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Die Erfindung betrifft einen Hydraulik-Kolbenmotor, im folgenden Rotator genannt, bestehend aus Stator (alle nicht rotierenden Teile), Rotor (alle rotierenden Teile) und der Drehdurchführung, gemäß dem Oberbegriff von Hauptanspruch 1. An der Arbeitsmaschine ist der Stator und an dem Arbeitsgerät (z. B. Greifer) der Rotor befestigt. Die Drehdurchführung überträgt Druckmittel von der Arbeitsmaschine zum Arbeitsgerät. Diese Art findet Verwendung für Drehantriebe von Arbeitsgeräten, wie z. B. Greifer o. dgl. für folgende Arbeitsmaschinen: Wie Bagger, auch zur Stückguthantierung, Landwirtschaft- und Forstkräne für Rundholz. LKW-Kränen, Industrie- und Forstmaschinen, wie Kräne, Greifer-Sägen und Fällkopf, auch für Terminalkräne und Separatlader.
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Gemäß Schrift
DE 4335678 C2 ist ein Axialkolben-Hydraulikmotor bekannt, bei welchen der zweiteilige Rotor im einteiligen Stator mit einem Wälzlager gelagert ist. Dieses Wälzlager ist ein Vierpunktlager und kann Zug- und Druckkräfte aufnehmen, sowohl auch Kippmomente und die Wälzlagerkörper, hier Kugeln, haben Ihre Laufflächen direkt im Stator und Rotor. Das Druckmittel wird entsprechend mit einem Rundverteiler den Kolben zu- und abgeführt, um Antriebs- und Bremsmoment des Hydraulikmotors zu erzeugen. Dies mit Hilfe der Steuerkanten von Bohrungen im Stator zu den Kolben und dazu abgestimmten Schlitzen im Verteiler. Der Verteiler muss ein relativ großes Durchmesserspiel aufweisen, sonst klemmt der Verteiler in seiner umhüllenden Bohrung. Dies insbesondere, wenn der Rotator kalt und das zugeführte Druckmittel heiß ist. Der innenliegende Verteiler dehnt sich dank der geringeren Masse rascher aus wie der große Stator mit der umschließenden Bohrung. Durch das daher erforderliche relativ große Durchmesserspiel ist infolge Leckage ein exaktes Halten des Drehantriebs im Stillstand nicht möglich und außerdem können sich im Spalt gefährlich Verschmutzungen ablagern, die zum Festsitzen des Verteilers und zum Ausfall des Rotators führen.
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An den Arbeitsgeräten wird aber oft im Stillstand eine sichere Fixierung der Drehstellung verlangt. Sofern zwischen der Zu- und Abführung für den Drehantrieb Leckage vorhanden ist, dreht sich das Arbeitsgerät infolge äußerer Drehmoment-Einwirkung aus der erforderlichen Haltestellung. Deshalb werden sogar aufwendige und nachteilige Drehantriebe verwendet, mit einem Hydraulikmotor der über einen selbsthemmenden Schneckenantrieb das Arbeitsgerät dreht. Bezüglich des sicheren Haltevermögens sind auch Rotatore mit Flügelmotor- und Zahnradmotor-Antrieb wegen deren unvermeidbare innere Leckage für eine sichere Haltestellung ungeeignet.
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Bei Betrachtung des Rotators mit gegenüberliegenden Axialkolben der Schrift
EP2159411A1 erkennt man einen weiteren Nachteil des Rundverteilers. Die Lagerung vom Rotor am Stator ist axial mit 2 Axial-Rollenlagern und radial einem Gleitlager ausgeführt. Das Gleitlager hat einen großen Durchmesser und des halb muss dieses Zwecks Wärmedehnung ein relativ großes Durchmesserspiel bekommen. So bewegen sich die Stator- und Rotorteile bei Belastung innerhalb der Durchmesser-Differenz radial zueinander. Außerdem durch Verformung der Bauteile und Lager infolge großer Kippmomente. Der Rundverteiler bekommt dadurch eine schädliche radiale Kraft. Denn es entsteht eine Reibkraft zwischen der unteren Stirnfläche des Rundverteilers und dem Rotor bei der Relativbewegung vom Stator zum Rotor, durch den hohen hydraulischen Druck auf die oberen Stirnflächen des Rundverteilers.
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Stand der Technik sind bereits Rotatore mit Planverteiler, um das Festsetzen des Rundverteilers zu umgehen. Der Dichtspalt an der planen Verteilerfläche des Planverteilers ist generell sehr klein, so dass kaum Schmutz eindringen kann. Der Planverteiler ist immer so ausgelegt, dass dieser an der Verteilerfläche hydrostatisch gelagert ist und die Wärmeausdehnung wird automatisch eliminiert. Jedoch sind die bekannten Rotatore so konzipiert, dass funktionsbedingt kleine Bohrungen Vor- und Rücklaufkanal am Planverteiler miteinander verbinden. Damit kann auch mit diesem Planverteiler die Haltestellung nicht gut fixiert werden, wenn auch die Kolben mit einer Dichtung versehen sind.
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Die meist heute verwendeten Rotatore sind nicht kompakt ausgeführt, deshalb nicht mehr zeitgemäß, denn diese besitzen ein sehr schlechtes Gewicht/Leistungsverhältnis. Der Materialaufwand und Preis ist entsprechend hoch und die Arbeitsmaschinen werden mit einem unnötigen Eigengewicht am Ausleger belastet, was die zulässige Traglast der Arbeitsmaschine mindert. Ein Beispiel dafür ist die Art des Rotators gemäß der Schrift
DE 2838346 C2 . Hierbei wird über eine Mittelachse, die ein fester Bestandteil des Stators ist, über Ringkanäle das Druckmittel vom Stator zum Rotor geleitet. Die zur Lagerung des Rotors an dieser Mittelachse des Stators verwendeten Kegelrollenlager erfordern funktionsbedingt einen großen Abstand. Solche Bauarten weisen deshalb immer eine große Bauhöhe und Masse aus.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde verbesserte Rotatore für die Drehantriebe von Arbeitsgeräten in sicherer kompakten Ausführungen zu schaffen, wobei die innere Leckage des hydraulischen Drehantriebs möglichst Null ist, damit ein sicherer Halt gewährleistet wird. Der Verteiler für die Druckmittel-Ansteuerung der Kolben soll verschleißfrei und sicher ausgeführt sein. Die oben beschriebenen Nachteile vom Stand der Technik sind zu vermeiden.
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Lösung obiger Aufgaben.
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Es werden Rotatore entsprechend der Merkmalskombinationen und mit vorteilhafter Ausgestaltungen gemäß der Patentansprüche vorgeschlagen. Der erfindungsgemäßen Lösung liegt wesentlich folgendes zugrunde:
Um ein sicheres Halten des Rotators zu ermöglichen, wird die innere Leckage mittels eines verschleißfreien, funktionssicheren und dichten Planverteilers und mit Abdichtung der Kolben möglichst auf null gebracht. Eine kompakte Gestaltung des Rotators wird vor allem erreicht, indem die Drehdurchführung vom Stator zum Rotor mittels beidseitig abgedichteten Rohrelementen in der Achsmitte des Verteilers durchgeführt wird. Das Druckmittel fliest innen durch einem Kreis- und außen mindestens einem Ringquerschnitten zwischen den Rohrelementen. Mit dieser Bauweise im Zusammenhang mit einem integrierten Vierpunktlager zur Lagerung des Rotors am Stator erhält man eine kompakte, optimale kurze, leichte, sichere und preiswerte Bauweise.
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Ausführungsbeispiele:
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Womit die Erfindung näher erklärt wird, die aber nur Varianten darstellen.
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1: Senkrechter Schnitt eines kompakten Rotators mit zweiteiligem Stator mit integrierten Planverteiler und radialen Kolben und der Kurve, an der sich die Kolben abstützen, im Rotor.
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2: Senkrechter Schnitt eines kompakten Rotators mit einteiligem Stator mit Planverteiler und Kurve, sowie zweiteiligem Rotor in welchen sich die radialen Kolben befinden.
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In der 1 ist der Stator 1 und die Kolbentrommel 1.1, in welche die Kolben eingelagert sind, mit den Schrauben 7 zusammengehalten. In der zentrischen Stufenbohrung des Stators mit drei Dichtungen 8 befindet sich der Planverteiler 3. Der Rotor 2 und der Haltering 2.1 werden mit den Schrauben 22 zusammengehalten. Zwischen diesen beiden Teilen befindet sich das Vierpunktlager 23 welches den Rotor 2 am Stator 1 lagert.
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Das Druckmittel für die Drehbewegung wird über die Anschlüsse-drehen 33 und 34 am Stator 1 dem Verteiler 3 zugeführt. Der Rotor 2 bekommt entsprechend des hydraulischen Drucks ein Drehmoment durch die unter Druck stehenden Kolben 4 mit eigelagerten Rollen, welche sich in einem Bereich der wellenartigen Kurve 12 abrollen, in dem diese sich nach außen bewegen können. Die dabei auf die Kolben 4 wirkende hydraulischen radiale Kraft der Kolben 4 bilden zusammen mit der senkrechten Kraft auf die Kurve 12 und der antreibenden radiale Kraft für das Drehmoment ein Kräfte-Dreieck. Der Rotor 2 dreht sich mit einer Geschwindigkeit entsprechend des zugeführten Volumenstroms. Die übrigen Kolben 4, die von der Kurve 12 nach innen geschoben werden, stoßen das Druckmittel aus.
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Der Planverteiler 3 ist mit drei Durchmesserstufen und zwei Kammern an den Stufenflächen 9 ausgebildet, die mit drei Dichtungen 8 gegenseitig abgedichtet sind und in die von den Anschlüssen drehen 33 und 34 Druckmittel zu- bzw. abgeführt wird. Der Planverteiler 3 wird immer mit einer größeren oberen Kran, die durch den hydraulischen Druck auf die beiden Stufenflächen 9 und die obere Stirnfläche 40 entsteht, gegen eine kleinere hydraulische untere Kraft, infolge dem Druck auf die Freifläche 41 (gesamte untere Stirnfläche minus Verteilerfläche 10) und auf die plane Verteilerfläche 10 des Planverteilers 3, einschließlich dem Druck in den Bohrungen 18, 19, 20 und 21. So entsteht immer eine überschüssige Kraft, welche die Verteilerfläche 10 auf die Gegenfläche 11 abdichtend drückt. Der hydraulische Druck auf die obere Stirnfläche 40 und die Freifläche 41 ist identisch. Die Schraube + Feder 15 (nicht unbedingt erforderlich), mit Abstützung am Rotor 2, kann alternativ den Planverteiler 3 zusätzlich über das Rohrelement 13 und den Stift 16 auf die Gegenfläche 11 drücken.
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Die Anzahl der Bohrungen 18 und 20 in der Verteilerfläche 10 entspricht je der Anzahl der Hübe von der wellenartigen Kurve 12 und die der Bohrungen 19 und 21 an der Gegenfläche 11 entsprechen der Anzahl der Kolben 4. All diese Bohrungen 18, 19, 20, 21 sind in Größe und Lage so abgestimmt, dass immer über die damit entstehenden Steuerkanten in jeden Kolben 4 entweder Druckmittel zu- oder abgeführt wird.
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Der Stift 17 und der Stift 16 bewirken über das Rohrelement 13 formschlüssig, mit definierter Position zur Kurve 12, den Planverteiler 3 synchron mit dem Rotor 2 zu drehen.
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Das integrierte Druckventil 26 lässt bei Überdruck von Anschluss-drehen 33 Druckmittel in den Anschluss-drehen 34 fließen, so dass beim Abbremsen das Bremsmoment, entsprechend dem am Druckventil 26 eingestellten Druck, begrenzt wird, um den Motor und die angrenzenden Bauelemente von Überlastung zu schützen. Bei der kolbenbauweise des Hydraulikmotors ist auch wichtig, dass beim Bremsvorgang, wenn der Motor zur Pumpe wird, mit Hilfe des Druckventils 26 vom Anschluss-drehen 33 in den Anschluss-drehen 34 Druckmittel nachfließt, sonst fällt die Bremsfunktion aus, wenn bei den abbremsenden Kolben 4 Druckmittel fehlt. U. U dreht sich die anhängende Last dann unkontrolliert gefährlich weiter. Entsprechend wirkt analog das Druckventil 27 bei der Begrenzung vom Druck in dem Anschluss-drehen 34.
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Die Rückschlagventile 28 und 29 haben die Aufgabe, dass der Druck infolge Leckage in all der miteinander verbundenen abgedichteten inneren Zwischenräume 30 von Stator 1, Kolbentrommel 1.1 und Planverteiler 3 nicht höher als der momentan geringere Druck in Anschluss-drehen 34 bzw. 33 ist. Der Druck in dem abgedichteten inneren Zwischenraum 32 zwischen Kolbentrommel 1.1 und Rotor 2 wird in das Freie über ein Rückschlagelement 31 – oder ähnliches – entlüftet.
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Von den Anschlüssen Durchführung 35 und 36 im Stator 1 wird das Druckmittel durch die in der Mitte des Planverteilers 3 durchgeführten beidseitig abgedichteten Rohrelemente 13 und 14 zum Rotor 2 geleitet. Über die Anschlüsse 24 und 25 wird dieses Druckmittel dem Arbeitsgerät zugeführt. Z. B zum Öffnen und Schließen eines Greifers. Hier eine 2 Kanal Drehdurchführung. Es kann auch eine Mehrkanal-Drehdurchführung sein mit mehreren Rohrleitungselementen. Der Rotor 2 ist mit Schrauben durch die Schraubenbohrungen 42 am Arbeitsgerät angeschraubt. Die Gewindebohrungen 44 dienen zum Befestigen an der Arbeitsmaschine.
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In der 2 besteht der Stator 5 aus einem Teil. In der zentrischen Stufenbohrung mit drei Dichtungen 8 des Stators 5 befindet sich der Planverteiler 37. Der Rotor 6, der Haltering 6.1 und die Kolbentrommel 43 werden mit den Schrauben 22 zusammengefügt und mit dem Vierpunktlager 23 am Stator 5 gelagert. Die Kolben 4 sind im Rotor 6 untergebracht und rollen hier an der Kurve 12 des Stators 5 ab.
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Das Druckmittel für die Drehbewegung wird über die Anschlüsse-drehen 33 und 34 am Stator 5 zum Planverteiler 37 zugeführt. Der Rotor 6 bekommt entsprechend des hydraulischen Drucks ein Drehmoment durch die unter Druck stehenden Kolben 4, welche sich in einem Bereich der Kurve 12 abrollen, in dem diese sich nach außen bewegen. Die Funktion der Druckventile 26 und 27, der Rückschlagventile 28 und 29, der Kolben 4 und der Kurve 12 entspricht dem der 1.
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Der Planverteiler 37 rotiert nicht wie der Planverteiler 3 von 1 mit dem Rotor 6, sondern wird mittels der Nase 38, die am Stator 5 angeformt ist, über eine Nut an der oberen Stirnfläche 40 des Verteilers 37, rotationsmäßig festgehalten. Bezüglich dem Planverteiler 37 mit den Stufenflächen 9, der oberen Stirnfläche 40, der Freifläche 41, der Verteilerfläche 10, der Gegenfläche 11 und der Bohrungen 18, 19, 20 und 21 sind die Funktionen gleich wie bei 1.
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Von den Anschlüssen Durchführung 35 und 36 im Stator 5 wird das Druckmittel durch die Mitte des Planverteilers 37 durchgeführten Rohrelementen 14 und 39 zum Rotor 6 geleitet. Über die Anschlüsse 24 und 25 wird dieses Druckmittel dem Arbeitsgerät zugeführt. Im Gegensatz zum Rohrelement 13 von 1 kann sich hier das Rohrelement 39 frei drehen.
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Der Rotor 6 ist mit Schrauben durch die Schraubenbohrungen 42 am Arbeitsgerät angeschraubt. Die Gewindebohrungen 44 dienen zum Befestigen an der Arbeitsmaschine.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 1.1
- Kolbentrommel
- 2
- Rotor
- 2.1
- Haltering
- 3
- Planverteiler
- 4
- Kolben
- 5
- Stator
- 6
- Rotor
- 6.1
- Haltering
- 7
- Schraube
- 8
- Dichtungen
- 9
- Stufenflächen
- 10
- Verteilerfläche (am Verteiler)
- 11
- Gegenfläche
- 12
- Kurve
- 13
- Rohrelement
- 14
- Rohrelement
- 15
- Schraube + Feder
- 16
- Stift
- 17
- Stift
- 18
- Bohrung
- 19
- Bohrung
- 20
- Bohrung
- 21
- Bohrung
- 22
- Schraube
- 23
- Vierpunktlager
- 24
- Anschluss
- 25
- Anschluss
- 26
- Druckventil
- 27
- Druckventil
- 28
- Rückschlagventil
- 29
- Rückschlagventil
- 30
- Zwischenräume
- 31
- Rückschlagelement
- 32
- Zwischenraum
- 33
- Anschluss-drehen
- 34
- Anschluss-drehen
- 35
- Anschluss-Durchführung
- 36
- Anschluss-Durchführung
- 37
- Planverteiler
- 38
- Nase
- 39
- Rohrelement
- 40
- obere Stirnflächen
- 41
- Freifläche
- 42
- Schraubenbohrungen
- 43
- Kolbentrommel
- 44
- Gewindebohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4335678 C2 [0002]
- EP 2159411 A1 [0004]
- DE 2838346 C2 [0006]
