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Druckmediumsbetätigter Motor Die Erfindung betrifft einen druckmediumsbetätigten
Motor mit einem Rotor und einem Stator. Ein solcher Hydrauliknotor mit positiver
Meriumsverdrängung und großem Drehmoment kann beispielsweise für den Radantrieb
bei einer hydraulisch gesteuerten Maschine verwendet werden.
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Es sind eine beträchtliche Anzahl umlaufender, hydraulischer Kraft-
oder Arbeitsmaschinen, wie Motoren oder Pumpen mit positiver Mediumsverdrängung,bekannt,
doch können für den erwähnten Anwendungszweck praktisch lediglich Radialkolbenmotoren
mit einer sich längs eines Umfanges erstreckenden Nockenbahn oder auch Axialkolbenpumpen
mit Taumelscheibenantrieb verwendet werden. Diese Motoren weisen aber eine Reihe
von Nachteilen auf, welche insbesondere in ihrem verhältnismäßig komplizierten Aufbau,
ihrem hohen Preis und ihrem beträchtlichen Platzbedarf gesehen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Motor
mit positiver Mediumsverdrängung zu schaffen, der sich durch ein äußerst einfachen
Aufbau auszeichnet und bei geringem Platzbedarf ein hohes Drehmoment abgibt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Motor gemäß der Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß der Rotor und der Stator jeweils ringförmig ausgebildet und
mit geringem Spiel konzentrisch zueinander verdrehbar gelagert sind und der Rotor
wenigstens eine ringsumlaufende Profilnut aufweist, die an zumindest einer Stelle
des Umfanges durch einen sanft ansteigenden Vorsprung unterbrochen ist, dessen oberer
Teil der Zylinderfläche des Rotors entsprechend gestaltet ist, daß der Stator mit
wenigstens einer Bohrung versehen ist, in der ein zylindrisches Absperrglied mit
einem der öffnungsweite der Nut entsprechenden Durchmesser verschieblich geführt
ist, dessen vorzugsweise als Rotationskörper ausgebildeter Endteil das gleiche Profil
wie die Nut aufweist und das entgegen den hydraulischen Kräften durch eine Druckvorrichtung
elastisch auf den Rotor zu gedrückt ist sowie in seinem zylindrischen Teil, an der
Basis des profilierten Endteiles, zwei Reihen von Mündungsöffnungen enthält, von
denen die eine Reihe mit einem Druckmediumszufuhrkanal und die andere Reihe mit
einem Druckmediumsrückführkanal in Verbindung steht und daß die beiden Reihen von
Mündungsbohrungen jeweils mit einer Ausnehmung des Stators im Sinne der Druckmediumszufuhr
in die Nut auf der einen Seite des Absperrgliedes und der drucklosen Mediums ab
leitung aus der Nut auf der anderen Seite des Absperrgliedes bei in den ununterbrochenen
Teil der Nut ragendem Absperrglied zusammenwirken und bei durch den Vorsprung angehobenem
Absperrglied abgesperrt sind.
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Um ein kontinuierliches Drehmoment zu erzielen, kann jede Nut. mehrere
Vorsprünge mit mehreren im Stator angeordneten Absperrgliedern enthalten, wobei
dann der Winkel zwischen zwei Absperrgliedern größer als der Winkel zwischen zwei
benachbarten Vorsprüngen sein soll. Wenn dieser Winkel gleich ist oder wenn lediglich
ein Absperrglied vorhanden ist, kann die Gleichmäßigkeit des Drehmomentes auch dadurch
erreicht werden, daß zwei oder mehr Nuten vorgesehen
werden, wobei
die Vorsprünge oder die Absperrglieder der einzelnen Nuten winkelmäßig gegeneinander
versetzt sind. Der Motor wird vorzugsweise durch geeignet angeordnete Abdichtungen
vervollkommnent.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 Einen Motor gemäß der Erfindung im axialen
Schnitt durch eine Nut, in einer Seitenansicht, Fig. 2 den Motor nach Fig. 1, in
einem Radialschnitt gemäß der Linie II-II der Fig. 1, in einer Seitenansicht, Fig.
3 den Motor nach Fig. 2, geschnitten längs der Linie III-III der Fig. 2, in einer
Seitenansicht und im Ausschnitt und Fig. 4 den Motor nach Fig. 3, in einer Aufsicht
auf den Stator von unten, wobei das Absperrglied gemäß der Linie IV-IV der Fig.
3 geschnitten ist.
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Wie aus der Zeichnung, insbesondere aus den Fig. 1 bis 3 zu ersehen,
besteht der Motor im wesentlichen aus zwei Teilen, einem Rotor 1 und einem Stator
2. Der Rotor 1 ist durch ein ringförmiges Element gebildet, das zwei Nuten 3 aufweist,
die bis auf eine Stelle des Umfanges ganz umlaufen, wo jede der beiden Nuten 3 durch
einen Vorsprung 4 verschlossen ist, dessen oberster Teil 5 exakt der zylindrischen
Außenfläche 6 des Rotors entspricht, wobei die Vorsprünge 4 beidseitig jeweils Anschrägungen
7 aufweisen, die langsam einerseits in den zylindrischen Teil 5 und andererseits
in den dem Boden der entsprechenden Nut 3 entsprechenden zylindrischen Teil übergehen.
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Die den beiden Nuten 3 zugeordneten zwei Vorsprünge 4 sind um einen
Winkel gegeneinander versetzt; vorzugsweise sind sie diametral einander gegenüberliegend
angeordnet, wie es in Fig. 1 angedeutet ist.
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Der Stator 2 besteht ebenfalls aus einem ringförmigen Element, das
mit einer zylindrischen Innenbohrung 8 ausgebildet ist, in welche die zylindrische
Außenfläche 6 des Rotors 1 paßt und in welcher die Außenfläche 6 mit minimalem Spiel
umlaufen kann.
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Auf der anderen Seite trägt der Stator 2 an einer Stelle seines Umfanges
zwei angeschweißte, röhrenförmige Teile 9, von denen jeder eine Axialbohrung enthält,
die sich bei 10 durch den Rotor 2 erstreckt. Der Durchmesser jeder dieser Axialbohrungen
entspricht im wesentlichen der Eintrittsbreite jeder der beiden Nuten 3.
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In jeder Axialbohrung 10 sitzt ein zylindrisches Element 11, das als
Absperrglied und Verteiler wirkt. Die zylindrischen Elemente 11 sind in ihren Axialbohrungen
10 mit minimalem Spiel verschieblich geführt; sie sind mit einem Endteil 12 versehen,
das vorzugsweise rotationssymmetrisch bezüglich
der Achse des Elementes
11 ist und dessen Profil jenem der zugeordneten Nut 3 entspricht. Durch eine Verschiebung
auf den Rotor 1 zu können die beiden Absperrglieder 11 demgemäß die jeweils zugeordnete
Nut 3 unterbrechen und diese in zwei Teile aufteilen, von denen der eine sich von
der einen Seite des Absperrgliedes bis zu dem entsprechenden Vorsprung 4 und der
andere von der anderen Seite des Absperrgliedes bis zu dem nämlichen Vorsprung 4
erstreckt.
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Wenn Drucköl in einen dieser Teile der Nut 3 eingeleitet wird, während
das in dem anderen Teil der Nut enthaltene bl frei abströmen gelassen wird, ergibt
sich eine Rotationsbewegung des Rotors 1, der nach Art eines Kreiskolbenverdichters
wirkt, wobei der Vorsprung 4,der bewegliche Kolben und der Endteil 12 des Absperrgliedes
11 den Zylinderboden bilden. Damit das Absperrglied 11 seine Funktion erfüllt, wird
es von einer Feder 13 dauernd in Richtung des Rotors 1 gedrückt, die beispielsweise
außen an dem röhrenförmigen Teil 9 angeordnet ist und sich gegen eine Ringscheibe
14 abstützt, die- am oberen Ende des röhrenförmigen Teiles vorgesehen ist. Das andere
Ende der Feder 13 wirkt auf eine andere Ringscheibe 15, die das Absperrglied 11
über einen Stift 16 auf den Rotor 1 zu drückt, welcher das Absperrglied 11 durchdringt
und in einem Schlitz 17 des röhrenförmigen Teiles 9 geführt ist. Diese Anordnung
gestattet es gleichzeitig, eine Verdrehung des Absperrgliedes 11 zu verhüten.
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Um eine Drehbewegung des Rotors 1 im Sinne des Pfeiles 18 zu erzielen,
muß demgemäß Drucköl in den Teil der Nut 3 eingeführt werden, der bezogen auf Fig.
3, rechts von dem Absperrglied liegt, während das links des Absperrgliedes vorhandene
dl drucklos nach außen entweichen können muß.
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Dies wird durch zwei'Axialkanäle 19, 20 erreicht, die in dem Absperrglied
11 angeordnet sind und an einem oberen vorragenden Teil 21 des Absperrgliedes 11
mit Gewindebohrungen
22 in Verbindung stehen, an welche an sich
bekannte Druckleitungen 23, 24 (Fig. 1) angeschlossen werden können.
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Die biegsamen Druckleitungen 23, 24 (Fig. 1) gestatten es, die Kanäle
19, 20 unabhängig von der axialen Verschiebung des Absperrgliedes 11 mit Drucköl
zu versorgen bzw. das öl abzuleiten. Auf der anderen Seite sind Querbohrungen 25,
26 kleinen Durchmessers in dem Absperrglied 11 in einem zylindrischen Teil des Absperrgliedes
ausgebildet, welcher gerade oberhalb des profilierten Endteiles 12 liegt. Von diesen
Bohrungen münden jeweils die Bohrung 25 in den Axialkanal 19, während die Bohrungen
26 in den Axialkanal 20 münden und alle Bohrungen zur zylindrischen Oberfläche,
d.h.
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zu einer Reihe von kleinen Mündungslöchern 27, 28, führen.
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Wenn ein Absperrglied 11 mit seinem Endteil 12 auf dem Boden der zugeordneten
Nut 3 aufliegt, wie dies auf der linken Seite der Fig. 2 und in Fig. 3 dargestellt
ist, speisen die Querbohrungen 25, 26 die links bzw. rechts des Absperrgliedes liegenden
Teile der Nut 3 über die Mündungsbohrung 27 bzw. 28, die in Ausnehmungen 29 bzw.
30 mündet, welche insbesondere in den Fig. 3, 4 sichtbar sind. Wird Drucköl durch
den Kanal 19 zugeführt, während ÖI durch den Kanal 20 abströmt, wie dies durch Pfeile
in Fig. 3 veranschaulicht ist, so dreht sich der Rotor 1 in dem durch den Pfeil
18 angegebenen Sinne.
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Dies geschieht solange, bis der Unterteil des Vorsprunges 4 auf den
Endteil 12 des Absperrgliedes 11 auftrifft. In einem ersten Zeitabstand hebt die
an der Basis dieses Vorsprunges 4 vorhandene, sehr sanft ansteigende Rampe das Absperrglied
11 an, wobei die Feder 13 zusammengedrückt wird; dies hat zur Folge, daß die Mündungsöffnungen
27, 28 die Trennlinie zwischen den Ausnehmungen 29, 30 und der zylindrischen Bohrung
10 übersteigen. Damit werden die Mündungsöffnungen 27, 28 verschlossen, womit ein
unmittelbarer Kurzschluß zwischen der druckbeaufschlagten Bohrung und der drucklosen
Bohrung verhütet wird.
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Die Rampe hebt das Absperrglied 11 rein mechanisch weiter an, ohne
daß es weiter notwendig wäre, eine Abdichtung zwischen dem Absperrglied 11 und dem
den Vorsprung 4 umgebenden Bereich der Nut 3 vorzusehen. Sowie der Vorsprung 4 überschritten
ist, bewegt sich das Absperrglied 11 auf der anderen Rampe 7 des Vorsprunges 4 nach
unten; sowie es auf dem Boden der Nut 3 ankommt, stellen die Querbohrungen 25, 26
wiederum die hydraulische Verbindung her. Es ergibt sich somit, daß das Motordrehmoment
kurzzeitig auf einem verhältnismäßig kleinen Winkelweg unterbrochen ist, der der
Länge des Vorsprunges 4 entspricht. Aus diesem Grunde sind zwei Absperrglieder 11
und zwei Nuten 3 vorgesehen, deren Vorsprünge 4 um einen Winkelwert gegeneinander
versetzt sind, um damit ein kontinuierliches Motordrehmoment zu erzielen. Da alles
vollständig symmetrisch ist, genügt es, zur Drehrichtungsumkehr des Motors den Druckmittelzufluß
und -abfluß miteinander zu vertauschen.
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Um die Abdichtung zwischen dem zylindrischen Absperrglied 11 und der
Bohrung 10 auf der einen Seite und zwischen dem Endteil 12 des Absperrgliedes 11
und der entsprechenden Nut 3 auf der anderen Seite zu verbessern, kann eine spezielle
elastische Dichtung vorgesehen werden, die aus einem ringförmigen Teil 31 besteht,
das in eine umlaufende Nut eingelegt ist, wobei darunter ein Bügel 32 vorgesehen
ist, der sich an die Ringdichtung 31 anschließt und in einer Axialnut liegt, die
der Umrißspur folgt, längs derer der rotationssymmetrische Endteil 12 an der Nut
3 anliegt. Diese Dichtung verhütet sowohl Leckverluste nach außen als auch Leckverluste
von der einen auf die andere Seite des Absperrgliedes 11. In der gleichen Weise
können im Rotor 1 drei Ringdichtungen 33 vorgesehen werden, von denen jede in umlaufenden
Nuten mit zwei geraden Teilen 34 liegt, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist.
Die Ringdichtungen 33 sind jeweils paarweise einander zugeordnet, indem sie durch
gerade Quernuten verlaufen, die in den obersten Teil 5 der beiden Fortsätze 4 eingearbeitet
sind. Diese Dichtungen gewährleisten
eine Abdichtung sowohl zwischen
den beiden Seiten des jeweiligen Fortsatzes 4 als auch zwischen den Nuten 3 wie
auch nach außen hin zwischen dem Rotor und dem Stator.
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In seiner einfachsten Ausführungsform kann der neue Motor ohne Zusatzelemente
arbeiten, weil auf den Rotor 1 kein Axialschub ausgeübt wird und die Führung des
Rotors von den Endteilen 12 der Absperrglieder 11 bewirkt wird, von denen wenigstens
einer immer in seiner entsprechenden Nut 3 liegt. Es ist aber dennoch zweckmäßig,
den Rotor zu schützen und die Führung dadurch zu verbessern, daß seitliche Flanschen
35 vorgesehen sind, die keiner besonderen Festigkeit bedürfen, wobei zusätzliche
Dichtungen 36 die Abdichtung nach außen hin verbessern.
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Der erfindungsgemäße Motor gibt trotz seiner großen Einfachheit und
seinem verhältnismäßig kleinen Platzbedarf ein sehr großes Drehmoment ab, wobei
seine ringförmige Gestalt die Lösung zahlreicher Probleme gestattet. So ist es insbesondere
sehr einfach, den Motor auf einem Fahrzeugrad derart zu befestigen, daß der Rotor
an dem Rad mit Hilfe von Laschen 37 befestigt wird, die an dem Rotor 1 angeschweißt
sind. Der zentrierte Stator 2, der unmittelbar auf dem Rotor gelagert ist und lediglich
eine in Fig. 1 bei 38 dargestellte Befestigungsstelle aufweist, kann an dieser Befestigungsstelle
mittels eines Gelenkarmes am Fahrzeugchassis befestigt werden, so daß ein Mitdrehen
mit dem Rotor vermieden ist.
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Die einzelnen, den Motor bildenden Teile können leicht bearbeitet
werden, wobei einzelne Teile, wie der Rotor, aus Metall oder Kunststoff gegossen
werden können.
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Es ist wesentlich darauf hinzuweisen, daß trotzdem, daß bei dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel der Rotor 1 im Inneren des Stators 2 liegt, auch die umgekehrte
Anordnung
möglich ist, d.h., daß der Stator 2 im Inneren und der
Rotor 1 außen angeordnet sind, beispielsweise in dem Fall, in dem vermieden werden
soll, daß die röhrenförmigen Teile 9 nach außen ragen. Auch wäre es denkbar, einen
Rotor und einen Stator vorzusehen, die sich längs einer rechtwinklig zur Achse verlaufenden
Ebene aneinander anschließen.
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Schließlich versteht sich, daß wenn auch bei der einfachsten Ausführungsform
lediglich zwei Nuten 3 und zwei Absperrglieder 11 vorhanden sind, um ein gleichmäßiges
Drehmoment in der beschriebenen Weise zu erzielen, es dennoch denkbar wäre, diese
Elemente in größerer Vielzahl vorzusehen, beispielsweise indem in jeder Nut 3 zwei
oder mehr Vorsprünge 4 und eine entsprechende Anzahl von Absperrgliedern angeordnet
werden, womit die auf den Rotor ausgeübten, radialen, hydraulischen Schubkräfte
ausgeglichen werden, während auf der anderen Seite auch die Zahl der Nuten 3 pro
Rotor dadurch erhöht werden könnte, daß der gegenseitige Winkelversatz der Vorsprünge
4 gleichmäßig so verteilt wird, daß sich gleichzeitig ein größeres Drehmoment und
eine größere Gleichmäßigkeit des Drehmomentes beim Überstreichen der Vorsprünge
4 ergibt.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens kann
man auch die Zahl der Vorsprünge 4 pro Nut 3 vergrößern; nicht nur wegen des Ausgleiches
der Radialkräfte, sondern auch um eine Gleichmäßigkeit des Drehmomentes, insbesondere
in dem Fall zu erzielen, in dem lediglich eine Nut 3 vorgesehen ist. In diesem Falle
muß der Winkel zwischen zwei Absperrgliedern 11 größer als der Winkel zwischen zwei
Vorsprüngen 4 sein, beispielsweise indem zwei diametral einandergegenüberliegende
Absperrglieder 11 und drei gleichmäßig verteilte Vorsprünge 4 vorhanden sind.
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In diesem Falle ist es auch möglich, einen Kraftausgleich dadurch
zu erzielen, daß das Canze symmetrisch verdoppelt
wird, was zu
einer geraden Anzahl von Vorsprüngen 4 führt, die mindestens sechs ist und zu einer
geraden Anzahl von Absperrgliedern 11, die wenigstens vier beträgt.
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Schließlich kann der beschriebene Motor auch als Pumpe arbeiten, wenn
dies notwendig sein sollte, wobei alle gegebenenfalls erforderlichen Änderungen
im Rahmen der Erfindung möglich sind. So kann insbesondere die Feder 13, die das
Absperrglied 11 auf den Rotor zu drückt, durch eine kompliziertere Druckvorrichtung
ersetzt werden, die beispielsweise mit hydraulischer Kompensation ausgerüstet ist.