DE10112501B4

DE10112501B4 - Hydrostatische Antriebseinheit

Info

Publication number: DE10112501B4
Application number: DE10112501.1A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Forster Franz
Original assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Current assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: DE10112501A1; JP2002295360A

Abstract

Hydrostatische Antriebseinheit mit einem Axialkolbenmotor, der in Taumelscheibenbauweise ausgebildet ist, wobei eine rotierende Taumelscheibe an einem hohlzylindrischen, in einem feststehenden Gehäuse drehbar gelagerten Rotor angeformt ist, in dessen Durchgangsbohrung ein drehsynchron mit dem Rotor verbundener, aus dem Gehäuse herausgeführter Mitnehmer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in das Gehäuse (1) konzentrische Zylinderbohrungen (2) eingebracht sind, in denen jeweils ein auf der Taumelscheibe (5a) abgestützter Arbeitskolben (3) angeordnet ist, und dass die Antriebseinheit als direkt antreibender Drehwerksantrieb ausgebildet ist, wobei ein Drehwerksritzel (9) an dem Mitnehmer (8) angeformt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Antriebseinheit mit einem Axialkolbenmotor, der in Taumelscheibenbauweise ausgebildet ist, wobei eine rotierende Taumelscheibe an einem hohlzylindrischen, in einem feststehenden Gehäuse drehbar gelagerten Rotor angeformt ist, in dessen Durchgangsbohrung ein drehsynchron mit dem Rotor verbundener, aus dem Gehäuse herausgeführter Mitnehmer angeordnet ist.
Eine Antriebseinheit mit einem direkt antreibenden Axialkolbenmotor ist zum Beispiel aus der DE 198 54 415 A1 bekannt und findet dort als Radantrieb Verwendung. Mit dem Begriff ”direkt antreibend” ist gemeint, dass zwischen dem Axialkolbenmotor und dem anzutreibenden Bauelement – hier: eine Nabe – kein Untersetzungsgetriebe angeordnet ist.
Aus der EP 0 567 736 A1 ist eine hydrostatische Antriebseinheit mit einem Axialkolbenmotor in Schrägscheibenbauweise bekannt, die als Einschubmotor für Radnaben von Fahrzeug-Antriebsrädern eingesetzt wird. Die in einem Gehäuse drehbar angeordnete Zylindertrommel, die mit einer Abtriebswelle drehfest verbunden ist, ist mit mehreren Arbeitskolben versehen, die sich auf einer feststehenden Schrägscheibe abstützen. Zwischen einem Gehäuse und der Zylindertrommel ist eine als Lamellenbremse ausgebildete Bremseinrichtung angeordnet.
Aus der DE 12 13 740 A ist eine hydrostatische Antriebseinheit mit einem Axialkolbenmotor in Taumelscheibenbauweise bekannt, bei dem die Taumelscheibe auf einem gekröpften Kurbelwellenzapfen einer Triebwelle gelagert ist und bei dem die Taumelscheibe im Motorbetrieb des Axialkolbenmotors durch eine hin- und hergehende Schwenkbewegung eine Rotationsbewegung der Triebwelle erzeugt. Die Herstellung einer gekröpften Triebwelle ist jedoch aufwändig.
Eine gattungsgemäße hydrostatische Antriebseinheit mit einem Axialkolbenmotor in Taumelscheibenbauweise ist aus der DE 197 40 553 A1 bekannt. Der Axialkolbenmotor weist sowohl eine rotierende Taumelscheibe als auch einen rotierenden Zylinderblock auf. Beide rotierenden Komponenten sind jeweils mit einer Triebwelle verbunden, von denen eine als Antriebswelle den Zylinderblock in Rotation versetzt und eine als Abtriebswelle mit der rotierenden Taumelscheibe gekoppelt ist. Weiterhin kann der Axialkolbenmotor mit Druckmittel von außen gespeist werden. Die Antriebseinheit bildet einen Differenzial-Hydraulikmotor, bei dem durch Kombination der Eingangsdrehzahl mit eingespeisten Druck eine Addition oder Subtraktion von Drehzahlen und damit eine Drehzahlvariation ermöglicht wird. Durch die rotierende Taumelscheibe und den rotierenden Zylinderblock ist die Antriebseinheit aufwändig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine einfach aufgebaute und wirtschaftlich herstellbare Antriebseinheit der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, deren Abmessungen, insbesondere in radialer Richtung, verringert sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in das Gehäuse konzentrische Zylinderbohrungen eingebracht sind, in denen jeweils ein auf der Taumelscheibe abgestützter Arbeitskolben angeordnet ist, und dass die Antriebseinheit als direkt antreibender Drehwerksantrieb ausgebildet ist, wobei ein Drehwerksritzel an dem Mitnehmer angeformt ist.
Da eine solche Bauweise keinen rotierenden Zylinderblock erfordert, wie dies bei Axialkolbenmotoren in Schrägscheibenbauweise der Fall ist, kann der bei Taumelscheibenmotoren feststehende Zylinderblock in das Gehäuse integriert werden, was sowohl den Bauaufwand vereinfacht als auch die Abmessungen verringert, besonders in radialer Richtung. Der Direktantrieb ermöglicht ferner durch das Fehlen eines Untersetzungsgetriebes kurze Abmessungen in axialer Richtung. Die Taumelscheibe ist an einem hohlzylindrischen, in einem Gehäuse drehbar gelagerten Rotor angeformt, in dessen Durchgangsbohrung ein drehsynchron mit dem Rotor verbundener, aus dem Gehäuse herausgeführter Mitnehmer angeordnet ist, und sind ferner in das Gehäuse konzentrische Zylinderbohrungen eingebracht, in denen jeweils ein auf der Taumelscheibe abgestützter Arbeitskolben angeordnet ist. Hierbei kann – insbesondere bei kleinen Antriebseinheiten – der Mitnehmer einstückig mit dem Rotor ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, z. B. für große und schwere Antriebe, den Mitnehmer und den Rotor zu teilen. Die Antriebseinheit ist als Drehwerksantrieb ausgebildet, wobei der Mitnehmer mit einem Drehwerksritzel verbunden ist, wodurch die Vorteile eines Direktantriebs besonders zur Geltung kommen. Da die erfindungsgemäße Antriebseinheit spielfrei ist, kann bei Verwendung als Drehwerksantrieb eine hohe Positioniergenauigkeit erzielt werden. Das Nachschwingen des Bagger-Oberwagens eines mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit ausgestatteten Baggers wird reduziert und dadurch die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht. Darüber hinaus ist die Antriebseinheit aufgrund des fehlenden Zahnflankenspiels sehr leise. Das Drehwerksritzel ist an dem Mitnehmer angeformt. Hierbei ergibt sich ein optimaler Kraftfluss zwischen dem Drehwerksritzel und dem im Rotor abgestützten Mitnehmer. Bei Verschleiss des Ritzels wird der Mitnehmer samt Ritzel ausgetauscht.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Zylinderbohrungen – im Längsschnitt durch das Gehäuse gesehen – auf derjenigen Seite der Taumelscheibe angeordnet, die der Öffnung des Gehäuses, aus der der Mitnehmer herausgeführt ist, entgegengesetzt ist. Prinzipiell ist es aber auch möglich, die Zylinderbohrungen seitenverkehrt zur beschriebenen Ausführung anzuordnen.
Um den Zufluss und Abfluss von Druckmittel zu und aus den Zylinderbohrungen zu gewährleisten, ist zweckmäßigerweise der Mitnehmer mit einem rotierenden Steuerkörper drehsynchron verbunden, der zwischen Anschlusskanäle, die zur Außenseite des Gehäuses geführt sind, und Verbindungskanäle, die zu den Zylinderbohrungen geführt sind, geschaltet ist.
Hierbei ist es günstig, wenn die Anschlusskanäle und die Verbindungskanäle in einer gemeinsamen Steuerebene münden, gegen die der Steuerkörper anliegt.
Es erweist sich eine Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft, bei der der Steuerkörper auf der Seite, die der Steuerebene entgegengesetzt ist, zwei Druckkammern aufweist, die jeweils durch mindestens einen, in dem Steuerkörper angeordneten ersten Kanal mit dem Hochdruck oder Niederdruck führenden Anschlusskanal in Verbindung stehen und durch mindestens einen, in dem Steuerkörper angeordneten zweiten Kanal an die Hochdruck oder Niederdruck führenden Zylinderbohrungen angeschlossen sind. Durch diese Anordnung wird der Steuerkörper gegen die Steuerebene gedrückt wird und es werden Leckverluste minimiert.
Sofern der Steuerkörper auf der Seite, die der Steuerebene zugewandt ist, mit Druckentlastungsnuten versehen ist, die an die Druckkammern angeschlossen sind, wird der Steuerkörper kraft- und momentenausgeglichen (hydrostatische Entlastung).
Zweckmäßigerweise ist der Steuerkörper am Gehäuseende angeordnet, was die Montage und Demontage vereinfacht.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Bremse vorgesehen.
Diese ist mit Vorteil radial über dem Steuerkörper angeordnet. Der Durchmesser des Steuerkörpers ist dabei so klein, so dass trotz Anordnung der Bremse radial über dem Steuerkörper die Gesamtabmessungen der erfindungsgemäßen Antriebseinheit in radialer Richtung gering bleiben.
Im Hinblick auf eine einfache Bauweise ist es günstig, wenn die Bremse und der Steuerkörper eine gemeinsame Halterung aufweisen, die mit dem Mitnehmer drehsynchron verbunden ist.
Sofern die Halterung axial gegen eine den Mitnehmer umgebende Hülse angestellt ist, die gegen den Rotor und den Innenring eines zur Lagerung des Rotors vorgesehenen Wälzlagers anliegt, können durch Befestigen der Halterung auf dem Mitnehmer auch das Wälzlager auf dem Rotor und der Mitnehmer im Rotor axial fixiert werden.
Zu diesem Zweck ist die Halterung mit Vorteil durch eine Wellenmutter auf dem Mitnehmer axial fixierbar.
Ferner ist es günstig, wenn die Bremse einen Bremskolben aufweist, der durch mindestens eine an einem Gehäusedeckel abgestützte Feder in Schließrichtung der Bremse belastbar ist. Die Bremse ist daher zu Montage- und Wartungszwecken leicht zugänglich, ohne die Antriebseinheit vollständig zerlegen zu müssen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Bremse als Federspeicherbremse, insbesondere als nass laufende Federspeicher-Lamellenbremse ausgebildet ist, hat den Vorteil einer hohen aufnehmbaren Bremsleistung.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebseinheit und
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1.
Das Ausführungsbeispiel zeigt eine als Drehwerksantrieb ausgebildete Antriebseinheit mit direkt antreibender Axialkolbenmaschine. Die Axialkolbenmaschine ist in Taumelscheibenbauweise ausgebildet. In ein (quer geteiltes) Gehäuse 1 sind konzentrische Zylinderbohrungen 2 eingebracht, in denen jeweils ein Arbeitskolben 3 angeordnet ist, der mittels eines Gleitschuhes 4 auf einer Taumelscheibe 5a abgestützt ist. Die Taumelscheibe 5a ist an einem Rotor 5 angeformt, der eine zentrische Durchgangsbohrung 5b aufweist und mittels zweier Wälzlager 6, 7 (hier: Kegelrollenlager in X-Anordnung) im Gehäuse 1 drehbar gelagert ist.
Mittels einer Axialverzahnung (oder einer anderen geeigneten Verbindung) ist ein Mitnehmer 8 mit dem Rotor 5 drehsynchron verbunden und aus dem Gehäuse 1 durch eine Öffnung 1a herausgeführt. An dem aus dem Gehäuse 1 herausgeführten Ende des Mitnehmers 8 ist ein Drehwerksritzel 9 angeformt.
Am entgegengesetzten Ende des Mitnehmers 8 befindet sich eine Halterung 10, die mittels einer Axialverzahnung drehsynchron mit dem Mitnehmer 8 verbunden ist. In einer Ausnehmung der Halterung 10 befindet sich ein mit dieser drehsynchron verbundener Steuerkörper 11.
Die Funktion des Steuerkörpers 11 ergibt sich aus 2: Der Steuerkörper 11 wirkt mit einer gehäusefesten Steuerebene E zusammen, in der Anschlusskanäle A, B, die zur Außenseite des Gehäuses 1 geführt sind, und Verbindungskanäle V_A (strichpunktiert) und V_B, die zu den Zylinderbohrungen 2 geführt sind, münden.
Auf der Seite des Steuerkörpers 11, die der Steuerebene E entgegengesetzt ist, also auf der Rückseite des Steuerkörpers 11, sind ringnutförmige, voneinander getrennte Druckkkammern 12 und 13 in den Steuerkörper 11 eingearbeitet. Auf der Seite des Steuerkörpers 11, der der Steuerebene E zugewandt ist, sind mehrere Ausnehmungen und Drucktaschen eingearbeitet. Eine äußere Ringnut 14 ist dem Anschlusskanal A und eine innere Ringnut 15 dem Anschlusskanal B zugeordnet.
Die Druckkammer 12 ist durch mehrere im Steuerkörper 11 angeordnete Kanäle (strichpunktiert) mit der äußeren Ringnut 14 und folglich mit dem Anschlusskanal A verbunden. Die Druckkammer 13 ist durch mehrere im Steuerkörper 11 angeordnete Kanäle mit der inneren Ringnut 15 und folglich mit dem Anschlusskanal B verbunden. Die beiden Druckkammern 12 und 13 führen also Hochdruck bzw. Niederdruck.
Radial zwischen den beiden Ringnuten 14 und 15 sind sowohl auf der Hochdruckseite (in 2 links) als auch auf der Niederdruckseite (in 2 rechts) jeweils eine Steuerniere 16 bzw. 17 und eine Druckentlastungsnut 18 bzw. 19 in den Steuerkörper eingearbeitet. Die Steuerniere 16 stellt die Mündung eines mit der Druckkammer 12 verbundenen Kanals (strichpunktiert) dar, während die Steuerniere 17 die Mündung eines mit der Druckkammer 13 verbundenen Kanals (strichpunktiert) bildet. Die Druckentlastungsnut 18, die auf derselben Seite, wie die Steuerniere 16 angeordnet ist, weist eine Verbindung zur Druckkammer 13 auf. Die Druckentlastungsnut 19, die auf derselben Seite, wie die Steuerniere 17 angeordnet ist, weist eine Verbindung (strichpunktiert) zur Druckkammer 12 auf.
Durch die beschriebenen Verbindungen zwischen den Anschlusskanälen A, B, den Ringnuten 14, 15, den Druckkammern 12, 13, den Steuernieren 16, 17, den Druckentlastungsnuten 18, 19 bzw. den Verbindungskanälen V_A, V_B erfolgt einerseits die Zu- und Abfuhr von Druckmittel zu und von den Zylinderbohrungen 2, andererseits werden die Kräfte und Momente, die auf den Steuerkörper 11 einwirken, gezielt ausgeglichen, so dass der Steuerkörper 11 hydrostatisch entlastet ist.
Eine in Richtung zur Steuerebene E wirksame Feder 20, sorgt dafür, dass der Steuerkörper 11 in allen Betriebszuständen mit einer bestimmten Mindestkraft gegen die Steuerebene E anliegt.
Die Halterung 10 ist durch eine Wellenmutter 21 auf dem Mitnehmer 8 befestigbar, wobei axial zwischen der Halterung 10 und dem Rotor 5 eine den Mitnehmer 8 umgebende Hülse 22 angeordnet ist (siehe 1), die sich gegen den Innenring des Wälzlager 6 und gegen den Rotor 5 abstützt. Durch Anziehen der Wellenmutter 21 wird daher die Halterung 10 auf dem Mitnehmer 8 befestigt, der Innenring des Wälzlagers 6 gehalten und der Mitnehmer 8 im Rotor 5 axial fixiert.
Radial über dem Steuerkörper 11 befindet sich eine als nasslaufende Federspeicher-Lamellenbremse ausgeführte Bremse 23, deren rotierende Bremslamellen auf der Halterung 10 angeordnet sind. Der Außendurchmesser der Bremse 23 ist im wesentlichen nicht größer als ein äußerer Hüllkreis, der um die Zylinderbohrungen 2 gelegt wird.
Die Bremse ist durch einen federbelasteten Bremskolben 24 in Schließrichtung beaufschlagt. Zu diesem Zweck befindet sich axial zwischen einem lösbaren Gehäusedeckel 25 und dem Bremskolben 24 sich eine auf Druck belastete Tellerfeder 26, die die Schließkraft erzeugt.

Claims

Hydrostatische Antriebseinheit mit einem Axialkolbenmotor, der in Taumelscheibenbauweise ausgebildet ist, wobei eine rotierende Taumelscheibe an einem hohlzylindrischen, in einem feststehenden Gehäuse drehbar gelagerten Rotor angeformt ist, in dessen Durchgangsbohrung ein drehsynchron mit dem Rotor verbundener, aus dem Gehäuse herausgeführter Mitnehmer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in das Gehäuse (1) konzentrische Zylinderbohrungen (2) eingebracht sind, in denen jeweils ein auf der Taumelscheibe (5a) abgestützter Arbeitskolben (3) angeordnet ist, und dass die Antriebseinheit als direkt antreibender Drehwerksantrieb ausgebildet ist, wobei ein Drehwerksritzel (9) an dem Mitnehmer (8) angeformt ist.
Hydrostatische Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbohrungen (2) – im Längsschnitt durch das Gehäuse (1) gesehen – auf derjenigen Seite der Taumelscheibe (5a) angeordnet sind, die der Öffnung (1a) des Gehäuses (1), aus der der Mitnehmer (8) herausgeführt ist, entgegengesetzt ist.
Hydrostatische Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (8) mit einem rotierenden Steuerkörper (11) drehsynchron verbunden ist, der zwischen Anschlusskanäle (A, B), die zur Außenseite des Gehäuses (1) geführt sind, und Verbindungskanäle (V_A, V_B), die zu den Zylinderbohrungen (2) geführt sind, geschaltet ist.
Hydrostatische Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusskanäle (A, B) und die Verbindungskanäle (V_A, V_B) in einer gemeinsamen Steuerebene (E) münden, gegen die der Steuerkörper (11) anliegt.
Hydrostatische Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkörper (11) auf der Seite, die der Steuerebene (E) entgegengesetzt ist, zwei Druckkammern (12, 13) aufweist, die jeweils durch mindestens einen, in dem Steuerkörper (11) angeordneten ersten Kanal mit dem Hochdruck oder Niederdruck führenden Anschlusskanal (A, B) in Verbindung stehen und durch mindestens einen, in dem Steuerkörper (11) angeordneten zweiten Kanal an die Hochdruck oder Niederdruck führenden Zylinderbohrungen (2) angeschlossen sind.
Hydrostatische Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkörper (11) auf der Seite, die der Steuerebene (E) zugewandt ist, mit Druckentlastungsnuten (18, 19) versehen ist, die an die Druckkammern (12, 13) angeschlossen sind.
Hydrostatische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkörper (11) am Gehäuseende angeordnet ist.
Hydrostatische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremse (23) vorgesehen ist.
Hydrostatische Antriebseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (23) radial über dem Steuerkörper (11) angeordnet ist.
Hydrostatische Antriebseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (23) und der Steuerkörper (11) eine gemeinsame Halterung (10) aufweisen, die mit dem Mitnehmer (8) drehsynchron verbunden ist.
Hydrostatische Antriebseinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (10) axial gegen eine den Mitnehmer (8) umgebende Hülse (22) angestellt ist, die gegen den Rotor (5) und den Innenring eines zur Lagerung des Rotors (5) vorgesehenen Wälzlagers (6) anliegt.
Hydrostatische Antriebseinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (10) durch eine Wellenmutter (21) auf dem Mitnehmer (8) axial fixierbar ist.
Hydrostatische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (23) einen Bremskolben (24) aufweist, der durch mindestens eine an einem Gehäusedeckel (25) abgestützte Feder (26) in Schließrichtung der Bremse (23) belastbar ist.
Hydrostatische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (23) als Federspeicherbremse, insbesondere als nass laufende Federspeicher-Lamellenbremse ausgebildet.