DE4323036A1 - Hydraulischer Axialkolbenmotor - Google Patents
Hydraulischer AxialkolbenmotorInfo
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- F03C1/00—Reciprocating-piston liquid engines
- F03C1/02—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders
- F03C1/06—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinder axes generally coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
- F03C1/0678—Control
- F03C1/0694—Control by changing the inclination of the axis of the cylinder barrel in relation to the axis of the actuated element
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
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Description
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Axialkolbenmotor in
Schrägachsenbauweise mit einer mit einer Triebscheibe fest ver
bundenen Triebwelle, mit in einem Zylinderblock, der auf einer
Kreislinie mit zueinander parallelen Bohrungen versehen ist, in
denen Kolben geführt sind, die oder deren Stangen mit der Trieb
scheibe gelenkig verbunden sind, und der um eine im Bereich der
Triebscheibe liegende Querachse schwenkbar gelagert ist, und mit
einer Steuerscheibe, die auf ihrer dem Zylinderblock zugewandten
Seite mit zwei nierenförmigen Steuerschlitzen und mit einer zy
lindrischen äußeren Seite versehen ist, deren die Krümmungsmit
telachse mit der Schwenkachse des Zylinderblocks zusammenfällt,
die in einer mit Zu- und Abführungsbohrungen versehenen, gehäuse
festen Abschlußplatte gelagert und die mit die Zu- und Abfüh
rungsbohrungen zumindest teilweise überdeckenden, mit den Steu
erschlitzen in Verbindung stehenden Durchbrüchen versehen ist.
Ein derartiger hydraulischer Axialkolbenmotor mit verstellbarer
Drehzahl ist beispielsweise der Verstellmotor A6VM der Fa. Man
nesmann Rexroth. Bei diesen Motoren läßt sich durch eine in der
Abschlußplatte angeordnete hydraulische Stelleinrichtung mit ei
nem in eine Bohrung der Steuerscheibe greifenden Zapfen der Zy
linderblock, der frei drehbar in einer kugelschalenförmigen Aus
nehmung auf der entsprechend komplementären kugelkalottenförmi
gen inneren Seite der Steuerscheibe abgestützt ist, zwischen sei
nem größten bei 26,5° liegenden Schwenkwinkel, bei dem der Motor
bei kleinster Drehzahl das größte Drehmoment aufweist, und einem
0° angenäherten Schwenkwinkel verschwenken. Da mit der Annähe
rung an den Schwenkwinkel 0° das Drehmoment abnimmt, gerät der
Motor etwa in den Bereich eines Schwenkwinkels von 2 bis 3° in
den Bereich der Selbsthemmung. Wird jedoch der Motor aus dem Be
reich des 0-Schwenkwinkels bzw. aus dem Bereich der Selbsthem
mung in Richtung auf größere Schwenkwinkel verschwenkt, erreicht
er ohne äußere Belastung nach Verlassen des Bereiches der Selbst
hemmung innerhalb kürzester Zeit Drehzahlen, die die zulässigen
Drehzahlen überschreiten, da das Schluckvolumen bei kleinen
Schwenkwinkeln für das Erzielen hoher und unzulässig hoher Dreh
zahlen verhältnismäßig klein ist.
Hydraulische Verstellmotoren der eingangs angegebenen Art werden
insbesondere auch für Mehrmotoren-Antriebe eingesetzt. Ein derar
tiger Mehrmotorenantrieb ist in Fig. 13 der Zeichnung schema
tisch dargestellt. Bei diesem Mehrmotorenantrieb ist ein Ver
stellmotor über ein Getriebe ständig an eine gemeinsame Ausgangs
welle angekuppelt, während weitere Verstellmotoren über Kupplun
gen und geeignete eventuell sogar schaltbare Getriebestufen zuge
schaltet werden können, um für bestimmte Anwendungszwecke optima
le Drehzahl-Drehmoment-Bereiche durchfahren zu können. Bei derar
tigen Antrieben besteht das besondere Problem, daß beim Ankup
peln abgekuppelter Verstellmotoren ein Schaltruck entsteht, und
zwar weil sich der Motor noch im Bereich seiner Selbsthemmung
befindet oder weil er bereits bei Zuführung unter Druck stehen
dem Hydrauliköl ohne Belastung sofort auf höchste Drehzahlen
hochläuft.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verstellbaren hydrau
lischen Axialkolbenmotor der eingangs angegebenen Art zu schaf
fen, der bei einem Verschwenken aus dem Bereich seiner Selbst
hemmung in Richtung auf größere Schwenkwinkel keine unzulässig
hohen Drehzahlen annimmt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Motor der gattungs
gemäßen Art dadurch gelöst, daß die Steuerscheibe auf ihrer zy
lindrisch gekrümmten Seite mit einer einen Durchbruch begrenzen
den Steuerkante versehen ist, die beim Schwenken des Zylinder
blocks gegen den 0-Schwenkwinkel die Zuführungsbohrung zunehmend
verschließt. Bei dem erfindungsgemäßen Motor wird also die die
Hochdruckseite bildende Zuführungsbohrung bei einer Verschwen
kung des Zylinderblocks gegen den 0-Schwenkwinkel zunehmend ver
schlossen, so daß die unter hohem Druck stehende Hydraulikflüs
sigkeit zunehmend stärker gedrosselt wird, wobei die Zuführungs
bohrung im Bereich der Selbsthemmung auch vollständig verschlos
sen werden kann. Wird der Motor anschließend durch Schwenken des
Zylinderblocks in Richtung größerer Schwenkwinkel wieder zum An
laufen gebracht, kann durch entsprechende Anordnung der Steuer
kante ein gesteuerter Zufluß von unter Druck stehendem Hydraulik
öl zur Druckseite des Zylinderblocks in der Weise erfolgen, daß
der Motor vorbestimmte Drehzahlen annimmt.
Wird beispielsweise der erfindungsgemäße Verstellmotor für Mehr
motorenantriebe verwendet, kann beim Verschwenken des Zylinder
blocks aus dem Bereich der Selbsthemmung in Richtung größerer
Schwenkwinkel die unter Druck stehendes Hydrauliköl zuführende
Bohrung derart aufgesteuert werden, daß der Motor vorherbestimm
bare Drehzahlen und insbesondere auch im Bereich der Synchron
drehzahl liegende Drehzahlen annimmt, so daß ein Zuschalten des
oder der Verstellmotore ohne spürbaren Schaltruck erfolgen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand
der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen verstellbaren hy
draulischen Axialkolbenmotor in Schrägachsenbau
weise in schematischer Darstellung bei größtem
Schwenkwinkel seines Zylinderblocks,
Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Querschnitt bei
Annäherung des Schwenkwinkels in den Bereich der
Selbsthemmung,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die äußere zylinderschalen
förmig gekrümmte Seite der Steuerscheibe,
Fig. 4 einen Schnitt durch die Steuerscheibe nach Fig. 3
längs der Linie C-D,
Fig. 5 einen Schnitt durch die Steuerscheibe nach Fig. 3
längs der Linie E-F,
Fig. 6 einen Schnitt durch die Steuerscheibe nach Fig. 3
längs der Linie A-B,
Fig. 7 eine Draufsicht auf die Steuerscheibe von der
Seite des Zylinderblocks her,
Fig. 8 einen Schnitt durch die Abschlußplatte längs der
Linie A-B in Fig. 9,
Fig. 9 eine Ansicht der Abschlußplatte in Richtung des
Pfeils X in Fig. 8,
Fig. 10 einen Schnitt durch die Abschlußplatte längs der
Linie C-D in Fig. 12,
Fig. 11 eine Draufsicht auf die Abschlußplatte,
Fig. 12 eine Ansicht der Abschlußplatte von der Seite der
Steuerscheibe her und
Fig. 13 eine schematische Darstellung eines Mehrmotorenan
triebes unter Verwendung parallel geschalteter
Motoren.
Aus den Fig. 1 und 2 ist ein verstellbarer hydraulischer Axial
kolbenmotor 1 in Schrägachsenbauweise ersichtlich, der seinem
grundsätzlichen Aufbau nach dem Verstellmotor A6VM der Fa. Man
nesmann Rexroth entspricht, so daß zur näheren Darstellung auf
diesen Verstellmotor sowie die bekannte Firmenliteratur der Fa.
Mannesmann Rexroth verwiesen wird.
Dieser bekannte Verstellmotor besteht aus einer in einem Gehäuse
2 gelagerten Abtriebswelle 3, die einstückig mit einer Trieb
scheibe 4 verbunden ist. Die Triebscheibe 4 ist auf einer die
Wellenachse 5 konzentrisch einfassenden Kreislinie mit kugelscha
lenförmigen Ausnehmungen 6 versehen, in die die kugeligen Köpfe
7 von Kolben 8 greifen, die in Bohrungen 9 des Zylinderblocks 10
verschieblich geführt sind. Der Zylinderblock 10 ist mit einer
zentralen Bohrung 11 versehen, in der ein der Zentrierung dienen
der Kolben 12 angeordnet ist, dessen kugeliger Kopf 13 in eine
entsprechende zylinderschalenförmige Ausnehmung in der Mitte der
Triebscheibe 4 greift. Der Kolben 12 bildet gleichsam die Dreh
achse des Zylinderblocks 10.
Der Zylinderblock 10 ist auf seiner der Abschlußplatte 15 zuge
wandten Seite mit einer kugelschalenförmigen Ausnehmung verse
hen, in die die innere entsprechend komplementäre kugelkalotten
förmige Innenseite der Steuerscheibe 16 greift. Die Steuerschei
be 16 weist eine zylindrisch gekrümmte Außenseite auf, die in
eine komplementäre zylinderschalenförmige Ausnehmung der Ab
schlußplatte 15 greift. Die Abschlußplatte 15 ist mit zwei paral
lelen langlochartigen Zu- und Abführungsbohrungen für das unter
Hochdruck und Niederdruck stehende Hydrauliköl versehen. Die et
wa linsenförmige Steuerscheibe weist Durchbrüche auf, von denen
der Durchbruch für die Zuführungsbohrung mit einer Steuerkante
20 versehen ist, die bei einer Verschwenkung des Steuerblocks 10
in Richtung auf den 0-Schwenkwinkel die Zuführungsbohrung 21 in
der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise zunehmend verschließt.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der Steuerscheibe wird nun an
hand der Fig. 3 bis 7 näher erläutert. Die Steuerscheibe 16
weist in Draufsicht eine im wesentlichen rechteckige Form auf.
Auf ihrer dem Zylinderblock 10 zugewandten Seite ist sie mit
einer kugelkalottenartigen Wölbung 22 versehen, die als Abstütz
fläche für die kugelschalenförmige Außenseite des Zylinderblocks
10 dient. Auf ihrer gegenüberliegenden Seite 23 ist die Steuer
scheibe 16 zylinderschalenförmig gekrümmt.
In ihrer kugelkalottenförmigen Seite ist die Steuerscheibe 16 in
der aus Fig. 7 ersichtlichen Weise mit nierenförmigen Schlitzen
24, 25 versehen, von denen der Schlitz 24 der Hochdruckseite und
der Schlitz 25 der Niederdruckseite zugeordnet ist.
Die Schlitze stehen durch Bohrungen 26, 27, 28 mit Aussparungen
29, 30 in Verbindung, die in die zylindrisch gekrümmte Seite 23
der Steuerscheibe 16 eingearbeitet sind. Die zu der Niederdruck
seite gehörende Aussparung 30 erstreckt sich im wesentlichen
über die gesamte Länge der zylindrisch gekrümmten Außenseite der
Steuerscheibe 16, während die Aussparung 29 etwa im Bereich der
mittleren Querachse A-B der Steuerscheibe durch die Steuerkante
20 geschlossen ist.
Anhand der Fig. 8 bis 12 wird nun die Abschlußplatte 15 beschrie
ben, in der die Steuerscheibe mit ihrer zylindrischen Außenseite
verschwenkbar gelagert ist. Die Abschlußplatte 15 ist mit einer
zylinderschalenförmigen Ausnehmung 36 versehen, deren Breite der
Breite der Steuerscheibe 16 entspricht. Die zylinderschalenför
mige Ausnehmung 36 ist in ihrem mittleren Bereich mit einer zy
lindrisch gekrümmten Nut 37 versehen, in der mittig ein Langloch
38 angeordnet ist, in dem ein hydraulisch gesteuerter Zapfen
verschieblich geführt ist, der in die mittlere Bohrung 39 der
Steuerscheibe 16 greift und der über die Steuerscheibe 16 den
Zylinderblock um die Schwenkachse 37 verschwenkt.
In den seitlichen Bereichen der zylinderschalenförmigen Ausneh
mung 36 sind Langlöcher 21, 40 eingearbeitet, von denen in der
aus den Fig. 10 und 12 ersichtlichen Weise das Langloch 21 mit
einer Zuführungsbohrung 41 der Hochdruckseite und das Langloch
40 mit einer Bohrung 42 der Niederdruckseite in Verbindung
steht.
Befindet sich der Motor in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise im
Bereich großer Schwenkwinkel, überdeckt die Aussparung 29 das
Langloch 21 der Hochdruckseite vollständig. Wird nun der Motor
in Richtung kleinerer Schwenkwinkel verstellt, überfährt die
Steuerkante 20 zunehmend das Langloch 21 und steuert dieses zu,
bis das Langloch 21 im Bereich der aus Fig. 2 ersichtlichen
Selbsthemmung völlig geschlossen ist.
Aus Fig. 13 ist ein Mehrmotorenantrieb ersichtlich, bei dem eine
hydraulische Verstellpumpe 50 in hydraulischer Parallelschaltung
mehrere verstellbare hydraulische Axialkolbenmotoren 51 der vor
stehend beschriebenen Art mit unter Hochdruck stehenden Hydrau
liköl speist. Der oberste Verstellmotor 51 ist ständig getriebe
mäßig mit der gemeinsamen Abtriebswelle 53 verbunden, während
die unteren drei Verstellmotoren 51 über Kupplungen 54 und nicht
beschriebene Getriebeglieder des Getriebes 55 mit der Abtriebs
welle 53 kuppelbar sind.
Der dargestellt Mehrmotorenantrieb ermöglicht einen großen Wand
lungsbereich, wobei es erforderlich ist, einzelne Verstellmoto
ren 51 zu- und abschalten zu können. Eine vollständige Abschal
tung von auf 0 verschwenkte Motoren erfolgt dabei durch die
Kupplungen 54, so daß nicht treibende Motoren nicht mitge
schleppt werden müssen. Um nach Bedarf über die Kupplungen 54
eine ruckfreie Zuschaltung zu ermöglichen, lassen sich die er
findungsgemäßen Verstellmotoren durch entsprechende Steuerung
der Zuflußquerschnitte der Hochdruckseite in etwa auf Synchron
drehzahl steuern.
Claims (1)
- Hydraulischer Axialkolbenmotor (1) in Schrägachsenbauweise,
mit einer mit einer Triebscheibe (4) fest verbundenen Triebwelle (3),
mit in einem Zylinderblock (10), der auf einer Kreislinie mit zueinander parallelen Bohrungen (9) versehen ist, in denen Kol ben (8) geführt sind, die oder deren Stangen mit der Triebschei be (4) gelenkig verbunden sind, und der um eine im Bereich der Triebscheibe (4) liegende Querachse (37) schwenkbar gelagert ist und
mit einer Steuerscheibe (16), die auf ihrer dem Zylinderblock (10) zugewandten Seite mit zwei nierenförmigen Steuerschlitzen (24, 25) und mit einer zylindrischen äußeren Seite (23) versehen ist, deren Krümmungsmittelachse mit der Schwenkachse (37) des Zylinderblocks (10) zusammenfällt, die in einer mit Zu- und Abführungsbohrungen (21, 40) versehenen gehäusefesten Abschluß platte (15) gelagert und die mit die Zu- und Abführungsbohrungen zumindest teilweise überdeckenden, mit den Steuerschlitzen in Verbindung stehenden Durchbrüchen versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerscheibe (16) auf ihrer zylindrisch gekrümmten Sei te (23) mit einer einen Durchbruch (29) begrenzenden Steuerkante (20) versehen ist, die beim Schwenken des Zylinderblocks (10) gegen den 0-Schwenkwinkel die Zuführungsbohrung (21) zunehmend verschließt.
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