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Die
Erfindung betrifft einen hydraulischen Motor mit einer Antriebswelle,
einem Verdrängerabschnitt,
der ein rotierendes und orbitierendes Verdrängungselement aufweist, einem
Ventilabschnitt, der einen in einer Gehäusebohrung drehbar gelagerten
Ventilschieber aufweist, und einer Kupplungseinrichtung, die die
rotierende Bewegung des Verdrängungselements
auf den Ventilschieber überträgt, wobei
die Kupplungseinrichtung mindestens ein Kupplungselement aufweist,
das mit dem Verdrängungselement über einen
ringförmigen
Eingriffspfad in Verbindung steht, der in jeder Stellung des Verdrängungselements
in Überdeckung
mit einer vorbestimmten, durch einen Punkt des rotierenden Ventilschiebers
beschriebenen Kreislinie steht.
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Ein
derartiger Motor ist aus
US 4
992 034 bekannt. Hier ist der Ventilabschnitt von der Antriebswelle
entkoppelt. Dementsprechend sind zwei Kardanwellen vorgesehen, wobei
eine Kardanwelle den Ventilschieber antriebt und die andere Kardanwelle die
Abtriebswelle. Die den Ventilschieber antreibende Kardanwelle ist
wesentlich kürzer
ausgebildet, so daß das
Risiko von Verwindungen unter einer stärkeren Last klein bleibt. Dennoch
sind hier zwei Verzahnungen vorgesehen, deren Spiel sich ad diert
und dazu führt,
daß der
Ventilschieber etwas hinter dem Zahnrad her hinkt. Des weiteren
wird offenbart, die den Ventilschieber antreibende Kardanwelle durch ein
scheibenförmiges
Kupplungselement zu ersetzen, daß mit dem Zahnrad über einen
ringförmigen Eingriffspfad
in Verbindung steht. Dadurch wird das Spiel zwischen Ventilschieber
und Zahnrad reduziert.
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Ein ähnlicher
hydraulischer Motor ist beispielsweise aus
US 5 788 471 bekannt. Der Verdrängerabschnitt
weist hierbei ein Zahnrad mit Außenzähnen auf, das in einem Zahnring,
der mit nach innen weisenden Zähnen
versehen ist, orbitiert und dabei gleichzeitig rotiert. Zwischen
den Zähnen
des Zahnrades und den Zähnen
des Zahnringes ergeben sich dabei Druckkammern, die unter der Steuerung des
Ventilschiebers in Übereinstimmung
mit der jeweiligen relativen Position des Zahnrades zum Zahnring
mit Hydraulikflüssigkeit
unter Druck versorgt werden oder Hydraulikflüssigkeit zum Tank hin abfließen lassen
können.
Die Verbindung zwischen dem Zahnrad und dem Ventilschieber erfolgt
dabei über
eine auch als "dog
bone" bezeichnete
Kardanwelle, die über
eine Verzahnung mit dem Zahnrad in Eingriff steht. Diese Verzahnung
läßt eine
Neigung der Kardanwelle gegenüber
der Rotationsachse des Zahnrades zu. Der Ventilschieber ist über eine
weitere Verzahnung mit der Kardanwelle verbunden. Eine Abtriebswelle
ist einstückig
mit dem Ventilschieber verbunden, so daß die Kardanwelle auch die
Abtriebswelle antreibt. Bei einer derartigen Ausgestaltung ergibt
sich ein erstes Problem dadurch, daß sich gewisse Undichtigkeiten
um den Ventilschieber herum ergeben. Ein zweites Problem ergibt
sich dadurch, daß die
Ansteuerung der einzelnen Druckkammern durch den Ven tilschieber
lastabhängig
ist. Durch die beiden Verzahnungen an den Enden der Kardanwelle
ergibt sich ein Spiel, das die Ansteuerung des Verdrängerabschnitts
durch den Ventilabschnitt erschwert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Betriebsverhalten des
Motors zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird bei einem hydraulischen Motor der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, daß die Antriebswelle
durch den Ventilschieber hindurchgeführt wird.
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Bei
dieser Ausgestaltung kann bei gleichbleibenden Bauraumbedarf die
Antriebswelle verlängert werden,
was zu einem geringeren Verkippungswinkel führt. Damit erreicht man eine
Verschleißminderung. Verschleiß führt bekanntlich
zu Spiel und damit zu einem schlechteren Betriebsverhalten.
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Den
Ventilschieber kann man konzentrisch zu der Achse eines Kreises
anordnen, der die orbitierende Bewegung des Verdrängungselements
bestimmt. Bei einem derartigen Verdrängungselement gibt es entlang
des Eingriffspfads in jeder Position des Verdrängungselements einen Punkt,
der auf einem Kreis liegt. Dieser Punkt bewegt sich bei einer Bewegung
des Verdrängungselements
entlang des Eingriffspfades. Gleichzeitig wird dieser Punkt durch das
Verdrängungselement
in einer kreisförmigen
Bewegung um die Rotationsachse des Ventilschiebers geführt. Wenn
man nun den Ventilschieber mit diesem Punkt in Eingriff bringt,
kann man auf relativ einfache Weise einen direkten Antrieb des Ventilschiebers
durch das Verdrän gungselement
realisieren, ohne daß man
eine geneigte oder zumindest neigbare Kardanwelle benötigt. Die
Rotationsgeschwindigkeiten von Verdrängungselement und Ventilschieber stimmen überein,
so daß man
auf einfache Weise eine synchrone Steuerung der Druckkammern, die im
Verdrängungselement
ausgebildet sind, mit dem Ventilschieber erreichen kann. Dadurch,
daß der Ventilschieber
direkt durch das Verdrängungselement
angetrieben wird, sind weniger Verbindungen zwischen relativ zueinander
bewegbaren Teilen erforderlich, so daß ein durch solche Verbindungen hervorgerufenes
Spiel ganz erheblich reduziert werden kann. Dadurch ist es möglich, die
einzelnen Druckkammern wesentlich genauer als bisher anzusteuern.
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Auch
ist von Vorteil, wenn das Kupplungselement spielfrei mit dem Ventilschieber
verbunden ist. Dies läßt sich
am einfachsten durch eine starre Verbindung realisieren. In diesem
Fall kann nur in der Verbindung zwischen dem Kupplungselement und dem
Verdrängungselement
ein Spiel entstehen, das jedoch relativ kleingehalten werden kann,
weil hier keine Verzahnung erforderlich ist.
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Bevorzugterweise
ist das Kupplungselement als Vorsprung ausgebildet, der in einer
dem Verdrängerabschnitt
zugewandten Stirnseite des Ventilschiebers angeordnet ist. Dieser
Vorsprung kann einerseits einstückig
mit dem Ventilschieber ausgebildet sein. Er kann jedoch andererseits
auch als getrenntes Teil ausgebildet sein, das mit dem Ventilschieber verbunden
wird. Beispielsweise kann man einen Zylinderstift in die Stirnseite
des Ventilschiebers einsetzen. Anstelle eines Zylinderstifts können natürlich auch
andere Geometrien verwendet werden, beispielsweise eine Halbkugel,
ein Konus oder ähnliches.
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Vorzugsweise
ist der Eingriffspfad kreisförmig
ausgebildet. Damit kann man dafür
sorgen, daß die
Bewegung von Ventilschieber und Verdrängungselement genau synchron
zueinander erfolgen.
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Vorzugsweise
ist der Eingriffspfad durch eine Vertiefung auf der dem Ventilabschnitt
zugewandten Stirnseite des Verdrängungselements
gebildet. Der Vorsprung am Ventilschieber ragt dann in diese Vertiefung
hinein. Wenn sich das Verdrängungselement bewegt,
also rotiert und orbitiert, dann liegt das Kupplungselement, also
beispielsweise der Vorsprung, immer an der Außenseite der Vertiefung an.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Eingriffspfad
durch eine Bohrung im Verdrängungselement
gebildet ist, deren Durchmesser einem Durchmesser eines Kreises
entspricht, auf dem das Verdrängungselement
orbitiert. Dadurch, daß man
für den
Eingriffspfad im Grunde nur eine Flanke benötigt, über die eine Druckkraft auf das
Kupplungselement ausgeübt
werden kann, kann man den Eingriffspfad auch als Bohrung ausbilden.
In diesem Fall wird das Kupplungselement nur durch die Innenwand
der Bohrung gesteuert. Dies reicht aus, um in beiden Drehrichtungen
eine zuverlässige Kupplung
zwischen dem Verdrängungselement
und dem Ventilschieber zu gewährleisten.
Dadurch, daß man
die Bohrung mit einem Durchmesser versieht, der in enger Beziehung
zu dem Orbit-Kreis des Verdrängungselements
steht, läßt sich
auf einfache Weise sicherstellen, daß die Verbindung zwischen dem Kupplungselement
und dem Eingriffspfad praktisch spielfrei ist. Das Kupplungselement
gleitet an einer Gleitfläche
des Angriffspfades entlang.
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Bevorzugterweise
liegt der Ventilschieber mit seiner Stirnseite am Verdrängungselement
an. Dies ist eine einfache Möglichkeit,
um die Drucktaschen abzudichten, die im Verdrängungsabschnitt gebildet sind.
Die dem Ventilschieber gegenüberliegende
Seite des Verdrängungsabschnitts
ist ohnehin durch eine Stirnplatte abgeschlossen.
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Vorzugsweise
deckt die Stirnseite des Ventilschiebers den Eingriffspfad in jeder
Position des Verdrängungselements
ab. In diesem Fall wird vermieden, daß zwischen benachbarten Drucktaschen über den
Eingriffspfad ein Kurzschluß entsteht.
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Auch
ist von Vorteil, daß das
Verdrängungselement
als Zahnrad ausgebildet ist und mehrere Eingriffspfade in Umfangsrichtung
gleichförmig
auf die Zähne
verteilt sind. In diesem Fall wird eine Belastung, die zum Antrieb
des Ventilschiebers erforderlich ist, in Umfangsrichtung gleichförmig auf
das Verdrängungselement
verteilt. Dies hält
den Verschleiß klein
und verhindert, daß sich
mit der Zeit eine ungleichförmige
Ansteuerung der Druckkammern im Verdrängungsabschnitt ergibt.
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Vorzugsweise
weist jeder Zahn einen Eingriffspfad auf. In diesem Fall wird die
Belastung eines einzelnen Kupplungselements minimiert und die Lebensdauer
der Maschine erhöht.
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Auch
ist von Vorteil, wenn in Umfangsrichtung mindestens drei Kupplungselemente
vorgesehen sind. Mit drei Kupplungselementen erreicht man einen
zufriedenstellenden Eingriff zwischen dem Verdrängungselement und dem Ventilschieber.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Eingriffspfad
in Radialrichtung radial innerhalb eines Bereichs angeordnet ist,
in dem sich Druckkammern des Verdrängungsabschnitts befinden.
Auch in diesem Fall wird verhindert, daß sich über den oder die Eingriffspfade
Kurzschlüsse
zwischen Druckkammern ergeben. Aus den Druckkammern kann keine Hydraulikflüssigkeit
in die Eingriffspfade hinein fließen.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 einen
schematischen Längsschnitt durch
eine hydraulische Maschine,
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2 einen
Schnitt II-II nach 1,
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3 eine
entsprechende Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform und
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4 verschiedene Positionen eines Verdrängungselements
zur Erläuterung
der Wirkungsweise des hydraulischen Motors.
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Ein
Hydraulikmotor 1 weist einen Verdrängerabschnitt 2 und
einen Ventilabschnitt 3 auf, die durch eine Ventilplatte 4 verbunden
sind. Der Verdrängerabschnitt 2 ist
auf der dem Ventilabschnitt 3 gegenüberliegenden Seite durch einen
Deckel 5 abgeschlossen. Auf der dem Verdrängerabschnitt 2 gegenüberliegenden
Seite ist der Ventilabschnitt 3 ebenfalls durch einen Deckel 6 abgedeckt.
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Im
Verdrängerabschnitt 2 ist
ein Zahnrad 7 mit Außenzähnen 8 innerhalb
eines Zahnringes 9 angeordnet, dessen Innenzähne 10 durch
Rollen gebildet sind. Das Zahnrad 7 begrenzt gemeinsam
mit dem Zahnring 9 Druckkammern 11, die sich dann, wenn
das Zahnrad 7 im Zahnring 9 rotiert und orbitiert,
vergrößern und
verkleinern. Den sich vergrößernden
Druckkammern 11 wird dabei Hydraulikflüssigkeit unter Druck zugeführt. Aus
den sich verkleinernden Druckkammern 11 kann Hydraulikflüssigkeit abfließen. Um
diese Flüssigkeitszufuhr
und -abfuhr steuern zu können,
weist der Ventilabschnitt 3 einen Ventilschieber 12 auf,
der in einer Bohrung 13 eines Gehäuses 14 drehbar gelagert
ist. Der Ventilschieber 12 steht dabei konzentrisch zum
Zahnring 9.
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Der
Ventilschieber 12 weist mehrere nur schematisch dargestellte
Nuten 15, 16. auf, die sich in Umfangsrichtung
oder axial erstrecken können, und
dafür vorgesehen
sind, Flüssigkeit über Gehäusekanäle 17 von
einem nicht näher
dargestellten Druckanschluß zu
Druckkammern 11 oder von Druckkammern 11 über einen
Gehäusekanal 18 zu einem
nicht näher
dargestellten Tankanschluß zu
leiten.
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Der
Ventilschieber 12 ist an seiner Stirnseite, die dem Verdrängerabschnitt 2 gegenübersteht,
mit mehreren stiftartigen Vorsprüngen 19 versehen.
Das Zahnrad 7 weist eine entsprechende Anzahl von kreisförmigen Ausnehmungen 20 auf.
Wenn sich nun das Zahnrad 7 im Zahnring 9 bewegt,
also rotiert und orbitiert, dann werden die Vorsprünge 19 in
den Ausnehmungen 20 mitgenommen und zwar so; daß lediglich
die rotierende Bewegung auf die Vorsprünge 19 übertragen
wird. Die orbitierende Bewegung wird dadurch aufgenommen, daß sich die
Vorsprünge 19 in
der Ausnehmung 20 bewegen können. Die Vorsprünge 19 gleiten
also an einer Gleitfläche 21 entlang,
die durch die Innenwand der Ausnehmungen 20 gebildet ist.
Die Gleitfläche 21 bildet
also einen Eingriffspfad, mit dem die Vorsprünge 19 in Eingriff
stehen. Die Ausnehmungen 20 überdecken dabei einen Kreisring,
in dem die Vorsprünge 19 angeordnet
sind. Theoretisch handelt es sich dabei um eine Kreislinie. Da die
Vorsprünge 19 aber
eine endliche Erstreckung haben, sind sie auf einem Kreisring angeordnet.
Die Ausnehmungen 20 sind nun so angeordnet und haben eine
solche Größe, daß jede Ausnehmung 20 in jeder
Position des Zahnrades 7 diesen Kreisring freiläßt.
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Wie
aus 1 zu erkennen ist, sind die Ausnehmungen 20 in
der Stirnseite des Zahnrades 7 ausgebildet, das dem Ventilabschnitt 3 gegenüberliegt.
Sie haben daher eine begrenzte Tiefe. Sie liegen soweit radial innen,
daß sie
nicht mit der Mündung
eines Gehäusekanals 17, 18 in Überdeckung kommen
oder auf andere Weise benachbarte Druckkammern 11 kurzschließen. Die
Ausnehmungen 20 dienen ausschließlich dazu, die Vorsprünge 19 zu führen.
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Dargestellt
ist, daß die
Vorsprünge 19 die Form
von Zylinderstiften haben. Dies ist aber nicht zwingend. Die Vorsprünge 19 können auch
die Form von Halbkugeln, Kugeln, Kegeln oder ähnlichen Elementen haben. Günstig ist,
wenn die Vorsprünge 19 eine
kreisrunde Querschnittsform haben.
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Eine
Abtriebswelle 22 steht über
eine Zahnpaarung 23 mit dem Zahnrad 7 in Verbindung.
Die Abtriebswelle 22 ist durch den Ventilschieber 12 hindurchgeführt, ohne
allerdings Kräfte
auf den Ventilschieber 12 zu übertragen.
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In
der Ausgestaltung nach 2 hat das Zahnrad sechs Zähne 8.
Jedem zweiten Zahn 8 ist eine Ausnehmung 20 zugeordnet,
so daß sich
insgesamt drei Ausnehmungen 20 und entsprechend drei Vorsprünge 19 ergeben.
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3 zeigt
eine abgewandelte Ausgestaltung, bei der lediglich eine Ansicht
entsprechend einer Linie II-II nach 1 zu erkennen
ist, wobei diese Ansicht dieses Mal von dem Zahnrad 7 zum
Ventilschieber 12 gerichtet ist. Gleiche Teile sind mit
den gleichen Bezugszeichen wie in den 1 und 2 versehen.
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Die
Ausnehmungen 20 sind dieses Mal radial weiter außen angeordnet,
also in den Zähnen.
Der Ventilschieber 12 deckt nun einen Teil der Ausnehmungen
ab. Radial innerhalb des Ventilschiebers 12 ist ein Deckel 24 angeordnet,
der ebenfalls die Stirnseite des Zahnrades 7 abdeckt und
damit abdichtet.
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Die
Ausnehmungen 20 sind als Durchgangsbohrungen ausgebildet.
Die Ausnehmungen 20 haben einen Durchmesser, der einem
Kreis 25 entspricht, der die orbitierende Bewegung des
Zahnrades 7 im Zahnrad 9 beschreibt. Die Ausnehmungen 20 sind
allerdings etwas größer als
dieser Kreis 25, um die endliche Größe der Vorsprünge 19 aufnehmen
zu können.
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Es
ist zu erkennen, daß alle
Vorsprünge 19 immer
an der Gleitfläche 21 ihrer
Ausnehmung 20 anliegen. Dies soll anhand von 4 erläutert
werden.
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In 4a ist
eine Situation dargestellt, wo ein Zahn 8 aus einer Position
heraus bewegt wird, in der die entsprechende Druckkammer 11 ihr
kleinstes Volumen eingenommen hat. In die Druckkammer 11 wird
also hier Hydraulikflüssigkeit
unter Druck eingespeist. Bei der weiteren Bewegung in Richtung eines Pfeiles 26 bewegt
sich der Vorsprung 19 in der Ausnehmung 20 etwas
nach unten, liegt aber nach wie vor an der Gleitfläche 21 an.
Dieses Anlage bleibt erhalten, auch wenn sich, wie in 4c dargestellt,
der Zahn 8 weiter in Richtung des Pfeils 26 dreht.
Wenn, wie in 4d dargestellt, die Spitze des
Außenzahnes 8 der
Spitze des Innenzahnes 10 gegenüberliegt, dann ist der Vorsprung 19 etwa
bis zur größten radialen
Erstreckung der Ausnehmung 20 gewandert. Dabei ist zu berücksichtigen,
daß nicht
nur der dargestellte Vorsprung 19 durch das Zahnrad 7 angetrieben
ist, sondern auch die anderen drei Vorsprünge 19. Man kann also
davon ausgehen, daß immer
mindestens ein Vorsprung 13 in Umfangsrichtung geschoben
wird.
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Mit
der dargestellten Ausgestaltung ist es möglich, den Ventilschieber 12 direkt
durch das Zahnrad 7 anzutreiben, wobei lediglich die rotierende Bewegung
des Zahnrades 7 auf dem Ventilschieber 12 übertragen
wird, nicht jedoch die orbitierende Bewegung.
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Da
lediglich eine bewegliche Verbindung vorhanden ist, nämlich die
Verbindung zwischen den Vorsprüngen 19 und
den Gleitflächen 21,
ist auch nur ein entsprechend kleines Spiel vorhanden, Die Position
des Ventilschiebers 12 kann also wesentlich besser der
Position des Zahnrades 7 folgen.
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Der
Eingriffspfad ist hier als Gleitfläche 21 dargestellt.
Dies ist auch die einfachste Ausgestaltung, weil die Vorsprünge bei
der Bewegung des Zahnrades 7 immer in Anlage an der Gleitfläche 21 gehalten
werden. Es ist aber natürlich
auch möglich, einen
Eingriffspfad durch eine kreisförmige
Nut zu bilden.