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Axial- oder Radialkolbenmotor für flüssige oder gasförmige Druckmittel
Die Erfindung betrifft einen Axial- oder Radialkolbenmotor für flüssige oder gasförmige
Druckmittel, dessen Kolben sich zum Erzeugen der Drehbewegung der Abtriebswelle
auf Nocken einer Nockenscheibe abstützen.
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Die bekannten Bauarten dieser Motoren sind nicht für alle Zwecke geeignet.
Die durch den Druckmitteldruck erzeugten Kolbenkräfte ergeben infolge der kleinen
Kraftkomponenten geringe wirksame Drehmomente. Die Motoren fallen daher in bezug
auf das effektive Drehmoment groß und sehr schwer aus. Ihr Leistungsgewicht läßt
sich bei gegebenem Druckmitteldruck nur durch hohe Drehzahlen verringern. Bei vielen
Antrieben sind aber niedrige Drehzahlen und große Drehmomente erforderlich. Darüber
hinaus hat der Axialkolbenmotor mit Schräg- oder Taumelscheibe noch den Nachteil,
daß die erheblichen Kolbenkräfte durch ein hochbelastetes Längslager aufgenommen
werden müssen. Bei den Radialkolbenmotoren werden die Motorlager trotz des relativ
kleinen Drehmomentes ebenfalls durch die Kolbenkräfte sehr hoch belastet.
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Durch die Erfindung sollen die genannten Nachteile vermieden und ein
Motor optimaler Leistung geschaffen werden, bei welchem die Energie eines Flüssigkeits-
oder Druckluftstromes in eine Drehbewegung umgesetzt und von einer Abtriebswelle
des Motors zum mechanischen Antrieb von Maschinen, Fahrzeugen und Geräten verwendet
wird.
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Folgende drei Forderungen sollen dabei erfüllt werden: 1. Der Motor
soll in jeder Drehrichtung unter Last anlaufen.
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2. Das erzeugte Drehmoment soll über die gesamte Umdrehung konstant
bleiben.
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3. Alle Schubkräfte im Innern des Motors sollen ausgeglichen sein.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sich die Zahl
der Kolben zur Zahl der Nocken wie drei zu zwei verhält und jede Hubkurve eines
Nockens zwischen dem konvexen und dem konkaven Kurventeil eine Gerade aufweist,
die so lang ist wie der Abstand der Berührungspunkte zwischen der Laufrolle des
Kolbens und der Hubkurve, wenn der Kolben bzw. die Nockenscheibe das mittlere Drittel
des einem Kolbenhub entsprechenden Drehwinkels zurücklegt.
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Bei den bekannten Schubkolbenmotoren verhalten sich weder die Zahl
der Kolben zur Zahl der Nocken wie drei zu zwei, noch weist deren Nockenhubkurve
im mittleren Drittel eine Gerade auf. Sie haben infolgedessen nicht die günstigen
Laufeigenschaften wie der erfindungsgemäße Motor.
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Die Erfindung wird an zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Axialkolbenmotor mit umlaufender Abtriebswelle
und feststehendem Zylinderblock im Längsschnitt.
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Fig.2 eine Abwicklung der Kolben und Hubkurven der Nocken zur Kennzeichnung
der Wirkungsweise des Axialmotors nach Fig. 1, Fig. 3 einen Radialkolbenmotor im
Querschnitt, Fig.4 eine schematische Darstellung eines Hubkurvenstücks.
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Um die Abtriebswelle 1 (Fig. 1) sind achsparallel Zylinder im feststehenden
Zylinderblock 2 mit je zwei Arbeitskolben 3 angeordnet. Die Kolben 3 tragen an ihren
äußeren Enden Achsen 4 mit Laufrollen 5 und stützen sich damit gegen die auf beiden
Seiten der Welle 1 befestigten und gleichartig ausgebildeten Nockenscheiben 6 ab.
An den Nockenscheiben 6 sind axial gerichtete und einander gegenüberstehende Nocken
7 angeordnet. Durch diese wird der Kolbenhub so gelenkt, daß beide Kolben 3 eines
jeden Zylinders gleichzeitig ihren inneren bzw. äußeren Totpunkt erreichen und mindestens
in zwei diametral gegenüberliegenden Zylindern der Kolbenhub durch die Nocken 7
so gesteuert wird, daß sich alle Kolben 3 gleichzeitig auf den inneren oder äußeren
Totpunkten befinden (Fig. 2). Die Abtriebswelle 1 trägt im Mittelteil den Drehschieber
B. Das Druckmittel wird durch den Zuleitungskanal 9 zugeführt und tritt durch den
Ableitungskanal 10 aus. Durch Einführung des Druckmittels in den Ableitungskanal
10 läßt sich die Drehrichtung des Motors umkehren. Das Druckmittel gelangt durch
die Ringkanäle 11
und 22 sowie durch die Steuernuten 13 in die mit
den Zylindern in Verbindung stehenden Bohrungen 14 und drückt die beiden Kolben
3 auseinander. Durch den Kolbendruck auf die an den Hubkurven der Nocken 7 anliegenden
Laufrollen 5 wird ein Drehmoment in der Abtriebswelle 1 erzeugt. Die Zuführung und
die Ableitung des Druckmittels erfolgen in bekannter Weise durch die Welle 1 über
Anschlußstutzen.
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Der Motor kann prinzipgleich auch als Radialkolbenmotor ausgebildet
werden (Fig.3). In den Zylindern des feststehenden Zylinderblocks 2 befindet sich
nur je ein Kolben 3, welcher vom Druckmittel nach außen bewegt wird. Am Außenende
jedes Kolbens 3 ist eine Achse 4 mit einer Laufrolle 5 befestigt, welche über Nocken
7 einer umlaufenden Nockenscheibe 6 der Abtriebswelle 1 hinwegrollen kann. Das Druckmittel
wird durch den mit der Abtriebswelle umlaufenden Drehschieber 8 über die Steuernuten
13 derart verteilt, daß die Kolben 3 von jeweils zwei gegenüberliegenden Zylindern
gleichzeitig mit der Zuflußbohrung 14 des Zylinderblocks 2 in Verbindung stehen.
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Das Schema eines Teiles der in Fig. 2 dargestellten Abwicklung der
Hubkurven zeigt in Fig. 4 den Laufweg der Laufrollen 5 über die Laufflächen der
Nocken 7. Die Mittelpunkte der Laufrollen 5 bewegen sich dabei auf der Kurve
A. Dem Hub h einer Laufrolle 5 bzw. eines Arbeitskolbens 3 entspricht
ein abfallendes Nockenlaufbahnteil bi bzw. ein aufsteigendes Teil bz, gemessen auf
der Kurve A. Das mittlere Drittel der Laufbahnen bi bzw. b" also die jeweils
mittlere Strecke 1/s bi bzw. 1/s bz, ist eine mit dem Winkel u zur Motorlängsachse
geneigte Gerade a.
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Läuft die Laufrolle 5" also entsprechend dem mittleren Drittel des
Arbeitshubes von Punkt x nach Punkt y, dann erzeugt der konstante Druckmitteldruck
ein konstantes Drehmoment an der Abtriebswelle 1. Gleichzeitig läuft die Laufrolle
5v ent-
sprechend dem ersten Drittel des Ausschubhubes von x1 nach y1. Die
Laufrolle 5, bewegt sich währenddessen entsprechend dem letzten Drittel des. Ausschubhubes
von y2 nach z2. Bei z. beginnt der Arbeitshub des Kolbens mit der Laufrolle 5,.
Dabei erzeugt der Druckmitteldruck ein Drehmoment, welches im Punkt z., also am
Beginn der geraden Strecke a, sein Maximum erreicht. Ist das Teilstück z2-Zo der
Kurve ein Kreisbogen, dann wächst das Drehmoment von Null bis zum Maximum nach der
ctg-Funktion an. Gleichzeitig läuft die Laufrolle 5" von y nach z, wodurch das erzeugte
Drehmoment vom Maximum in y auf Null in z abfällt. Das Teilstück der Kurve A von
y bis z ist so auszubilden, daß das durch den Flüssigkeitsdruck über die Laufrollen
5" und 5,
gleichzeitig erzeugte Gesamtdrehmoment auf den Stücken y bis z und
z2 bis z. in jedem Augenblick dem Maximum auf dem Stück a entspricht.
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Bei den Axial- als auch bei den Radialkolbenmotoren sind alle Axial-
sowie Radialkräfte im Inneren des Motors ausgeglichen und belasten weder die Lager,
noch treten sie nach außen in Erscheinung. Die stufenlos. regelbare Drehzahl und
die Abgabe großer Drehmomente ermöglichen eine vielseitige Verwendung und eine wirtschaftliche
Ausnutzung des Motors zum Antrieb von Geräten mit niedriger Drehzahl. Beide Arten
von Motoren entwickeln über die ganze Umdrehung ein konstantes Drehmoment, so daß
ihr Leistungsgewicht und ihr Raumbedarf auch bei niedrigen Drehzahlen sehr klein
sind. Die Motoren können in jeder Drehrichtung unter Last anlaufen.
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Sowohl die Axial- wie auch die Radialkolbenmotoren bringen die gleiche
Leistung sowohl mit feststehender Achse und umlaufendem Zylinderblock als auch mit
umlaufender Abtriebswelle und feststehendem Zylinderblock auf.