DE102005009821B3

DE102005009821B3 - Hydraulische Antriebseinheit

Info

Publication number: DE102005009821B3
Application number: DE102005009821A
Authority: DE
Inventors: Stefan Matuzic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2005-03-01
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2025-03-02
Also published as: WO2006053546A1; DE112005003415A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeuges, das ein hydraulisches Pumpmittel zur Bereitstellung eines hydraulischen Druckmittelstroms und mindestens einen hydraulischen Motor aufweist, wobei das hydraulische Pumpmittel und der hydraulische Motor über wenigstens eine Druckmittelleitung miteinander verbunden sind und das hydraulische Pumpmittel mindestens einen Zylinder und mindestens einen hierin axial beweglichen Ringkolben aufweist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das hydraulische Pumpmittel als Zweiringaxialkolbenpumpe ausgeführt ist, wobei die Hublänge des Ringkolbens über mindestens einen axial verstellbaren Konus einstellbar ist, um den hydraulischen Druckmittelstrom stufenlos zu verstellen.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeuges, das ein hydraulisches Pumpmittel zur Bereitstellung eines hydraulischen Druckmittelstroms und mindestens einen hydraulischen Motor aufweist, wobei das hydraulische Pumpmittel und der hydraulische Motor über wenigstens eine Druckmittelleitung miteinander verbunden sind und das hydraulische Pumpmittel mindestens einen Zylinder und mindestens einen hierin axial beweglichen Ringkolben aufweist.
Es ist allgemein bekannt, dass Kettenantriebe für Fahrzeuge wie zum Beispiel für Fahrräder oder sonstigen entweder mit Muskelkraft oder mit einem Motor angetriebenen Fahrzeug zum Einsatz kommen können. Als wesentliche Nachteile, ein Drehmoment auf eine anzutreibende Achse über einen Kettentrieb zu übertragen, sind vordergründig die notwendige Öl- bzw. Fettschmierung, die offene Bauweise, bei der ein direkter Kontakt zu öl- und fettbehafteten Bauteilen erfolgen kann und die Anordnung mehrerer Kettenblätter im Bereich des Tretlagers sowie die Notwendigkeit einer Mehrzahl von in einer Wechselkassette angeordneten Ritzeln am Hinterrad zu nennen. Zudem ist der Kettentrieb einer erheblichen Verschmutzung ausgesetzt, was eine intensive Wartung erfordert, den Verschleiß des Kettentriebes erhöht und somit die Lebensdauer deutlich verringert.
Derartige Kettenantriebe mit einer Vielzahl von Kettenblättern und in einer Kassette angeordneten Ritzeln sind auf festen Schaltstufen verstellbar, so dass eine stufenlose Wandlung des Drehmoments nicht erfolgen kann, was zum Beispiel auch mit einem Planetengetriebe in der Hinterradnabe nicht umsetzbar ist. Auch kann nur das mit dem Tretlager fest beabstandet angeordnete Hinterrad über einen Kettentrieb angetrieben werden, da eine Übertragung einer Drehbewegung auf ein angelenktes Vorderrad nicht realisierbar ist. Zur Aufrechterhaltung der notwendigen Kettenspannung müssen Kettenspanneinrichtungen für die entsprechende Kettenspannung bei verschiedenen Zahnradpaarungen eingesetzt werden, die ebenfalls störanfällig und wartungsintensiv sind.
Zum Kettenantrieb alternative Antriebsarten sind beispielsweise Riementriebe oder Kardangetriebe, wobei auch Hydroantriebe in verschiedenen Ausführungsformen bereits zur Anwendung gebracht werden konnten.
Aus dem Stand der Technik ist ferner bekannt, dass hydraulische Antriebe auch stufenlos Drehmomente übertragen können. Jedoch steht diesem Vorteil der entscheidende Nachteil eines schlechten Wirkungsgrades entgegen. Entweder erreicht ein hydraulischer Antrieb -beruhend auf dem Funktionsprinzip einer allgemein bekannten Schrägkolbenpumpe- ein konstantes Fördervolumen des Druckmittels mit der Drehzahl des Kurbeltriebes analog eines fest vorgegebenen Übersetzungsverhältnisses bei entsprechend hohem Wirkungsgrad, oder der Antrieb bietet eine variable Drehmomentwandlung bei einem Wirkungsgrad, welcher deutlich niedriger ist als der Wirkungsgrad der Kettenschaltung.

Aus der DE 40 15 962 A1 ist ein Fahrrad mit hydraulischer Antriebseinrichtung bekannt, die eine mittels eines Pedalantriebs rotatorisch antreibbare Hydraulikpumpe und einen das Hinterrad des Fahrrades antreibenden, seinerseites durch den von der Hydraulikpumpe geförderten Druckmittelstrom rotatorisch antreibbaren Hydromotor umfasst. Die Pumpe ist als Axialkolbenpumpe ausgebildet, die mindestens acht Pumpenelemente umfasst, wobei jedes Pumpenelement innerhalb einer Umdrehung des Pumpenrotors mindestens dreimal im Förderbetrieb arbeitet. Es ist eine als Ventilsteuereinrichtung realisierte Schaltstufen- Wähleinrichtung vorgesehen, mittels derer mit Ausnahme eines permanent im Förderbetrieb ausgenutzten Pumpenelements die anderen Pumpenelemente einzeln oder zu mehreren in zunehmender oder abnehmender Anzahl in den Umlaufbetrieb schaltbar sind. Mit dieser Anordnung von acht Pumpenelementen, welche einzeln zu- und abschaltbar sind, sind die Schaltstufen gegeneinander abgestuft und damit im Übertragungsverhältnis von Drehzahl und Fördervolumen des Druckmittels fest vorgegeben. Nachteilhafterweise ist eine stufenlose Wahl der Drehzahl des Pedalantriebs bei gleichem Fördervolumen bzw. ein stufenlos wählbares Fördervolumen bei konstanter Drehzahl mit der hierin offenbarten Anordnung nicht gegeben. Vielmehr beschränkt sich die offenbarte Einrichtung auf vorgegebene Übertragungsstufen zwischen Drehzahl und Fördervolumen und damit des Drehmoments respektive der Fahrgeschwindigkeit.

Aus der DD 221 704 A1 ist ein Hydroantrieb für Fahrzeuge bekannt, wobei das Ziel dieser Erfindung ist, die für die Fortbewegung des Fahrzeugs erforderliche Pedalkraft unabhängig vom Fahrwiderstand konstant zu halten. Dies wird hierin erreicht, indem die zwischen den Pedalen und den in den Radnaben angeordneten Hydraulikmotoren außer der Hydraulikpumpe ein sich selbsttätig auf das jeweils erforderliche Drehmomentverhältnis einstellendes Übersetzungsglied aufweisen. Im Fall des Einsatzes einer Axialkolbenpumpe ist deren Taumelscheibe mit einer ihren Neigungswinkel zur Pumpenwelle einstellbaren Feder verbunden. Durch diese Anordnung ist zwar eine stufenlose Variation des Fördervolumens bei gleicher Kurbeldrehzahl erzielbar, jedoch weist eine Axialkolbenpumpe mit einer Ansteuerung der Hubkolben über eine Taumelscheibe eine sehr aufwändige und störanfällige Konstruktion auf, die einen erheblichen Bauraum benötigt und gewichtsintesiv ist. Zudem ist die Aufhängung der Taumelscheibe hinsichtlich eines geringen Verschleißes und eines wartungsarmen Betriebes problematisch.

Zum allgemeinen Verständnis wird noch auf die DE 196 30 447 A1 hingewiesen, die einen hydrostatischen Antrieb mit Steuereinheit für Zweiräder betrifft. Aus der DE 96829C ist ein Druckflüssigkeitsantrieb für Fahrräder bekannt. Auch aus der DE 698 26 658 T2 ist ein Flüssigkeitsgetriebe für Fahrräder bekannt.

Hier sind jedoch als Pumpmittel jeweils unterschiedliche Pumpen vorgesehen.

Aus der DE 2 119 698 A ist bereits eine zwei axial bewegliche Ringkolben aufweisende Pumpe bekannt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulische Antriebseinheit zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Vorrichtungen vermeidet, insbesondere eine stufenlose Verstellmöglichkeit von Kurbeldrehzahl und Fördervolumen bietet, einen hohen Gesamtwirkungsgrad aufweist und verschleiß- und wartungsarm ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine hydraulische Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen ausgeführt.

Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das hydraulische Pumpmittel als Zweiringaxialkolbenpumpe ausgeführt ist, wobei die Hublänge des Ringkolbens über mindestens einen axial verstellbaren Konus einstellbar ist, um den hydraulischen Druckmittelstrom stufenlos zu verstellen. Das als Zweiringaxialkolbenpumpe ausgeführte Pumpmittel weist eine sehr kompakte Bauform auf, die einen hohen bauraum- und gewichtsspezifischen Leistungsdurchsatz bietet. Die Kolben- und Zylinderanordnung ist paarweise doppelt vorhanden, wobei beide Pumpseiten einen gemeinsamen Förderstrom erzeugen. Somit kann ein durch ein Gehäuse begrenzter Bauraum optimal ausgenutzt werden. Durch die doppelseitige Ausführung der Zweiringaxialkolbenpumpe ist der Verstellweg und damit der Kolbenhub konstruktiv festlegbar und der Verstellweg für beide Seiten der Zweiringaxialkolbenpumpe weist einen gleichen Betrag auf. Der Verstellweg und damit der Kolbenhub wirken sich unmittelbar auf das Fördervolumen und damit auf den erzielbaren Druckmittelstrom aus. Somit kann bei einer konstanten Drehzahl des Antriebs der Zweiringaxialkolbenpumpe der Fördervolumenstrom des Druckmittels stufenlos verstellt werden, ohne dass ein Schaltvorgang fest vorgegebene Schaltstufen einnimmt. Der Verstellbereich, welcher in der Auslegung des Konus hinsichtlich des Durchmessers und des Konuswinkels konstruktiv festgelegt wird, kann im Anwendungsfall des Fahrrades leicht auf die ergonomischen und damit physiologischen Erfordernisse des Anwenders abgestimmt werden. Der Unterschied der extremalen Übersetzungsverhältnisse kann somit festgelegt werden oder sogar durch einen Austausch des Konus abgeändert und angepasst werden.

Zweckmäßigerweise erfolgt die axiale Verstellung des Konus des hydraulischen Pumpmittels über einen über die Konusfläche des Konus beweglichen Verstellring, indem der Verstellung in seiner radialen Position relativ zum Konus veränderbar ist. Der Verstellung kann dabei vorteilhafter Weise so ausgeführt sein, dass dieser aufgrund seiner symmetrischen Form auf beiden Konussen zugleich und mit gleichem Betrag die axiale Verstellung vornimmt, indem dieser in seiner radialen Position versetzt wird und mit zunehmendem Versatz die Konusse auseinanderbewegt, um somit den Kolbenhub zu beeinflussen. Der Versatz kann dabei als Exzentrizität erfolgen, wobei die Achse des Verstellringes nur im Ruhezustand, also bei einem auf Null reduzierten Volumenstrom des Druckmittels durch die Hubbewegung der Ringkolben mit der Achse der Konusse ineinander liegt. Über den Versatz des Verstellringes werden die Konusse auseinanderbewegt, um eine Änderung des Druckmittelstromes hervorzurufen. Der Verstellring weist zweckmäßigerweise Kontaktschrägen in den Seitenbereichen auf, welche mit den Konussen in Berührung stehen und vorteilhafterweise den gleichen Schrägungswinkel aufweisen. Diese Berührung bildet sich an der Stelle aus, welche den geringsten Abstand des Verstellringes zur Längsachse der Pumpe aufweist. Bei einem maximalen Versatz ist der Fördervolumenstrom ebenfalls maximal, wobei die geometrische Gesamtauslegung bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung auf ein Fahrrad einen physiologisch sinnvollen maximalen Fördervolumenstrom hervorbringt, der mit Muskelkraft noch aufbringbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Änderung der radialen Position des Verstellrings über ein außerhalb des hydraulischen Pumpmittels betätigbaren Seilzug vornehmbar. Die Ausführungsform beruhend auf einem Seilzug bietet eine komfortable Bedienbarkeit der Pumpe beispielsweise von einem Benutzer, da ein Seil zug beliebig an einem Fahrrad anbringbar ist. Alternativ ist über einen Verstellhebel eine Änderung der radialen Position des Verstellrings möglich, wobei mit dieser direkten Mechanik gegebenenfalls höhere Kräfte auf den Verstellring aufgebracht werden können, beispielsweise, wenn eine Verstellung der Exzentrizität des Verstellrings unter einer höheren Last erfolgen muss. Zur Rückstellung des Verstellrings in die Mittelposition zur Reduktion des Fördervolumenstroms weist der Seilzug ein Federelement auf, welches mit seiner Federkraft entgegen der Seilzugbewegung auf den Verstellring wirkt, womit so eine Verstellung in beiden Richtungen möglich ist.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Verstellring in einer Wälzlagerung in einer Steuerscheibe drehbar gelagert ist, so dass der Verstellring mit der Rotationsbewegung des Konus mitrotiert. Dabei gleicht die Anordnung aus Verstellring und Steuerscheibe in ihrer Gesamtanordnung einem Wälzlager, welches beispielsweise als Rillenkugellager ausgeführt sein kann. Erfindungsgemäß ist somit ein minimaler Verschleiß bzw. eine Verschleißfreiheit zwischen den Konussen und dem Verstellring gegeben, da sich der Verstellring durch die Reibung zwischen dem Verstellring und dem Konus mit diesem mitdreht. Die Steuerscheibe kann zum Beispiel zweistückig ausgeführt sein, wobei diese in sich mit Passstiften verstiftet und verschraubt sein kann. Damit kann gegebenenfalls über ein Schleifmaß der aneinander anliegenden Flächen die Kugellageranordnung vorgespannt werden, um eine feste Führung des Verstellringes zu gewährleisten und der Verstellring sowohl radiale als auch axiale Kräfte aufnehmen kann. Die Steuerscheibe bildet dabei das Bindeglied in der Kraftflusskette zwischen dem Verstellring und dem Seilzug. Außenseitig kann der Verstellring radial beweglich im Gehäuse der Zweiringaxialkolbenpumpe geführt bzw. aufgenommen sein.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jeder Konus rückseitig mindestens einen Nocken aufweist, welcher durch die Rotationsbewegung des Konus über eine mit je einem Ringkolben verbundene konische Erhöhung abläuft, um hierdurch eine Hubbewegung des Ringkolbens hervorzurufen. Durch das Zusammenwirken der Nocken mit einer konischen Erhöhung, welche über die diese ablaufen bzw. abgleiten kann, erfolgt eine gut funktionierende Hubbewegung der Ringkolben. Dabei können die Konusse rückseitig je zwei Nocken aufweisen, welche durch ihre Rotation die Hubbewegung der Ringkolben aufrecht erhalten, wobei die konische Erhöhung fest mit dem Ringkolben verbunden ist. Die Anzahl der Nocken je Konus bzw. die Anzahl der konischen Erhöhungen sind dabei bestimmend für die Anzahl an Kolbenhüben pro Volldrehung.

Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass sowohl der Ringkolben als auch der Zylinder ringförmig ausgeführt sind, wobei sich eine über Wälzlager in einem Gehäuse drehbar gelagerte Kurbelwelle zentrisch durch die Ringkolben und den Zylinder erstreckt. Mit der insgesamt radialen Ausführung des Zylinders und des Ringkolbens kann die Zweiringaxialkolbenpumpe radialsymmetrisch aufgebaut sein, was eine optimale Platzausnutzung bewirkt und eine homogene Kraftausbildung auf den Ringkolben bewirkt, so dass dieser im Zylinder beispielsweise nicht verkanten kann. Die Kurbelwelle ist im Gehäuse der Pumpe wälzgelagert, wobei die Wälzlager als Kugellager ausgeführt sein können. Erst durch die erfindungsgemäße Anordnung, in der die Kurbelwelle durch die Kolben- Zylinderanordnung geführt ist, kann der Konus innenliegend im Ringkolben bzw. im ringförmigen Zylinder angeordnet und eine maximale Raumausnutzung erreicht werden, um die Gesamtabmaße der Zweiringaxialkolbenpumpe zu minimieren. Zur axialen Sicherung kann die Kurbelwelle über Distanzringe gesichert sein, die innenlie gend an der Wälzlagerung der Kurbelwelle anliegen und die Kurbelwelle axial fixieren.

Es ist aus konstruktiven Gründen von besonderem Vorteil, dass die Kurbelwelle mindestens einen Wellenkeil aufweist, über den der Konus in Längsrichtung verschiebbar und in Rotationsrichtung formschlüssig auf der Kurbelwelle angeordnet ist. Vorteilhafterweise bieten die Wellenkeile neben der drehgesicherten Verbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Konus eine gute Führungsmöglichkeit, denn der Konus muss für eine sichere Funktion und Verschleißfreiheit verkippungsfrei auf der Welle geführt sein. Vorzugsweise ist das Maß zwischen der Kurbelwelle und der Mittelbohrung des Konus als Spiel- bzw. Übergangspassung ausgeführt. Der Wellenkeil kann als Dreinut- Nabe- Welleverbindung ausgeführt sein, wodurch eine sichere Verbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Konus gewährleistet wird.

Nach einer möglichen Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass über wenigstens ein im Ringkolben angeordnetes Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil mit je einer Hubbewegung des Ringkolbens ein Volumenstrom des Druckmittels erzielbar ist. Vorteilhafter Weise sind in der Ausführung der Zweiringaxialkolbenpumpe die Ventile in dem Ringkolben integriert angeordnet, um entsprechenden Bauraum einzusparen. Beim Öffnen der Einlassventile füllt sich der Zylinderraum mit dem Druckmittel, während der Ringkolben sich aus dem Zylinder zurückbewegt und dabei einen Unterdruck im Zylinderraum erzeugt. Über die Auslassventile wird das Druckmittel während des Eintauchhubes des Ringkolbens in den Ringzylinder mit dem entsprechenden Verdichterdruck in die Vorlaufseite gepumpt. Die Ventile können dabei als federbelastete Tassenventile ausgeführt sein, so dass der Öffnungsvorgang der Ventile allein über die Druckbeaufschlagung der Ventiltassen und die Schließbewegung über die Druckfeder erfolgt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass im Ringkolben angeordnete Rückstellfedern eine Rückführbewegung des Ringkolbens im Zylinder bewirken. Die Rückstellfedern können beispielsweise als Druckfeder wirkende Spiralfedern ausgeführt sein, um eine Rückstellbewegung des Ringkolbens im Ringzylinder zu bewirken. Dabei füllt sich der Zylinder mit dem Druckmittel über die Einlassventile aufgrund eines Unterdruckes im Zylinderraum, wobei gleichzeitig ein kontinuierlicher Kontakt der Nocken auf der konischen Erhöhung sichergestellt ist. Daher sind die Rückstellfedern vorteilhafterweise in ihrer Steifigkeit derart ausgelegt, dass auch bei höheren Drehzahlen dieser kontinuierliche Kontakt sichergestellt ist, um ein Abheben der Nocken von der konischen Erhöhung zu vermeiden. Die Federn ragen dabei in den Zylinderraum und werden zwischen der Aufnahme der Federn in dem Ringkolben und der Zylinderwandung vorgespannt. Zweckmäßigerweise sind für jeden Ringkolben mehrere Rückstellfedern gleichförmig über den Umfang des Ringkolbens verteilt angeordnet.

Vorteilhafterweise sind der Zylinder, der Ringkolben, der Konus, die konische Erhöhung, das Einlassventil und das Auslassventil bilateralsymmetrisch in Richtung der Kurbelwelle um den Verstellring im Gehäuse angeordnet. Diese symmetrische Anordnung bietet bei nur einer erforderlichen Anordnung von Verstellring, Steuerscheibe und Seilzug zwei vollständig getrennt wirkende Axialpumpenanordnungen, womit eine platzminimale Ausführungsform bei hoher Leistungsausbeute realisierbar ist. Durch die doppelseitige Anordnung der Konusse, welche mittig den Verstellring aufnehmen, muss dieser aufgrund des Kräftegleichgewichts in axialer Richtung nicht zusätzlich abgestützt werden.

Zweckmäßigerweise weist das Gehäuse Ein- und Auslassleitungen für eine externe Verbindung des hydraulischein Druckmittelstromes über Druckmittelleitungen auf. Diese umfassen den Vor- und Rücklauf, wobei die Druckleitungen und die Rücklaufleitungen beider Axialpumpenanordnungen über einen Anschluss von Druckanschluss und Rücklaufanschluss verbunden werden, so dass das Gehäuse insgesamt nur zwei Anschlüsse aufweist. Hierfür ist gehäuseintern eine Leitungsverzweigung vorgesehen, und die externe Verbindung der Druckmittelanschlüsse erfolgt über Ein- und Auslassleitungen zum hydraulisch wirkenden Motor.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die hydraulische Antriebseinheit als Antrieb eines Fahrrades dient und das hydraulische Pumpmittel im Tretlager des Fahrrades angeordnet ist, wobei die Kurbelwelle über Pedale mit Muskelkraft antreibbar ist. Bei dieser Anwendung können die Vorteile der Erfindung optimal genutzt werden, da im Fahrradbau Antriebseinheiten möglichst kleinbauend sein sollten, und gemäß der Anforderung der Physiologie des Benutzers eine stufenlose Schaltung als optimal anzusehen ist. Die Kurbelwelle kann dabei über Pedalarme die Pedale aufnehmen und als Tretlagerwelle verwendet werden. Die konstruktiven Ausführungen der vorliegenden Erfindung hinsichtlich des Bauraums, der zylinderförmigen Gehäusegestaltung und der erforderlichen Drehmomente und vergleichsweise niedrigen Drehzahlen sind auf die Anwendung als hydraulische Antriebspumpe optimiert.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass der axial verstellbare Konus endseitig an den Ringkolben angeformt ist, wobei der Konus in Umfangsrichtung eine mehrfach steigende Kurvenform aufweist, wodurch ein gleichförmiger Hub beider Ringkolben erzeugbar ist. Der Vorteil dieser Ausführungs form liegt in der einteiligen Ausführung des Konus und des Kolbens, da der Kolben endseitig in den Konus übergeht. Die Kolben können konusseitig eine sechsfach ansteigende Kurvenform aufweisen, wobei über die Kurvenform zugleich der Kolbenhub erzeugt wird.

Vorteilhafterweise ist wenigstens eine wälzgelagerte Drückrolle auf mindestens einer senkrecht zur Kurbelwelle angeordneten Welle axial beweglich angeordnet, womit die radiale Position der Drückrolle auf der Kontaktfläche des Konus veränderbar ist und die wälzgelagerte Drückrolle auf einer Welle axial verschiebbar angeordnet ist, wobei sich die Welle senkrecht zur Kurbelwelle erstreckt und mit dieser mitrotiert. Die Drückrolle ist dabei über Nadelrollen auf der Welle drehbar gelagert und rollt wechselseitig an den Kurvenformen der gegenüberliegend angeordneten Kolben ab, wodurch die Hubbewegung in die Kolben eingeleitet wird. Insgesamt können drei Drückrollen um die Kurbelwelle angeordnet sein, wobei die Drückrollen jeweils einen Winkel von 120° einschließen. Die Drückrollen sind an federbelasteten Trägerelementen befestigt, sodass die Drückrollen im inaktiven Zustand des hydraulischen Pumpmittels in eine kurbelwellennahe Position gedrückt werden. Die Federn sind dabei beidseitig an jeder Drückrolle angeordnet. Je weiter die Drückrollen entfernt von der Kurbelwelle nach außen bewegt werden, desto größer wird der Kolbenhub, womit eine stufenlose Verstellung des Druckmittelstromes hervorgerufen werden kann.

Zweckmäßigerweise ist die Bewegung zur radialen Verstellung der Drückrolle über einen auf der Kurbelwelle angeordneten Verstellring erzeugbar, wobei der Verstellung auf der Kurbelwelle axial verschiebbar ist und wenigstens einen mit der Drückrolle in Kontakt gebrachten angeformten Keil aufweist, um die Verstellbewegung der Drückrolle zu erzeugen. Der Keil kann dabei dreifach am Verstellring vorhanden sein und drückt jeweils durch seine axiale Verstel lung die Drückrollen über einen Kontakt mit den Trägerelementen radial nach außen. Der Verstellring dreht sich dabei mit der Kurbelwelle mit, da der Verstellring über Wellenkeile mit der Kurbelwelle verdrehsicher verbunden ist.

Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass die axiale Bewegung des Verstellrings über einen weiteren auf der Kurbelwelle angeordneten Verstellring erzeugbar ist, wobei der Verstellring zur axialen Verstellung des Verstellringes eine Rotationsbewegung ausführt und dass die Rotationsbewegung des Verstellringes über einen Seilzug erzeugbar ist, wobei der Seilzug außerhalb des hydraulischen Pumpmittels bedienbar ist. Das Zusammenwirken beider Verstellringe erzeugt aus einer Rotationsbewegung des ersten Verstellringes eine axiale Hubbewegung des zweiten Verstellringes. Hierzu ist zwischen den Verstellringen ein Zwischenverstellring angeordnet, welcher eingearbeitete Schrägflächen aufweist, in die Nocken eingreifen, welche aus dem ruhenden Verstellring gegenüberliegend hervorstehen. Der sich mitdrehende Verstellring ist gegen den Zwischenverstellring wälzgelagert angeordnet, da dieser sich nicht mit der Kurbelwelle mitdreht. Der ruhende Verstellring kann eine an der Außenseite am Teilkreis eingearbeitete Freimachung aufweisen, in die eine Zug- oder Druckfeder einsetzbar ist, wodurch dieser in die Ausgangslage zurückgedreht wird und der Seilzug in die Ausgangsposition zurückgezogen werden kann.

Aus konstruktiven Gründen ist es von besonderem Vorteil, dass die Steuerscheibe endseitig eine 45°-Verzahnung aufweist, um ein Freilaufventil zu betätigen, wobei die Steuerung des Freilaufventils über einen Ventilschnapper erfolgt, welcher mit der 45°-Verzahnung im Eingriff steht. In der Auslassleitung kann ein Freilaufventil zwischengesetzt sein, um einen Bypass für das Druckmittel zum Freilauf des hydraulischen Pumpmittels zu ermöglichen. Die Ventilsteu erung erfolgt über eine seitlich an der Steuerscheibe angeordnete 45°-Verzahnung, in die ein Ventilschnapper eingreift. Bei einer Rückdrehung der Kurbelwelle um ca. 45° wie etwa der Rücktritt bei einem Fahrrad, kann das Freilaufventil geöffnet werden. Beim Vortritt schließt das Freilaufventil wieder und der Volumenstrom des Druckmittels kann wiederhergestellt werden.

Zweckmäßigerweise sind die Ringkolben über wenigstens ein Distanzstück und wenigstens eine Druckleitungsverbindung zueinander fest verbunden, wobei zur Führung der Distanzstücke wenigstens ein Führungsteil angeordnet ist und wobei die Druckleitungsverbindung als Druckmittelleitung dient. Über die mechanische Verbindung beider Ringkolben führen diese eine im Gleichtakt verlaufende Hubbewegung aus. Die Verbindungselemente können insgesamt mehrfach vorhanden sein, wobei ein Distanzstück als Druckleitungsverbindung ausgeführt ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der hydraulische Motor als Radialkolbenmotor ausgeführt ist, wobei ein rotierender Formring eine innenliegende Kurvenkontur aufweist, über die eine Mehrzahl von Arbeitskolben eine Hubbewegung in jeweiligen Zylinderräumen ausführen. Der Vorteil der Ausführung des hydraulischen Motors als Radialkolbenmotor liegt vordergründig in der kleinen Baugröße bei entsprechend hohem Leistungsdurchsatz. Ein weiter Vorteil ist hierbei, dass der Radialkolbenmotor aufgrund der planen Bauform optimal in einer Radnabe integrierbar ist. Auch das Verhältnis von Fördervolumen des Druckmittels zum Antrieb des Radialkolbenmotors und dem erzeugbaren Drehmoment ist sehr gut auf die Erfordernisse eines Fahrradantriebes anpassbar. Vorteilhafterweise ist die innenliegende Kurvenkontur als Wellenform ausgebildet, wobei der Formring, der am Gehäuse des Radialkolbenmotors verschraubt ist, mit dem anzutreibenden Rad mitrotiert. Das Gehäuse ist wiederum als Radnabe ausführbar, die beispielsweise Aufnahmen für die Radspeichen aufweisen kann.

Zweckmäßigerweise erfolgt der hydraulische Druckmittelstrom über eine Nabenachse, wobei die Bohrung der Nabenachse eine innenliegende Teilung aufweist, sodass endseitig von der Nabenachse das Druckmittel über die lösbar verbundenen Druckmittelleitungen zu- und abführbar ist. Die Teilung auf der Hälfte der Nabenachse bildet eine innere Wandung, sodass das hydraulische Druckmittel nicht von der Druckseite direkt zur Rücklaufseite überströmen kann. Hierin ist eine Besonderheit der Druckmittelversorgung zu sehen, da die ohnehin notwendige Achse als druckmittelversorgende Nabenachse ausgeführt ist und vorteilhafterweise zwei Funktionen gleichzeitig übernimmt. Dies sind zum einen die Achsenfunktion des Rades bzw. der Radialkolbenpumpe, zum anderen die Zu- und Abfuhr des Druckmittels. Die mittige Teilung der Nabenachse verhindert ein Durchströmen des Druckmittels von der Druckseite zur Rücklaufseite. An jedem Ende der Nabenachse ist die Druckmittelleitung angeschlossen und versorgt den Radialkolbenmotor mit dem Druckmittel, somit sind externe Anschlüsse für die Zu- und Abfuhr des Druckmittels -zum Beispiel im Bereich des Gehäuses- überflüssig und können eingespart werden.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem Zylinderkranz mindestens ein Einlassventil angeordnet ist, welche die in dem Zylinderkranz angeordneten Zylinderräume derart wechselseitig druckbeaufschlagt, dass über den Arbeitshub der jeweiligen Arbeitskolben ein Drehmoment zwischen der Nabenachse und dem Formring erzeugbar ist. Mit dem Merkmal der Druckmittelzu- und abfuhr über die Nabenachse kann das Druckmittel unmittelbar in den Bereich des innenliegenden Einlassventils geführt werden, wobei die Steuerung der Ventile über ein Zusammenspiel mit der Na benachse derart erfolgt, dass die Nabenachse innenliegend radial angeordnete Bohrungen aufweist, über die die Ventile wechselseitig mit Druckmittel beaufschlagt werden und das entspannte Druckmittel ebenfalls entsprechend des Drehwinkels der Ventilanordnung über der Nabenachse wieder abführen kann. Die Arbeitskolben werden über das Einlassventil derart mit Druckmittel beaufschlagt, dass diese eine Hubbewegung über der Wellenkontur des Formrings ausführen, wobei der Arbeitshub durch die Beaufschlagung der Arbeitskolben in dem Winkelsegment erfolgt, in dem eine „Abwärtsbewegung" des stirnseitig auf dem Arbeitskolben angeordneten Kolbenrades erfolgt und die Drehbewegung unterstützt. Das damit erzeugte Drehmoment dient somit dem Antrieb des Rades, welches über das Gehäuse mit dem Formring verbunden ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steuerung der Einlassventile über einen Steuerring erfolgt, wobei der mit der Nabenachse verbundene Steuerring einseitig Ventilnocken aufweist, über die der jeweilige Ventilhub erzeugbar ist. Somit kann der Steuerring in seiner rotatorischen Ausrichtung so positioniert werden, dass der jeweilige Ventilhub exakt mit der vom Winkelsegment abhängigen Beaufschlagung des entsprechenden Arbeitskolbens übereinstimmt und ein optimaler Wirkungsgrad erzielt wird. Die Ventilnocken weisen vorteilhafterweise eine hohe Oberflächenqualität auf, sodass die Ventilstößel hierüber eine Gleitbewegung ausführen können.

Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass die hydraulische Antriebseinheit aus Leichtmetallen und/oder aus Konstruktionskunststoffen besteht. Die Verwendung von Leichtmetalllegierungen oder aber entsprechend hochfesten Konstruktionskunststoffen kann hierbei sowohl auf das hydraulische Pumpmittel als auch auf den hydraulischen Motor angewendet werden. Dabei kann häufig eine Reibpaarung mit den entsprechenden Kunststoffen und metallischen Werkstoffen besonders vorteilhaft sein. Der Leichtbau ist insbesondere bei der Anwendung der hydraulischen Antriebseinheit bei Fahrrädern bedeutend, da die Anordnung somit mit einer auf einer Kettenschaltung beruhenden konventionellen Bauart hinsichtlich des erforderlichen Gesamtgewichtes konkurrieren kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der hydraulische Motor an mindestens einer Radnabe eines Fahrrades angeordnet ist, um das mit einem Gehäuse lösbar verbundene Rad des Fahrzeugs anzutreiben. Dabei kann sowohl nur ein Rad eines Fahrrades angetrieben werden, wobei hier aus Gründen der einfacheren Konstruktion das Hinterrad bevorzugt antreibbar ist, aber es können auch beide Räder mit dem erfindungsgemäßen hydraulischen Motor angetrieben werden, was lediglich den entsprechenden Einsatz von Druckmittelleitungen erfordert. Um weitere Bauteile einzusparen, weist das Gehäuse dabei Merkmale einer Radnabe wie Radspeichenaufnahmen auf.

Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschreiben. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des hydraulischen Pumpmittels,
2 eine perspektivische Innenansicht des hydraulischen Pumpmittels gemäß 1,
3 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des hydraulischen Pumpmittels,
4 eine perspektivische Innenansicht des hydraulischen Pumpmittels gemäß 3,
5 eine perspektivische Ansicht des hydraulischen Pumpmittels gemäß 3 und 4 in einer weiteren Schnittebene,
6 eine perspektivische Ansicht des Verstellringes zur Verstellung des Kolbenhubes und
7 eine perspektivische Ansicht des hydraulischen Motors.
Das in 1 gezeigte hydraulische Pumpmittel 100 weist ein Gehäuse 1 auf, welches einen hohlzylinderförmigen Abschnitt zur Aufnahme der innenliegenden Komponenten aufweist, und weiterhin zwei endseitige Gehäusedeckel 2 umfasst. Im Gehäuse 1 ist in einem Zylinder 4 ein Ringkolben 18 axial beweglich aufgenommen. Der Zylinder 4 und der Ringkolben 18 sind insgesamt ringförmig ausgeführt, wobei der Ringkolben 18 im Zylinder 4 eine Hubbewegung ausführt, um ein Druckmittel über Einlassventile 12, 12' über einen in der Zylinderkammer entstehenden Unterdruck anzusaugen und über Auslassventile 5, 5' in die Druckseite des Druckmittelsystems zu pumpen. Die Auslassventile 5, 5' und die Einlassventile 12, 12' und sind dabei im Ringkolben 18 selbst aufgenommen. Die Ventile 5, 5', 12, 12' sind ferner mit am Gehäuse 1 angeordneten Ein- und Auslassleitungen 19, 20 verbunden, wobei über die Einlassleitung 19 der Rücklauf des Druckmittels erfolgt und die Auslassleitung 20 den Vorlauf des Druckmittels umfasst.
Das Gehäuse 1 des hydraulischen Pumpmittels 100 ist zylinderförmig ausgeführt, wobei sich entlang der Längsachse des Gehäuses 1 eine Kurbelwelle 3 erstreckt, die extern durch nicht dargestellte Mittel wie an Pedalarmen befestigte Pedale angetrieben werden kann. Die externe Verstellung des hydraulischen Pumpmittels 100 erfolgt über einen sich aus dem hydraulischen Pumpmittel 100 erstreckenden Seilzug 29. Der Seilzug 29 ist durch ein Federelement zur Rückstellung der Verstellung hindurchgeführt, um die Verstellbewegung in die Ausgangsposition zurückzuführen.
Der Zylinder 4 mit je einem Ringkolben 18 ist im Gehäuse 1 zweifach vorhanden, wobei sich die Anordnungen gegenüberstehen. In 1 ist sowohl das Einlassventil 12' als auch das Auslassventil 5' in einer geschnittenen Form dargestellt, wobei jeweils eine Rückstellfeder 53 erkennbar ist, und das Auslassventil 5' befindet sich im gezeigten Ausführungsbeispiel in der geöffneten Stellung.
In 2 ist das hydraulische Pumpmittel 100 aus 1 geschnitten dargestellt, worin zwei Konusse 31 gezeigt sind, welche in ihrer axialen Position über einen Verstellring 56 auf der Kurbelwelle 3 verändert werden können. Die Bewegung des Verstellringes 56 sowie der Konusse 31 ist durch die in 2 dargestellten Doppelpfeile angedeutet. Die Verstellung erfolgt dabei über eine radiale Verschiebung bzw. einen radialen Versatz des Verstellrings 56, welcher auf der Konusfläche des Konus 31 abgleitet. Der Verstellring 56 ist in einer Steuerscheibe 32 über eine als Rillenkugellager ausgeführte Wälzlagerung 51 drehbar gelagert, wobei der radiale Versatz des Verstellrings 56 über die Steuerscheibe 32 und die Wälzlagerung 51 extern eingeleitet wird.
Die radiale Verstellung des Verstellringes 56 bewirkt eine Axialbewegung der Konusse 31, womit der Hub der Ringkolben 18 verändert werden kann. Je größer der radiale Versatz des Verstellringes 56 ist, desto weiter bewegen sich die Konusse 31 auseinander. Der Kolbenhub wird durch eine Anordnung aus auf der Rückseite des Konus 31 angeordneten Nocken 52 hervorgerufen, welche auf einer konischen Erhöhung 54 abgleiten. Je nach axialer Position der Konusse 31 kann der Hub der Ringkolben 18 vergrößert oder verkleinert werden, wodurch das Fördervolumen des Druckmittels entsprechend einstellbar ist.
Die Konusse 31 sind über auf der Kurbelwelle 3 angeordnete mehrfach vorhandene Wellenkeile 21 geführt, so dass diese mitrotieren können und axial verschiebbar sind. Die Wellenkeile 21 sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Dreinut- Nabe- Welleverbindung ausgebildet.
Die konische Erhöhung 54 ist einstückig mit dem Ringkolben 18 ausgeführt, so dass die über die Nocken 52 eingeleitete Hubbewegung direkt auf den Ringkolben 18 übertragen wird. Die Rückstellung der Hubbewegung erfolgt über Rückstellfedern 53, welche ebenfalls im Ringkolben 18 angeordnet sind und den Ringkolben 18 beim Schluckhub aus dem Zylinder 4 heraus drücken, sodass sich die Zylinderkammer wieder mit Druckmittel füllen kann. Die Rückstellfedern 53 sind dabei über dem Umfang des Ringkolbens 18 gleichverteilt angeordnet, damit dieser im Zylinder nicht verkanten kann.
Die Kurbelwelle 3 ist über Wälzlager 17 im Gehäuse 1 drehbar gelagert und erstreckt sich längs der Mittelachsen der doppelseitig angeordneten Zylinder 4 bzw. der Ringkolben 18, wobei die Wälzlager 17 ebenfalls als Rillenkugellager ausgeführt sind. Zur Anbringung von Antriebsmitteln wie Pedalarme oder derglaichen ist die Kurbelwelle 3 beidseitig aus den endseitigen Gehäusedeckeln 2 herausge führt und kann gegen diese abgedichtet sein, um das Eindringen von Verunreinigungen zu verhindern.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des hydraulischen Pumpmittels perspektivisch dargestellt, wobei zur Darstellung der erfindungswesentlichen Innenbauteile das Gehäuse 1 und die Gehäusedeckel 2 geschnitten sind. Die Ringkolben 18 führen in diesem Ausführungsbeispiel eine Hubbewegung im Gleichtakt aus, da sie über Distanzstücke 15, zueinander ortsfest miteinander verbunden sind. Eines der Distanzstücke 15, ist zugleich als eine Druckleitungsverbindung 14, ausgeführt, um eine Druckmittelverbindung zwischen den sich gegenüberliegenden Druckmittelsystemen, insbesondere zwischen der Druckleitung 7 und 13, zu schaffen. Die Druckleitungen 7 und 13 sind dabei jeweils über eine Verbindungsleitung 6 mit dem Auslassventil 5 bzw. 5' verbunden, wobei durch die Verbindung über die Druckleitungsverbindung 14, ein zusammenwirkendes Ausgangsdrucksystem geschaffen wird. Zur Führung der Hubbewegung beider Ringkolben 18 sind die Distanzstücke 15, in Führungsteilen 16, geführt, wobei die Distanzstücke 15, durch die Führungsteile 16, hindurchlaufen, wobei die Führungsteile 16, mit dem Gehäuse 1 des hydraulischen Pumpmittels 100 feste verbunden sind.
Die 4 und 5 geben weitere Ansichten des Ausführungsbeispiels aus 3 wider. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Konusse 31 endseitig an den Ringkolben 18 aufgebildet, wobei die Konusse 31 zugleich in Umfangsrichtung eine sechsfach steigende Kurvenform ausweisen, um die Hubbewegung der Ringkolben 18 in den Zylindern 4 zu erzeugen, weiche über Sicherungsringe 33 über die Gehäusedeckel 2 im Gehäuse 1 verspannt werden. Die Drückrollen 26, 26' rollen dabei auf den Konusflächen wechselseitig an den gegenüberliegenden Konussen der Ringkolben 18 ab, wobei ein minimales Spiel von ca. 50μm zwischen der Konusoberfläche und der nicht anliegenden Drückrolle 26, 26' eingestellt ist. Gleichzeitig mit dem Druckvorgang des einen Ringkolbens 18 wird der gegenüberliegende Ringkolben 18 über die Distanzstücke 15, 15' aus dem Zylinder 4 herausgezogen, wodurch sich der Arbeitsraum im Zylinder 4 öffnet und das Druckmittel angesaugt wird, um den Zylinder 4 mit Druckmittel zu füllen.
Die Drückrollen 26, 26' sind auf je einer Welle 27 axial beweglich gelagert, wobei die Wellen 27 senkrecht auf der Kurbelwelle 3 stehen. Die Drückrollen 26, 26' sind mit federbelasteten Trägerelementen verbunden, wobei die Federn beidseitig jeweils neben der Drückrolle 26, 26' angeordnet sind und die Drückrollen 26, 26' in eine der Kurbelwelle zugewandten Ruheposition 3 drücken. Bei einem kleinen Umlaufradius der Drückrollen 26, 26' in Bezug auf die Kurbelwelle 3 ist das Fördervolumen des Druckmittels gering, und mit größer werdendem Umlaufradius der Drückrollen 26, 26' vergrößert sich der Kolbenhub und das Fördervolumen des Druckmittels nimmt zu. Zur Verstellung der Drückrollen 26, 26' respektive des Trägerelements drückt je ein axial bewegter Schrägkeil gegen das Trägerelement. Die Schrägkeile sind endseitig an einem Verstellring 22, 22' angeformt, wobei sich der Verstellring 22, 22' mit der Kurbelwelle 3 mitdreht. Der Verstellring 22, 22' ist gegen einen ruhenden Zwischenverstellring 25, 25' über eine Wälzlagerung axial verbunden. Der Zwischenverstellring 25, 25' wiederum wirkt mit einem weiteren Verstellring 23, 23' zusammen, welcher drei eingearbeitete Schrägflächen aufweist und in die drei aus dem Verstellung 25, 25' hervorstehende Nocken eingreifen. Durch eine rotatorische Bewegung des Verstellringes 23, 23' wird somit eine Axialbewegung des Zwischenverstellringes 25, 25' bzw. des daran wälzgelagert anliegenden Ver stellringes 22, 22' erzeugt. Durch diese axiale Bewegung laufen die Schrägkeile des Verstellringes 22, 22' an den Trägerelementen ab und verstellen die Drückrollen 26, 26'.
Die rotatorische Bewegung des Verstellringes 23, 23' wird über einen Seilzug 29 erzeugt, welcher außenseitig am Verstellring 23, 23' befestigt ist und außerhalb des hydraulischen Pumpmittels durch einen Bediener betätigt werden kann. In der Auslassleitung 20 ist ein Freilaufventil 50 zwischengesetzt, um einen Bypass für das Druckmittel zum Freilauf des hydraulischen Pumpmittels 100 zu ermöglichen. Die Ventilsteuerung erfolgt über eine seitlich an der Steuerscheibe 32, 32' angeordnete 45°-Verzahnung, in die ein Ventilschnapper eingreift. Bei einer Rückdrehung der Kurbelwelle 3 um ca. 45° wie etwa der Rücktritt bei einem Fahrrad, kann das Freilaufventil 50 geöffnet werden. Beim Vortritt schließt das Freilaufventil 50 wieder und der Volumenstrom des Druckmittels kann wiederhergestellt werden.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Verstellringes 23, 23', in der insbesondere drei eingearbeitete Schrägflächen sichtbar sind, in denen die aus dem Verstellring 25, 25' hervorstehenden Nocken eingreifen. Außen am Verstellring ist eine Freimachung angebracht, in welche das Ende des Seilzuges 29 eingehakt werden kann, um die Rotationsbewegung des Verstellringes zu erzeugen.
In 7 ist der hydraulische Motor 200 mit einem Gehäuse 39 dargestellt, welches einseitig geschnitten dargestellt ist, um eine Innenansicht zu ermöglichen. Im Gehäuse 39, das mehrteilig ausgeführt ist, ist ein umlaufender Formring 35 angeordnet, welcher auf der Innenseite eine wellenartige Kurvenkontur 37 aufweist. Auf dieser Kurvenkontur 37 laufen endseitig mit den Arbeitskolben 38 verbundene Rollen 47 ab und erzeugen eine Hubbewegung der Ar beitskolben 38, wobei die Arbeitskolben 38 ihrerseits durch ihre rückseitige Druckmittelbeaufschlagung eine Kraft auf die Kurvenkontur 37 ausüben, sodass ein Drehmoment auf den Formring 35 bewirkt wird, und diesen in Rotation versetzt. Der Formring 35 ist mit dem Gehäuse 39 verbunden, welches wiederum mit einem Rad eines Fahrrades verbunden sein kann, um dieses über das erzeugte Drehmoment anzutreiben.
Die Druckmittelversorgung des hydraulischen Motors 200 erfolgt über eine Nabenachse 43, an der beiderseits endseitig die Einlassleitung und Auslassleitung angeschlossen ist, die nicht explizit dargestellt sind. Damit erfolgt eine Druckmittelversorgung über die Nabenachse 43, welche mit den Einlassventilen 36 derart in Wechselwirkung steht, dass die im Zylinderräumen 40 beweglich angeordneten Arbeitskolben 38 abwechselnd mit Druckmittel beaufschlagt werden. Die Nabenachse 43 weist ein sechskantigen Steuerring 41 auf, in dem die die Einlassventile 36 umfassende Ventilsteuerung eingebaut ist und über Befestigungsbohrungen 44 an einem ruhenden Nabenteil befestigt wird.
Die Einlassventile 36 werden über Ventilnocken 42 angesteuert, wobei die Ventilnocken 42 am Steuerring 41 endseitig angeordnet sind. Die Zylinderräume 40 sind in einem Zylinderkranz 46 eingebracht, wobei das Ausführungsbeispiel fünf Zylinderräume 40 aufweist, in denen jeweils ein Arbeitskolben 38 in Radialrichtung des hydraulischen Motors 200 linearbeweglich geführt ist. Der Zylinderkranz 46 weist weiterhin Aussparungen auf, um eine möglichst gewichtsarme Ausführungsform zu realisieren.

100: hydraulisches Pumpmittel
200: hydraulischer Motor
1: Gehäuse
2: Gehäusedeckel
3: Kurbelwelle
4: Zylinder
5, 5': Auslassventil
6: Verbindungsleitung
7: Druckleitung
8: Druckleitung
9, 9': Druckleitungsteil
10, 10': Feder
11, 11': Ansaugleitung
12, 12': Einlassventil
13: Druckleitung
14, 14': Druckleitungsverbindung
15, 15': Distanzstück
16, 16': Führungsteil
17: Wälzlager
18: Ringkolben
19: Einlassleitung
20: Auslassleitung
21: Wellenkeil
22, 22': Verstellring
23, 23': Verstellring
24: Wälzlagerung
25, 25': Zwischenverstellring
26, 26': Drückrolle
27: Welle
28, 28': 45° Verzahnung
29: Seilzug
30: Langloch
31: Konus
32, 32': Steuerscheibe
33: Sicherungsring
34: freier Zylinderraum
35: Formring
36: Einlassventil
37: Kurvenkontur
38: Arbeitskolben
39: Gehäuse
40: Zylinderraum
41: Steuerring
42: Ventilnocken
43: Nabenachse
44: Befestigungsbohrung
45: Steuerelement
46: Zylinderkranz
47: Rolle
50: Freilaufventil
51: Wälzlagerung
52: Nocken
53: Rückstellfeder
54: konische Erhöhung
55: Distanzring
56: Verstellring

Claims

Hydraulische Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeuges, das ein hydraulisches Pumpmittel (100) zur Bereitstellung eines hydraulischen Druckmittelstroms und mindestens einen hydraulischen Motor (200) aufweist, wobei das hydraulische Pumpmittel (100) und der hydraulische Motor (200) über wenigstens eine Druckmittelleitung miteinander verbunden sind und das hydraulische Pumpmittel (100) mindestens einen Zylinder (4) und mindestens einen hierin axial beweglichen Ringkolben (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Pumpmittel (100) als Zweiringaxialkolbenpumpe ausgeführt ist, wobei die Hublänge des Ringkolbens (18) über mindestens einen axial verstellbaren Konus (31) einstellbar ist, um den hydraulischen Druckmittelstrom stufenlos zu verstellen.
Hydraulische Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Verstellung des Konus (31) des hydraulischen Pumpmittels (100) über einen über die Konusfläche des Konus (31) beweglichen Verstellung (56) erfolgt, indem der Verstellring (56) in seiner radialen Position relativ zum Konus (31) veränderbar ist.
Hydraulische Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der radialen Position des Verstellrings (56) über einen außerhalb des hydraulischen Pumpmittels (100) betätigbaren Seilzug (29) vornehmbar ist.
Hydraulische Antriebseinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellring (56) in einer Wälzlagerung (51) in einer Steuerscheibe (32) drehbar gelagert ist, so dass der Verstellring (56) mit der Rotationsbewegung des Konus (31) mitrotiert.
Hydraulische Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Konus (31) rückseitig mindestens einen Nocken (52) aufweist, welcher durch die Rotationsbewegung des Konus (31) über eine mit je einem Kolben (18) verbundene konische Erhöhung (54) abläuft, um hierdurch eine Hubbewegung des Kolbens (18) hervorzurufen.
Hydraulische Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Ringkolben (18) als auch der Zylinder (4) ringförmig ausgeführt sind, wobei sich eine über Wälzlager (17) in einem Gehäuse (1) drehbar gelagerte Kurbelwelle (3) zentrisch durch die Kolben (18) und den Zylinder (4) erstreckt.
Hydraulische Antriebseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (3) mindestens einen Wellenkeil (21) aufweist, über den der Konus (31) in Längsrichtung verschiebbar und in Rotationsrichtung formschlüssig auf der Kurbelwelle (3) angeordnet ist.
Hydraulische Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über wenigstens ein im Ringkolben (18) angeordnetes Einlassventil (12, 12') und wenigstens ein Auslassventil (5, 5') mit je einer Hubbewegung des Ringkolbens (18) ein Volumenstrom des Druckmittels erzielbar ist.
Hydraulische Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ringkolben (18) angeordnete Rückstellfedern (53) eine Rückführbewegung des Ringkolbens (18) im Zylinder (4) bewirken.
Hydraulische Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (4), der Ringkolben (18), der Konus (31), die konische Erhöhung (54), das Einlassventil (12, 12') und das Auslassventil (5, 5') bilateralsymmetrisch in Richtung der Kurbelwelle (3) um den Verstellring (56) im Gehäuse (1) angeordnet sind.
Hydraulische Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) Ein- und Auslassleitungen (19, 20) für eine externe Verbindung des hydraulischen Druckmittelstroms über Druckmittelleitungen aufweist.
Hydraulische Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Antriebseinheit als Antrieb eines Fahrrades dient und das hydraulische Pumpmittel (100) im Tretlager des Fahrrades angeordnet ist, wobei die Kurbelwelle (3) über Pedale mit Muskelkraft antreibbar ist.
Hydraulische Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der axial verstellbare Konus (31) endseitig an den Ringkolben (18) angeformt ist, wobei der Konus (31) in Umfangsrichtung eine mehrfach steigende Kurvenform aufweist, wodurch ein gleichförmiger Hub beider Ringkolben (18) erzeugbar ist.
Hydraulische Antriebseinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine wälzgelagerte Druckrolle (26, 26') auf mindestens einer senkrecht zur Kurbelwelle (3) angeordneten Welle (27) axial beweglich ist und damit die radiale Position der Druckrolle (26, 26') auf der Kontaktfläche des Konus (31) veränderbar ist.
Hydraulische Antriebseinheit nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die wälzgelagerte Drückrolle (26, 26') auf einer Welle (27) axial verschiebbar angeordnet ist, wobei sich die Welle (27) senkrecht zur Kurbelwelle (3) erstreckt und mit dieser mitrotiert.
Hydraulische Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung zur radialen Verstellung der Drückrolle (26, 26') über einen auf der Kurbelwelle (3) angeordneten Verstellring (22, 22') erzeugbar ist, wobei der Verstellring (22, 22') auf der Kurbelwelle (3) axial verschiebbar ist und wenigstens einen mit der Druckrolle (26, 26') in Kontakt gebrachten angeformten Keil aufweist, um die Verstellbewegung der Druckrolle (26, 26') zu erzeugen.
Hydraulische Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Bewegung des Verstellrings (22, 22') über einen weiteren auf der Kurbelwelle (3) angeordneten Verstellring (23, 23') erzeugbar ist, wobei der Verstellring (23, 23') zur axialen Verstellung des Verstellringes (22, 22') eine Rotationsbewegung ausführt.
Hydraulische Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsbewegung des Verstellringes (23, 23') über einen Seilzug (29) erzeugbar ist, wobei der Seilzug außerhalb des hydraulischen Pumpmittels (100) bedienbar ist.
Hydraulische Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerscheibe (32, 32') endseitig eine 45°-Verzahnung (28, 28') aufweist, um ein Freilaufventil (50) zu betätigen, wobei die Steuerung des Freilaufventils (50) über einen Ventilschnapper erfolgt, welcher mit der 45°-Verzahnung (28, 28') im Eingriff steht.
Hydraulische Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkolben (18) über wenigstens ein Distanzstück (15, 15') und wenigstens eine Druckleitungsverbindung (14, 14') zueinander fest verbunden sind, wobei zur Führung der Distanzstücke (15, 15') wenigstens ein Führungsteil (16) angeordnet ist und wobei die Druckleitungsverbindung (14, 14') als Druckmittelleitung dient.
Hydraulische Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Motor (200) als Radialkolbenmotor ausgeführt ist, wobei ein rotierender Formring (35) eine innenliegende Kurvenkontur (37) aufweist, über die eine Mehrzahl von Arbeitskolben (38) eine Hubbewegung in jeweiligen Zylinderräumen (40) ausführen.
Hydraulische Antriebseinheit nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Druckmittelstrom über eine Nabenachse (43) erfolgt, wobei die Bohrung der Nabenachse (43) eine innenliegende Teilung aufweist, sodass endseitig von der Nabenachse (43) das Druckmittel über die lösbar verbundenen Druckmittelleitungen zu- und abführbar ist.
Hydraulische Antriebseinheit nach Anspruch 22 dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zylinderkranz (46) mindestens ein Einlassventil (36) angeordnet ist, welches die in dem Zylinderkranz (46) angeordneten Zylinderräume (40) derart wechselseitig druckbeaufschlagt, dass über den Arbeitshub der jeweiligen Arbeitskolben (38) ein Drehmoment zwischen der Nabenachse (43) und dem Formring (35) erzeugbar ist.
Hydraulische Antriebseinheit nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Einlassventils (36) über einen Steuerring (41) erfolgt, wobei der mit der Nabenachse (43) verbundene Steuerring (41) einseitig Ventilnocken (42) aufweist, über die der jeweilige Ventilhub erzeugbar ist.
Hydraulische Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Antriebseinheit aus Leichtmetallen und/oder aus Konstruktionskunststoffen besteht.
Hydraulische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche, 21 bis 24 dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Motor (200) an mindestens einer Radnabe eines Fahrrades angeordnet ist, um das mit einem Gehäuse (39) lösbar verbundene Rad des Fahrzeugs anzutreiben.
Muskelkraftbetriebenes Fahrzeug, insbesondere ein Fahrrad, mit einer hydraulischen Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche.