DE3523689A1 - Druckmittelgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckmittelgetriebe mit paarweise zusammenwirkenden, über Druckmittelleitungen mit­ einander verbundenen primären und sekundären Arbeitszylindern, in denen translatorische Bewegungen ausführende Arbeitskolben angeordnet sind.

Mit derartigen Druckmittelgetrieben ist es möglich, z. B. Kräf­ te über größere Entfernungen zu übertragen und/oder die Kraft entsprechend der unterschiedlichen Größe der primären und der sekundären Arbeitskolben zu verändern, insbesondere zu vergrö­ ßern. Da die vom Motor zu Verfügung gestellte Leistung in aller Regel als Drehbewegung vorliegt, ist es notwendig, die Dreh- bzw. Rotationsbewegung in Translationsbewegung umzuwandeln, so daß die vom Motor angetriebenen primären Arbeitskolben eine translatorische Hin- und Her- bzw. Auf- und Abbewegung in­ nerhalb ihrer Arbeitszylinder ausführen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei dem Druckmittel­ getriebe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art ein Umwandeln von Rotations- in Translationsbewegung zu er­ möglichen und gleichzeitig eine Veränderung, insbesondere Ver­ größerung, der zu übertragenden Kräfte zu erreichen, so daß das Druckmittelgetriebe vielseitig einsetzbar ist, insbeson­ dere bei Kraftfahrzeugen, Baustellenmaschinen, Hebezeugen, In­ dustriemaschinen usw. Das Druckmittelgetriebe soll einfach im Aufbau und robust ausgebildet sein, so daß es wenig stör­ anfällig ist und auch bei rauhem Betrieb seine Funktionstüch­ tigkeit behält. Als Druckmittel soll sowohl eine Druckflüs­ sigkeit, wie Hydrauliköl od. dgl., als auch Druckluft verwend­ bar sein, wodurch sich die Gebrauchstüchtigkeit und die Ein­ satzvielfalt weiter erhöht.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei der Erfindung die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale vor­ gesehen, wobei noch in den weiteren Ansprüchen für die Aufga­ benlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen bean­ sprucht sind.

Den primären Arbeitszylindern des Druckmittelgetriebes, des­ sen Arbeitskolben translatorische Bewegungen ausführen, ist also ein Getriebe vorgeschaltet, das die vom Antriebsmotor zur Verfügung gestellte Rotationsbewegung in eine Translations­ bewegung umwandelt. Dabei sind auf einer Antriebswelle, die mit dem Motor in Verbindung steht, zwei oder mehrere nur über einen Teil des Umfangs mit Zähnen versehene Zahnräder dreh­ fest angeordnet, die mit Plan- oder Tellerrädern kämmen, die über einen Schraubentrieb mit den primären Arbeitskol­ ben in Verbindung stehen. Die Teilverzahnungen der Zahnrä­ der ergänzen sich insgesamt zu einer Vollverzahnung, d. h. bei zwei Zahnrädern ist jedes Zahnrad nur über den halben Umfang verzahnt und die Verzahnungen der beiden Zahnräder sind um 180° zueinander versetzt. Bei drei Zahnrädern ist jedes Zahnrad lediglich über ein Drittel seines Umfangs ver­ zahnt und die Verzahnungen der drei Zahnräder sind jeweils um 120° zueinander versetzt. Bei einer geraden Anzahl von Zahnrädern können die Zahnräder auch jeweils paarweise eine um 180° zueinander versetzte Verzahnung über den halben Um­ fang tragen. Der Schraubentrieb, der jeweils mit einem Tel­ lerrad verbunden ist, besteht aus zwei koaxial ineinander­ liegenden Führungshülsen mit Führungsnuten, wobei die eine Führungshülse axial verlaufende Führungsnuten und die andere Führungshülse schraubenförmig verlaufende Führungsnuten auf­ weist. Innerhalb der Führungshülsen und in koaxialer Anord­ nung zu ihnen ist ein Druckdorn oder ein Druckstück mit seit­ lich vorstehenden Vorsprüngen vorgesehen, die in die Führungs­ nuten der beiden Führungshülsen eingreifen, so daß bei Ver­ drehen der einen Führungshülse, die mit dem Tellerrad verbunden ist, in bezug auf die andere Führungshülse, die feststeht, das Druckstück über die Gleitvorsprünge nach oben bzw. unten geradlinig verschoben wird. Da das Druckstück mit dem jewei­ ligen Arbeitskolben verbunden ist, wird auch dieser entspre­ chend verlagert. Eine Vergrößerung der zu übertragenden Kräf­ te wird dadurch erreicht, daß die druckbeaufschlagten Flächen der primären Arbeistkolben kleiner sind als die entsprechenden Kolbenflächen der sekundären Arbeitskolben. Insgesamt wird mit dem Druckmittelgetriebe erreicht, daß die vom Antriebs­ motor, das kann ein Elektromotor oder auch ein Verbrennungs­ motor sein, ausgehenden Rotationsbewegungen unter entsprechen­ der Veränderung, insbesondere Vergrößerung, der übertragenen Kräfte in translatorische Bewegungen umgewandelt werden, wo­ bei die translatorischen Antriebskräfte selbstverständlich wieder in Rotationsbewegung umgesetzt werden können. Das Druckmittelgetriebe ist vielseitig einsetzbar und weist hoh­ hen Wirkungsgrad auf.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen im Zu­ sammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Druckmittelgetriebes, wo­ bei als Druckmittel eine Hydraulikflüssigkeit einge­ setzt ist,

Fig. 2 eine schematische Teilansicht des Druckmittelgetriebes, bei dem als Druckmittel Druckluft eingesetzt ist,

Fig. 3 die schematische perspektivi­ sche Darstellung des Schrau­ bentriebs, zum besseren Ver­ ständnis im auseinandergezo­ genen Zustand (Explosionsdar­ stellung),

Fig. 4 die Unteransicht eines Teller­ bzw. Planrades gemäß Ansicht Pfeil IV in Fig. 1 mit einem eingebauten, als Klinkenrad ausgebildeten Sperrgetriebe und

Fig. 5 die Ansicht des Druckstücks bzw. Druckdorns des Schrauben­ triebs in abgebrochener Dar­ stellung.

Das in Fig. 1 schematisch gezeigte Druckmittelgetriebe arbei­ tet mit einer Druckflüssigkeit und weist zwei primäre Arbeits­ zylinder 1 und 2 sowie zwei mit diesen zusammenwirkende sekun­ däre Arbeitszylinder 3 und 4 auf, in denen die jeweils mit Kol­ benringen 5 ausgerüsteten primären Arbeitskolben 6 und 7 so­ wie die sekundären Arbeitskolben 8 und 9 angeordnet sind. Mit der Bezeichnung "primär" sollen die antriebsseitig angeordne­ ten, mit "sekundär" die abtriebsseitig angeordneten Arbeits­ zylinder bzw. -kolben unterschieden werden. Der Kraftfluß kann jedoch auch umgekehrt verlaufen. Der Arbeitszylinder 1 ist über die Druckmittelleitung 10 mit dem Arbeitszylinder 3 verbunden, während der Arbeitszylinder 2 über die Druckmittelleitung 11 mit dem Arbeitszylinder 4 in Verbindung steht. Zum Ausgleich von Leckagen sind noch die Ölausgleichs- oder -nachfüllbehäl­ ter 12 und 13 vorgesehen, während die Entlüftungsventile 14 und 15 zum Entlüften herangezogen werden. Die Druckmittellei­ tungen 10 und 11 münden jeweils in die Arbeitsräume der Zylin­ der 1 bis 4.

Die primären Arbeitskolben 6 und 7 sind in Fig. 1 in der­ selben Größe wie die sekundären Arbeitskolben 8 und 9 ge­ zeichnet. Tatsächlich aber sind die Arbeitskolben 6 und 7 kleiner als die Arbeitskolben 8 und 9, d. h. die vom Druckmit­ tel beaufschlagten Kolbenflächen der Arbeitskolben 6 und 7 sind kleiner als die Kolbenflächen der Arbeitskolben 8 und 9. Aufgrund dieser unterschiedlichen Größenverhältnisse der pri­ mären und der sekundären Arbeitskolben ergibt sich eine ent­ sprechende Veränderung der Kräfte, also im vorliegenden Fall eine entsprechende Vergrößerung der Übertragungskräfte.

Sowohl die primären als auch die sekundären Arbeitskolben führen in ihren entsprechenden Zylindern 1 bis 4 eine trans­ latorische Hubbewegung aus, d. h. sie bewegen sich jeweils von einem unteren Totpunkt zu einem oberen Totpunkt und umgekehrt. Der in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnete Antriebs­ motor (der nicht weiter dargestellt ist und beispielsweise ein Elektromotor, ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs oder ein beliebiger anderer Motor sein kann) gibt an seiner Abtriebswelle eine Rotationsbewegung ab. Diese Rotationsbe­ wegung wird mit Hilfe des den primären Arbeitskolben 6 und 7 vorgeschalteten Getriebes 17 in eine Translationsbewegung um­ gewandelt. Hierbei sind auf einer mit dem Motor 16 gekoppelten Welle 18 zwei Zahnräder 19 und 20 drehfest angeordnet, die jeweils nur über die Hälfte ihres Umfangs verzahnt sind und deren Verzahnungen jeweils gegeneinander um 180° in Umfangs­ richtung versetzt sind. Im konkreten Fall sind die Zahnräder 19, 20 als Segmente in der Art eines Halbkreises gestaltet, die um 180° gegeneinander in Umfangsrichtung verdreht an der Welle 18 befestigt sind. Jedes der Zahnräder 19 und 20 kämmt mit einem ihm zugeordneten Plan- oder Tellerrad 21 und 22, das über einen Schraubtrieb 23 bzw. 24 in Wirkverbindung mit dem Arbeitskolben 6 bzw. 7 steht. Diese Schraubtriebe 23 bzw. 24 sind in schaubildlicher Darstellung in Fig. 3 gezeigt, und zwar im auseinandergezogenen Zustand, damit ihr Aufbau und ihre Wirkungsweise besser verständlich ist. Jeder Schraub­ trieb 23 bzw. 24 besteht aus einer inneren Führungshülse 25, an der das Tellerrad 22 bzw. 21 befestigt ist und die axial, also in Höhenrichtung, verlaufende Führungsnuten 26, im vor­ liegenden Fall zwei derartiger Nuten, aufweist. Die innere Führungshülse 25 wird in koaxialer Anordnung von einer äuße­ ren feststehenden Führungshülse 27 umgeben, die zwei schrau­ benförmige Nuten 28 besitzt. Zur klareren Darstellung ist die äußere Führungshülse 27 in Fig. 3 neben der inneren Hülse 25 liegend dargestellt. Innerhalb der inneren Führungshülse 25 und in koaxialer Ausrichtung zu ihr und damit auch zur äußeren Führungshülse 27 ist ein Druckdorn oder ein Druckstück 29 an­ geordnet, dessen oberes Ende über ein Axiallager 30, das bei­ spielsweise als Wälzlager ausgebildet sein kann, mit dem Ar­ beitskolben 6 (bzw. 7) verbunden ist und an dessen unterem Ende zwei seitlich bzw. radial vorspringende Gleitfortsätze 31 angeordnet sind (vgl. auch Fig. 5). Diese Gleitvorsprünge 31 durchgreifen die axial ausgerichteten Führungsnuten 26 und greifen gleichzeitig in die schraubenförmigen Führungsnuten 28 ein. Die beim Verlagern des Druckstücks 29 in Axialrichtung auftretende Verdrehung des Druckstücks 29 wird aufgrund des zwischengeschalteten Lagers 30 nicht auf den Arbeitskolben 6 übertragen.

Die Plan- oder Tellerräder 21, 22 sind mit einem Sperrgetriebe 32 ausgestattet (vgl. Fig. 4), das im wesentlichen aus der Sperrklinke 33 und dem Sperrad 34 besteht und Drehbewegungen des Tellerrades 21 bzw. 22 nur in einer Drehrichtung zuläßt.

In Fig. 1 ist noch zu erkennen, daß im Bereich der unteren Zy­ linderräume der Arbeitszylinder 1 und 2 jeweils ein Einlaß­ ventil 35 und ein Auslaßventil 36 angeordnet sind. Die Einlaß­ ventile 35 stehen mit einem Druckluftkompressor 37 (in Fig. 1 verkleinert dargestellt) in Verbindung, beispielsweise mit dem bei einem Lastkraftwagen ohnehin vorhandenen Kompres­ sor. Die vom Kompressor 37 über die Einlaßventile 35 in den unteren Zylinderraum gelangende Druckluft unterstützt die Aufwärtsbewegung der Arbeitskolben 6 und 7, wobei noch darauf hinzuweisen ist, daß die Ventile 35 und 36 - die Auslaßven­ tile 36 führen beispielsweise ins Freie - über einen nicht weiter gezeigten Steuermechanismus gesteuert werden. Auch die sekundären Arbeitskolben 8 und 9 können getrieblich mit­ einander gekoppelt sein, beispielsweise über eine Kurbelwelle oder aber ein ähnlich wie das den primären Arbeitskolben 6 und 7 vorgeschaltete Getriebe 17 gestaltetes Getriebe, der­ art, daß beim Aufwärtsgehen des einen Arbeitskolbens der an­ dere Arbeitskolben abwärts geschoben wird und umgekehrt.

Es sei nun kurz auf die Arbeits- und Wirkungsweise des Druck­ mittelgetriebes näher eingegangen. Der Motor 16 erteilt der Welle 18 eine Drehbewegung. Zur Modifizierung der Drehzahl kann zwischen Motor 16 und Welle 18 selbstverständlich noch ein herkömmliches Untersetzungsgetriebe angeordnet sein. Durch die Drehbewegung der Welle 18 gelangen die Zahnräder 19 und 20 abwechselnd in Kämmeingriff mit den Tellerrädern 21 und 22. Durch das Verdrehen des jeweiligen Tellerrades wird auch die innere Führungshülse 25 des Schraubentriebs 23 bzw. 24 ver­ dreht, die über die Führungsnuten 26 und die Gleitvorsprünge 31 das Druckstück 29 mitnimmt. Da die Gleitvorsprünge 31 auch in den schraubenförmig verlaufenden Führungsnuten 28 der fest­ stehenden Führungshülsen 27 geführt sind, kommt es durch das Verdrehen des Tellerrades 21 bzw. 22 zu einem Hochschieben des Druckstückes 29 und damit zu einem Aufwärtsschieben des zuge­ hörigen Arbeitskolbens 6 bzw. 7 zum oberen Totpunkt. Durch entsprechende Bemessung der Zahnräder 19, 20, der Tellerräder 21, 22 und der Steigung der Schraubennuten 28 wird Selbsthem­ mung vermieden und der jeweilige Arbeitskolben 6 und 7 um den gewünschten Betrag nach oben verlagert. Der dabei erzeugte Druck pflanzt sich über die Druckmittelleitung 10 zum zu­ gehörigen Arbeitszylinder 3 fort. Durch die vom Arbeitskol­ ben 6 verdrängte Druckmittelmenge und in Abhängigkeit von den Kolbenflächenverhältnissen der Arbeitskolben 6, 7 und 8, 9 wird der Arbeitskolben 8 um einen bestimmten Betrag nach unten zu seinem unteren Totpunkt verlagert; gleichzeitig wird der Arbeitskolben 9 nach oben zu seinem oberen Totpunkt verschoben und drückt über die Druckmittelleitung 11 den Ar­ beitskolben 7 nach unten. Jetzt kommt das Zahnrad 20 außer Eingriff mit dem Tellerrad 22, während zur gleichen Zeit das Zahnrad 19 in Kämmeingriff mit dem Tellerrad 21 kommt, so daß nun der Arbeitskolben 7 in der gleichen Weise wie im Zusammenhang mit dem Arbeitskolben 6 beschrieben nach oben verlagert und der Arbeitskolben 9 nach unten verlagert wird. Sodann beginnt der Arbeitszyklus von neuem. Durch entsprechen­ de Steuerung der Einlaßventile 35 unterstützt der Kompressor 37 die Verlagerung der Arbeitskolben 6 und 7. Selbstverständ­ lich können statt der beim Ausführungsbeispiels vorgesehenen zwei Zahnräder 19 und 20 (und der entsprechenden Anzahl von primären Arbeitskolben 6, 7 und sekundären Arbeitskolben 8, 9) auch mehrere Zahnräder vorgesehen sein, deren Verzahnungen entsprechend aufeinander abgestimmt sind. So können beispiels­ weise bei drei Zahnrädern die Verzahnungen sich über einen Umfangsbereich von 120° mit gegenseitiger Versetzung um 120° erstrecken. Wird das Getriebe der beschriebenen Art zur Um­ wandlung von translatorischer in rotierende Bewegung auch auf der Abtriebsseite angeordnet, so können die Zahnräder mehrere in Umfangsrichtung hintereinanderliegende verzahnte Bereiche aufweisen.

Während das in Fig. 1 gezeigte Druckmittelgetriebe mit einer Druckflüssigkeit betrieben wird, ist beim Druckmittelgetriebe gemäß Fig. 2 Druckluft vorgesehen. Beim Getriebe nach Fig. 2 sind deshalb keine Ausgleichsbehälter oder Entlüftungs­ ventile erforderlich. In Abänderung zum Getriebe nach Fig. 1 sind bei den Arbeitszylindern 1 und 2 Ansaugventile 38 angeordnet, die zu den Arbeitsräumen der Arbeitszylinder führen. Zusätzlich können noch Sperrventile in den Druck­ luftleitungen 10 und 11 vorgesehen sein. Bei den ersten Hub­ bewegungen der Arbeitskolben 6 und 7 wird zunächst Luft an­ gesaugt und verdichtet, bis der erforderliche Druck erreicht ist. Ist dies der Fall, so bleiben die Ventile 38 geschlos­ sen. Im übrigen ist der Aufbau und die Funktionsweise des Getriebes gemäß Fig. 2 gleich mit denjenigen des in Fig. 1 beschriebenen Getriebeteilen und -elementen.

Claims (9)

1. Druckmittelgetriebe mit paarweise zusammenwirkenden, über Druckmittelleitungen miteinander verbundenen primären und sekundären Arbeitszylindern, in denen translatorische Be­ wegungen ausführende Arbeitskolben angeordnet sind, da­ durch gekennzeichnet, daß den primären Arbeitszylindern (1, 2) ein Getriebe (17) zur Umwandlung von Rotations- in Translationsbewegung zugeordnet ist, das aus drehfest auf der Antriebswelle (18) angeordneten, jeweils nur über einen Teil ihres Umfangs, gegeneinander in Umfangsrichtung versetzt verzahnten Zahnrädern (19, 20) besteht, die ab­ wechselnd mit an den primären Arbeitskolben (6, 7) über einen Schraubentrieb (23, 24) angeschlossenen Tellerrä­ dern (21, 22) kämmen, wobei der Schraubentrieb (23, 24) jeweils aus einem drehbar mit den Kolben (6, 7) verbundenen Druckstück (29) mit seitlich vorragenden Gleitvorsprüngen (31) besteht, die in Führungsnuten (26, 28) zweier koaxial mit dem Druckstück (29) angeordneter Führungshülsen (25, 27) gleitend eingreifen, von denen die äußere feststehende Führungshülse (27) mit schraubenförmigen Nuten (28) und die innere, mit dem zugeordneten Tellerrad (21 bzw. 22) verbundene Führungshülse (25) mit in Axialrichtung verlaufenden Nuten (26) ausgestattet sind.

2. Druckmittelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die wirksame Kolbenfläche der primären Arbeits­ kolben (6, 7) kleiner ist als die wirksame Kolbenfläche der sekundären Arbeitskolben (8, 9).

3. Druckmittelgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich die Teilverzahnungen der einzelnen Zahnräder (19, 20) zu einer Verzahnung über den gesamten Umfang sämtlicher Zahnräder ergänzt.

4. Druckmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Tellerräder (21, 22) über ein Klinkengesperre (32) mit der inneren Führungshülse (25) verbunden sind.

5. Druckmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druckstück (29) und dem Arbeitskolben (6 bzw. 7) ein Axiallager (30) angeordnet ist.

6. Druckmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß an den primären Arbeitszylindern (1, 2) jeweils ein zum unteren Kolbenraum führendes Ein­ laß- und Auslaßventil (35, 36) angeordnet ist, von de­ nen das Einlaßventil (35) mit einem Druckluftkompressor (37) in Verbindung steht und das Auslaßventil (36) ins Freie führt.

7. Druckmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die sekundären Arbeitskolben (8, 9) getrieblich miteinander gekoppelt sind.

8. Druckmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Druckflüs­ sigkeit als Druckmedium zwischen den primären und sekun­ dären Arbeitszylindern (1, 2 und 3, 4) Ausgleichs- bzw. Nachfüllbehälter (12, 13) und Entlüftungsventile (14, 15) angeordnet sind.

9. Druckmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem als Druckmedium Druckluft eingesetzt ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an der Oberseite der primären Arbeits­ zylinder (1, 2) Ansaugventile (38) angeordnet sind.