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Die
Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb, insbesondere zum
Antrieb eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeuges, elektro- oder alternative
Antriebsarten, 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 zwei Zylinder und mindestens
zwei hierin radial beweglichen Kolben aufweist.
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Es
ist allgemein bekannt, dass Kettenantriebe für Fahrzeuge wie zum Beispiel
für Fahrräder oder sonstige
entweder mit Muskelkraft oder mit einem Motor angetriebene Fahrzeuge
zum Einsatz kommen können.
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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.
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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.
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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.
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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, seinerseits 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.
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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 gewichtsintensiv ist.
Zudem ist die Aufhängung
der Taumelscheibe hinsichtlich eines geringen Verschleißes und eines
wartungsarmen Betriebes problematisch.
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Aus
der
DE 10 2005
009 821 B3 ist eine hydraulische Antriebseinheit bekannt,
wobei das hydraulische Pumpmittel als Zweiringaxialkolbenpumpe ausgeführt ist.
Zwei gegenüber
doppelt vorhandene Zylinder und Axialkolben die mittels zweier Formkonusse
und dazwischen mittig auf einer rotierenden Scheibe dreier radial
gelagert verstellbarer Rollen eine oszillierende Hubbewegung erzeugen.
Bei dieser Ausführung
wurde zwar stufenlose Verstellbarkeit, hohe Effizienz, sowie Kompaktheit
erreicht, wobei auf der anderen Seite die unvermeidbare Oszillation
dieser Zweiringaxialkolbenpumpe folgende Nachteile mit sich bringt:
Die Kolbenumkehrpunkte sind Stillstandpunkte. Die drei zur Hubverstellung
radial verstellbaren Wälzlagerrollen
verursachen Energieverluste bei steigender Drehzahl, da diese Druckrollen
permanent wechselnde Drehbewegung ausführen müssen. Hierbei ist nur bei niedrigen
Drehzahlen optimale Effizienz gegeben. Auch die Herstellungskosten
sind im Vergleich zu hoch einzuschätzen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hydraulischen
Antrieb zu schaffen, der mindestens diese genannten Nachteile beseitigt, insbesondere
auch eine stufenlose Verstellmöglichkeit
von Kurbeldrehzahl und Fördervolumen
bietet, auch hohe Drehzahlen für
anderweitige Anwendungen möglich
macht, geräuscharm
arbeitet, einen hohen Gesamtwirkungsgrad aufweist, Herstellungskosten
senkt und verschleiß-
und wartungsarm ist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird ein hydraulischer Antrieb mit den Merkmalen
des Anspruches 1 vorgeschlagen. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte
Weiterbildungen ausgeführt.
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Dazu
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass das hydraulische Pumpmittel als Radialverbundkolbenpumpe ausgeführt ist,
wobei die Hublänge
des Kolbenpaares über
ein radial verstellbares Verstelllager, das als Wälz- oder
Kugellager gebildet ist, einstellbar ist, um den hydraulischen Druckmittelstrom stufenlos
zu regulieren. Das als Radialverbundkolbenpumpe ausgeführte Pumpmittel
weist eine extrem kompakte Bauform auf, die einen minimalen Bauraum-
und hohen gewichtsspezifischen Leistungsdurchsatz bietet. Die Kolben-
und Zylinderanordnung sind paarweise vorhanden, wobei alle Kolbenpaare
einen gemeinsamen Förderstrom
erzeugen. Somit kann ein durch ein Gehäuse begrenzter Bauraum optimal
ausgenutzt werden. Durch die paarweise Ausführung der Kolbenanordnung ist
der Verstellweg und damit der Kolbenhub konstruktiv festlegbar und
der Verstellweg für
beide Seiten der Kolbenpaare weist einen gleichen Betrag auf. Zweckmäßigerweise
erfolgt die radiale Verstellung des Verstelllagers des hydraulischen
Pumpmittels indem das Verstelllager in seiner radialen Position
mittels einen hydraulischen Kolbens aus der Kurbelwelle her veränderbar
ist. Das Verstelllager kann dabei vorteilhafterweise so ausgeführt sein,
dass dieses aufgrund seiner radialen Verstellbarkeit sich in Exzenterposition
versetzen lässt
und mit zunehmendem Versatz die Kolben radial nach außen treibt.
Die Kolbenpaare sind jeweils mit einem Ringpaar miteinander fest
verbunden, pumpen das Druckmittel einerseits und saugen andererseits
das Druckmittel an. Die Verbindungsringe gewährleisten eine genaue Distanz
wodurch ein Freispiel zwischen dem jeweiligem Saugkolben und Verstelllager
entsteht. Ferner ist eine gleichmäßige Saugleistung auch bei
hohen Drehzahlen gewährleistet.
Diese Lösung
ist gegenüber
einer Federbespannung der Kolben vorteilhafter, da eine Reibung
zwischen Kolben und Verstelllager vermieden wird, und bei höheren Drehzahlen
im Vergleich zu einer Federlösung,
kontinuierliche Saugleistung gewährleistet.
Die Verbindungsringe sind konstruktiv so gestaltet, dass sie sich
nicht berühren
können
und die Kurbelwelle sich in jeder Verstelllage berührungsfrei
drehen kann. Der Verstellweg und damit der Kolbenhub wirken sich
unmittelbar auf das Fördervolumen,
Drehmoment und Übersetzungsverhältnis aus. Somit
kann bei einer konstanten Drehzahl des Antriebs der Radialverbundkolbenpumpe
das Schluckvolumen des Druckmittels stufenlos verstellt werden, ohne
dass ein Schaltvorgang fest vorgegebene Schaltstufen einnimmt. Der
Verstellbereich, welcher in der Auslegung des Verstelllagers hinsichtlich
des Durchmessers und des radialen Verstellweges 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
Verstelllagers abgeändert
und angepasst werden.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist die Änderung
der radialen Position des Verstelllagers über einen außerhalb
des hydraulischen Pumpmittels betätigbaren Seilzug vornehmbar,
welcher mittels einer externen kleinen Zylinder/Kolben Vorrichtung
die hydraulische Verstellung ausführt. Der äußerst kompakte Verstellmechanismus
besteht aus folgenden Komponenten, ab Seilzugende beginnend: Eine
am Pumpengehäuse
extern angebrachte Zylinder/Kolben Vorrichtung, die das Druckmittel durch
die radial im Zylinderblock angeordnete Druckmittelleitung drückt. Die
Druckmittelleitung mündet
in einer auf der Kurbelwelle mit zwei Rotordichtsätzen abgedichteten
Druckmittelkupplung und führt
das Druckmittel durch die hohle Kurbelwelle zum Verstelllagerkolben,
wobei dieser das Verstelllager in die Exzenterposition treibt. Die
Rückverstellung
geschieht drucklos und selbsttätig,
da das Verstelllager durch Druckwiderstand der Kolben automatisch
zur zentrischen Position neigt. Eine Verstellbarkeit ist unter Last
problemlos möglich.
Alternativ ist eine abgestufte Verstellung am Lenker ebenso realisierbar,
wobei in diesem Fall nur realistische Gänge entstehen.
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Eine
weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass die
Kurbelwelle nicht nur die ureigenste Rolle erfüllt, sondern als zusätzliche Druckmittelstromfunktion
und als Zylinderkörper
für die
stufenlose Verstellung und Freilaufvorrichtung verantwortlich ist.
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Der
Freilauf ist erfindungsgemäß ebenso
hydraulisch gelöst.
Dieser sitzt auf der Kurbelwelle, bestehend aus Grundkörper (Freilaufring),
zwei beweglichen Kolben, zwei Nockenschnappern drehbar auf zwei
Zylinderstiften sowie zwei Blattfedern für jeden Nockenschnapper. Im
Zylinderblock ist eine Verzahnung eingearbeitet, die für die Umstellung
der beiden Nockenschnapper bei Rück-
oder Vortritt verantwortlich ist. Bei der Pumparbeit befinden sich
die Verstellkolben in eingefahrener Position die Nocken auf dem Höchstpunkt,
und die Verstellung des Verstelllagers ist vortriebsbereit. Beim
Rücktritt
kippen die Nockenschnapper um, die Verstellzylinder fahren aus und das
Verstelllager wird zur Mitte in die O-Position gedrängt. Damit das störungsfrei
funktioniert muss auf genaue Dimensionierung aller mechanischen
Bewegungsteile geachtet werden.
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Für eine einwandfreie
Steuerung sorgen die Rückschlagventile,
indem ein Auslass- und ein Einlassventil pro Zylinder zugeteilt
sind. Alle Einlassventile befinden sich auf einer Seite wobei Auslassventile immer
entgegen angeordnet sind. Druckleitungskanäle sind im Zylinderblock eingearbeitet,
weisen stirnseitig jeweils einen Sammelkanal auf, welcher dann am
Gehäusezylinder
mit dem Ölaustritt
bzw. Öleintritt
verbunden ist. Um den hohen Druck an den Gehäusedeckeln zuzulassen, werden
beide Deckel mit Synchrongewinde versehen.
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Zweckmäßigerweise
weist das Gehäuse Ein-
und Auslassleitungen für
eine externe Verbindung des hydraulischen Druckmittelstromes über Druckmittelleitungen
auf. Diese umfassen den Vor- und Rücklauf, wobei die Druckleitungen
und die Rücklaufleitungen
beider Radialpumpenanordnungen über
einen Druckanschluss und Rücklaufanschluss
verbunden werden, so dass das Gehäuse insgesamt nur zwei Anschlüsse aufweist.
Hierfür
ist im Zylinderblock eine Leitungskanalverzweigung vorgesehen, und
die externe Verbindung der Druckmittelanschlüsse erfolgt über Ein-
und Auslassleitungen zum hydraulisch wirkenden Motor.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass der hydraulische Antrieb vorrangig 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 sind für diese Anwendung optimiert.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten bei
minimalen baulichen Änderungen
sind sehr gut vorstellbar, wenn die einzelnen Eigenschaften nach besonderen
Lösungen
verlangen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
der hydraulische Motor als Radialverbundkolbenmotor ausgeführt ist,
wobei auch hier Kolbenpaarungen maßgebend sind. Der Vorteil der
Ausführung
des hydraulischen Motors als Radialverbundkolbenmotor liegt vordergründig in
der kleinen Baugröße bei entsprechend
hohem Leistungsdurchsatz. Ein weiterer Vorteil ist hierbei, dass der
Radialverbundkolbenmotor 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.
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Vorteilhafterweise
kommt die innenliegende Kolbensteuerung ohne Ventile aus, wobei
auf beiden Seiten des Zylinderblocks zwei Segmentsperrdichtungen
von ca. 50% der Umfangsfläche
und 180° versetzt
die Ringsternleitungen so abdichten, damit die entsprechenden Kolbenpaare
gleichzeitig befüllt
und entleert werden. Die Sternringleitungen sind am Zylinderkranz
befestigt, abgedichtet und mit Aus- oder Einlasskanälen mit
den Zylinderkammern verbunden. Auf der Nabenwelle sind die Sternringleitungen radial
abgedichtet. Zweckmäßigerweise
erfolgt der hydraulische Druckmittelstrom über eine Nabenwelle, wobei
die Bohrung der Nabenwelle eine innenliegende Teilung aufweist,
sodass endseitig von der Nabenwelle 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 Nabenwelle
ausgeführt
ist und vorteilhafterweise drei Funktionen gleichzeitig übernimmt.
Dies sind zum einen die Wellenfunktion des Rades bzw. der Radialkolbenmotors,
zum anderen die Zu- und
Abfuhr des Druckmittels sowie Druckmittelsteuerung. 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. Das Gehäuse
ist gemeinsam mit dem Zylinderkranz fest verschraubt wobei das Motorgehäuse vom
Nabengehäuse
abtrennbar ist.
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Weiterhin
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
in einem Zylinderkranz mindestens ein Kolbenpaar mit einer doppelseitigen
Zahnstange verbunden angeordnet ist, wobei die in dem Zylinderkranz
angeordneten Zylinderräume
derart wechselseitig druckbeaufschlagt werden, dass über den
Arbeitshub der jeweiligen Arbeitskolben ein Drehmoment zwischen der
Zahnringstange und einem Ritzel auf der Nabenwelle erzeugbar ist.
Mit dem Merkmal der Druckmittelzu- und -abfuhr über die Nabenwelle kann das Druckmittel
unmittelbar in den Bereich der innenliegenden Sternringsteuerung
geführt
werden, wobei die Sternringsteuerung über ein Zusammenspiel mit der
Nabenwelle derart erfolgt, dass die Nabenwelle innenliegend radial
angeordnete Bohrungen aufweist, über
die die zwei Sternringsteuerungen wechselseitig mit Druckmittel
beaufschlagt werden und das entspannte Druckmittel ebenfalls entsprechend des
Drehwinkels der Sternringsteuerungsanordnung über der Nabenachse wieder abführen kann.
Die Arbeitskolben werden über
die Einlasssternringsteuerung derart mit Druckmittel beaufschlagt,
dass diese eine Hubbewegung über
eine Doppelzahnstange ausführt,
wobei der Arbeitshub durch die Beaufschlagung der Arbeitskolben
in dem Teilkreissegment erfolgt, in dem eine „Kreisbewegung" des Antriebsrades
auf der Nabenwelle angeordneten Motors erfolgt und die Drehbewegung
unterstützt.
Das damit erzeugte Drehmoment dient somit dem Antrieb des Rades,
welches über
das Gehäuse
mit der Doppelzahnstange und dem Ritzel verbunden ist.
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Eine
weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass die
Kolbenpaare mit einer ringförmigen
Doppelzahnringstange verbunden sind. Die Zahnringstange weist von
der Innenseite Verstellzähne
mit einer Nase und Rückstellfeder
auf. Wird die Zahnringstange von einer Seite gedrückt, greifen
automatisch die negativ geneigten Stiftzähne, wobei auf der Gegenseite
die Stiftzähne
mit sehr geringem Federwiderstand eingedrückt werden. Dieser Vorgang
geschieht abwechselnd, wobei daraus eine Drehbewegung resultiert.
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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.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind.
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Es
zeigen:
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1 eine
Vorderansicht mit Teilausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels
des hydraulischen Pumpmittels;
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2 eine
Gesamtschnittdarstellung des hydraulischen Pumpmittels gemäß 1,
Schnitt A-A;
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3 eine
Gesamtdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des hydraulischen
Pumpmittels gemäß 1,
Schnitt B-B;
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4 eine
weitere Vorderansicht mit Teilausschnitt des hydraulischen Pumpmittels
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5 eine
Detailansicht des hydraulischen Pumpmittels gemäß 6, Detail
C;
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6 eine
weitere Gesamtschnittdarstellung des hydraulischen Pumpmittels gemäß 4, Schnitt
A-A;
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7 eine
weitere Gesamtschnittdarstellungsansicht des hydraulischen Pumpmittels
gemäß 4 Schnitt
B-B;
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8 eine
weitere Vorderansicht des hydraulischen Pumpmittels mit abgedecktem
Gehäuse und
Zylinderblock;
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9 eine
weitere Gesamtschnittdarstellung des hydraulischen Pumpmittels gemäß 8, Schnitt
C-C;
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10 eine
Detailansicht des hydraulischen Pumpmittels gemäß 8, Detail
D;
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11 eine
Vorderansicht des hydraulischen Motors
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12 eine
Gesamtschnittdarstellung des hydraulischen Motors, 11,
Schnitt B-B;
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13 eine
weitere Gesamtschnittdarstellung des hydraulischen Motors, 11,
Schnitt A-A;
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14 eine
weitere Vorderansicht des hydraulischen Motors;
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15 eine
weitere Gesamtschnittdarstellung des hydraulischen Motors, 14,
Schnitt A-A;
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16 eine
weitere Gesamtschnittdarstellung des hydraulischen Motors, 14,
Schnitt B-B;
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17 eine
Detailansicht des hydraulischen Motors gemäß 16, Detail
C;
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Das
in 1 bis 3 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, 2' umfasst. Im
Gehäuse 1 ist
ein Zylinderblock 10 mit vier Zylinderschrauben 16,
fixiert und mit den Gehäusedeckeln 2, 2' zweifach synchron
verschraubt. Die Gehäusedeckel 2, 2' haben die Aufgabe
den Zylinderblock 10 zu verschrauben sowie Druckmittel
im Druckmittelsammelkanal stirnseitig abzudichten. Weiterhin werden
die zwei Hauptkugellager 4, 4' im Gehäusedeckel 2, 2' fixiert. Der
Zylinderblock 10 weist sechs langlochförmige sternförmig angeordnete
Zylinderkammern auf, in welchen die Arbeitskolben 22 reihenweise
radial vom Verstellwälzlager 17 nach
radialer Verstellung, hydraulisch nach außen bewegt werden, wobei das
Druckmittel aus den Zylinderkammern durch die im Zylinderblock 10 eingearbeiteten
Druckleitungskanäle
erst die im Zylinderblock 10 eingelassenen Auslassventile 12 durchströmt und in
den in der Darstellung in 2 auf der rechts
dargestellten Stirnseite liegenden, nicht näher zu erkennenden Druckmittelsammelkanal,
einläuft, danach
in den Austrittkanal und weiterhin durch die am Gehäuse 1 angeschlossene
Druckleitung zum Motor führt.
Die sechs Auslassventile 12 befinden sich auf der Druckseite
(2 rechts) und öffnen
sich unter aufkommendem Druck automatisch. Bei der Pumparbeit der
als Druckkolben wirkenden Arbeitskolben 22, die mit den
gegenüberliegenden,
als Saugkolben arbeitenden Arbeitskolben 22 mit jeweils zwei
Verbindungsringen 7, 8, 9 fest verbundene
Kolbenpaare bilden, führen
die als Saugkolben arbeitenden Arbeitskolben 22 gleichzeitig
die Saugarbeit aus. Die paarweise zusammengefassten Arbeitskolben 22 wechseln
ihre Funktionsrolle als Druck- und
Saugkolben permanent. Beim Ansaugen öffnen sich die Einlassventile 11 während die
Auslassventile 12 automatisch schließen. Da es sich hier um ein
geschlossenes Kreislaufsystem handelt, wird das Druckmittel durch
die auf der gegenüberliegenden Zylinderblockseite
symmetrisch angeordneten Leitungskanäle zurück zu den Arbeitszylindern
geführt.
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Das
Verstellwälzlager 17 befindet
sich mittig auf der beidseitig und gegen Verdrehen gesichert abgeflachten
Kurbelwelle 3, wobei das Verstellwälzlager 17 selbst
mit einem Sicherungsring 24 gegen Axialbewegung gesichert
ist. Hiernach lässt
sich das Verstellwälzlager 17 mit
Hilfe von dem Verstellkolben 13 stufenlos radial auf der
Kurbelwelle 3 verstellen, und somit lassen sich die Arbeitskolben 22 paarweise bewegen.
Die Kolbenverbindungsringe 7, 8, 9 sind um
die Dimensionsbreite des Verstellwälzlagers 17 auf beiden
Seiten des Arbeitskolbens 22 angeordnet, wobei das Verstellwälzlager 17 jeweils über die
Kolbenmitte kreisförmig
abrollt. Bei zunehmender Exzentrizität des Verstellwälzlagers 17 erhöht sich
der Volumenstromdurchsatz und damit auch das Übersetzungsverhältnis stufenlos.
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Das
Gehäuse 1 des
hydraulischen Pumpmittels 100 ist zylinderförmig ausgeführt und
mit vier Zylinderschrauben 16 am Zylinderblock 10 (vergleiche 6)
fixiert, wobei sich entlang der Längsachse des Gehäuses 1 eine
Kurbelwelle 3 mit Justier- und Verschlussschraube 14,
erstreckt, die extern durch nicht dargestellte Mittel, wie an Pedalarmen
befestigte Pedale, angetrieben werden kann. Die externe Verstellung
des hydraulischen Pumpmittels 100 erfolgt über eine
am hydraulischen Pumpmittel 100 (vergleiche 7)
befestigte, nicht dargestellte Zylinder/Kolben Vorrichtung. Eine
Bewegung des Seilzugs erzeugt über
einen Hebelarm eine Pumpleistung an der Zylinder/Kolben Vorrichtung,
wobei dadurch eine hydraulische Radialverstellung des Verstellwälzlagers 17 (vergleiche 2)
auf der Kurbelwelle bewirkt wird.
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In 2 ist
im hydraulischen Pumpmittel 100 die drehbare Kurbelwelle 3 geschnitten
dargestellt. Aus dieser Schnittdarstellung sind folgende Elemente
und Funktionen erkennbar: Auf der rechten Seite der Darstellung
befindet sich die Justier- und Verschlussschraube 14, womit
sich die Druckmittelmenge im hydraulischen Verstellmechanismus genau einjustieren
lässt.
Die Kurbelwelle 3 erfüllt
nicht nur ihre Hauptaufgabe vergleichbar wie in einem Standardtretlager,
sondern dient zusätzlich
als Zylinderkörper
für eine
stufenlose Verstellung über
einen Verstellkolben 13, beinhaltet einen Freilaufverstellkolben 6, 6', ein Leitungssegment 20 zwischen
der externen Zylinder/Kolben Pumpvorrichtung über die Druckmittelverbindungsleitung 21 (vergleiche 7), über das
Zwischenleitungssegment 20, sowie eine Kurbelwellenkupplung 18.
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Die
Kurbelwellenkupplung 18 des hydraulischen Pumpmittels 100 (vergleiche 3)
umschließt
die Kurbelwelle 3, wobei sich drei Druckmittel Ein- und
Ausgänge
auf der Kurbelwelle 3 mittig unter der Druckmittelkupplung 18 angeordnet
befinden und zusätzlich
mit einer eingearbeiteten Rille verbunden sind und mit zwei Rotordichtsätzen beidseitig
abgedichtet werden. Das Druckmittel durchströmt bei Schaltbetätigung das
Zwischenleitungssegment 20 und die Druckmittelverbindungsleitung 21, während extern
die Zylinder/Kolben Vorrichtung verstellt wird.
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Die
Freilaufvorrichtung 5 (vergleiche 2) befindet
sich zwischen dem Hauptkugellager 4 und dem Verstellwälzlager 17 auf
der Kurbelwelle 3. Diese hydraulische Vorrichtung soll
den Druckmittelstrom bei jeder Rücktrittsbetätigung vollkommen
unterbrechen. Dies geschieht dadurch dass sich in der Freilaufvorrichtung 5 gegenüber auf
zwei Zylinderstiften 15 im entsprechenden Drehwinkelbereich
zwei verstellbare Nockenschnapper 23 befinden, welche sich
mit leichter, durch eine Blattfeder 25 verursachter Federvorspannung
beim Vortritt/Rücktritt,
in eine im Zylinderblock 10 eingearbeitete Freilaufverzahnung 26 (vergleiche 5)
umkippen lassen. Bei einer Rücktrittsbewegung,
drehen sich die Nockenschnapper 23 zum Tiefstpunkt, lassen
die Freilaufverstellkolben 6, 6' ausfahren, wobei der Druckmittelraum
soweit erweitert wird, dass sich die Vortrittverstellung des Verstellwälzlagers 17 in
die zentrische Position bewegt. Bei erneutem Vortritt werden die Nockenschnapper 23 wieder
auf den Höchstpunkt umgestellt,
die Freilaufverstellkolben 6, 6' fahren zur Ausgangsposition in
die Kurbelwellenmitte, und der Ursprungszustand der stufenlosen
Verstellfähigkeit des
Verstellwälzlagers 17 ist
wiederhergestellt. Die Freilaufverstellkolben 6, 6' verhindern
gleichzeitig dass sich die Freilaufvorrichtung 5 auf der
Kurbelwelle 3 verdrehen lässt.
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In 12 und 13 ist
der hydraulische Motor 200 mit einem mehrteiligen Gehäuse (mit
Nabengehäuse 30,
linkem Motorgehäuse 31 und
rechtem Motorgehäuse 32)
geschnitten dargestellt. Die Gehäuseteile
linkes Motorgehäuse 31 und
rechtes Motorgehäuse 32 verbinden
mit sechs Schrauben 40 und Gegenmuttern 41 den
innenliegenden Zylinderkranz 48 mit sechs sternförmig angeordneten
Zylindern. Der Zylinderkranz 48 weist Aussparungen auf, die
eine Gewichtsreduzierung bewirken. Das Nabengehäuse 30 (vergleiche 12)
ist sechs mal mit einer Schraube 44 und Schlitzmutter 43 mit
dem linken Motorgehäuse 31 verbunden,
wobei sich der Motor 200 mit der aus dem linken Motorgehäuse 31 und dem
rechten Motorgehäuse 32 bestehenden
Gehäuseeinheit
bei möglichen
Reparaturen abschrauben lässt.
Beidseitig in den Gehäuseteilen
Nabengehäuse 30 und
rechtes Motorgehäuse 32 sind
zwei Kugellager 28, 28' auf der Nabenwelle 53 mit
Kontermuttern 36, 36' befestigt. Die Druckmittelversorgung
des hydraulischen Motors 200 erfolgt über die Nabenwelle 53,
an der beiderseits endseitig die Einlassleitung und Auslassleitung
angeschlossen ist, die nicht explizit dargestellt sind. Stirnseitig
sind zwei sternförmig ausgebildete
Druckmittelsteuerungsringe 37, 38 am Zylinderkranz 48 befestigt,
wobei diese die Nabenwelle 53 umschließen und jeweils mit zwei Rotordichtsätzen versehen
sind. Die Nabenwelle 53 ist von beiden Seiten hohl aber
mittig im Bereich des Zylinderkranzes 48 verschlossen.
Im Bereich der Druckmittelsteuerungsringe 37, 38 ist
ein dreiteiliger Druckmittelaustritt zusätzlich mit radialförmiger Rille
angeordnet, wobei jeweils eine Wellensegmentdichtung 29, 29' von 180° die Druckmittelsteuerungsringe 37, 38 halbumfänglich abdichtet.
Die Auslassseite wird genau entgegengesetzt angeordnet abgedichtet.
Die beiden Druckmittelsteuerungsringe 37, 38 ersetzen das
Ventilsteuerungssystem vollständig.
Die Druckmittelkanäle
führen
das Druckmittel von dem sechsteiligen Druckmittelsteuerungsring 37, 38 zu
den Arbeitskolben 51 weiter, wobei diese ein Drehmoment über die
Zahnringstangen 45, 46, 47, welche jeweils ein
Kolbenpaar aus zwei Arbeitskolben 51 fest verbinden, über das
auf der Nabenwelle 53 angeordnete Ritzel 49 übertragen
und das Antriebsrad eines Fahrrads in Bewegung setzen. Das Ritzel 49 selbst
ist mittels Kugellagerung von der Nabenwelle 53 getrennt, wobei
drei Schnapper 50 bei einer Unterbrechung des Druckmittelstroms
die Kolbenaktivität
im Hydromotor 200 abstellen. Diese Funktion ist mit einem Standardzahnkranz
vergleichbar.
-
In 16,
ist die mittlere Zahnringstange 46 geschnitten dargestellt.
Die drei Zahnringstangen 45, 46, und 47 sind
in versetzter Anordnung jeweils mit zwei Arbeitskolben 51 verbunden,
damit eine unabhängige
und berührungsfreie
Verstellung möglich
ist. Um eine kontinuierliche Drehbewegung des Motors 200 über das
Ritzel 49 zu bewirken, sind beidseitig eingebaute Stiftzähne 54 derart
angeordnet damit jede Zahnringstange 45, 46, 47 nur
einseitig und abwechselnd am Ritzel 49 eingreift. Dies
geschieht, a) durch die Neigungsposition der Stiftzähne 54 einerseits,
b) durch leichte Verstellbarkeit der Stiftzähne 54 auf der gegenüberliegenden
Seite durch die gegenwirkenden Ritzelzähne, gegen die Rückstellfeder 56,
andererseits. Die Stiftzähne 54 weisen
zum Einhaken eine Nase auf. Bei einer Drehmomentübertragung sind mindestens
drei bis sechs Stiftzähne 54 gleichmäßig beansprucht.
-
- 100
- hydraulisches
Pumpmittel
- 200
- hydraulischer
Motor
- 1
- Gehäuse
- 2,
2'
- Gehäusedeckel
- 3
- Kurbelwelle
- 4,
4'
- Hauptkugellager
- 5
- Freilaufvorrichtung
- 6,
6'
- Freilaufverstellkolben
- 7,
7'
- Verbindungsring
- 8,
8'
- Verbindungsring
- 9,
9'
- Verbindungsring
- 10
- Zylinderblock
- 11
- Einlassventil
- 12
- Auslassventil
- 13
- Verstellkolben
- 14
- Justier-
und Verschlussschraube
- 15
- Zylinderstift
- 16,
16'
- Zylinderschraube
- 17
- Verstellwälzlager
- 18
- Kurbelwellenkupplung
- 19
- Kolbenschraube
- 20
- Leitungssegment
- 21
- Druckmittelverbindungsleitung
- 22
- Arbeitskolben
- 23,
23'
- Nockenschnapper
- 24,
24'
- Sicherungsring
- 25
- Blattfeder
- 26
- Freilaufverzahnung
- 28,
28'
- Kugellager
- 29,
29'
- Wellensegmentdichtung
- 30
- Nabengehäuse
- 31
- linkes
Motorgehäuse
- 32
- rechtes
Motorgehäuse
- 33
- Kanalverschluss-Zylinderkranz
- 34
- Kanalverschluss-Druckmittelsteuerung
- 35,
35'
- Nabenlagerdeckel
- 36,
36'
- Kontermutter
- 37
- Druckmittelsteuerungsring
- 38
- Druckmittelsteuerungsring
- 39
- Schraube
- 40
- Schraube
- 41
- Gegenmutter
- 42
- Schlitzmutter
- 43
- Schlitzmutter
- 44
- Schraube-Nabengehäuse
- 45
- Zahnringstange
- 46
- Zahnringstange
- 47
- Zahnringstange
- 48
- Zylinderkranz
- 49
- Ritzel
- 50
- Schnapper
- 51
- Arbeitskolben
- 52
- Kolbenschraube
- 53
- Nabenwelle
- 54
- Stiftzahn
- 55
- Schraube
- 56
- Rückstellfeder
- 57
- Sicherungsring