DE3821800A1 - Hydromotor, insbesondere oeldruckmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hydromotor, insbesonders einen Öldruck­ motor bestehend aus einem treibenden Motor-Pumpen- und einem angetriebenen Motorteil zur Verwendung als stationärer Antriebsmotor oder Antriebsmotor zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges.

Mit Flüssigkeit, in Verbindung mit Flüssigkeitspumpen betriebene Motore sind unter der Bezeichnung Hydromotore also solche, bei denen eine Flüssig­ keit das energieübertragende Medium darstellt, bekannt. So wird beispiels­ weise bei einer gebräuchlichen Ausführung in einem kreisringförmigen Ge­ häuse ein mit einem Antrieb verbundener Mitnehmer durch Öldruckbeaufschlagung in Drehung versetzt, wobei der Mitnehmer als ein Kolben wirkt. Dieser Mit­ nehmer greift in Rollen mit jeweils einem Auslaß ein, der die gleiche Wirkung wie ein Schieber zum Öffnen und Schließen des kreisringförmigen Innenraums hat. Je weiter hierbei der Mitnehmer zur Auslaß-Seite hin ge­ drückt wird, um so größer wird die Fläche zur Flüssigkeitsbeaufschlagung auf der Rolle. Sehr nachteilig ist hierbei jedoch, daß der Flüssigkeitsdruck über die ganze Oberfläche der Rolle verteilt auf diese drückt, wodurch die Rolle in ihrer Fortbewegung stets abgebremst wird und so unnötige Energie zu ihrer Fortbewegung verlorengeht.

Aufgabe der Erfindung ist ein Öldruckmotor eingangs erwähnter Art, der in der Weise ausgebildet ist, daß die wesentlich einzelnen Teile zur Kraft­ übertragung weder durch den Ölfluß, noch durch die Konstruktion der von diesem beaufschlagten Teilen Bewegungsenergie verlieren, so daß die Energie des beaufschlagten Öldrucks optimal an den dafür vorgesehenen Antrieb weiter abgegeben werden kann.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Hydromotor, insbesonders Öl­ druckmotor, bestehend aus einem treibenden Motorpumpen- und einem angetrie­ benen Motorteil zur Verwendung als stationärer Antriebsmotor oder als An­ triebsmotor zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges, dadurch gelöst, daß der ge­ triebene Motorteil ein ringförmig, zylindrisch in sich geschlossenes Gehäuse und der treibende Teil eine Öldruckpumpe, z.B. eine Zahnrad- oder Flügelrad­ pumpe, ein kreisförmiges Gehäuse, mit peripher darin verteilt angeordneten, umlaufbaren, ölfördernden Pumpen-Flügelrädern oder Zähnen als Öldruckflächen aufweist, ist, und daß der getriebene Teil als Antriebsmotor zweiteilig aus­ gebildet, einerseits aus einem stationären, ringförmigen Kolbengehäuse, in dessen Inneren ein mittels Öl beaufschlagbarer Druckkolben vorgesehen ist, der mit einer Motor- oder Antriebswelle fest verbunden, umlaufbar angeordnet ist, sowie andererseits aus einem Zahnrad, das ebenfalls mit der Antriebs­ welle fest verbunden ist, besteht, und daß das Zahnrad des Motorteils mit einem Zahnrad des treibenden Pumpenteils kämmt, und daß das kreisförmige Gehäuse des treibenden Pumpenteils mit dem ringförmigen Gehäuse des Kolbens des getriebenen Motorteils durch eine Öldruckleitung miteinander verbunden sind, über die das von der Ölpumpe aus einer Ölwanne angesaugte Öl mittels deren Zahnrad-Druckflächen dem Druckkolben des anzutreibenden Motorteils zugeführt wird, dem ein axial zum Antriebsgehäuse hin und her verschiebbarer Schieber zugeordnet ist, auf dem durch aus der Ölpumpe kommend, einströmendes Öl zwischen der Vorderseite des Schiebers und der Arbeitsseite des Druckkol­ bens, bei jeweils durch den Schieber gesperrtem Gehäusedurchgang, ein Druck­ potential aufgebaut wird, das den Druckkolben bis an die Rückseite des Schiebers im ringförmigen Gehäuse dreht, und daß kurz vor Anstehen des Druck­ kolbens an der Rückwand des Schiebers ein Auslaß vorgesehen ist, durch den das Öl in die Ölwanne wieder zurückgeführt wird, und daß der Schieber durch axiales Verschieben den Weg zum Weiterdrehen des Kolbens im ringförmigen Motorgehäuse frei gibt und der nach Vorbeigleiten des Kolbens und abermali­ gem Verschieben des Schiebers in Gegenrichtung das ringförmige Gehäuse wieder schließt, und daß im Zusammenwirken zwischen Schieber und Kolben durch weiter nachströmendes Öl erneut ein Öldruck potential aufgebaut wird, und daß, um zum Betrieb des Motors eine Voreilung des Motorkol­ bens gegenüber den Öldruckflächen F 1 des Pumpen-Zahnrades zu er­ halten, die mit Öl zu beaufschlagende Fläche F 2 des Motorkolbens größer, als die Gesamtheit der Flächen F 1 des Pumpenzahnrades, und daß in Relation dazu auch das Volumen V 2 des Motorgehäuses zum Volumen V 1 des Pumpengehäuses größer ist und daß es durch die Verhältnismäßigkeiten F 1 : F 2 und V 2 : V 1 erst möglich ist, daß der Motorpumpenteil mehr Öl fördert, als der Antriebsmotor­ teil aufnehmen kann.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel davon dargestellt ist, näher erläutert:

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines treibenden Pumpen­ motorteils und eines von diesem angetriebenen Hydro­ motorteils mit einem vor einem Kolbengehäuse angeordne­ ten - andeutungsweise mit dargestellten - den Pumpen­ motor seinerseits treibenden Zahnrad in Vorderansicht im Schnitt,

Fig. 2 eine Seitenansicht von Fig. 1 in schematischer Darstel­ lung,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer Steuerscheibe mit einer Nocke im Zusammenwirken mit einem axial ver­ schiebbaren Schieber, und

Fig. 4 eine Seitenansicht der Steuerscheibe in ihrer senkrecht zur Motorwelle stehenden Gebrauchslage nach Verschiebung des Schiebers zum Durchgang des Kolbens.

In Fig. 1 ist 1 ein Öldruckmotor in Startposition, bestehend aus einem trei­ benden Motorpumpenteil 2 und einem getriebenen Motorteil 3, wobei diese Teile jeweils auf einer Motorwelle 4 und einer Motorpumpenwelle 5 verstell­ und feststellbar befestigt sind. Die einzelnen Teile des Motors sind in einem ringförmigen, zylindrisch in sich geschlossenen Gehäuse 6 und die ein­ zelnen Teile der Pumpe 2 in einem kreisförmigen Gehäuse 6 a untergebracht. Die Öldruckpumpe 7 kann eine Flügelrad- oder eine Zahnradpumpe 2 mit auf der Oberfläche des Pumpenzahnrades 8 peripher verteilt angeordneten, ölfördern­ den Zähnen 8 a sein. Das stationär ringförmige Motorgehäuse 6 weist in seinem Inneren den mittels Öldruck beaufschlagbaren Druckkolben 9, der mit der Motor­ bzw. Antriebswelle 4 fest verbunden ist sowie einen axial verschiebbaren Schieber 10 und einen Ölauslaß 11 auf. Mit der Antriebswelle 4 ist auch ein Antriebszahnrad 12 fest verbunden, das mit dem auf der Pumpenmotorwelle 5 be­ festigten Motorpumpenzahnrad 8 in Eingriff steht. Das Antriebszahnrad 12 kann an jeder beliebigen Stelle der Motorwelle 4 befestigt, ja selbst un­ mittelbar an das ringförmige Motorgehäuse herangeschoben werden, sofern eine optimale Kraftübertragung von Antriebsrad 12 auf das Pumpenzahnrad 8 gewährleistet ist. Die beiden Gehäuse 6 u. 6 a sind durch eine Öldruck­ leitung 13 miteinander verbunden, über die das von der Öldruckpumpe 7 aus einer Ölwanne 34 angesaugte Öl 36 dem über den Druckkolben anzutreibenden Motorteil 3 zugeführt wird und dem der axial zum Motorgehäuse 6 hin und her verschiebbarer Schieber 10 zugeordnet ist. Durch diesen Schieber kann durch das vom Pumpengehäuse 6 a einströmende Öl zwischen einer Vorderseite 14 des Schiebers und der Arbeitsseite 15 des Druckkolbens 9 ein Druckpotential auf­ gebaut werden, das den Druckkolben im Motorgehäuse 6 in Drehung versetzt. Im Bereich unmittelbar vor Anstehen des Druckkolbens an der Vorderseite 14 des Schiebers 10 ist ein Ölauslaß 11 vorgesehen, durch den das Öl 36 bei geschlossenem Schieber 10 wieder in die Ölwanne 34 zurückgeführt wird. Durch abermaliges Verschieben des Schiebers und zwar nunmehr in Gegenrich­ tung wird ein Weg für den Kolben durch einen durch die Verschiebung freige­ legten Kolbendurchlaß 17 geöffnet, wobei der Schieber nach Passieren des Kolbens in Gegenrichtung wieder schließt, so daß nun zusammen mit dem Schieber 10 und dem Druckkolben 9 durch weitere Ölzufuhr erneut ein Druck­ potential aufgebaut werden kann. Die Öldruckleitung 13 verbindet hierbei den Antriebsmotor 3 - wie vorstehend schon ausgeführt - mit der Öldruck­ pumpe 7, wobei der Öleinlaß 16 unmittelbar im Bereich einer Rückseite 18 des Schiebers vorgesehen ist. In der Öldruckleitung ist ein Sicherheitsven­ til 19 angeordnet, durch das der Ölzulauf und somit der Öldruck entsprechend reguliert werden kann und wobei das Sicherheitsventil bei zu hohem Öldruck in der Öldruckleitung automatisch nach außen hin öffnet. Zweckmäßig ist die Aufhängung an der Kolbenstange 20 auf der Antriebswelle 4 für einen exakten widerstandslosen Umlauf des Kolbens exzentrisch ein- bzw. nachjustierbar. Zu diesem Zweck weist ein antriebswellenseitiges Ende 21 der Kolbenstange 20 keine runde, sondern eine ovale, auf der Motorwelle 4 fixierbare Auf­ hängeöffnung 22 auf.

In Fig. 3 ist eine Steuerscheibe 23 mit einer Nocke 26 im Zusammenwirken mit dem axial verschiebbaren Schieber 10 gezeigt. Der Schieber ist hierbei zum Öffnen und Verschließen des Motorgehäuses 4 auf einer Seite mit einem Kolben 17 und Kolbenstangendurchlaß 27 versehen, während die benachbarte andere Seite des Schiebers aus einem vollen Material 24 besteht. Der Schieber ist quer in Motorgehäuserichtung, parallel zur Motorwelle in einer spaltförmigen Ausnehmung 35 verschiebbar an­ geordnet und weist im Endbereich seiner der Motorwand abgewandten Seite eine Aussparung 25 auf. Dieser Aussparung ist eine senkrecht zur Motor­ welle stehende, mit dieser befestigte, in die Aussparung teilweise eingrei­ fende Steuerscheibe 23 zugeordnet, die eine in Gebrauchslage am oberen Um­ fangsende ausgeformte Steuernocke 26 aufweist. Die Steuerscheibe 23 ist hierbei in der Weise auf der Motorwelle angeordnet, daß die Steuernocke 26 und der Druckkolben 9 sowie die Aussparung 25 stets in einer Ebene liegen. Zur Steuerung des Schiebers ist die Nocke in einer Rundung nach außen hin ansteigend und wieder abfallend ausgebogen, wobei die Ausbiegung 28 in ihrer maximalen Höhe gleich dem Weg des Schiebers zur Freigabe für den Durchgang des Kolbens mit Kolbenstangenende 30 entspricht. Die Dauer zum Offenhalten des Kolbendurchlasses wird von der Breite 31 der Ausbiegung be­ stimmt, so daß diese durch entsprechende Dimensionierung sehr genau bestimm­ bar ist.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Nach Ingangsetzung der Motor­ pumpe mittels eines hier nicht gezeichneten Anlassers bewegt sich das Pumpenzahnrad 8 der Öldruckpumpe 7 in Pfeilrichtung D und befördern das aus der Ölwanne 11 angesaugte Öl vom Motorpumpenteil 3 über die Öldruck­ leitung 13 am Sicherheitsventil 19 vorbei durch Öleinlaß 16 in das An­ triebsmotorgehäuse 3, so daß bei geschlossenem Schieber 10, d.h. bei dem Innenraum des kreisringförmigen Gehäuses 6 a, für den Ölfluß gesperrten Schie­ bers 10, ein Öldruckpotential aufgebaut, durch das der Druckkolben 9 in Gegenrichtung zu den Pumpenzahnrädern 8 der Pumpe 2 bewegt wird.

Da die mit Öl beaufschlagte Fläche F 2 des Druckkolbens größer ist als die das Öl von der Pumpe befördernde Fläche F 1 der Pumpenzahnräder 8, ist auch die Kraft, die auf die Kolbenfläche F 2 wirkt, größer als die von der Fläche F 1 des Pumpenkolbens abgegebene. Auf diese Weise ist nunmehr bis zum vor­ geschobenen Druckkolben das gesamte Rohrsystem, einschließlich der entsprech­ enden Antriebsmotorgehäuseteile, lückenlos ohne Lufteinschlüsse mit Öl zur Weiterbewegung des Druckkolbens gefüllt. Außerordentlich bedeutsam ist es hierbei, daß der Druckkolben 9, da er ja über Zahnräder 8, 12 die Pumpe seinerseits antreibt und für die weitere Versorgung des Systems mit Öl Sorge zu tragen hat, relativ zu den ölfördernden Mitteln der Pumpe eine Voreilung haben muß, d.h. daß der Kolben den Kraftübertragungspunkt 33, in dem zwei Zahnräder kämmen, und zwar das Zahnrad 12 des Antriebsmotors und das Zahnrad 8 des Motorpumpenteils, bereits überschritten haben muß, um die wei­ tere Ölzufuhr zum Weiterbewegen des Kolbens sicherzustellen, was wieder nur durch Nacheilung der Pumpenzahnräder hinter dem Druckkolben 9 möglich ist. Eine derartige Vor- und Nacheilung läßt sich, wie gefunden wurde, nur dann erreichen, wenn einerseits die ölflußbeaufschlagende Fläche F 1 (den Ölfluß beaufschlagende Flächen der einzelnen Pumpenzahnräder) kleiner als F 2 (die Gesamtheit der Kraft, die aus der Einzelölbeaufschlagung der Pumpenzahnräder auf die Druckkolbenfläche resultiert) ist, und andererseits, wenn das effek­ tiv wirksame, für den Ölfluß maßgebende Volumen V 2 des ringförmigen Motor­ gehäuses größer als das Volumen V 1 des kreisförmigen Pumpengehäuses ist. Durch die entsprechende Verhältnismäßigkeit der Druckflächen F 1 und F 2 einerseits relativ zum Volumen des das Öl zuführenden Motorpumpenteils und des vom Antriebsmotorteil aufnehmenden Öls andererseits, ist es erst möglich, daß der Motorpumpenteil 2 mehr Öl fördert als der Antriebsmotorteil aufnehmen könnte. Gegebene Reibungsverluste einzelner Maschinenteile können durch zu­ sätzliche Anordnungen, die von außen her mit dem Antriebsmotor in Verbindung gebracht werden können, z.B. solare Einrichtungen oder durch Bewegung, bei­ spielsweise durch Fahrtbewegung eines Fahrzeuges erzeugte Schwingungsenergie und dergleichen ausgeglichen werden, so daß die Anordnung, wenn sie über einen Anlasser einmal in Betrieb gesetzt und durch vorgesehene Schwungradmassen in Schwung gebracht worden sind, der Motor zum größten Teil durch Eigenenergie in Bewegung gehalten werden kann.

Die vorstehend erwähnte Voreilung des Antriebszahnrades 12 gegenüber dem Pumpenmotorzahnrad 8 kann aber auch durch eine entsprechende Übersetzung der Zahnräder 8 u. 12 erzielt werden.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß auf der Motorwelle 4 ein Antriebsritzel 32 befestigt ist, das für eine Zahnradverbindung mit einem hier nicht ge­ zeichneten Anlasser dient und mit dem die Anordnung angelassen werden kann. Des weiteren lassen sich über dieses oder zusätzlich auf der Motorwelle be­ festigte Ritzel 32 auch externe Kräfte, umgesetzt in Drehmomente, die aus Solarquellen oder einer Schwingungsenergie herrühren, in die Antriebswellen einspeisen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, mehrere Motor­ kolben in einem Motorsystem vorzusehen, wobei jeder Kolben seine Kraft auf eine gemeinsame Motorwelle, mit der sie verbunden sind, abgibt.

Claims (11)

1. Hydromotor, insbesonders Öldruckmotor, bestehend aus einem treibenden Motor­ pumpen- (2) und einem angetriebenen Motorteil (3) zur Verwendung als statio­ närer Antriebsmotor oder als Antriebsmotor zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß der getriebene Motorteil (3) ein ringförmig, zy­ lindrisch in sich geschlossenes Gehäuse (6) und der treibende Teil eine Öl­ druckpumpe, z.B. eine Zahnrad- oder Flügelradpumpe, ein kreisförmiges Gehäuse (6 a), mit peripher darin verteilt angeordneten, umlaufbaren, ölfördernden Pumpen-Flügelrädern oder Zähnen (8) als Öldruckflächen aufweist, ist, und daß der getriebene Teil als Antriebsmotor zweiteilig ausgebildet, einerseits aus dem stationären, ringförmigen Motorgehäuse (6), in dessen Inneren ein mittels Öl beaufschlagbarer Druckkolben (9) vorgesehen ist, der mit einer Motor- oder Antriebswelle (4) fest verbunden, umlaufbar angeordnet ist, so­ wie andererseits aus einem Zahnrad (12) das ebenfalls mit der Antriebs­ welle fest verbunden ist, besteht, und daß das Zahnrad des Motorteils mit einem Zahnrad (8) des treibenden Pumpenteils (2) kämmt, und daß das kreis­ förmige Gehäuse (6 a) des treibenden Pumpenteils mit dem ringförmigen Gehäuse (6) des getriebenen Motorteils durch eine Öldruckleitung (13) miteinander verbunden sind, über die das von der Ölpumpe aus einer Ölwanne (34) ange­ saugte Ö1 (36) mittels deren Zahnrad-Druckflächen dem Druckkolben des anzu­ treibenden Motorteils (3) zugeführt wird, dem ein axial zum Antriebsgehäuse hin und her verschiebbarer Schieber (10) zugeordnet ist, auf dem durch aus der Ölpumpe (7) kommend, einströmendes Öl (36) zwischen der Vorderseite (14) des Schiebers und der Arbeitsseite (15) des Druckkolbens, bei jeweils durch den Schieber gesperrtem Gehäusedurchgang, ein Druckpotential aufgebaut wird, das den Druckkolben bis an die Rückseite (18) des Schiebers im ringförmigen Gehäuse dreht, und daß kurz vor Anstehen des Druckkolbens an der Rückseite (18) des Schiebers ein Ölauslaß (11) vorgesehen ist, durch den das Öl in die Ölwanne wieder zurückgeführt wird, und daß der Schieber (10) durch axiales Verschieben den Weg zum Weiterdrehen des Kolbens im ringförmigen Motorgehäuse frei gibt und der nach Vorbeigleiten des Kolbens und abermaligem Verschieben des Schiebers in Gegenrichtung das ringförmige Gehäuse wieder schließt, und daß im Zusammenwirken zwischen Schieber und Kolben durch weiter nachströ­ mendes Öl erneut ein Öldruckpotential aufgebaut wird, und daß um zum Betrieb des Motors eine Voreilung des Motorkolbens (9) gegenüber den Öldruckflächen F 1 des Pumpenzahnrades (8) zu er­ halten, die mit Öl zu beaufschlagende Fläche F 2 des Motorkol­ bens größer als die Geamtheit der Flächen F 1 des Pumpenzahnrades (8), und daß in Relation dazu auch des Volumen V 2 des Motorge­ häuses (6) zum Volumen V 1 des Pumpengehäuse (6 a) größer ist, und daß es durch die Verhältnismäßigkeiten F 1 : F 2 und V 2 : V 1 erst möglich ist, daß der Motorpumpenteil (2) mehr Öl fördert, als der Antriebsmotorteil (3) aufnehmen kann.

2. Hydromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (10) durch eine Steuerscheibe (23) miteiner aus einer Ebene aufsteigende Nocke (24) durch die Motorwelle betätigbar ist.

3. Hydromotor nach den Ansprüchen 1 u. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe fest mit der Motorwelle verbunden ist.

4. Hydromotor nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schie­ ber auf einer Seite einen Kolben- und Kolbenstangendurchlaß (17, 27) aufweist, während die andere ihm benachbarte Seite aus einem vollen Material 24 besteht.

5. Hydromotor nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe (23) räumlich in der Weise zugeordnet ist, daß in Durchlaß­ stellung des Schiebers, für den Kolben die Steuernocke (26), der Druckkolben (9) sowie der Kolbendurchlaß (17) stets in einer Ebene liegen.

6. Hydromotor nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ scheibe in einer Aussparung (25) im Schieber geführt ist und durch ihre aus ihrer Ebene aufsteigende Formgebung den Schieber (10) in entsprechende Axial­ bewegungen relativ zur Antriebswelle verschiebt.

7. Hydromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölfluß beaufschla­ genden Flächen F 1 der einzelnen Pumpenzahnräder des Pumpenzahnrades (8) kleiner als die Fläche F 2 als Gesamtheit der Kraft, die aus der Einzelbeauf­ schlagung der Pumpenzahnräder auf die Druckkolbenfläche resultiert und daß das für den Ölfluß maßgebende Volumen V 2 des ringförmigen Motorgehäuses re­ lativ zum Volumen V 1 des kreisförmigen Pumpengehäuses größer ist.

8. Hydromotor nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verhältnismäßigkeit der Druckflächen F 1 und F 2 einerseits relativ zum Vo­ lumen des das ölzuführenden Motorpumpenteils (2) und des vom Antriebsmotor­ teil (3) aufnehmende Öl andererseits, so gewählt ist, daß der Pumpenmotor­ teil (2) mehr Öl fördert als der Antriebsmotorteil aufnehmen kann, so daß eine Voreilung des Motorkolbens gegenüber den Pumpenzahnrädern erzielt wird.

9. Hydromotor nach den Ansprüchen 1,7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ schleunigung des Motorkolbens und so eine Voreilung gegenüber dem Pumpenzahn­ rad (8) durch entsprechende Änderung des Übersetzungsverhältnisses der Zahn­ räder (8, 12) erreicht wird.

10. Hydromotor nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß einem auf der Antriebswelle befestigten Zahnrad und/oder Ritzel (32) in ein Drehmoment umgesetzte Fremdenergie, z.B. Solarenergie oder Schwingungsenergie, oder Energie von einem Anlasser kommend, einspeisbar ist.

11. Hydromotor nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Motorkolben in einem Motorsystem vorgesehen sind, und jeder Kolben seine Kraft auf eine gemeinsame Antriebswelle überträgt.