DE4323036A1 - Hydraulischer Axialkolbenmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Axialkolbenmotor in Schrägachsenbauweise mit einer mit einer Triebscheibe fest ver­ bundenen Triebwelle, mit in einem Zylinderblock, der auf einer Kreislinie mit zueinander parallelen Bohrungen versehen ist, in denen Kolben geführt sind, die oder deren Stangen mit der Trieb­ scheibe gelenkig verbunden sind, und der um eine im Bereich der Triebscheibe liegende Querachse schwenkbar gelagert ist, und mit einer Steuerscheibe, die auf ihrer dem Zylinderblock zugewandten Seite mit zwei nierenförmigen Steuerschlitzen und mit einer zy­ lindrischen äußeren Seite versehen ist, deren die Krümmungsmit­ telachse mit der Schwenkachse des Zylinderblocks zusammenfällt, die in einer mit Zu- und Abführungsbohrungen versehenen, gehäuse­ festen Abschlußplatte gelagert und die mit die Zu- und Abfüh­ rungsbohrungen zumindest teilweise überdeckenden, mit den Steu­ erschlitzen in Verbindung stehenden Durchbrüchen versehen ist.

Ein derartiger hydraulischer Axialkolbenmotor mit verstellbarer Drehzahl ist beispielsweise der Verstellmotor A6VM der Fa. Man­ nesmann Rexroth. Bei diesen Motoren läßt sich durch eine in der Abschlußplatte angeordnete hydraulische Stelleinrichtung mit ei­ nem in eine Bohrung der Steuerscheibe greifenden Zapfen der Zy­ linderblock, der frei drehbar in einer kugelschalenförmigen Aus­ nehmung auf der entsprechend komplementären kugelkalottenförmi­ gen inneren Seite der Steuerscheibe abgestützt ist, zwischen sei­ nem größten bei 26,5° liegenden Schwenkwinkel, bei dem der Motor bei kleinster Drehzahl das größte Drehmoment aufweist, und einem 0° angenäherten Schwenkwinkel verschwenken. Da mit der Annähe­ rung an den Schwenkwinkel 0° das Drehmoment abnimmt, gerät der Motor etwa in den Bereich eines Schwenkwinkels von 2 bis 3° in den Bereich der Selbsthemmung. Wird jedoch der Motor aus dem Be­ reich des 0-Schwenkwinkels bzw. aus dem Bereich der Selbsthem­ mung in Richtung auf größere Schwenkwinkel verschwenkt, erreicht er ohne äußere Belastung nach Verlassen des Bereiches der Selbst­ hemmung innerhalb kürzester Zeit Drehzahlen, die die zulässigen Drehzahlen überschreiten, da das Schluckvolumen bei kleinen Schwenkwinkeln für das Erzielen hoher und unzulässig hoher Dreh­ zahlen verhältnismäßig klein ist.

Hydraulische Verstellmotoren der eingangs angegebenen Art werden insbesondere auch für Mehrmotoren-Antriebe eingesetzt. Ein derar­ tiger Mehrmotorenantrieb ist in Fig. 13 der Zeichnung schema­ tisch dargestellt. Bei diesem Mehrmotorenantrieb ist ein Ver­ stellmotor über ein Getriebe ständig an eine gemeinsame Ausgangs­ welle angekuppelt, während weitere Verstellmotoren über Kupplun­ gen und geeignete eventuell sogar schaltbare Getriebestufen zuge­ schaltet werden können, um für bestimmte Anwendungszwecke optima­ le Drehzahl-Drehmoment-Bereiche durchfahren zu können. Bei derar­ tigen Antrieben besteht das besondere Problem, daß beim Ankup­ peln abgekuppelter Verstellmotoren ein Schaltruck entsteht, und zwar weil sich der Motor noch im Bereich seiner Selbsthemmung befindet oder weil er bereits bei Zuführung unter Druck stehen­ dem Hydrauliköl ohne Belastung sofort auf höchste Drehzahlen hochläuft.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verstellbaren hydrau­ lischen Axialkolbenmotor der eingangs angegebenen Art zu schaf­ fen, der bei einem Verschwenken aus dem Bereich seiner Selbst­ hemmung in Richtung auf größere Schwenkwinkel keine unzulässig hohen Drehzahlen annimmt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Motor der gattungs­ gemäßen Art dadurch gelöst, daß die Steuerscheibe auf ihrer zy­ lindrisch gekrümmten Seite mit einer einen Durchbruch begrenzen­ den Steuerkante versehen ist, die beim Schwenken des Zylinder­ blocks gegen den 0-Schwenkwinkel die Zuführungsbohrung zunehmend verschließt. Bei dem erfindungsgemäßen Motor wird also die die Hochdruckseite bildende Zuführungsbohrung bei einer Verschwen­ kung des Zylinderblocks gegen den 0-Schwenkwinkel zunehmend ver­ schlossen, so daß die unter hohem Druck stehende Hydraulikflüs­ sigkeit zunehmend stärker gedrosselt wird, wobei die Zuführungs­ bohrung im Bereich der Selbsthemmung auch vollständig verschlos­ sen werden kann. Wird der Motor anschließend durch Schwenken des Zylinderblocks in Richtung größerer Schwenkwinkel wieder zum An­ laufen gebracht, kann durch entsprechende Anordnung der Steuer­ kante ein gesteuerter Zufluß von unter Druck stehendem Hydraulik­ öl zur Druckseite des Zylinderblocks in der Weise erfolgen, daß der Motor vorbestimmte Drehzahlen annimmt.

Wird beispielsweise der erfindungsgemäße Verstellmotor für Mehr­ motorenantriebe verwendet, kann beim Verschwenken des Zylinder­ blocks aus dem Bereich der Selbsthemmung in Richtung größerer Schwenkwinkel die unter Druck stehendes Hydrauliköl zuführende Bohrung derart aufgesteuert werden, daß der Motor vorherbestimm­ bare Drehzahlen und insbesondere auch im Bereich der Synchron­ drehzahl liegende Drehzahlen annimmt, so daß ein Zuschalten des oder der Verstellmotore ohne spürbaren Schaltruck erfolgen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen verstellbaren hy­ draulischen Axialkolbenmotor in Schrägachsenbau­ weise in schematischer Darstellung bei größtem Schwenkwinkel seines Zylinderblocks,

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Querschnitt bei Annäherung des Schwenkwinkels in den Bereich der Selbsthemmung,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die äußere zylinderschalen­ förmig gekrümmte Seite der Steuerscheibe,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Steuerscheibe nach Fig. 3 längs der Linie C-D,

Fig. 5 einen Schnitt durch die Steuerscheibe nach Fig. 3 längs der Linie E-F,

Fig. 6 einen Schnitt durch die Steuerscheibe nach Fig. 3 längs der Linie A-B,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Steuerscheibe von der Seite des Zylinderblocks her,

Fig. 8 einen Schnitt durch die Abschlußplatte längs der Linie A-B in Fig. 9,

Fig. 9 eine Ansicht der Abschlußplatte in Richtung des Pfeils X in Fig. 8,

Fig. 10 einen Schnitt durch die Abschlußplatte längs der Linie C-D in Fig. 12,

Fig. 11 eine Draufsicht auf die Abschlußplatte,

Fig. 12 eine Ansicht der Abschlußplatte von der Seite der Steuerscheibe her und

Fig. 13 eine schematische Darstellung eines Mehrmotorenan­ triebes unter Verwendung parallel geschalteter Motoren.

Aus den Fig. 1 und 2 ist ein verstellbarer hydraulischer Axial­ kolbenmotor 1 in Schrägachsenbauweise ersichtlich, der seinem grundsätzlichen Aufbau nach dem Verstellmotor A6VM der Fa. Man­ nesmann Rexroth entspricht, so daß zur näheren Darstellung auf diesen Verstellmotor sowie die bekannte Firmenliteratur der Fa. Mannesmann Rexroth verwiesen wird.

Dieser bekannte Verstellmotor besteht aus einer in einem Gehäuse 2 gelagerten Abtriebswelle 3, die einstückig mit einer Trieb­ scheibe 4 verbunden ist. Die Triebscheibe 4 ist auf einer die Wellenachse 5 konzentrisch einfassenden Kreislinie mit kugelscha­ lenförmigen Ausnehmungen 6 versehen, in die die kugeligen Köpfe 7 von Kolben 8 greifen, die in Bohrungen 9 des Zylinderblocks 10 verschieblich geführt sind. Der Zylinderblock 10 ist mit einer zentralen Bohrung 11 versehen, in der ein der Zentrierung dienen­ der Kolben 12 angeordnet ist, dessen kugeliger Kopf 13 in eine entsprechende zylinderschalenförmige Ausnehmung in der Mitte der Triebscheibe 4 greift. Der Kolben 12 bildet gleichsam die Dreh­ achse des Zylinderblocks 10.

Der Zylinderblock 10 ist auf seiner der Abschlußplatte 15 zuge­ wandten Seite mit einer kugelschalenförmigen Ausnehmung verse­ hen, in die die innere entsprechend komplementäre kugelkalotten­ förmige Innenseite der Steuerscheibe 16 greift. Die Steuerschei­ be 16 weist eine zylindrisch gekrümmte Außenseite auf, die in eine komplementäre zylinderschalenförmige Ausnehmung der Ab­ schlußplatte 15 greift. Die Abschlußplatte 15 ist mit zwei paral­ lelen langlochartigen Zu- und Abführungsbohrungen für das unter Hochdruck und Niederdruck stehende Hydrauliköl versehen. Die et­ wa linsenförmige Steuerscheibe weist Durchbrüche auf, von denen der Durchbruch für die Zuführungsbohrung mit einer Steuerkante 20 versehen ist, die bei einer Verschwenkung des Steuerblocks 10 in Richtung auf den 0-Schwenkwinkel die Zuführungsbohrung 21 in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise zunehmend verschließt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Steuerscheibe wird nun an­ hand der Fig. 3 bis 7 näher erläutert. Die Steuerscheibe 16 weist in Draufsicht eine im wesentlichen rechteckige Form auf. Auf ihrer dem Zylinderblock 10 zugewandten Seite ist sie mit einer kugelkalottenartigen Wölbung 22 versehen, die als Abstütz­ fläche für die kugelschalenförmige Außenseite des Zylinderblocks 10 dient. Auf ihrer gegenüberliegenden Seite 23 ist die Steuer­ scheibe 16 zylinderschalenförmig gekrümmt.

In ihrer kugelkalottenförmigen Seite ist die Steuerscheibe 16 in der aus Fig. 7 ersichtlichen Weise mit nierenförmigen Schlitzen 24, 25 versehen, von denen der Schlitz 24 der Hochdruckseite und der Schlitz 25 der Niederdruckseite zugeordnet ist.

Die Schlitze stehen durch Bohrungen 26, 27, 28 mit Aussparungen 29, 30 in Verbindung, die in die zylindrisch gekrümmte Seite 23 der Steuerscheibe 16 eingearbeitet sind. Die zu der Niederdruck­ seite gehörende Aussparung 30 erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Länge der zylindrisch gekrümmten Außenseite der Steuerscheibe 16, während die Aussparung 29 etwa im Bereich der mittleren Querachse A-B der Steuerscheibe durch die Steuerkante 20 geschlossen ist.

Anhand der Fig. 8 bis 12 wird nun die Abschlußplatte 15 beschrie­ ben, in der die Steuerscheibe mit ihrer zylindrischen Außenseite verschwenkbar gelagert ist. Die Abschlußplatte 15 ist mit einer zylinderschalenförmigen Ausnehmung 36 versehen, deren Breite der Breite der Steuerscheibe 16 entspricht. Die zylinderschalenför­ mige Ausnehmung 36 ist in ihrem mittleren Bereich mit einer zy­ lindrisch gekrümmten Nut 37 versehen, in der mittig ein Langloch 38 angeordnet ist, in dem ein hydraulisch gesteuerter Zapfen verschieblich geführt ist, der in die mittlere Bohrung 39 der Steuerscheibe 16 greift und der über die Steuerscheibe 16 den Zylinderblock um die Schwenkachse 37 verschwenkt.

In den seitlichen Bereichen der zylinderschalenförmigen Ausneh­ mung 36 sind Langlöcher 21, 40 eingearbeitet, von denen in der aus den Fig. 10 und 12 ersichtlichen Weise das Langloch 21 mit einer Zuführungsbohrung 41 der Hochdruckseite und das Langloch 40 mit einer Bohrung 42 der Niederdruckseite in Verbindung steht.

Befindet sich der Motor in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise im Bereich großer Schwenkwinkel, überdeckt die Aussparung 29 das Langloch 21 der Hochdruckseite vollständig. Wird nun der Motor in Richtung kleinerer Schwenkwinkel verstellt, überfährt die Steuerkante 20 zunehmend das Langloch 21 und steuert dieses zu, bis das Langloch 21 im Bereich der aus Fig. 2 ersichtlichen Selbsthemmung völlig geschlossen ist.

Aus Fig. 13 ist ein Mehrmotorenantrieb ersichtlich, bei dem eine hydraulische Verstellpumpe 50 in hydraulischer Parallelschaltung mehrere verstellbare hydraulische Axialkolbenmotoren 51 der vor­ stehend beschriebenen Art mit unter Hochdruck stehenden Hydrau­ liköl speist. Der oberste Verstellmotor 51 ist ständig getriebe­ mäßig mit der gemeinsamen Abtriebswelle 53 verbunden, während die unteren drei Verstellmotoren 51 über Kupplungen 54 und nicht beschriebene Getriebeglieder des Getriebes 55 mit der Abtriebs­ welle 53 kuppelbar sind.

Der dargestellt Mehrmotorenantrieb ermöglicht einen großen Wand­ lungsbereich, wobei es erforderlich ist, einzelne Verstellmoto­ ren 51 zu- und abschalten zu können. Eine vollständige Abschal­ tung von auf 0 verschwenkte Motoren erfolgt dabei durch die Kupplungen 54, so daß nicht treibende Motoren nicht mitge­ schleppt werden müssen. Um nach Bedarf über die Kupplungen 54 eine ruckfreie Zuschaltung zu ermöglichen, lassen sich die er­ findungsgemäßen Verstellmotoren durch entsprechende Steuerung der Zuflußquerschnitte der Hochdruckseite in etwa auf Synchron­ drehzahl steuern.

Claims (1)

1. Hydraulischer Axialkolbenmotor (1) in Schrägachsenbauweise,
   mit einer mit einer Triebscheibe (4) fest verbundenen Triebwelle (3),
   mit in einem Zylinderblock (10), der auf einer Kreislinie mit zueinander parallelen Bohrungen (9) versehen ist, in denen Kol­ ben (8) geführt sind, die oder deren Stangen mit der Triebschei­ be (4) gelenkig verbunden sind, und der um eine im Bereich der Triebscheibe (4) liegende Querachse (37) schwenkbar gelagert ist und
   mit einer Steuerscheibe (16), die auf ihrer dem Zylinderblock (10) zugewandten Seite mit zwei nierenförmigen Steuerschlitzen (24, 25) und mit einer zylindrischen äußeren Seite (23) versehen ist, deren Krümmungsmittelachse mit der Schwenkachse (37) des Zylinderblocks (10) zusammenfällt, die in einer mit Zu- und Abführungsbohrungen (21, 40) versehenen gehäusefesten Abschluß­ platte (15) gelagert und die mit die Zu- und Abführungsbohrungen zumindest teilweise überdeckenden, mit den Steuerschlitzen in Verbindung stehenden Durchbrüchen versehen ist,
   dadurch gekennzeichnet,
   daß die Steuerscheibe (16) auf ihrer zylindrisch gekrümmten Sei­ te (23) mit einer einen Durchbruch (29) begrenzenden Steuerkante (20) versehen ist, die beim Schwenken des Zylinderblocks (10) gegen den 0-Schwenkwinkel die Zuführungsbohrung (21) zunehmend verschließt.