzu- und -abfuhr erfolgt über Druckmittelanschlüsse
A und B in den Gehäusescheiben 1, 2. In diesen vorgesehene Ringkanäle 18 sind mit
axialen Zu- und Abflußkanälen 19 verbunden, die bei a bzw b in die der Treibscheibe
6 zugewandten Flächen der Gehäusescheiben 1, 2 münden. Die Treibscheibe 6 enthält
axiale Anschlußkanäle 20, die die Zylinderräume 7 mit den Seitenflächen der Treibscheibe
6 verbinden und in letzteren an Stellen münden, die in enger räumlicher Beziehung
zu den Mündungen der Zu- und Abflußkanäle 19 stehen.
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Der beschriebene Hydromotor-arbeitet wie folgt: Durch zyklische Beaufschlagung
der Zylinderräume 7 mit Druckmittel werden die Radialkolben 8 gegen die Stützflächen
10 gepreßt und versetzen dadurch die Treibscheibe 6 in eine oszillierende Kreisbewegung,
bei der die Exzentrizität e einen Kreis e' (Fig. 1) um die geometrische Achse T
ausführt. Aufgrund dieser exzentrischen Bewegung ergibt sich die aus Fig. 3 ersichtliche
Steuerung
des Druckmittelzu- und -abflusses zu den bzw. von den
Zylinderräumen 7. Die kreisende Oszillationsbewegung der Treibscheibe 6 führt zu
einem umlaufenden Eingriff der Innenverzahnung 16 in die Außenverzahnung 17 der
Abtriebswelle 14. Letztere wird dadurch in Drehung versetzt. Durch entsprechende
Wahl der relativen Zahnzahlen der Verzahnungen 16, 17 läßt sich eine Untersetzung
der Oszillationsfrequenz der Treibscheibe 6 zur Drehzahl der Abtriebswelle 14 erzielen.
Auch die Drehrichtung läßt sich durch entsprechende Zahnzahlwahl festlegen.
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Von besonderem Interesse ist die Umsetzung einer hohen Oszillationsfrequenz
der Treibschelbe 6 in eine geringe Drehzahl der Abtriebswelle 1los, da sich dndur'c.h
ein langsam laufender Radialkolben-Hydromotor herstellen läßt, der ein hohes Drehmoment
abzugeben vermag. Dieses Ergebnis läßt sich dadurch erzielen, daß nur eine geringe
Differenz der Zahnzahlen vorgesehen wird. Beispielsweise ergibt sich bei 31 Zähnen
in der Innenverzahnung 16 und 28 Zähnen in der Außenverzahnung 17 ein Untersetzungsverhältnis
von 28.
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-3 Die Koppelung zwischen der Treibscheibe 6 und der Abtriebswelle
14 kann gemäß Fig. 4 auch mittels an diesen Teilen vorgesehener, innerer und äußerer
Exzenterflächen 21 und 22 erfolgen. In diesem Fall setzt sich die Oszillationsfrequenz
der Treibscheibe 6 in eine ebenso große Drehzahl der Abtriebswelle 14 um. Mit grundsätzlich
gleich aufgebauten Motoren, bei denen lediglich andere Treibscheiben bzw. Abtriebswellen
verwendet werden, kann also wahlweise eine Über- oder Untersetzung bzw. ein Direktabtrieb-
erzielt werden Möglich ist es ferner, die Exzenterflächen 21, 22 und die Innen-
und Außenverzahnungen 16, 17 auf Auswechselteilen anzuordnen, die fest, jedoch lösbar
mit der Treibscheibe 6 bzw. der Abtriebswelle 14 verbindbar sind. In diesem Fall
können für alle Bauvarianten auch noch gleiche Treibscheiben und Abtriebswellen
verwendet werden.
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Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß ein erster erfindungsgemäßer Motor
M1 im Baukastensystem seitlich zusammengebaut werden kann mit einem zweiten Motor
M2 bzw. M21. Dabei zeigt die Fig 5 links oben eine Variante, bei der die benachbarten
Motoren M1 und M2 die Gehäusescheibe 1 gemeinsam haben, so daß von deren Druckmittelkanal
18 aus' beidseitig die Zylinderräume 7 mit Druckmittel versorgt werden. Hier liegt
also eine gewisse Integration benachbarter Motoren vor.
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In der unteren linken Hälfte der Fig 5 ist dagegen eine Variante dargestelLt,
bei der vollständige Motoren aneinander angebaut sind, so daß der Motor M2, mit
dem Motor M1 identisch übereinstimmt.
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Bei gleichem Motor aufbau und gleicher Zähnezahl in den Verzahnungen
16, 17 können die Motoren auf eine gemeinsame Abtriebswelle 14 arbeiten. Es ist
jedoch auch möglich, unterschiedliche übersetzungsverhältnisse in den Verzahnungen
16, 17 der benachbarten Motoren vorzusehen oder bei einem Motor mit Verzahnungen
und bei einem benachbarten Motor mit Exzenterkoppelung zu arbeiten. Dann entsteht
ein Stufenantrieb, wobei getrennte Abtriebswellen 14, 14' vorgeseherE sind, die
über einen Freilauf 23 miteinander gekuppelt sind. Je nach Ansteuerung der Motoren
werden somit unterschiedliche Abtriebsdrehzahlen erzielt.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeichneten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Grundsätzlich wäre es auch möglich, die Zylinderräume für die Radialkolben
im Stützring vorzusehen und die Kolben auf tangentiale Stützflächen der Treibscheibe
6 wirken zu lassen.
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Zwischen die Abtriebswelle und das von dieser anzutreibende Bauteil
kann ein Freilauf eingesetzt werden. Der Motor kann direkt auf eLnen Radzapfen eines
Fahrzeugrades aufgesetzt werden SchließlIch ist natürlich auch die
Geometrie
der Bewegungsübertragung zwischen Treibscheibe und Abtriebswelle ebenso wie die
(;eometrie der Steuerung den jeweiligen Bedürfnissen anpaßbar.
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