DE2041286A1

DE2041286A1 - Antriebseinheit fuer hydrostatische Motoren

Info

Publication number: DE2041286A1
Application number: DE19702041286
Authority: DE
Inventors: Heinrich Brandt
Original assignee: Bergische Achsen Kotz Soehne
Current assignee: Bergische Achsen Kotz Soehne
Priority date: 1970-08-20
Filing date: 1970-08-20
Publication date: 1972-03-09
Also published as: BE771498A; GB1337665A; FR2104534A5; SE7110540L

Description

D-4000 DÜSSELDORF 1 PATENTANWÄLTE 2 0-4 1 2 8 6

Malkastenstraße 2 DIPL.-ING. ALEX STENGER

DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE

UnserZexchen: 11 ^65 Datum: t 9. AUS.

Bergische Achsenfabrik,Pr.Kotζ & Söhne, 5284 Wiehl, Am Ohlerhammer Antriebseinheit für hydrostatische Motoren

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für hydrostatische Motoren und einen aus solchen Antriebseinheiten zusammengebauten hydrostatischen Motor.

Hydrostatische Motoren mit parallel oder radial und sternförmig zu einer Antriebswelle angeordneten Zylindern sind allgemein bekannt/

Bei den hydrostatischen Motoren mit parallel zur Antriebsachse angeordneten Zylindern wird die hin- und hergehende Bewegung der Kolben Über eine Schrägscheibe in eine drehende Bewegung umgewandelt und auf die Antriebsachse übertragen. Dieses bekannte Konstruktionsprinzip hat den Nachteil, daß zwischen den Kolben und der Schrägscheibe erhebliche Reibungsverluste auftreten.Außerdem ergeben sich sehr hohe Querkräfte auf die Führungselemente. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der maximale Kolbenhub bedingt durch die Schrägstellung der Schrägscheibe nur sehr klein sein kann. Wenn nach diesem bekannten Konstruktionsprinzip gebaute hydrostatische Motoren für große Anfahrdrehmomente auegelegt werden, sind die räumlichen Abmessungen zwangsläufig sehr groß.

Bei den bekannten hydrostatischen Motoren mit radial und sternför-■ig zur Antriebsachse angeordneten Zylindern wird die hin- und hergehende Bewegung der Kolben mittels einer Bxzenterschelbe in eine drehende Bewegung umgewandelt und auf die Antriebswelle Übertragen.

20981170173

Auch hier besteht ein Nachteil darin, dag der maximale Kolbenhub durch die Höhe desi^xcenters stark begrenzt ist und große Querkräfte von den PUhrungselementen aufgenommen werden müssen. Ausserdem sind besondere konstruktive Maßnahmen erforderlich, damit zwischen Kolben und Exzenter keine zu großen Reibungskräfte auftreten und der Verschleiß in normalen Grenzen gehalten werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit für hydrostatische Motoren zu schaffen, die relativ einfach aufgebaut ist, einen guten Wirkungsgrad und ein geringes Leistungsgewicht besitzt, so daß ihre Abmessungen auch bei größeren Drehmomenten im Verhältnis zu den bekannten Konstruktionen relativ klein sind. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Antriebseinheit konstruktiv so auszubilden, daß sie als ein Baustein für einen im Baukastenprinzip zusammengebauten hydrostatischen Motor mit mehreren Antriebseinheiten benutzt werden kann. Im übrigen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen.

Ausgehend von den bekannten hydrostatischen Motoren wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch ein in einem Gehäuse drehbar gelagertes Antriebsrad, eine exzentrisch in dem Antriebsrad gelagerte Kurbelwelle mit einem drehfesten, auf einem im Gehäuse befestigten Innendrehkranz sich abwälzenden Ritzel und mit seitlich aus dem Antriebsrad herausragenden Zapfen und durch an den Zapfen angreifende Kolbenstangen, die je zwei Kolben im rechten Winkel zur Kurbelwelle angeordneter und einander gegenüberliegender Antriebszylinder miteinander verbinden. Dabei ist die Anordnung vorzugsweise so gtroffen, daß die beiderseits des Gehäuses angeordneten Kolbenstangen im rechten Winkel zueinander verlaufen, während die Antriebszylinder auf dem Gehäuse befestigt sind.

209811/0173

Die erfindungsgemäß ausgebildete Antriebseinheit hat den herausragenden Vorteil, daß ihr Konstruktionsprinzip auch bei Auslegung für größere Drehmomente eine relativ kompakte Bauweise mit kleinen Außenabmessungen ermöglicht. Deshalb ist die erfindungsgemäße Antriebseinheit besonders geeignet für die Verwendung an Radnabenantriebs vorrichtungen für Baumaschinen oder Sonderfahrzeuge. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Antriebseinheit besteht darin, daß die Gesamtzahl der Konstruktionselemente im Vergleich zu den bekannten hydrostatischen Motoren herabgesetzt und damit gleichzeitig die Störanfälligkeit vermindert worden ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die erforderlichen Steuerelemente für die Zu - und Abfuhr der Druckflüssigkeit zu bzw. von den Antriebszylindern als mechanisch betätigte Steuerschieber und Steuerbuchsen ausgebildet sein, die unter zwei benachbarten Antriebszylindern im Gehäuse untergebracht sind. Dabei ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, daß die Steuerschieber unter Federdruck einer auf dem Antriebsrad angeordneten Steuerkurve aufliegen und von dieser reinnechanisch betätigt werden. Der Vorteil dieser Steuereinrichtungen besteht in ihrem einfachen ko's\i£ruktiven Aufbau und in ihrer mechanischen Wirkungsweise, die sehr wenig störanfällig ist.

Die räumliche Anordnung der Steuerelemente'(Steuerschieber, Steuer- " büchsen und Kanäle) wird zweckmäßig so gewählt, daß sie in einer Hälfte des Gehäuses liegen, so daß die andere Hälfte des Gehäuses zum Anschluß an ein Getriebe ausgebildet werden und eine öffnung für den Eingriff eines Antriebsrades besitzen kann. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß mehrere Antriebseinheiten sternförmig um eine Antriebswelle herum angeordnet und nach dem Baukastenprinzip zu einem einheitlichen hydrostatischen Motor zusammengebaut werden können.

-4-

209811/0173

-4-

Wee Einzelheiten uacUitotM^eil-e des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit und ein Anwendungsbeispiel in Ansichten und Schnitten schematisch dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Antriebseinheit in Draufsicht;

Fig. 2 dieselbe Antriebseinheit entlang der Linie II-II in Fig. 1 geschnitten;

Fig. 3 dieselbe Antriebseinheit entlang der Linie III-III in Fig. 2 geschnitten;

Fig. 4 ein Anwendungsbeispiel mit zwei zu einem hydrostatischen Motor zusammengebauten Antriebseinheiten in Verbindung mit einem Radnabengetriebe für Baumaschinen oder andere Sonderfahrzeuge.

Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Antriebseinheit besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 1 mit einer zentralen Kammer 2, einem in der Kammer 2 drehbar gelagerten Abtriebsrad 3, einer in dem Abtriebsrad exzentrisch und drehbar gelagerten Kurbelwelle 4 und auf den Seitenwänden des Gehäuses 1 befestigten Antriebszylindern 5a, 5b; 6a, 6b, deren Kolben 7&, fb; 8a, 8b paarweise auf den Enden an Zapfen 9, 10 der Kurbelwelle 4 angreifender Kolbenstangen 11, 12 angeordnet sind. Das Abtriebsrad j5 ist mit Wälzlagern I^ in der Kammer 2 des Gehäuses 1 und die Kurbelwelle 4 mit Wälzlagern l4 in einer exzentrischen Bohrung 15 des Abtriebsrades 3 gelagert. Die Kolbenstangen 11, 12 sind mit Augen 16, 17 und Wälzlagern 18 auf den Zapfen 9 der Kurbelwelle 4 gelagert.

Bei der in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Betriebsstellung befindet sich der Kolben Ja in seiner unteren und der Kolben 7b in

209811/0173

■ \ -5-

seiner oberen Totpunktlage, während die Kolben 8a, 8b eine Mittelstellung einnehmen. Wenn sich die Kurbelwelle 4 im Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeiles Pl dreht und sich dabei mit einem Ritzel 1.9 auf einem im Gehäuse befestigten, also feststehenden Innenzahnkranz 20 abwälzt, dann dreht sich das Abtriebsrad 3 entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeiles P 2 , so daß an einem Zahnrad 21 ein Drehmoment zum Antreiben eines Antriebszahnrades für eine Welle 23 eines Getriebes 24 abgenommen werden kann, wie es beispielsweise in der Figur 4 dargestellt ist. Infolge des konstruktiven Aufbaues bewegen sich die Zapfen 9, 10 der Kurbelwelle 4 auf den geraden Strecken x, y hin und her, so daß keine Querkräfte in den Führungen für die paarweise mit den Kolbenstangen 11, 12 zusammengefaßten Kolben 7a, 7b; 8a, 8b auftreten können. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß ein Kolben den ihm zugeordneten Zapfen der Kurbelwelle mit vollem Arbeitshub beaufschlagt, wenn sich die am anderen Zapfen der Kurbelwelle angreifenden Kolben in der oberen oder unteren Totpunktlage befinden. Bei der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Betriebsstellung treibt beispielsweise der Kolben 8a den Zapfen 10 der Kurbelwelle 4 an, während sich die Kolben 7a, 7b in der oberen und unteren Totpunktstellung befinden.

Zum Steuern des Zu- und Abflusses der Druckflüssigkeit zu bzw. aus den Antriebszylindern 5a, 5b; 6a, 6b sind in das Gehäuse 1 Steuerbuchsen 31, 32 eingesetzt, die über verschiedene Kanäle Und Bohrungen mit den Antriebszylindern bzw. Zuführungsleitungen von einer -nicht dargestellten- Druckpumpe her in Verbindung stehen und in denen Steuerschieber 33, 24 angeordnet sind. Die Steuerschieber 33, 34 liegen mit ihren inneren Enden einer am Abtriebsrad 3 vorgesehenen Steuerkurve 35 an und können gegen Druckfedern 36 nach außen verschoben werden. .

Die Arbeitsweise der aus den Steuerbuchsen 3I, 32,'Steuerschiebern 33, 34, der Steuerkurve 35 und verschiedenen Kanälen bestehenden

209811/0173"⁶"

20A1286

-6-Steuereinrichtungen ist folgende:

Je nach Drehrichtung der Antriebseinheit erfolgt die Zufuhr der Druckflüssigkeit zu den Steuerbuchsen 31, 32 von einem Eintritts-r kanal 37 aus über einen Verteilerkanal 38, während die Abfuhr der Druckflüssigkeit über Sammelkanäle 39 zu einem Austrittskanal erfolgt und umgekehrt. Die Ein- und Austrittskanäle 37, 40 sind in einem Deckel 4l angeordnet, mit denen die aus dem Gehäuse 1 austretenden Verteiler- und Sammelkanäle 38, 39 abgedichtet werden.

In der dargestellten Betriebsstellung befindet sich der Kolben 7b in der Arbeitsstellung einige Grad hinter seiner oberen Totpunktlage und die Druckflüssigkeit wird aus dem Verteilerkanal 38 über eine Bohrung 41, einen Ringkanal 42 und einer Bohrung 43 in der Steuerbuchse 3I einem Kanal 44 und von diesem über eine Bohrung 45 dem Antriebszylinder 5b und damit dem Kolben Jb zugeführt. Der andere Kolben Ja. befindet sich zwangsläufig in seiner Leerlaufstellung und drückt die Druckflüssigkeit aus dem Antriebszylinder 5a über eine Bohrung 46, einen Kanal 47 im Gehäuse 1, eine Bohrung 48, einen Ringkanal 49 und eine Bohrung 50 in der Steuerbuchse zu dem Sammelkanal 39·

Einige Grad vor der unteren Totpunktlage des Kolbens Jb wird der Zufluß der Druckflüssigkeit in den Antriebszylinder 5a mit einer Steuerkante 51 am Steuerschieber 33 durch Abdecken des Ringkanales 42 an der zum Verteilerkanal 38 führenden Bohrung 41 in der Steuerbuchse 3I unterbrochen, gleichzeitig oder mit geringer positiver Überdeckung wird mit^Steuerkanten 52 im Ringkanal 49 der Weg für die Druckflüssigkeit aus dem Antriebszylinder 5a über die Bohrung 46, den Kanal 47, die Bohrung 48, den Ringkanal 49, die Bohrung 43 und den Kanal 44 in den Antriebszylinder 5b freigegeben. In dieser Arbeitsstellung des Steuerschiebers 33 ist also die Zuführ^der Druckflüssigkeit vom Eintrittskanal 37 über den Verteilerkanal 38, die Bohrung 41 und den Ringkanal 42 in den Antriebszylinder 5b unterbrochen. Die Druckflüssigkeit kann vom Antriebszy-

209811/0173

2041288

linder 5a zum Antriebszylinder 5b frei strömen und ist mit dem Sammelkanal J59 zum Austrittskanal40 verbunden. Dadurch wird erreicht., daß in den Umkehrstellungen der Kolben 7&₃ ¹Jb keine Druckspitzen auftreten können.

Einige. Grad hinter der unteren Totpunktlage des Kolbens ¹Jh wird · die vorstehend beschriebene Verbindung zwischen den Antriebszylindern $a, 5b unterbrochen. Der Kolben 7b drückt die Druckflüssigkeit aus dem Antriebszylinder 5b über die Bohrung 45* den Kanal 44, den Ringkanal 49j die Bohrung 50 und den Sammelkanal 59 zum Austrittskanal 40, zurück. Der Kolben 7& befindet sich zwangsläufig einige Grad hinter seiner oberen Totpunktlage in Arbeitsstellungy Ihm wird die Druckflüssigkeit vom Eintrittskanal 37 über den Verteilerkanal 38, eine Bohrung 52* einen Ringkanal 53 und die Bohrung 48 in der Steuerbuchse 31 sowie den Kanal 47 und die Bohrung 46 zugeführt. Dieser Weg wird dadurch frei, daß der Steuerschieber 33 von der Steuerkurve 35 verschoben wird und den genannten Weg freigibt. Wenn der Kolben 7b einige Grad vor seiner oberen Totpunkt=· lage angekommen ist _s dann wird von den Steuerkanten 52 wieder der Strömungsweg zwischen den beiden Arbeitszylindern 5^a/ 5*> freigege-= ben. Der Kolben 7a befindet sich wieder einige Grad vor seiner unteren Totpunktlage. Der Strömungsweg für die Druckflüssigkeit wird mit der Steuerkante 51 am Steuerschieber 33 durch Abdecken des Ringkanales 42 unterbrochen.

Die vorstehend beschrieben Steuerung gilt sinngemäß auch für die Antriebszylinder 6a, 6b und die darin laufenden Kolben 8a, 8b.

Mit der Druckflüssigkeit werden die Kolben Ja₃₁ 7bj 8b,_s Qb in den Antriebszylindern:5a, 5^J 6a, 6b auf den Bahnen x,y hin- und her» bewegt. Diese Bewegung wird über die Kolbenstangen 11, 12, die Kurbelwelle 4 und den Innenzahnkranz 20 auf das Abtriebsrad 3 übertragen. Durch die Anordnung der Zapfen 9, 10 an der Kurbelwelle 4 um l80° gegeneinander versetzt befindet sich immer ein'KoI-V

209811/017

benpaar mitten Im Arbeit shut), während sich das andere Kolbenpaar in der oberen oder unteren Totpunktlage befindet. Dadurch wirkt auf die Kurbelwelle 4- immer ein Drehmoment in der gleichen Richtung, welches auf das Zahnrad 21 des Abtriebsrades J5 übertragen wird. Dazu muß die Anordnung konstruktiv so getroffen sein, daß die Mitte der Zapfen9, 10 der Kurbelwelle 4 in ihrer äussersten Stellung im Teilkreis des Innenzahnkranzes 20 liegen, aber der Teilkreis des Ritzels 19 auf der Kurbelwelle 4 halb so groß ist wie der Teilkreis des Innenzahnkranzes 20 im Gehäuse 1.

Alle in der Beschreibung erwähnten und in der Zeichnung dargestellten neuen Merkmale sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den nachfolgenden Ansprüchen nicht ausdrücklich beansprucht sind.

20981 1/0173

Claims

-9-

Ansprüche :

Antriebseinheit für hydrostatische Motoren, geken. nz.ei chnet durch ein in einem Gehäuse (1) drehbar gelagertes Abtriebsrad (3), eine exzentrisch in dem Abtriebsrad (3) gelagerte Kurbelwelle (4) mit einem drehfesten, auf einem im Gehäuse (1) befestigten Irinenzahnkranz (20) sich abwälzenden Ritzel (19) und mit seitlich aus dem Abtriebsrad (3) herausragenden Zapfen (9, 10) und durch an den Zapfen (9-, 10) angreifende Kolbenstangen (11, 12), die je zwei Kolben (7a, 7b; 8a, 8b) im rechten Winkel zur Kurbelwelle (4) angeordneter und einander gegenüberliegender Antriebszylinder (5a, 5b;6a,6b) miteinander verbinden.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen (11, 12) im rechten Winkel zueinander angeordnet sind.
3· Antriebseinheit nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch feekennzeichnet, daß die Antriebszylinder (5a, 5bj 6a, 6b) auf dem Gehäuse (1) befestigt sind. '
4. Antriebseinheit nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter zwei benachbarten Antriebszylindern (5a, 6b) im Gehäuse (1) Steuerschieber (33) und Steuerbuchsen 01) zum Regulieren des Kreislaufes für die Druckflüssigkeit angeordnet sind.
5. Antriebseinheit nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschieber (33) unter Federdruck (Druckfeder J6) einer auf dem Abtriebsräd (3) angeordneten Steuerkurve (35) aufliegen.

209811/017 3

-10-
6. Antriebseinheit nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Steuerschieber (33) mehrere Steuerkanten (51, 52) angeordnet sind, die mit Bohrungen (4l, 50) und Ringkanälen (42, 49) in den Steuerbuchsen (31) zusammenwirken.
7- Antriebseinheit nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (41, 50, 53) in den beiden Steuerbuchsen (31> 32) einander zugewendet sind.
8. Antriebseinheit nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteiler- und Sammelkanäle (38, 39) zum Verbinden der Steuerbuchsen (31* 32) in einer Hälfte des Gehäuses (1) angeordnet sind und daß die andere,Jiälfte des Gehäuses (1) zum Anschluß an ein Getriebe ausgebildet ist und eine öffnung für den Eingriff eines Antriebszahnrades (22) besitzt.

9· Hydrostatischer Motor mit einer Antriebseinheit nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mehreren Antriebseinheiten besteht, die sternförmig um eine Antriebswelle (23) herum angeordnet sind.