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Die
Erfindung betrifft einen hydraulischen Motor mit einem Verdrängerabschnitt,
der mindestens ein rotierendes Verdrängerelement aufweist, einem
Steuerabschnitt, der einen Drehschieber aufweist, der in einer Bohrung
eines Gehäuses
drehbar gelagert ist und mit dem Verdrängerelement über eine
Steuerwelle drehfest verbunden ist, und einer im Gehäuse drehbar
gelagerten Abtriebswelle, die mit dem Verdrängerelement in drehübertragender
Verbindung steht.
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Ein
derartiger Motor ist beispielsweise aus
US 4 613 292 bekannt.
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Bei
einem derartigen Motor kann es gewünscht sein, sicherzustellen,
daß er
blockiert werden kann, also in einer eingenommenen Drehwinkellage
sicher verharrt. Eine derartige Aufgabe stellt sich beispielsweise
bei Po sitionierantrieben, die nach einer Positionierung eines Elements
sicherstellen müssen,
daß das
Element in dieser Position verharrt. Eine andere Aufgabe ist beispielsweise
eine Seilwinde, die nach dem Anheben oder Absenken einer Last aus
Sicherheitsgründen
blockiert werden muß.
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Im
bekannten Fall wird die Blockierung dadurch ermöglicht, daß der Drehschieber des Motors axial
verlagerbar ist. In einer Position kommt er in Eingriff mit einer
Verzahnung und wird dadurch am weiteren Drehen gehindert. Mit dem
Drehschieber steht die Abtriebswelle über eine Verzahnung in Verbindung,
so daß bei
einer Blockierung des Drehschiebers auch die Abtriebswelle blockiert
ist.
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Diese
Ausgestaltung hat allerdings den Nachteil, daß man für die Blockierung der Abtriebswelle
zwei kraftübertragende
Verbindungen benötigt, nämlich einmal
von der Abtriebswelle auf den Drehschieber und zum anderen vom Drehschieber
auf das Gehäuse.
Dadurch ergibt sich ein gewisses Spiel und damit auch eine größere Wahrscheinlichkeit
eines Fehlers. Die eingenommene Position kann nur mit gewissen Toleranzen
gehalten werden. Auch die Fertigung ist aufwendig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit bei der Blockierung
des Motors zu erhöhen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Motor der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß die
Abtriebswelle im Gehäuse
axial zwischen einer Sperrposition, in der eine Eingriffsgeometrie
der Abtriebswelle mit einer Gegengeome trie des Gehäuses in Eingriff
steht, und einer Freigabeposition, in der die Eingriffsgeometrie
außer
Eingriff mit der Gegengeometrie steht, verlagerbar ist.
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Bei
dieser Ausgestaltung gibt es beim Sperren oder Blockieren des Motors
nur noch eine einzige kraftübertragende
Verbindung, nämlich
die Verbindung zwischen der Abtriebswelle und dem Gehäuse. Dementsprechend
ist das Spiel, das sich in der blockierten Stellung des Motors noch
ergeben kann, weitaus geringer. Die Fertigung wird vereinfacht,
weil man nur eine Paarung von Geometrien erzeugen muß, die miteinander
in Eingriff gebracht werden, wenn der Motor blockiert wird.
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Vorzugsweise
ist die Eingriffsgeometrie an einer Fläche der Abtriebswelle angeordnet,
die parallel zu ihrer Stirnseite verläuft. Die Eingriffsgeometrie wird
also durch eine axiale Bewegung der Abtriebswelle in Eingriff mit
der Gegengeometrie gebracht. Bereits eine kleine Bewegung in die
entgegengesetzte Richtung reicht aber aus, um die Eingriffsgeometrie
von der Gegengeometrie zu lösen.
Damit wird auf einfache Weise eine zuverlässige Sperrung des Motors bei
gleichzeitiger ebenso zuverlässiger
Lösung des
Motors ermöglicht.
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Vorzugsweise
sind die Abtriebswelle und der Drehschieber einstückig ausgebildet.
Wenn die Abtriebswelle blockiert ist, dann ist gleichzeitig der Drehschieber
blockiert, so daß der
Verdrängerabschnitt
nicht mehr arbeiten kann. Man verhindert dadurch, daß die Paarung
aus Eingriffsgeometrie und Gegengeometrie in der Sperrposition durch
hydraulische Kräfte überlastet
werden kann.
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Hierbei
ist von Vorteil, wenn die Eingriffsgeometrie am Drehschieber angeordnet
ist. Insbesondere bietet sich hier die Stirnseite des Drehschiebers, die
der Abtriebswelle abgewandt ist, an. Wenn man den Drehschieber für die Eingriffsgeometrie
verwenden kann, sind die Möglichkeiten
der Gestaltung größer.
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Vorzugsweise
weist das Gehäuse
zwischen dem Verdrängerabschnitt
und dem Steuerabschnitt eine Ventilplatte auf und die Gegengeometrie
ist an der Ventilplatte ausgebildet. Dies erleichtert die Fertigung.
Die Ventilplatte muß ohnehin
mit einer relativ hohen Genauigkeit gefertigt werden. Diese Fertigung kann
außerhalb
des Gehäuses
erfolgen. Wenn man nun bei dieser Fertigung auch noch die Gegengeometrie
anbringt, dann ergibt sich eine Blockierungsmöglichkeit des Motors mit einer
hohen Genauigkeit.
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Vorzugsweise
ist die Abtriebswelle in eine ihrer beiden Positionen vorgespannt.
Beispielsweise kann die Abtriebswelle in ihrer Sperrposition vorgespannt
sein, so daß man
zum Drehen der Abtriebswelle die Blockierung des Motors bewußt aufheben muß. Dies
erhöht
die Zuverlässigkeit
im Betrieb.
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Vorzugsweise
weist die Abtriebswelle eine Schulter auf, an der sich eine Federanordnung
abstützt,
die in Axialrichtung der Abtriebswelle am Gehäuse anliegt. Man kann diese
Federanordnung dann verwenden, um die Abtriebswelle in eine ihrer beiden
Positionen, beispielsweise die Sperrposition, vorzuspannen. Zum
Drehen der Abtriebswelle ist es erforderlich, die Federspannung
zu überwinden,
um die Blockierung zu lösen.
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Vorzugsweise
weist die Abtriebswelle mindestens eine Druckangriffsfläche auf,
die mit einem axial wirkenden Druck beaufschlagbar ist. Man kann dann
die Blockierung der Abtriebswelle hydraulisch lösen. Der Druck, der auf die
Druckangriffsfläche wirkt,
bewegt die Abtriebswelle aus der Sperrposition heraus oder in die
Sperrposition hinein, je nach Ausgestaltung. Da in einem hydraulischen
Motor Hydraulikflüssigkeit
ohnehin mit einem gewissen Druck zur Verfügung steht, kann man hier ohne
größeren Zusatzaufwand,
vor allem mit einem relativ geringen mechanischen Aufwand, eine
Verlagerung der Abtriebswelle bewirken.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
Druckangriffsfläche
mit einem vom Drehschieber umgebenen Raum in Verbindung steht. Bei
einer entsprechenden Auslegung erhöht dies die innere Dichtigkeit
des Motors. Wenn der Druck auf die Druckangriffsfläche wirkt,
wird gleichzeitig der Drehschieber radial etwas nach außen belastet,
so daß er
sich besser an die Innenwand der Bohrung anlegt. Natürlich muß man die dann
wirkenden Kräfte
austarieren, um ein Klemmen des Drehschiebers in der Bohrung zu
verhindern.
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Vorzugsweise
ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die bei einer Zufuhr von
Hydraulikflüssigkeit
zum Verdrängerabschnitt
gleichzeitig eine Druckbeaufschlagung der Druckangriffsfläche erzeugt. Wenn
man also den Motor in Betrieb nehmen möchte, dann wird die Steuereinrichtung
betätigt.
In herkömmlicher
Weise versorgt die Steuereinrichtung den Verdrängerabschnitt. Gleichzeitig
wird aber auch die Blockierung des Motors aufgehoben, so daß sich die
Abtriebswelle drehen kann. Natürlich
ist es auch möglich,
den Druck auf die Druckangriffsfläche auf andere Weise freizugeben.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist in einer Versorgungsleitung
zur Druckangriffsfläche
ein Druckmodulator angeordnet. Dieser Druckmodulator bewirkt insbesondere
dann, wenn die Abtriebswelle mit der oben erwähnten Federanordnung belastet
ist, eine axiale Pulsationsbewegung der Abtriebswelle, so daß man den
Motor beispielsweise als Bohrhammer verwenden kann. Der Druckmodulator
ist auch ohne die Blockierungsmöglichkeit
der Abtriebswelle verwendbar, d.h. auch dann, wenn die Abtriebswelle keine
Eingriffsgeometrie und das Gehäuse
keine Gegengeometrie aufweist.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 einen
schematischen Längsschnitt durch
einen hydraulischen Motor und
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2 eine
Draufsicht auf eine Ventilplatte.
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Ein
hydraulischer Motor 1 weist einen Verdrängerabschnitt 2 auf,
der ein außenverzahntes Zahnrad 3 und
einen innenverzahnten Zahnring 4 aufweist. Das Zahnrad 3 rotiert
und orbitiert im Zahnring 4, wenn Hydraulikflüssigkeit
unter Druck positionsrichtig zu Drucktaschen 5 zugeführt wird,
wie dies an sich bekannt ist.
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Der
Verdrängerabschnitt 2 ist
zwischen einer Stirnplatte 6 auf einer Seite und einer
Ventilplatte 7 auf der anderen Seite angeordnet. Die Ventilplatte 7 befindet
sich zwischen dem Verdrängerabschnitt 2 und
einem Gehäuse 8.
Das Gehäuse 8 weist
in einem Steuerabschnitt 41 eine Vielzahl von axial verlaufenden
Kanälen 9 auf,
von denen jeder mit einer Öffnung 10 in
der Ventilplatte 7 in Überdeckung
steht.
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Das
Gehäuse 8 weist
im Steuerabschnitt 41 eine Bohrung 11 auf, in
der ein Drehschieber 12 angeordnet ist. Der Drehschieber 12 weist,
wie dies nur schematisch dargestellt ist, an seinem Umfang eine Reihe
von Nuten 13, 14 auf, die nur schematisch dargestellte
Versorgungsanschlüsse 15, 16 mit
den Kanälen 9 und
damit mit dem Verdrängerabschnitt 2 verbinden.
Damit der Drehschieber 12 die positionsrichtige Steuerung
der Flüssigkeitszu- und -abfuhr vornehmen
kann, ist er über
eine Steuerwelle 17, die als Kardanwelle ausgebildet ist
und auch als "dog-bone" bezeichnet wird,
mit dem Zahnrad 3 des Verdrängerabschnitts 2 verbunden.
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Im
Gehäuse 8 ist
weiterhin eine Abtriebswelle 18 drehbar gelagert. Die Abtriebswelle 18 ist
mit dem Drehschieber 12 einstückig verbunden. Wenn sich das
Zahnrad 3 dreht, dann dreht nicht nur der Drehschieber 12 mit,
sondern auch die Abtriebswelle 18.
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Die
Bohrung 11 des Gehäuses 8 ist
durch einen Deckel 19 verschlossen, der mit Hilfe von Schrauben 20 am
Gehäuse 8 befestigt
ist. Der Deckel weist eine Öffnung 21 auf,
durch die ein Abschnitt 22 der Abtriebswelle 18 mit
verminderten Durchmesser geführt
ist.
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Am
Deckel 21 stützt
sich eine Federanordnung 23 ab, die beispielsweise durch
zwei Tellerfedern gebildet ist. Die Federanordnung 23 wirkt über eine
Ringscheibe 24 und ein Nadellager 25 auf eine Schulter 26 der
Abtriebswelle 18 und preßt damit die Abtriebswelle 18 in
Richtung auf den Verdrängerabschnitt 2.
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Der
Drehschieber 12 weist an seinem der Ventilplatte 7 benachbarten
Ende eine Eingriffsgeometrie 27 auf, die durch eine Verzahnung
gebildet ist, deren Zähne
in radialer Richtung verlaufen, wobei der Scheitel der Zähne in Axialrichtung
gerichtet ist. Eine derartige Verzahnung wird auch als "Hirt-Verzahnung" oder "Radialverzahnung" bezeichnet. Die Zähne sind
an der Stirnseite des Drehschiebers 12 angeordnet. Die
Ventilplatte 7 weist eine entsprechende Gegengeometrie 28 auf,
also eine Vielzahl von in Umfangsrichtung gleichförmig verteilter
zahnartiger Einkerbungen, in die die Zähne der Eingriffsgeometrie 27 eintauchen,
wenn die Abtriebswelle 18 unter der Wirkung der Federanordnung 23 in
die in 1 dargestellte Sperrposition gedrückt worden
ist. In diesem Fall ist der Drehschieber 12 blockiert.
Da die Abtriebswelle 18 einstückig mit dem Drehschieber 12 verbunden
ist, ist auch eine Drehung der Abtriebswelle 18 nicht mehr
möglich.
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Die
Bohrung 11 im Gehäuse
weist eine Umfangsnut 29 auf, mit der eine Radialbohrung 30 in
der Abtriebswelle 18 laufend in Überdeckung steht. Die Radialbohrung 30 mündet in
eine Axialbohrung 31 der Abtriebswelle 18, die
mit einer Druckangriffsfläche 32 in
Verbindung steht. Die Druckangriffsfläche 32 ist eine Stirnfläche eines
Hohlraums im Inneren des Drehschiebers 12. Wenn nun, wie
weiter unten erläutert
werden wird, die Umfangsnut 29 mit Hydraulikflüssigkeit
unter Druck versorgt wird, dann gelangt der Druck der Hydraulikflüssigkeit
auch auf die Druckangriffsfläche
und wirkt dort in Axialrichtung und zwar so, daß die Abtriebswelle 18 gegen
die Kraft der Federanordnung 23 ein Stück aus dem Gehäuse 8 herausbewegt
wird. Hydraulikflüssigkeit,
die sich möglicherweise
in der Kammer angesammelt hat, in der die Federanordnung 23 angeordnet
ist, kann durch einen nicht näher
dargestellten Abfluß verdrängt werden.
Dabei kommt die Eingriffsgeometrie 27 außer Eingriff
mit der Gegengeometrie 28. Die Abtriebswelle 18 kann
sich dann frei drehen. Diese Position wird dann als "Freigabeposition" bezeichnet. Aufgrund
des Gleitrings 25 ist ein reibungsarmes Drehen der Abtriebswelle 18 auch
gegen die Kraft der Federanordnung 23 möglich. Gleichzeitig wird auch
der Drehschieber 12 radial nach außen gegen die Wand der Bohrung 11 gedrückt und
dichtet dort ab.
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Neben
der dargestellten Möglichkeit,
die Druckangriffsfläche 32 unter
Druck zu setzen, sind auch noch andere Möglichkeiten denkbar. So kann Hydraulikflüssigkeit über eine
in der Regel ohnehin vorhandene Öffnung 42 an
der Stirnseite des Motors, die dem Verdrängerabschnitt 2 benachbart
ist, zugeführt
werden. Auch eine Zufuhr durch den Ventilschieber 12 direkt
ist denkbar (nicht dargestellt). Aus Gründen der Übersicht sind in 1 auch
keine gesonderten Mittel dargestellt, mit denen der auf die Druckangriffsfläche 32 wirkende
Druck ausdrücklich abgesenkt
werden kann. Bei diesen Mitteln kann es sich um ein zusätzliches
Ventil oder um eine zum Tank 35 gerichtete Drossel handeln.
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Schematisch
dargestellt ist eine Steuereinrichtung 33, die zum Betätigen des
Motors 1 verwendet wird. Die Steuereinrichtung 33 ist
mit einer Pumpe 34 (oder einer anderen Druckquelle) und
einem Tank 35 verbunden. Sie weist ein Steuerventil 36 auf, das über einen
Steuerhebel 37 (oder auf andere Weise) betätigt werden
kann. In Abhängigkeit
von der Betätigung
des Steuerventils 36 wird einer der beiden Versorgungsanschlüsse 15, 16 mit
der Pumpe 34 verbunden und der andere mit dem Tank 35.
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Über ein
Wechselventil 38 gelangt der jeweils höhere Druck aus den beiden Versorgungsanschlüssen 15, 16 in
eine Versorgungsleitung 39, die mit der Umfangsnut 29 verbunden
ist. Sobald also das Steuerventil 36 betätigt wird,
um den Motor 1 in Betrieb zu nehmen und die Abtriebswelle 18 zu
drehen, wird die Blockierung der Abtriebswelle 18 gegenüber der
Ventilplatte 7 aufgehoben.
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In
der Versorgungsleitung 39 kann auch ein Druckmodulator 40 angeordnet
sein, der die Höhe des
auf die Druckangriffsfläche 32 wirkenden
Drucks periodisch verändert.
Wenn der Druck bei einer derartigen Veränderung kurzzeitig so weit
abgesenkt wird, daß die
Kraft der Federanordnung 23 größer ist als die Kraft des auf
die Druckangriffsfläche 32 wirkenden
Drucks, dann ergibt sich eine entsprechend pulsierende Axialbewegung
der Abtriebswelle 18. Ein derartiger Druckmodulator 40 kann
bei einer axial bewegbaren Abtriebswelle auch dann vorgesehen sein, wenn
die Abtriebswelle 18 nicht durch die Eingriffsgeometrie 27 und
die Gegengeometrie 28 blokkiert werden kann. Man kann eine
derartige Abtriebswelle 18 dann beispielsweise für einen
hydraulisch betätigten Bohrhammer
verwenden.
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Dargestellt
worden ist, daß die
Blockierung der Abtriebswelle 18 automatisch aufgehoben
wird, wenn das Steuerventil 36 betätigt wird. Es ist aber ebenfalls
möglich,
daß man
für die
Druckbeaufschlagung der Druckangriffsfläche 32 ein getrenntes
Ventil (nicht dargestellt) vorsieht, so daß man, falls gewünscht, die
Blockierung der Abtriebswelle 18 auch dann aufheben kann,
wenn der Motor 1 ansonsten nicht hydraulisch betätigt werden
soll.