DE6806197U - Hydraulikmotor. - Google Patents

Description

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHDNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DlPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH KÖLN 1, DEICHMANNHAUS HINWEIS. Di... UnterloB. (Beschreibung «^β&Α^^ ÄÄ

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7. April 1970 Sch-Sg-DB/ls

Rudolf Maxein KG Maschinenbau

5451 Gladbach b. Neuwied, Dierdorfer Straße

Hydraulikmotor

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikmotor mit einer Abtriebswelle und axial dazu angeordneten Zylindern, in denen Kolben unter Einwirkung des in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Abtriebswelle gesteuerten Druckmediums verschieblich sind, wobei die Kolben einen mit der Abtriebswelle verbundenen Kurvenkörper antreiben.

Hydraulikmotoren dienen dazu, die Druckenergie eines flüssigen Mediums in Bewegungsenergie umzusetzen. Sie enthalten mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten, deren Kolben in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Abtriebsstelle vorgeschoben werden und damit die Druckenergie

aus dem Hydraulikkreis auf die Welle übertragen. Hydraulikmotoren zeichnen sich durch geringe Baugröße, kleines Schwungmoment, großes Anfahrmoment und sehr schnelle Umsteuerbarkeit aus. Sie können zum Antrieb von Fahrzeugen und Arbeitsmaschinen und auch als Stellmotoren für Regelungs- und Steuerungszwecke verwendet werden.

Eine besondere Bauform stellen die Axialkolbenmotoren dar, bei denen die Kolben parallel zur Abtriebswelle angeordnet sind. Zur Umwandlung der Kolbenbewegung in die Rotationsbewegung der Abtriebswelle ist an der Welle eine Schrägscheibe oder Taumelscheibe angebracht, d.h. eine an sich ebene Scheibe, die unter einem Winkel zur Wellenachse geneigt ist. Auf diese Scheibe wirken die einzelnen Kolben in axialer Richtung ein, und zwar derart gesteuert, daß dadurch die Scheibe und mit ihr die Abtriebswelle in eine Drehbewegung versetzt wird. Um die an den Angriffsstellen von Kolben und Schrägscheibe entstehende Reibung zu vermindern ist es ferner bekannt, auf der Schrägscheibe einen Kugellagerring anzubringen. Bei einem derartigen Axialkolbenmotor tritt jedoch der Nachteil auf, daß eine wirksame Übertragung der Kolbenkräfte auf die Welle nur dann erzielt wird, wenn die Taumelscheibe mit möglichst großer Schräge zur Axialrichtung angebracht ist. In diesem Falle wirken die Kolben unter einem flachen Winkel auf die Scheibe ein, so daß unter Vernachlässigung der Reibung nahezu die gesamte Kolbenkraft in Rotationsenergie der Welle umgesetzt wird. Da sämtliche Kolben von einer Seite her auf die Taumelscheibe einwirken, entsteht bei dieser Bauform eine beträchtliche Axialbelastung der Welle, die durch eine geeignete Lagerung aufgenommen werden muß. Hinzu kommt noch, daß bei Verwendung von Taumelscheiben nur ein Anstellwinkel der Scheibe gegenüber der Achsenrichtung von etwa 15° möglich ist, so daß die Kurvenform, bezogen auf den einzelnen Kolben, eine verhältnis-

mäßig geringe Steigung aufweist. Die axiale von der Taumelscheibe und ihrer Lagerung aufzunehmende Kraftkomponente erreicht damit eine beträchtliche Größe.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Axialkolbenmotor zu schaffen, bei dem die Steigung der die Kolbenenergie in Rotationsenergie umsetzenden Kurve, bezogen auf den einzelnen Kolben, erheblich größer gewählt werden kann als bei den bekannten Hydraulikmotoren, ohne jedoch den Kolbenhub zu vergrößern. Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der als Scheibe mit sich über den Umfang periodisch sinusförmig ändernder Stärke ausgebildete Kurvenkörper sich zwischen jeweils zwei Zylindern - ein Zylinderpaar bildend - befindet, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind.

Die Erfindung geht von dem Gedanken au 5, daß die Energieumwandlung unter Verwendung einer Taumelscheibe nur dann zu günstigen Ergebnissen führt, wenn der Anstellwinkel der Scheibe eine beträchtliche Größe h*. Eine

Erhöhung des Anstellwinkels erfordert aber bei den bekannten Bauformen gleichzeitig eine Erhöhung des Kolbenhubes, so daß in de¹" Praxis zwischen diesen beiden Nachteilen abgewogen werden muß. Die Verwendung einer Scheibe mit sich periodisch über den Umfang verändern-

der Stärke als Kurvenkörper hat demgegenüber den Vorteil, daß Bauformen mit den unterschiedlichsten Auslegungen möglich sind. Ist zum Beispiel der Kolbenhub eines zu entwickelnden Hydraulikmotors vorgegeben, so kann der Konstrukteur noch die Anzahl der periodischen

J)O Stärkeveränderungen über den Umfang des Kurvenkörpers festlegen, von der unter den gegebenen Umständen die maximale Steigung abhängt. Die Steigung erhöht sich mit der Periodenzahl.

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Außerdem hat die Anordnung den Vorteil, daß die durch das Einwirken der Kolben auf den Kurvenkörper entstehenden Axialkräfte nicht über Lager abgeführt werden müssen, sondern daß durch die gegeneinander gerichteten auf den Kurvenkörper einwirkenden Kolben eine resultierende Kraft aufgebracht wird, die ausschließlich in tangentialer Richtung auf den Kurvenkörper einwirkt, während sich die axial gerichteten Kräfte der beiden gegenüberstehenden Kolben kompensieren. Aus diesem Grunde wird zur Lagerung der Welle und des Kurvenkörpers kein Axiallager benötigt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß ein der Zuführung und Abführung der Hydraulikflüssigkeit dienender Anschlußkörper von einem drehfest mit der Abtriebswelle verbundenen Steuerring abdichtend umgeben ist, und daß der Steuerring Steuerschlitze zum Verbinden des Anschlußkörpers mit den Zylindern aufweist. Die Steuerung wird also in der Nähe des Anschlußkörpers vorgenommen, von wo aus die einzelnen Steuerleitungen zu den Kolben bzw. Kolbenpaaren geführt sind. Damit wird die Steuerung des ganzen Motors von einer konzentrierten Baueinheit übernommen, die, falls erforderlich, leicht ausgewechselt werden kann, während die Steuerungskanäle im übrigen lediglich die Funktion von Druckleitungen ohne Schieber, Stellorgane oder andere bewegliche Teile haben. Vorzugsweise sind die Kolben eines Zylinderpaares jeweils von einer gemeinsamen Steuerleitung aus verschiebbar, und die Steuerleitung ist in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Abtriebs-

JiO welle entweder mit einer Druckleitung oder mit einer Rücklaufleitung für die Hydraulikflüssigkeit verbunden. Die Kolben eines Zylinderpaares sind also an die gleiche Steuerleitung angeschlossen, und sie wirken aufgrund ihrer einander gegenüberliegenden Anordnung im Gegen-

takt auf den Kurvenkörper ein. Im Prinzip sind auch andere Ausführungsformen denkbar, bei denen der Kurvenkörper die Form einer wellenförmigen Scheibe hat, auf die die Kolben eines Zylinderpaares im Oleichtakt einwirken. Dies setzt voraus, daß die Zylinder komplementär betrieben werden, d.h. daß der eine Zylinder bei Druckbeaufschlagung des anderen drucklos sein muß.

An den dem Kurvenkörper zugewandten Ende der Kolben können auf dem KurverJcörper abrollende Kurvenrollen angebracht sein, durch die die Reibungsverluste vermindert werden. Ferner ist es zweckmäßig, den gegenseitigen Abstand der Zylinderpaare - bezogen auf die Sinusform des Kurvenkörpers - ungleich TTOder einem Vielfachen von 'TT'zu bemessen. Dadurch wird die Gleichmäßigkeit der Drehbewegung der Abtriebswelle verbessert und erreicht, daß bei jeder Winkelstellung etwa das gleiche Drehmoment aufgebracht wird. Die Gefahr des Auftretens von Schwingungen ist damit ebenfalls verringert.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch einen Hydraulikmotor,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 und

Fig. 3 das Steuerschema für den Hydraulikmotor. Fig. 4 zeigt die Ausbildung des Steuerringes.

Die mit 40 bezeichnete Abtriebswelle trägt an ihrem Ende den Kurvenkörper 1. Dieser ist in seinem Durchmesser

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größer als die Abtriebswelle, und er ist an seiner Umfangsbahn mit sich sinusförmig verändernder Stärke ausgebildet. Die Stärkenänderungen auf der Umfangsbahn sind am besten aus Fig. 5 ersichtlich, wo der Kurvenkörper 1 in Form einer Abwicklung dargestellt ist. Hier erkennt man, daß die Stärkenänderung über den Gesamtumfang in vier Perioden erfolgt, und zwar symmetrisch, d.h. gleichermaßen nach beiden Seiten hin. Parallel zur Abtriebswelle 40 sind die sieben Zylinderpaare 2J> bis 29 gleichmäßig um die Abtriebswelle verteilt angeordnet. Diese Zylinderpaare bestehen jeweils aus den Zylindern 2j5' bis 29' und den zugehörigen Zylindern 23 " bis 29'', die durch den Kurvenkörper 1 voneinander getrennt sind. In den Zylindern sind die Kolben 8 verschieblich; sie tragen an ihren äußeren Enden Kurvenrollen 7 an Lagerbüchsen 10, mit denen sie auf der Kurvenbahn des Kurvenkörpers 1 abrollen. Die der Befestigung der Kurvenrollen 7 dienenden Bolzen 9 sind seitlich über die Abmessungen der Kolben 8 hinausgeführt und gleiten in entsprechenden am Gehäusemittelteil 2 vorgesehenen Nuten 45. Dadurch wird eine drehsichere Bewegung der Kolben 8 in den Zylindern erzielt, so daß die Kurvenrollen 7 stets mit ihrer Lauffläche in der gewünschten Weise am Kurvenkörper 1 anliegen.

Das Motorgehäuse besteht aus dem mittleren Gehäuseteil 2, den sich daran anschließenden seitlichen Gehäuse^teilen^, 4, in die zugleich die Zylinderbohrungen der Zylinderpaare 23 bis 29 eingebohrt sind und den Deckplatten 5, 6. Diese dienen als stirnseitige Begrenzungen des zylinder-. förmigen Gehäuses, und die Deckplatte 5 weist eine Mittelbohrung auf, durch die die Abtriebswelle 40, an der ein Radflansch 20 befestigt ist, hindurchführt. Zwischen der Nabe des Radflansches 20 und der Deckplatte 5 ist eine Wellendichtung 17 angebracht, die verhindert, daß

Schmutz und Staub in das Innere des Gehäuses und damit in das Hydrauliksystem eindringt. Die Zylinderbohrungen setzen sich bis in die Deckplatten 5, 6 hinein fort, und die Steuerleitungen führen über die Deckplatten 5* 6 in die Zylinder hinein, so daß die seitlichen Gehäuseteile 3, 4 im wesentlichen nur durchgehende Axialbohrungen aufweisen. Die Deckplatten 5* 6 sind an den seitlichen Gehäuseteilen 3* 4 mittels Imbusschrauben 19 befestigt, die in den Deckplatten versenkt sind. Zur Abdichtung der Zylinder 23' bis 29' und 23'' bis 29'' sind an den Deckplatten 5» 6 entsprechende Ringnuten vorgesehen, in die Dichtringe 22 eingesetzt sind.

An der Deckplatte 6 ist zentral der Anschlußkörper 13 mit den beiden Anschlußstellen 41, 42 angebracht. Er dient der Zu- und Abführung der Hydraulikflüssigkeit und ist mit umlaufenden Ringnuten 38, 39 versehen, die jeweils mit einem der Anschlüsse 4l, 42 in Verbindung stehen. Um den Anschlußkörper 13 ist - die Ringnuten 38, 39 abdichtend der Steuerring 12 gelegt. Dieser steht mit am Ende der ■ Abtriebswelle 40 befestigten Mitnehmerstiften 14 in Eingriff und ist somit kraftschlüssig mit der Welle 40 verbunden, so daß er sich in beiden Drehrichtungen mit ihr dreht. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist der Steuerring 12 mit umlaufenden Reihen von Schlitzen 43, 44 versehen, die normalerweise Über den Nuten 38, 39 des Anschlußkörpers 13 liegen und diese in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Abtriebswelle 40 und damit des Steuerringes 12 mit den entsprechenden Steuerleitungen der Zylinder verbinden. Die Steuerung des Hydraulikmotors wird also in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Abtriebswelle ausschließlich vom Steuerring 12 vorgenommen, der mit der Abtriebswelle über die Mitnehmerstifte 14 verbunden ist. Die zwischen Steuerring 12 und Kugellager 15 angeordnete Distanzscheibe 11 dient der Festlegung des Kugellagers

und dreht sich während des Betriebes des Hydraulikmotors

nicht mit.

An dem den Steuerring 26 umgebenden seitlichen Gehäuseteil 4 sind die für die Zuführung und Abführung von Hy- · draulikflüssigkeit zu und von den Zylindern dienenden Steuerleitungen 46, 47 vorgesehen, die in Fig. 1 nur schematisch angedeutet sind, um den wirkungsmäßigen Zusammenhang der Steuerung zu erläutern. Jedem Zylinderpaar ist eine gemeinsame zum Steuerring 26 führende Leitung 46 zugeordnet, die sich in die zu den einzelnen Zylindern, z.B. 26' und 26'' führenden Steuerleitungen 47, 33 aufteilt. Das Leitungssystem 46, 47, 33 des Zylinderpaares 26 ist Je nach der Stellung des Steuerringes 26 entweder an die Druckleitung 41 oder an die Rückführungsleitung 42 angeschlossen. Die Schlitze im

Steuerring 43, 44 sind so bemessen, daß sie sich an keiner Stelle überlagern, da in diesem Falle die beiden unterschiedliche Flüssigkeitsdrücke aufweisenden Nuten 38, miteinander verbunden wurden. Wenn man annimmt, daß der Anschluß 41 des Anschlußkörpers 13 an einer Druckleitung liegt, während Anschluß 42 der drucklosen Rückführung der Hydraulikflüssigkeit dient, so herrscht in der Ringnut 38 stets der volle Flüssigkeitsdruck, während die Ringnut 39 drucklos ist. Die Kolben 8 werden je nach der Stellung des Steuerringes 26 abwechselnd von der Ringnut 38 über die Steuerleitungen 46, 47, 33 mit Druck beaufschlagt, um auf den Kurvenkörper 1, diesen in eine Drehung versetzend, einzuwirken und werden anschließend vom Kurvenkörper 1 in ihre Ausgangslage zurückgedrängt.

Dabei wird das in dem Zylinder 26' bzw. 26'' befindliche Hydraulikmedium über die Steuerleitungen und die Ringnut 39 zum Anschluß 42 getrieben.

Ir. Fig. 3 ist die Steuerung und der Antrieb des Hydrau-

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likmotors schematisch ohne Rücksicht auf konstruktive Merkmale dargestellt, um die Wirkungsweise zu erläxtern. Dabei sind zur Verdeutlichung die Steuerungskanäle, in denen sich Hydraulikflüssigkeit in drucklosem Zustand befindet, gekreuzt schraffiert gezeichnet, und diejenigen Leitungen, in denen zum dargestellten Zeitpunkt der volle Betriebsdruck herrscht, sind horizontal schraffiert. Die in der Praxis sternförmig um die Abtriebswelle herum angeordneten Zylinderpaare 23 bis 29 sind in einer Ebene gezeichnet, und der Steuerring 12 ist zum besseren Verständnis aufgeteilt, und zwar derart, daß die der Rückführung der Flüssigkeit dienenden Schlitze 43 auf einer Seite und die der Zuführung von Druckflüssigkeit dienenden Schlitze 44 auf der anderen Seite der Zylinderpaare dargestellt sind. Der Steuerring 12 wird von der mit dem Kurvenkörper 1 verbundenen Abtriebswelle in Richtung der Pfeile 48 bewegt. In der gezeichneten Stellung gelangt Druckflüssigkeit vom Anschluß 41 zu den Steuerleitungen 52, 34 und 36, und die entsprechenden Zylinderpaare 25, 34, 36 werden mit Druck beaufschlagt. Es bewegen sich jeweils beide Zylinder eines Zylinderpaares gleichzeitig auf den Kurvenkörper 1 zu, um ihn zusammenzudrücken. Da alle drei Zylinderpaare 25, 27, 29 auf die abfallende Flanke der Sinuskurve drücken, wird der Kurvenkörper 1 in Richtung des Pfeiles 48 bewegt. Die an den ansteigenden Kurvenstücken angreifenden anderen Zylinder sind drucklos, so daiS'sie von dem Kurvenkörper 1 in ihre Ausgangslage zurückgedrängt werden und dabei die Druckflüssigkeit zum Anschluß 42 treiben. Wie aus Fig.

ersichtlich ist, gibt die Steuerscheibe 12 die Verbindung derjenigen Steuerleitungen 30, 3I, 33, 35 zum Rückführungsanschluß 42 frei, die nicht mit Druck beaufschlagt sind. Obwohl in diesem Schaltschema Flüssigkeitszuführung und Flüssigkeitsabführung zum besseren Verständnis getrennt dargestellt sind, ist es zweckmäßig, bei der

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praktischen Ausführung darauf zu achten, daß beide in einem gemeinsamen Anschlußkörper13 untergebracht sind, da sich hierdurch sowohl konstruktiv als auch für die Bedienung oder etwaige Reparaturen günstigere Verhältnisse ergeben.

Der erfindungsgemäße Hydraulikmotor kann unter den verschiedensten Bedingungen zur Anwendung kommen. Im vorliegenden Falle ist zum Beispiel angenommen, daß er zum Antrieb eines der Antriebsräder eines Fahrzeuges dient und zu diesem Zweck direkt mit dem Radflansch 20 versehen ist. Eine derartige Verwendung des Motors ist besonders günstig, da er wegen seiner gedrungenen Bauweise direkt am Antriebsrad eines Fahrzeuges angebracht werden kann. Damit lassen sich Fahrzeuge mit echten Allradantrieben konstruieren, wobei der Antriebsmotor für jedes Rad unmittelbar am Rad selbst angeordnet ist. Der Motor kann stufenlos oder in einer oder mehreren wählbaren Geschwindigkeitsstufen gefahren werden. Es ist möglich, seine Drehrichtung unter Vollast umzuschalten, indem die an die Anschlüsse 4l, 42 angeschlossenen Leitungen über einen Umschalter miteinander vertauscht werden, und eine Abbremsung des Motors kann durch eine Drosselung des zurückfließenden Mediums erfolgen. Des weiteren sind die Freilaufeigenschaften hervorzuheben. Da im Falle des Freilaufes beide Anschlüsse 41, 42 drucklos sind, werden die Kolben 8 vom Kurvenkörper 1 zurückgeschoben, so daß sie völlig unwirksam sind. Der Kurvenkörper kann sich nun frei, zwischen den Kolben bewegen, ohne mit ihnen in Berührung zu kommen. Erst bei Anlegen eines entsprechenden Druckes an einen der Anschlüsse 4l, 42 werden die Kolben 8 wieder gesteuert gegen den Kurvenkörper 1 gepreßt

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Claims (8)

Ansprüche

1. Hydraulikmotor mit einer Abtriebswelle und axiaJL. dazu angeordneten Zylindern, in denen Kolben unter der Einwirkung des in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Abtriebswelle gesteuerten Druckmediums verschiebllch sind, wobei die Kolben einen mit der Abtriebswelle verbundenen Kurvenkörper antreiben, dadurch gekennzeichnet, daß der als Scheibe mit sich über den Umfang periodisch sinusförmig ändernder Stärke ausgebilfete Kurvenkörper (1) sich zwischen jeweils zwei Zylindern (26', 26'') ein Zylinderpaar (2β) bildend - befindet, die in axialer Richtung hintaeinander angeordnet sind.

2. Hydraulikmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kurvenkörper als an der Abtriebswelle (40) angebrachte oder ihr angeformte symmetrische Scheibe mit sich über den Umfang sinusförmig verändernder Stärke ausgebildet ist.

3. Hydraulikmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Zuführung und Abführung der Hydraulikflüssigkeit dienender Anschlußkörper (13) von einem drehfest mit der Abtriebswelle (4o) verbundenen Steuerring (12) abdichtend umgeben ist, und daß der Steuerring (12) Steuerschlitze (43, 44) zum Verbinden des Anschlußkorpers mit den Zylindern (23'.bis 29' und 23'' bis 29'') aufweist.

4. Hydraulikmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Umfang des Anschlußkorpers (13) Ringnuten

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(j58, 39) für die Zuführung und die Abführung von Hydraulikflüssigkeit angebracht sind.

5. Hydraulikmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (8) eines Zylinderpaares (2J bis 29) jeweils von einer gemeinsamen Steuerleitung (jJO bis 36) aus verschiebbar sind, und daß die Steuerleitung in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Abtriebswelle (40) entweder mit einer Druckleitung (41) oder mit einer Rücklaufleitung (42) für die Hydraulikflüssigkeit verbunden ist.

6. Hydraulikmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5# dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (3) drehfest in den Zylindern (23' bis 29' und 23'' bis 29'') angebracht sind.

7. Hydraulikmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dpdurch gekennzeichnet, daß an der Abtriebswelle (40) ein Fahrzeugrad (20) montiert ist.

8. Hydraulikmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Zylinderpaare (23 bis 29) bezogen auf die Sinusform des Kurvenkörpers (I)-ungleich TToder einem Vielfachen von Tl ist.