DE2407886A1

DE2407886A1 - Hydraulikmotor

Info

Publication number: DE2407886A1
Application number: DE19742407886
Authority: DE
Inventors: Katashi Aoki
Original assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Current assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Priority date: 1973-02-21
Filing date: 1974-02-19
Publication date: 1974-08-29
Also published as: DE2407886B2; GB1446286A; CA1001051A; FR2218488B1; FR2218488A1; DE2407886C3; JPS49109747A; AU6583374A

Description

Nissei Plastics Industrial Co., Ltd., 2110 Oaza Minamijo, Sakaki-machi, Hanishina-gun, Nagano-ken,

Japan

Hydraulikmotor

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikmotor mit einer Kurbelwelle, einer Mehrzahl von Hydraulikzylindern mit zugehörigen Kolben, die bezüglich der Kurbelwelle in radialer Richtung und in gleichen Winkelabständen angeordnet sind und die mit einem mit der Kurbelwelle fest verbundenen Exsenterteil verbunden sind, mit Druckleitungen, die mit den Hydraulikzylindern verbunden sind, mit Rückschlagventilen in den genannten Hydraulikleitungen und Drosselventilen zur Steuerung des ölrückflusses aus den Hydraulikzylindern, sowie mit Schaltventilen, welche einen der Hydraulikzylinder mit einer Druckpumpe und die anderen mit einem Tank zur Speicherung der Hydraulikflüssigkeit verbinden.

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Im Besonderen betrifft die Erfindung einen Hydraulikmotor, der geeignet ist, eine Kurbelwelle gleictimäs-8ig und intermittierend steuerbar für bestimmte Winkel, anzutreiben.

Bekannte Vorrichtungen mit intermittierender Drehbewegung verwenden Bauelemente wie Zahnstange und Ritzel, Hydraulikzylinder und Stößel oder direkt am Hydraulikmotor angeflanschte Bauteile. Die bekannten Vorrichtungen werfen einige Probleme auf, unter denen das Problem der Herabmilderung des Stoßes beim Anhalten am dringlichsten einer Lösung bedarf. Zu diesem Zweck wurden Verzögerungsventile verwendet oder es wurden ähnlich wirkende Vorrichtungen in den Hydraulikkreis eingebaut. Eine Tollwertige Lösung dieses dringlichen Problems des EIemenierens des Haltestoßes und des Absorbierens der bei der Rotation auftretenden Massenkräfte ist noch nicht vorgeschlagen worden. Man hat sich damit geholfen, zum Erreichen des genannten Zwecks komplizierte Hydraulikkreise oder teuere Ventile zu verwenden.

Es wurde auch bereits ein Hydraulikmotor mit radial angeordneten Kolben vorgeschlagen, in welchem eine Hehrzahl von Hydraulikzylindern radial in einem Gehäuse angeordnet sind und wobei die Kurbelwelle angetrieben wird durch in den Zylindern laufende Kolben und Kolbenstangen, die mit einem Exzenterteil der Kurbelwelle verbunden sind. Der Druck der Hydraulikflüssigkeit wird im Wechsel an die Hydraulikzylinder angeschlossen, so daß diese eine kontinuierliche Drehbewegung der Kurbelwelle hervorrufen. Bei diesem Hydraulikmotor sind auch noch Umsehaltventile in den Druckleitungen zu den jeweiligen Zylindern vorgesehen;

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ORIGINAL INSPECTED

der Arbeitszyklus (Beaufschlagen mit und Entleeren von Hydraulikflüssigkeit) eines jeden Zylinders läuft synchron mit der Drehung der Kurbelwelle ab. Der Hydraulikmotor kann über den Antrieb der Hydraulikzylinder in einer bestimmten Drehzahl kontinuierlich angetrieben werden; sein Nachteil besteht darin, daß die Kurbelwelle nicht intermittierend für bestimmte steuerbare Winkel bewegt werden kann.

Dem gegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hydraulikmotor der eingangs erwähnten Art dadurch zu verbessern, daß die Möglichkeit seiner intermittierenden Drehung um jeden beliebigen Winkel möglich ist. Gleichzeitig soll erreicht werden, daß bei der intermittierenden Drehbewegung des Hydraulikmotors Stöße bei dessen Anlaufen und Anhalten nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kurbelwelle zusammen mit dem Exzenterteil infolge der Druckbeaufschlagung eines Zylinders drehbar ist.

Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag werden die obigen Aufgaben gelöst. Außerdem wird erreicht, daß bei dem Hydraulikmotor,das von den Zylindern in die Hydraulikleitungen abgelassene Druckmittel während der Drehbewegung der Kurbelwelle wirksam gesteuert werden kann, derart, daß es einen Dämpfungseffekt hervorruft, wodurch die Drehung der Kurbelwelle unter Überwindung ihrer Trägheit nach jedem beliebigen Winkel beendet werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Hydraulikmotor in jedem Drehsinn betätigt werden kann, indem Schaltventile im Hydraulikkreis zu den Hydraulikzylindern betätigt werden.

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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind der folgenden Beschreibung, den Zeichnunpen und den Patentansprüchen zu entnehmen. Auf der Zeichnung zeigen

Pig. I einen schematischen Querschnitt einer ersten Aus f Uhr ungs form

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Antriebsdrehmoments

Fig. 3 eine graphische Darstellung von Antriebs- und Dämpfungsmoment

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform

Fig. 5 einen Ausschnitt der Pig. ¹I mit nur einem Zylinder

Fig. 6 eine Querschnittsdarstellung mit der Lagerung der Kurbelwelle und einen Hydraulikzylinder.

Fig. 1 zeigt ähnlich den bekannten Radial-Kolben-Hydraulik- motoren eine Ausführungsform mit drei Hydraulikzylindern 2a, 2b und 2c, die radial in einem Gehäuse 1 angeordnet sind; drei Kolben 3a, 3b und 3c befinden sich im Inneren der Zylinder 2a, 2b und 2c; eine Exzenterplatte 5 auf einer Kurbelwelle ¹J ist in der Mitte des Gehäuses 1 angeordnet; ferner sind fünf Stangen 6a, 6b und 6c um die Exzenterplatte 5 angeordnet.

Mit den im Gehäuse 1 jeweils gegeneinander um 120° versetzt

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angeordneten Zylindern 2a, 2b und 2c sind Druckleitungen für die Hydraulikflüssigkeit verbunden; diese sind mit steuerbaren Rückschlagventilen 7a, 7b und 7c, sowie mit Schaltventilen 8a, 8b und 8c versehen. Das Aufbauen und Abbauen des Öldrucks zu den Zylindern 2a, 2b und 2c wird mittels der genannten Schaltventile durchgeführt und die Drehung der Kurbelwelle 4, die fest mit der Exzenterplatte 5, z.B. einteilig, verbunden ist, wird bewirkt, indem einer der Hydraulikzylinder mit der Pumpe P in Verbindung steht, während gleichzeitig die beiden anderen Zylinder mit dem Tank 9 in Verbindung stehen und den Druck abbauen.

Gemäß Fig. 1 sind die Hydraulikzylinder 2b und 2c mit dem Tank 9 zur Reduzierung des Drucks der Hydraulikflüssigkeit verbunden; der Zylinder 2a ist mit der Pumpe P verbunden und baut einen Öldruck auf, wodurch die Exzenterplatte 5 durch den Kolben 3a über die Stange 6a angestoßen wird, unmittelbar nachdem die Ventile die in Fig. 1 dargestellten Stellungen eingenommen haben, nimmt die Exzenterplatte die strichpunktiert eingezeichnete Stellung ein und die Stange 6a des Zylinders 2a hat die Stellung der Stange 6c gemäß Fig. 1. Danach wird mit zunehmendem Druckaufbau im Zylinder 2a die Stange 6a nach innen geschoben und bewirkt die Drehung der Exzenterplatte 5 um 120°, in dem durch einen Pfeil angedeuteten Drehsinn. Gleichzeitig, während also die Öldruckleitungen zu den Zylindern 2b und 2c mit dem Tank 9 verbunden sind, wird Hydrauliköl aus dem Zylinder 2c ausgedrückt, während das Hydrauliköl im Zylinder 2b zunächst ebenfalls entleert und dann während der zweiten Hälfte der 120°-Drehung wieder angesaugt wird; dies deshalb, weil der Abstand vom Rotationszentrum zur.

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Oberfläche der Exzenterplatte 5 und dem Zylinder 2b während der ersten Hälfte der Drehung vergrößert, während der zweiten Hälfte der 12O°-Drehung aber wieder Terkleinert wird. Dabei wird die Strömung der Hydraulikflüssigkeit in den Druckleitungen gesteuert mittels der Ventile 7b und 7c. Der Bewegungswiderstand steigt etwas an, wenn die Stange 6c in die Nähe des oberen Totpunkts der Exzenterplatte 5 kommt; der Einfluß der Stange 6a auf die Drehbewegung wird etwas vermindert, wenn die Stange 6a sich dem unteren Totpunkt der Exzenterplatte 5 nähert; demzufolge wird eine Dämpfungswirkung erzielt, die der Massenbeschleunigung der Exzenterplatte 5 entgegenwirkt und die 120°-Drehbewegung kann wirksam zum Stehen gebracht werden, wenn die Stange 6a die in Fig. 1 eingezeichnete vorderste Position erreicht hat.

Daraus ergibt sich, daß eine Drehung der Kurbelwelle 4, die drehfest mit der Exzenterplatte 5 verbunden ist, jeweils einen Winkel von 120° überstreicht, wobei die Abweichung in der Rotationsbewegung sehr gering ist. Venn ähnliche Kreisläufe der Reihe nach durchgeführt werden, -indem die Schaltventile 8a, 8b und 8c umge- . »ehaltet werden, so ergibt sich daraus eine intern*ittierende Rotationsbewegung in 120°-Schritten durch die Exzenterplatte 5 zusammen mit der Kurbelwelle 4.

Ferner, ausgehend von der Darstellung gemäß Fig. 1, kann die Kurbelwelle ¹J, wenn die Exzenterplatte 5 durch die Stange 6b angestoßen wird, entweder im Uhrzeigersinn oder wenn die Exzenterplatte 5 durch die Stange 6_C angestoßen wird, im Gegenuhrzeigersinn drehend angetrieben werden.

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Das bedeudet, daß die Drehrichtung allein durch die Betätigung der Schaltventile 8a, 8b und 8c gesteuert werden kann; entsprechend ist es bei üblicher elektrischer Ansteuerung der Schaltventile möglich, jede beliebige intermittierende Rotation zu verwirklichen.

Im folgenden wird eine Berechnung der Antriebskraft der Rotation durch den treibenden Kolben gemäß Fig. 2 durchgeführt.

Die Kraft des Kolbens 3a ergibt sich wie folgt:

wobei P die Schubkraft des Kolbens 3a, A die Querschnittsfläche des Kolbens 3a und ρ der Druck der Hydraulikflüssigkeit ist. Die Kraft P₀ wird zerlegt in die Komponenten P₁ und P₂, wobei die Kraft P. auf das Zentrum des Exzenterplatte gerichtet ist und die Kraft Pp senkrecht zur Wand des Hydraulikzylinders verläuft. Für F₁ und Pp gelten die folgenden Gleichungen

F₁ . '.

cos ύ

P₀ = F · tan $

i. O

wobei ύ der Winkel zwischen der Verbindungslinie des Kraftangriffspunktes der Stange 6a zum Mittelpunkt der Exzenterplatte 5 und der Verbindungslinie vom genannten Kraftangriffspunkt zum Rotationsmittelpunkt ist. Das Drehmoment kann errechnet werden aus dem Produkt der Kraftkomponente P₁ und dem Abstand r zwischen dem Mittelpunkt der Rotation und der Richtung der Kraft F.

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Damit ergibt sich für das Drehmoment T die folgende Beziehung:

T = P₄ . r = ^₂— · h · sin 6 = P «h· ^sln

1 cos ο ο

cos «5

- F «h'tan έ

wobei h der Abstand vom Kraftangriffspunkt bzw. Drehpunkt der Stange 6 a zum Rotationsmittelpunkt ist. Entsprechend obiger Formel wird das Drehmoment T zu Null, wenn die Stange 6a sich dem unteren Totpunkt der Exzenterplatte 5 annähert, weil der Winkel 6 und damit ebenso tan i Null wird.

In der Praxis wird das Drehmoment nicht nur beeinflußt durch die obige Antriebskraft sondern auch noch durch die Dämpfungswirkung der beiden anderen Zylinder und durch die mechanische Reibung. Die Fig. 3 demonstriert den Fall, daß der Hydraulikmotor gemäß Fig. 1 betätigt wurde aus der strichpunktiert angegebenen Position in die mit ausgezogenen Linien dargestellte Position, wobei das Antriebsdrehmoment des Zylinders 2a und das Dämpfungsmoment des Zylinders 2c gemessen vrurden. Dieser Test, dessen Ergebnisse in Fig. 3 dargestellt sind, wurde unter folgenden Voraussetzungen durchgeführt:

Vakuumpumpe: I¹IO kg/cm , 30 l/min Kolben (3) : 50 mm 0
Exzenterplatte(5): 900 mm 0

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Das Diagramm gemäß Pig. 3 zeigt, daß das Antriebsdrehmoment des Zylinders 2a mit dem Kolben 3a allmählich abnimmt während das Dämpfungsmoment des Zylinders 2c mit dem Kolben 3c erzeugt wird. Dieses Dämpfungsmoment wird verursacht durch den Widerstand der Druckmittelströmung des Hydrauliksystems durch das Rückschlagventil 7c, welches mit einer Drossel versehen ist, und aufgrund dieses Effekts wirkt sich die Bremskraft aus auf die zweite Hälfte der Rotationsbewegung wie in der Fig. 3 durch die Kurve (3a+3c) mit den kombinierten Kräften durch das Antriebs- und Dämpfungsmoment ersichtlich ist.

Bei der in Pig. ¹J dargestellten Ausfuhrungsform sind drei Zylinder 12a, 12b und 12c vorgesehen, die um Bolzen 11a, 11b und lic schwenkbar gelagert sind. Die Kolben 13a, 13b und 13c der genannten Zylinder sind mit einem Arm 15 der Kurbelwelle 14 über einen Kurbelzapfen 16 verbunden. Im einzelnen sitzt auf dem Kurbelzapfen 16 eine Buchse,, anfaelcher jeweils gegeneinander um 120° versetzt drei Schwenkzapfen 16a, 16b und 16 c vorgesehen sind, an welchen die freien Enden der Kolben angelenkt sind. Die Zylinder 12a, 12b und 12c werden in der gleichen Weise wie zu Fig. 1 beschrieben, über Druckleitungen versorgt, welche Absperr- bzw. Rückschlagventile mit Drosseln 17a, 17b und 17c aufweisen; ferner sind Schaltventile 18a, 18b und 18c, sowie je ein Tank 20 für die Entleerungsleitungen aus jedem Zylinder vorgesehen.

So ist bei dieser Ausführungsform beispielsweise der Zylinder 12a verbunden mit der Pumpe P, während

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bei entsprechender Betätigung der Schaltventile 18a, 18b und 18c die beiden anderen Zylinder 12 b und 12c mit· einem gemeinsamen Tank 19 verbunden sind, so daß für den Abbau des Öldrucks in diesen Zylindern gesorgt ist. Auf diese Weise stößt der Kolben 13a den Schwenkzapfen 16a entsprechend der Druckkraft des Druckmediusm im Zylinder 12a, der über das Rückschlagventil 17a Drucköl erhält, an und die Kurbelwelle 14 wird um 120° in der Richtung des eingezeichneten Pfeiles gedreht, wobei sich der Arm 15 mitdreht und der Hydraulikzylinder 12a entsprechend mitschwenkt. Im Zuge dieser Drehbewegung wird das Drucköl aus den Zylindern 12b und 12c durch die Bewegung der Kolben 13b und 13c über die Drosseln 17b und 17c in den Tank 19 entleert, während in der bereits zu Fig. 1 beschriebenen Weise das Drucköl des Zylinders 12b anfänglich entleert und dann während der zweiten Hälfte der 120°-Drehung angesaugt wird. Auf diese Weise kann die Drehung der Kurbelwelle 1Ί wirksam gebremst werden durch die StrömungsTifiderstände der Hydraulikflüssigkeit in den Zylindern 12b und 12c, sodaß die Kurbelwelle genau um 120° dreht.

Fig. 5 zeigt die Stellung des Hydraulikzylinders 12a, des Arms 15 und des Kurbelzapfens 16 in der Stellung, in welcher der Kolben 13a im unteren Totpunkt steht, also nach Vollendung der 120°-Drehung. Wie in Fig. 6 gezeigt, sind die Zylinder 12a, 12b und 12c und die Kurbelwelle I¹I auf einer Grundplatte 21 gelagert.

Der oben beschriebene hydraulische Antrieb eignet sich zur Drehung von mit der Kurbelwelle verbundenen Teilen um jeweils 120° in intermittierendem Rhythmus und die

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Vorwärts- und Rückwärtsdrehung kann auf einfache Weise lediglich durch Betätigung der Schaltventile erzeugt werden. Zu der an zweiter Stelle beschriebenen Ausführungsform gilt, daß die-Kurbelwelle 14 durch die Zugkraft der Kolben 13a, 13b und 13c angetrieben wird und daß, wenn die Druckleitungen mit den Schaltventilen und Rückschlagventilen mit den anderen Seiten der Hydraulikzylinder verbunden sind (in der Zeichnung nicht dargesteil) die Kurbelwelle durch die Druckkräfte der Kolben in der gleichen Weise angetrieben werden kann.

Während nach den beschriebenen Ausführung formen der Drehwinkel der intermittierenden Bewegung konstant ist, kann der Drehwinkel in beliebiger Weise dem praktischen Zweck angepaßt gewählt werden. Ferner kann die Drehrichtung auf einfache Weise gewählt werden; der Aufbau der Vorrichtung ist einfach und bedarf keiner besonderen Pflege; ein solchfci¹ Hydraulikmotor eignet sich für eine große Zahl von Anwendungen. Demgagenüber stellen die beschriebenen Ausführungsbeispiele nur eine kleine Auswahl der vorhandenen Möglichkeiten dar.

Pat ent ans prü ch e:

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Claims

Patentansprüche

1.J Hydraulikmotor mit einer Kurbelwelle, einer Mehrzahl von Hydraulikzylindern mit zugehörigen Kolben, die bezüglich der Kurbelwelle in radialer Richtung und im gleichen Winkelabständen angeordnet sind und die mit einem mit der Kurbelwelle fest verbundenen Exzenterteil verbunden sind, mit Druckleitungen, die mit den Hydraulikzylindern verbunden sind, mit Rückschlagventilen in den genannten Hydraulikleitungen und Drosselventilen zur Steuerung des ölrückflusses aus den Hydraulikzylindern, sowie mit Schaltventilen, welche einen der Hydraulikzylinder mit einer Druckpumpe und die anderen mit einem Tank zur Speicherung der Hydraulikflüssigkeit verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (4,14) zusammen mit dem Exzenterteil infolge der Druckbeaufschlagung eines Zylinders (2a, 2b, 2c; 12a, 12b, 12c) drehbar ist.

2, Hydraulikmotor faach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenterteil eine Exzenterplatte (5) ist.

3. Hydraulikmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenterteil ein mit der Kurbelwelle (lh) verbundener, einen Kurbelzapfen (16) aufweisender Arm (15) ist.

18. Februar 197¹*/65¹i/55d

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