DE60029425T2

DE60029425T2 - Motor mit symmetrischem bremssystem

Info

Publication number: DE60029425T2
Application number: DE60029425T
Authority: DE
Inventors: N. Jeffrey Hopkinsville WHITE
Original assignee: White Hydraulics Inc
Current assignee: White Hydraulics Inc
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2020-02-16
Also published as: US6253882B1; EP1153225A4; WO2000050784A1; EP1153225B1; EP1153225A1; JP2002538381A; JP4630461B2; DE60029425D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Bremse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hydraulische Druckvorrichtungen sind leistungsfähig bei der Erzeugung eines hohen Drehmoments ausgehend von relativ kompakten Vorrichtungen.
Jedoch ist die Fähigkeit eines nicht unterstützten hydraulischen Motors, allein eine verbundene Welle in einer bestimmten voreingestellten Bremsstellung zu halten, hauptsächlich aufgrund volumetrischen Flüssigkeitsumlaufs begrenzt. Daher wird typischerweise, wenn hydraulische Druckvorrichtungen bei Anwendungen eingesetzt werden, welche Bremskräfte auf eine Welle erfordern, eine separate Bremse eingesetzt.
Beschreibung des Standes der Technik
Hydraulische Druckvorrichtungen mit Hilfsbremsen sind im Stand der Technik gut bekannt. Beispiele sind unter anderem US 3,960,470 , US 3,536,230 , US 3,616,822 , US 4,981,423 , US 3,969,950 und PCT/LTS83/01683.
Diese Bremsen sind zwar funktionsfähig, erfordern jedoch komplizierte Gehäuseteile, eine Trennung der Bremse von dem hydraulischen Motor und/oder Hilfsbremsen-Antriebsleitungen. Jeder dieser zusätzlichen Bestandteile erhöht die Komplexität der Gesamtvorrichtung und erhöht so die Herstellungs-, Wartungs- und andere die Bremsen betreffenden Kosten. Außerdem sind häufig zusätzliche Hilfsbestandteile erforderlich, um die gewünschte Bremsfunktion zu schaffen.
US 5,099,964 offenbart eine Bremsvorrichtung, welche Scheiben verwendet. Ein Bremsgehäuse ist vorgesehen, welches einen zweiten Satz Scheiben trägt, welche mit dem ersten Satz ineinandergreifen. Ein Bremskolben ist in einer Öffnung des Bremsgehäuses hin- und herbeweglich angeordnet. Eine Feder spannt den Bremskolben in Richtung auf den ersten und zweiten Scheibensatz vor. Getrennt von dem Kolben ist eine Abdeckung an dem Bremsgehäuse angebracht.
Die vorliegende Erfindung ist dazu bestimmt, eine einfache hydraulische Bremse zu schaffen, welche anpassungsfähiger ist als die des Standes der Technik.
Ziele und Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Konstruktion hydraulischer Bremsen zu vereinfachen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Zuverlässigkeit hydraulischer Bremsen zu erhöhen.
Es ist ferner ein Ziel der vorliegenden Erfindung, hydraulische Bremsen zu verstärken.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Kosten hydraulischer Bremsmechanismen und ihrer Steuergeräte zu reduzieren.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Anpassungsfähigkeit hydraulischer Motoren zu erhöhen.
Weitere Ziele und ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung können durch Bezugnahme auf die Zeichnungen erhalten werden, in denen:
Kurze Zeichnungsbeschreibung
1 eine längs geschnittene Ansicht einer hydraulischen Druckvorrichtung ist, welche die Erfindung der Anmeldung enthält.
2 eine Seitenansicht der Rückseite des Gehäuses aus 1 ist;
3 eine Querschnittsansicht des Betätigungskolbens aus 1 ist;
4 eine Querschnittsansicht der Rückseite des Gehäuses aus 2 ist;
5 eine vergleichende Ansicht der Oberflächenbereiche der beiden Betätigungshohlräume des Kolbens aus 3 ist;
6 eine Seitenansicht der Vorderseite des Gehäuses aus 1 ist;
7 eine Stirnansicht einer bei der Bremse aus 1 verwendeten Reaktionsscheibe ist; und
8 eine Stirnansicht einer bei der Bremse aus 1 verwendeten Bremsscheibe ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte hydraulische Bremse. Die Erfindung wird in ihrer bevorzugten Ausführungsform einer bei einem hydraulischen Gerotor-Motor verwendeten hydraulischen Bremse beschrieben.
Die Bremse umfaßt ein Gehäuse 10, eine Antriebswelle 60, einen Bremsmechanismus 100 und, bei der offenbarten bevorzugten Ausführungsform, einen Kraftmechanismus 200.
Das Gehäuse 10 dient dazu, die Antriebswelle 60 und den Bremsmechanismus 100 physisch zu tragen und anzuordnen, sowie dazu, den Kraftmechanismus 200 auf typische Weise für seine beabsichtigte Verwendung wie einen Mäher, einen Scherenheber, eine Winde oder andere Anwendung anzubringen.
Das besondere Gehäuse aus 1 umfaßt einen mittleren Hohlraum 11 mit zwei Nadellagern 21, 41, welche drehbar die Antriebswelle in diesem tragen. Eine Wellenabdichtung 24 ist zwischen dem Hohlraum 11 und der Antriebswelle 60 eingefügt, um die Betriebsflüssigkeit innerhalb des Gehäuses 10 zu halten. Aufgrund der Tatsache, daß der die Welle 40 in dem Gehäuse 10 umgebende Hohlraum Flüssigkeit unter relativ hohem Druck ausgesetzt sein kann, ist ein Drucklager 22 zwischen der Welle 60 und dem Gehäuse 10 eingefügt, um jegliche Kräfte axial zu der Welle 60 zu absorbieren.
Das besondere offenbarte Gehäuse 10 ist aus einem Vorderteil 20 und einem Rückteil 40 konstruiert.
Das Vorderteil 20 der Bremse bei der offenbarten Ausführungsform wird verwendet, um das Gehäuse 10 mit dem Mechanismus zu verbinden, mit dem es verwendet werden wird. Dies könnte ein Rahmen, Flansch oder anderes typischerweise feststehendes Element sein. Das Vorderteil 20 des Gehäuses 10 dient ebenfalls als Reaktionselement für den später beschriebenen Bremsmechanismus 100.
Im wesentlichen sämtliche bearbeiteten Oberflächen des Vorderteils 20 des Gehäuses sind von einer seiner Seiten darin gebildet. Dies erleichtert die Ausrichtung der bearbeiteten Oberfläche, wodurch die Kosten der Bremsanordnung 100 reduziert sowie die Betriebsdauer erhöht werden. Die hauptsächlichen konzentrischen Oberflächen, welche in das Vorderteil des gezeigten Gehäuses eingearbeitet sind, umfassen den die Öldichtung 24 umgebenden Bereich und die Oberfläche 26 auf einer Seite des Betätigungskolbens für den Bremsmechanismus 100. Das zusätzliche seitliche Ende 30 des Gehäuse-Vorderteils 20, wo es an das Rückteil 40 des Gehäuses angrenzt, ist ebenfalls bearbeitet. Die übrigen Oberflächen des Vorderteils 20, mit Ausnahme des Vorderlagers 21, weisen Abstände zu jeglichen angrenzenden Teilen auf, wodurch jegliche Notwendigkeit ihrer Bearbeitung beseitigt wird.
Die Öldichtung 24 selbst befindet sich unmittelbar neben dem Hauptlager 21 in einem im Vorderteil 20 des Gehäuses 10 gebildeten abgedichteten Hohlraum.
Auf der anderen Seite der Haupt-Öldichtung 24 befindet sich ein kleiner Vorsprung 23, welcher sich von der inneren Auflage des Vorderteils des Gehäuses nach innen erstreckt und welcher die Dichtung 24 axial in dem Gehäuse fixiert und dabei auch dazu beiträgt, die Welle 60 über das Drucklager 22 entfernt von dem Ende einer Schulter an der Antriebswelle 60 an ihrer Stelle in bezug auf den Rest der Bremsanordnung 100 zu halten.
Das Rückteil 40 des Gehäuses 10 dient dazu, die meisten wirkenden Elemente der Bremsanordnung 100 zu enthalten. Das besondere offenbarte Rückteil 40 enthält zusätzlich beide Anschlüsse 31, 51 für die Bremse und dient auch als Verbindungsstelle für den später beschriebenen Kraftmechanismus 200.
Was das Rückteil 40 des Gehäuses angeht, so umfassen die wichtigsten bearbeiteten Bereiche die an die Hohlraumabdichtungen 47, 49 (später beschrieben) grenzenden Oberflächen, die Oberfläche der Haupt-Gehäuseabdichtung 25 und das hintere Lager 41. Ein reduzierter Bereich 45 in Verbindung mit einer Anhäufung von Abständen um einen derartigen reduzierten Bereich 45 herum beseitigt die Notwendigkeit einer Bearbeitung des größten Teils der Innenoberfläche des Rückteils 40 des Gehäuses und schafft dabei auch ein integriertes Reservoir für das Öl, welches in dem Hohlraum 11 des Gehäuses enthalten ist.
Die Antriebswelle 60 wird durch Lager 21, 41 drehbar an dem Gehäuse 10 abgestützt. Diese Antriebswelle dient dazu, den später beschriebenen Kraftmechanismus 200 an dem anderen Ende der Welle 60 mit dem Äußeren der Vorrichtung zu verbinden. Dies ermöglicht die Erzeugung von Drehkraft (wenn die Vorrichtung als Motor verwendet wird) oder von Strömungskraft (wenn die Vorrichtung als Pumpe verwendet wird). Die besondere Antriebswelle 60 umfaßt einen axial angeordneten Hohlraum, in welchen eine Innenverzahnung 63 geschnitten ist. Dieser Hohlraum schafft Raum für die Taumelwelle des später beschriebenen Kraftmechanismus 200, während die Innenverzahnung 63 die Antriebswelle 60 antreibend mit einer derartigen Taumelwelle 201 verbindet. Eine zusätzliche Verzahnung 202 am anderen Ende der Taumelwelle 201 verbindet die Taumelwelle antreibend mit dem Rotor des später beschriebenen Kraftmechanismus und vervollständigt so die krafterzeugende Antriebsverbindung für die Vorrichtung.
Der Bremsmechanismus 100 kann allein oder in Verbindung mit einem Kraftmechanismus 200 verwendet werden.
Die bevorzugte besondere Welle 50 ist mit einem Bremsmechanismus 100 und einem Antriebsmechanismus 200 verbunden.
Bei der offenbarten bevorzugten Ausführungsform ist der Antriebsmechanismus 200 eine Abwandlung des Modells RE eines Rotor-Ventilmotors von White, welches mit einer vollständigeren Erläuterung in Whites US-Patent 4,697,997 offenbart ist.
Andere beispielhafte Antriebsmechanismen umfassen die Eaton-Drehschiebermotoren (offenbart in US-Patent 3,572,983), die Umlauf-Ventil-Motoren von TRW (offenbart in US-Patent 3,452,680) und Wellen-Ventil-Gerotormotoren (offenbart beispielsweise in US-Patent 4,285,643). Flügelzellenmotoren oder Kolbenmotoren könnten auch verwendet werden. Wenn kein Antrieb vorgesehen ist, würde eine Scheibe (nicht gezeigt) verwendet, um die Öffnung im Rückteil 56 des Gehäuses abzudichten, wodurch innere Verschmutzung vermieden und dabei auch die selektive Druckbeaufschlagung des später beschriebenen Deaktivierungs-Hohlraums 32 ermöglicht wird. Das hydraulische Closed Centre-Aggregat von White Hydraulics (wie das in dem US-Patent 4,877,383), ein Elektromotor oder ein anderes Aggregat könnten auch verwendet werden. Es ist anzumerken, daß bei einigen dieser Vorrichtungen separate äußere Rohrleitungen zwischen den Bremsanschlüssen 31, 51 und den zugehörigen Vorrichtungen zweckmäßig sein können. Dies würde die Verwendung einer einzigen Bremseinheit mit Einheiten vieler verschiedener Hersteller ohne umfassende Umgestaltung der einen oder der anderen ermögli chen. Es würde auch ein einfaches Einfügen von Filtern, Kühlern, Ventilen und anderen Zusatzteilen sowie leckagefreie Reparaturen vor Ort ermöglichen.
Der Bremsmechanismus 100 ist die Haupt-Bremsvorrichtung für die Welle 60. Der besondere offenbarte Bremsmechanismus 100 umfaßt einen federbetätigten Kolben 102, eine Feder 108, Bremsscheiben 110 und Reaktionsscheiben 120.
Vorzugsweise umgibt der Bremsmechanismus 100 die zwischen den beiden Lagern 21 und 41 angeordnete Welle 60. Dies ermöglicht, daß die Lager zuerst jegliche auf die Welle 60 wirkenden radialen Kräfte absorbieren.
Die gezeigte Bremsanordnung ist federbetätigt und wird mit hydraulischem Druck gelöst. Wenn gewünscht, kann ein alternativer Betätigungsmechanismus wie druckbetätigte und federbetätigt gelöste Bremsen, mechanische Betätigung und andere Systeme verwendet werden.
Der Betätigungskolben 102 ist die Haupt-Bedienungssteuerung für den Bremsmechanismus 100. Der Betätigungskolben 102 selbst ist in einer stufigen Ausnehmung 13 in dem Gehäuse 10 angeordnet. Der Betätigungskolben und die stufige Ausnehmung bilden zusammen zwei Flüssigkeitshohlräume 32, 52 auf einer einzigen Seite des Betätigungskolbens. Gegenüber von diesen Hohlräumen 32, 52 befindet sich ein Satz Antriebsfedern 108, welche auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens 102 zwischen einem derartigen Kolben und dem Vorderteil 20 des Gehäuses angeordnet sind.
Bei der offenbarten Ausführungsform ist eine Anzahl Antriebsfedern 108 im wesentlichen gleich beabstandet um die Welle 60 herum innerhalb eines konzentrischen Betätigungshohlraums im Vorderteil 20 des Gehäuses angeordnet. Die Federn werden durch in dem Kolben 102 des Bremsmechanismus 100 gebildete kleine Taschen 109 radial gehalten und in Umfangsrichtung fixiert. Alternativ könnten die Betätigungsfedern 108 durch Stifte oder andere Mittel entweder in dem Vorderteil 20 des Gehäuses oder dem Kolben 102 oder in beiden fixiert werden. Die gesamte Kraft der Federn 108 wird ausreichend gewählt, um die Haupt-Bremskraft für den Bremsmechanismus zu liefern.
Der Kolben 102 ist der wichtigste Betätigungsmechanismus für die offenbarte Ausführungsform. Typischerweise spannen die Antriebsfedern 108 den Kolben 102 gegen den Stapel aus Bremsscheiben 110/Reaktionsscheiben 120 auf der gegenüberliegenden Seite 43 des Gehäuses 10 vor, um so die Drehung der Welle 60 zu verhindern. Jedoch wird bei der selektiven Verbindung eines der Anschlüsse 31, 51 mit einer Hochdruckquelle ein Deaktivierungs-Hohlraum 32, 52 druckbeaufschlagt, wodurch die Kraft der Antriebsfedern 108 überwunden wird, um die Bremse zu lösen. Zwei zwischen dem Kolben 102 und dem Gehäuse 10 angeordnete Abdichtungen (Abdichtung 27 an der Vorderseite 20 und Abdichtung 29 an der Rückseite 40) halten den Druck in dem Deaktivierungs-Hohlraum 32, während zwei zwischen dem Kolben 102 und dem Rückteil 40 des umgebenden Gehäuses 10 angeordnete Abdichtungen 47, 49 den Druck in dem Deaktivierungs-Hohlraum 52 halten, wodurch die Deaktivierung des Kolbens 102 ermöglicht wird. Es ist anzumerken, daß bei der offenbarten Ausführungsform die Abdichtungen 29, 49 koextensiv sind. Dies reduziert die Kosten und Komplexität der Vorrichtung. Wahlweise könnten die Abdichtungen getrennt sein mit oder ohne einen zweiten Betätigungskolben (d.h. einen Kolben für jeden Hohlraum).
Bei der offenbarten bevorzugten Ausführungsform ist die selektive Druckbeaufschlagung der Hohlräume 32, 52 zwischen dem Gehäuse 10 und dem Kolben 102 dazu bestimmt, die Bremse selektiv zu betätigen und zu lösen.
Bei der offenbarten Ausführungsform ist der erste Hohlraum 32 mit einem Flüssigkeitsanschluß 31 verbunden, während der zweite Hohlraum 52 mit dem anderen Anschluß 51 verbunden ist. Aufgrund dieser Verbindung betätigt die selektive Druckbeaufschlagung eines oder beider Anschlüsse 31, 51 den Kolben 102 und löst so die Bremse.
Bei der offenbarten bevorzugten Ausführungsform ist der erste Hohlraum 32 radial zu dem zweiten Hohlraum 52 verlagert angeordnet, im wesentlichen von diesem radial nach innen. Dies schafft eine kürzere Vorrichtung, als ohne diese Radialverschiebung und axiale Überlappung möglich wäre. Diese Ausrichtung wird daher bevorzugt.
Die Deaktivierungs-Hohlräume haben viele einzigartige Eigenschaften.
Beispielsweise sind zwei Hohlräume vorhanden, von denen einer oder beide den Bremsmechanismus lösen. Ferner können diese Hohlräume diese Funktion erfüllen, wenn sie mit dem Flüssigkeitsanschluß einer verbundenen Vorrichtung (beispielsweise den beiden Flüssigkeitsanschlüssen einer Gerotor-Druckvorrichtung, wie bei der bevorzugten Ausführungsform gezeigt) verbunden sind, miteinander verbunden sind oder sogar unabhängig davon. Ferner könnten sowohl parallele als auch serielle Anschlüsse verwendet werden. Dies schafft eine sehr flexible Bremse.
Als weiteres Beispiel dient der Stift 122 sowohl zum Verbinden der Reaktionsscheiben 120 mit einem umgebenden Element (dem Kolben 102), während er zusätzlich die Drehung des Kolbens 102 (und somit der Reaktionsscheiben 120) relativ zu dem Gehäuse 10 verhindert. Hierdurch wird die Konstruktion der Bremse weiter vereinfacht.
Als zusätzliches Beispiel ist, da ein Hohlraum radial nach außen zu einem anderen Hohlraum angeordnet ist, der Bremsmechanismus kürzer, als er ansonsten wäre. Dies ermöglicht auch eine vielfache Verwendung von Teilen (d.h. des Kolbens 102 und der Abdichtung 49). Hierdurch wird die Konstruktion und die Bedienung der Bremse weiter vereinfacht. Die Anordnung der beide Hohlräume überlappenden der Stifte 122 verkürzt die Einheit zusätzlich.
Wie zuvor ausgeführt, können die Anschlüsse 31, 51 mit den Druck- und Rücklaufanschlüssen eines hydraulischen Antriebsmechanismus koextensiv sein oder nicht.
Wenn sie koextensiv sind (wie gezeigt), würde eine Betätigung des hydraulischen Antriebsmechanismus in einer der beiden Richtungen automatisch die Bremse lösen. Diese koextensive Verbindung könnte außen oder innerhalb des Gehäuses vorgesehen sein.
Wenn die Anschlüsse 31, 51 nicht koextensiv sind (oder wenn kein Antriebsmechanismus vorgesehen ist), ist eine getrennte Steuerung der Bremse durch einen, den anderen oder beide Anschlüsse möglich. Dies schafft eine sehr flexible Bremse.
Zusätzlich zu dem oben Gesagten sind die Oberflächenbereiche der Hohlräume 32, 52 ausgelegt, um im wesentlichen gleich zu sein, unabhängig von ihrer Radialverschiebung. Dies schafft eine im wesentlichen gleiche Bewegung des Kolbens 102 bei einem bestimmten Druck unabhängig davon, welcher Hohlraum 32, 52 gerade druckbeaufschlagt ist. Da die offenbarte bevorzugte Ausführungsform bei einer Vorrichtung mit im wesentlichen gleicher vorwärts und/oder rückwärts gerichteter Leistungsfähigkeit des Kraftmechanismus 200 verwendet wird, wird diese grundlegende Gleichstellung bevorzugt.
Beispielsweise weist in 5 der innere Hohlraum 32 einen Außenradius von etwa 58,67 mm (2,31'') und einen Innenradius von etwa 32 mm (1,26'') auf, was eine gesamte Oberflächengröße von etwa 7.600 mm² (11,78 Quadratzoll) ergibt, während der äußere Hohlraum 52 einen Außenradius von etwa 76,20 mm (3,0'') und einen Innenradius von etwa 58,67 mm (2,31'') aufweist, was eine gesamte Oberflächengröße von etwa 7.419 mm² (11,5 Quadratzoll) ergibt, eine unerhebliche Differenz von weniger als 2%.
Wenn eine unterschiedliche Wirkung gewünscht ist, so kann dies leicht erreicht werden, indem der gewählte Unterschied in der Oberflächengröße zwischen den beiden Hohlräumen 32, 52 vorgesehen wird. Wenn der Hersteller beispielsweise ein schnelles (oder langsames) Lösen der Bremse bei Druckbeaufschlagung eines Anschlusses erreichen wollte, so würde die Oberflächengröße für den Hohlraum eines derartigen Anschlusses vergrößert (bzw. verkleinert). Eine gewisse Federeinstellung könnte ebenfalls zweckmäßig sein. Wenn – als zusätzliches Beispiel – der Hersteller erreichen wollte, daß sich die Bremse nur löst, wenn beide Anschlüsse druckbeaufschlagt wären, wäre die Größe jedes Hohlraums unzureichend bemessen, um die Betätigungsfedern allein zu überwinden. Der Bereich 129 hinter dem Kolben 102 kann ebenfalls für ein Bremsensteuerungsdifferential verwendet werden.
Der offenbarte besondere Bremsmechanismus 100 ist federbetätigt/druckgelöst.
Um die Betätigung zu erreichen, ist eine Reihe Federn 108 am Umfang um den Betätigungskolben 102 herum angeordnet, wobei sie zwischen einem derartigen Kolben und dem Vorderteil 20 des Gehäuses 10 verlaufen. Diese Federn 108 dienen zusammen dazu, den Betätigungskolben 102 in einer Position bei Betätigung der Bremse gegen die Seite 43 des Rückteils des Gehäuses 10 vorzuspannen. Somit liegt die vorgegebene Position des Bremsmechanismus 100 bei einem bremsenden Zustand vor.
Die besonderen Bremsscheiben 110 sind eine Reihe Bremsscheiben, welche mit der Welle 60 verbunden und mit einer Reihe Reaktionsscheiben 120 verschachtelt sind, welche mit dem Gehäuse 10 verbunden sind.
Die Bremsscheiben 110 wie gezeigt weisen eine Reihe Vorsprünge oder Lappen 112 auf, welche sich in das Innenloch 113 der Scheibe 110 erstrecken. Diese Lappen 112, vorzugsweise 3 bis 15 an der Zahl, wirken mit einer Reihe Lappenführungen 62 zusammen, welche an dem Außenumfang der Welle 60 längs nach innen verlaufen. Das Zusammenwirken zwischen den Lappen 112 und den Lappenführungen 62 verbindet die Bremsscheiben 110 fest mit der Welle zur Drehung mit derselben. Diese Konstruktion ist einfach, während sie gleichzeitig – im Gegensatz zu den herkömmlicheren, normalerweise für diese Verbindung verwendeten dreieckigen Keilen – eine akkurate Verbindung zwischen den Bremsscheiben 100 und der Antriebswelle 60 schafft. Ferner überträgt die erhebliche Breite der Lappen 112 wirksam das Drehmoment zwischen den Bremsscheiben 110 und der Welle 60, auf der welcher die Bremsscheiben 110 montiert sind.
Bei der offenbarten bevorzugten Ausführungsform beträgt der Durchmesser der Bremsscheiben 110 etwa 101,6 mm (4''), wobei in ihnen ein Innenloch 113 von 48,26 mm (1,9'') gebildet ist. Es gibt sechs etwa 9,65 mm (0,38'') lange und 3,81 mm (0,15'') dicke Lappen 112 mit einem Abstand von 40,37 mm (1,59'') zwischen gegenüberliegenden Lappen. Die Scheiben selbst sind 1,83 mm (0,72'') dick.
Bei der offenbarten bevorzugten Ausführungsform werden sechs Lappen 112 und vier Bremsscheiben 110 verwendet. Der Keil weist einen Eingriffswinkel von etwa 30° (Bereich von 20° bis 40°) und eine Innenausdehnung von 1,78 mm (0,07'') auf.
Beide Seiten der Scheiben 110 umfassen ein Band von 12,7 mm (0,5'') aus Reibungsmaterial wie Sinterbronze.
Die Größe der Antriebswelle 60 und der in ihr vorhandenen Lappenführungen 62 ist so bemessen, daß sie im wesentlichen zu den Abmessungen des Innenlochs 113 bzw. der Lappen 112 mit einem radialen Spiel und Umfangsspiel von 0,25 mm (0,01'') bis 0,38 mm (0,015'') paßt.
Mit den Bremsscheiben 110 alterniert eine Reihe Reaktionsscheiben 120 (7). Diese Reaktionsscheiben sind mit einem feststehenden umgebenden Teil nicht-drehbar verbunden. Die Anzahl Reaktionsscheiben ist vorzugsweise im wesentlichen gleich der Anzahl Bremsscheiben. Da jegliche Drehung der Reaktionsscheiben 120 relativ zu dem Gehäuse 10 einen gewissen Ausschlag zulassen würde, wird vorgezogen, daß die Reaktionsscheiben 120 gegen Drehung fest an einem feststehenden umgebenden Teil, typischerweise direkt oder indirekt an dem Gehäuse, abgestützt sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird diese feste Verbindung von einer Reihe aus einer Anzahl Stifte 122 geschaffen, welche in Löcher in einem Teil um die Reaktionsscheiben 120 herum gedrückt werden. Diese Stifte 122 sind mit entspre chenden Kehlen 108 verbunden, welche in verlängerte Bereiche 121 um den Außendurchmesser der Reaktionsscheibe 120 herum geschnitten sind. Die Anzahl Stifte und Kehlen kann je nach Bedarf oder Wunsch variieren. Drei bis acht sind bevorzugt; vier sind gezeigt. Diese Konstruktion ermöglicht die akkurate Fixierung der Reaktionsscheibe 120 relativ zu dem angrenzenden Teil durch vier akkurat gebohrte Löcher für die Stifte 122 und somit einer präzisere Anordnung der Reaktionsscheibe 120 bei gleichzeitiger Vermeidung von Bremsausschlag. Ferner wird dies ohne die Notwendigkeit einer Bearbeitung des angrenzenden Teils der Bremsanordnung 100 um die Scheiben 120 herum erreicht, wodurch die Kosten minimal gehalten werden.
Bei der offenbarten besonderen bevorzugten Ausführungsform beträgt der Durchmesser der Reaktionsscheibe 120 etwa 101,6 mm (4''), wobei in ihr ein Innenloch von 55,88 mm (2,2'') gebildet ist. Es gibt vier etwa 4,32 mm (0,17'') lange verlängerte Bereiche 121, welche ausgehend von dem Außenumfang der Scheibe 125 erstrecken. Vier halbkreisförmige Kehlen 123 von 7,87 mm (0,31'') sind auf den verlängerten Bereichen 121 in einem Lochkreis mit einem Durchmesser von 110,5 mm (4,35'') ausgerichtet. Die Scheiben selbst sind ungefähr 1,78 mm (0,07'') dick. Sie sind auf beiden Seiten mit einem Reaktionsmaterial wie Eisenphosphat beschichtet.
Die Größe der Stifte 122 ist so bemessen, daß sie im wesentlichen den Kehlen 123 entsprechen. Der Durchmesser der Öffnung in dem die Scheiben enthaltenden angrenzenden Teil ist etwas größer als der Durchmesser von 110,5 mm (4,35'') der Scheiben.
Die Bremsscheiben 110, welche mit der Welle 60 verrastet sind, drehen sich übereinstimmend mit der Welle 60. Die Reaktionsscheiben 120 bleiben in einer stationären Stellung aufgrund des Kontakts der Reihe Fixierstifte 122 mit den Kehlen 108 in den Reaktionsscheiben 120. Mit dem Betätigungskolben 102 (1) zusammenwirkend dienen die Stifte 122 sowohl dazu, die Reaktionsscheiben 120 an dem Kolben 102 zu befestigen, als auch dazu, den Betätigungskolben 102 (und somit die Reaktionsscheiben 120) in der Stellung relativ zu dem Gehäuse 10 zu halten.
Was jenen angeht, so faßt eine halbkreisförmige Kehle 103 in dem Kolben 102 die Stifte 122 zur Vermeidung jeglicher Bewegung in Umfangsrichtung und befestigt so die Reaktionsscheiben 120 an einem derartigen Kolben. Diese Verbindung wird verstärkt durch die axiale Verlängerung 124 der Stifte 122 innerhalb des Haupt-Gehäuseteils des Kolbens. Diese Verlängerung 124 befestigt ferner die Stifte 122 an dem Kolben, indem sie die Stifte 122 in der Kehle 103 hält und auch jeglicher Winkelverlagerung der Stifte 122 relativ zu dem Kolben 102 standhält.
Was den Letzteren angeht, so wirkt die kleine Stummel-Verlängerung 127 des Stiftes 122, welche über den Kolben 102 hinaus verläuft, mit Löchern 28 im Vorderteil 20 des Gehäuses 10 zusammen, um den Kolben zu fixieren und eine Drehung des Kolbens 102 (und somit der Reaktionsscheiben 120) relativ zu dem Gehäuse zu verhindern. Bei Letzterem lassen die Stifte 122, welche in den Löchern 28 in dem Gehäuse gefaßt sind, keine Drehbewegung der Reaktionsscheiben 120 relativ zu dem Gehäuse zu. Bei Letzterem ist der Durchmesser der Löcher 28 etwas (0,254–1,27 mm (0,01–0,05'')) größer als der der Stifte 122. Dies ermöglicht eine gewisse Bewegung zwischen den Stiften 122 und dem Gehäuse 10 entlang der Längsachse derartiger Stifte 122. Dies ermöglicht die ungehinderte Aktivierungs-/Deaktivierungs-Bewegung des Kolbens 102 entlang einer derartigen Achse.
Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Stifte 122, da die Stifte 122 relativ hohen Drücken (beispielsweise während der Druckbeaufschlagung des Deaktivierungs-Hohlraums 32) ausgesetzt sind, mindestens an einer Stelle der Verlängerung 124 dicht mit dem Kolben 102 verbunden. Dies verhindert Flüssigkeitsströmung zwischen ihnen. Bei dem gezeigten Beispiel wird diese Abdichtung durch Verwendung einer Druckpassung zwischen dem Stift und Kolben geschaffen (ein Stift mit einem Durchmesser von 7,92 mm (0,312'') wird in ein Loch von 7,14 mm (0,281'') gedrückt). Eine separate Abdichtung oder ein anderes Flüssigkeits-Rückhaltemittel könnte auch zusätzlich/alternativ zu dieser Abdichtung des Typs Druckpassung verwendet werden, wenn gewünscht und/oder angemessen.
Durch Zusammenwirken mit dem Kolben 102 dienen die Stifte 122 dazu, die Reaktionsscheiben 120 direkt an dem Gehäuse 10 zu befestigen. Ansonsten funktionieren die Stifte wie zuvor beschrieben.
Die offenbarten besonderen Stifte 122 weisen eine Länge von etwa 41,28 mm (1,625'') und einen Durchmesser von 7,95 mm (0,313'') auf. Wie zuvor ausgeführt, werden diese Stifte in vier Löcher mit einem Durchmesser von 7,14 mm (0,281'') in dem Kolben auf einem Lochkreis mit einem Durchmesser von 110,5 mm (4,35'') gedrückt. Die freien Enden 127 der Stifte verlaufen etwa 7,62 mm (0,3'') über die Fläche des Kolbens 102 hinaus. Die Enden 127 der Stifte selbst sind in vier Löchern 28 mit einem Durchmesser von 8,89 mm (0,35'') in dem Vorderteil 20 des Gehäuses 10 angeordnet, wiederum auf einem Lochkreis mit einem Durchmesser von 110,5 mm (4,35''). Die Stifte 122 wirken somit mit dem Gehäuse zusammen, um axiale, aber keine Drehbewegung des Kolbens 102 (und mit ihm der Reaktionsscheiben 120 zum Lösen der Bremse) zuzulassen.
Bei diesem Bremsmechanismus 100 bewirkt die Druckbeaufschlagung eines der Hohlräume 32, 52 eine Differentialbewegung des Betätigungskolbens 102 relativ zu den Federn 108 und löst so den Kontakt zwischen den Bremsscheiben und Reaktionsscheiben, wodurch die Bremsfunktion der Vorrichtung aufgehoben wird.
Bei der offenbarten bevorzugten Ausführungsform dienen die Anschlüsse 31, 51 auch dazu, dem Kraftmechanismus 200 Druck und Rücklauf zu liefern. Daher wird bei Druckbeaufschlagung eines entsprechenden Anschlusses 31, 51 zur Betätigung des Kraftmechanismus 200 der Bremsmechanismus 100 auch deaktiviert. Dies beseitigt die Notwendigkeit jeglicher Bremsventile, äußerer Flüssigkeitsanschlüsse oder anderer komplizierterer Teile, um eine integrierte Motor-Bremsen-Betätigung zu schaffen (es sei denn, derartige Anschlüsse, Teile, etc. sind gewünscht). Bei dieser Betätigung sind, da die Querschnittsflächen der Hohlräume 32, 52 (wie gezeigt) im wesentlichen gleich sind, die Bremsenlösungs/-betätigungsvorgänge im wesentlichen identisch, unabhängig davon, wie der Kraftmechanismus 200 betätigt wird. Mit unterschiedlichen Querschnitten können alternative Betätigungszeiten und -stärken geschaffen werden.
Zusätzlich zu der Betätigungsseite des Kolbens 102 gibt es auch einen Bereich 129 hinter dem Kolben 102, welcher für die Druck-/Rücklaufflüssigkeit der Anschlüsse 31, 51 abgedichtet ist. Dieser Bereich 129 hinter dem Kolben schafft somit ein zusätzliches Element zur Steuerung des Bremsmechanismus 100 – eine Steuerung, welche unabhängig von der durch den Rest des Bremsmechanismus 100 geschaffenen Steuerung betätigt werden kann.
Die zusätzliche Steuerung umfaßt einfachen Betrieb, belüfteten Betrieb, Belastungsausgleich und/oder einen separaten zusätzlichen Bremssteller.
Beim einfachen Betrieb des Bereichs 129 hinter dem Kolben würde dieser Bereich keinen zusätzlichen Verbindungen aufweisen. Somit würde die Steuerung der Bremse vollständig von der Druckbeaufschlagung der Hohlräume 32, 52 abhängen. (Es ist anzumerken, daß es in bestimmten Fällen vorteilhaft sein kann, einen Ableitkanal für diesen Bereich 129 hinter dem Kolben vorzusehen, um jeglichen Hochdruckaufbau aufgrund unbedeutender Leckagen an den Abdichtungen für die Hohlräume 32, 52 vorbei zu verhindern. Eine derartige Ableitung könnte durch Verlängern eines kleinen Lochs von dem Bereich 129 zu dem Bereich um die Antriebswelle 60 herum in das Lager 21 hinein geschaffen werden. Dies würde ermöglichen, daß jegliche zufällig auftretende Hochdruckflüssigkeit durch das Lager 21 und die zugehörige Staubabdichtung läuft. Da diese Überströmflüssigkeit minimal wäre, würde der Gesamtbetrieb der Vorrichtung durch ihre Hinzufügung nicht beeinträchtigt.) Beim Belüftungsbetrieb dieses Bereichs 129 hinter dem Kolben würde ein zugeordneter Belüftungsmechanismus den Bereich hinter dem Kolben auf gesteuerte Weise mit einem Bereich mit niedrigerem Druck verbinden. Diese Belüftung könnte durch ein Doppelventil zum Rücklaufanschluß oder auf andere Weise, wie gewünscht, geschaf fen werden. Eine separate Leitung 130 ist in schematischer Form gezeigt. In dieser Verbindung würde eine Art Mechanismus eine Steuerung des Belüftungsgrades ermöglichen. Dies könnte beispielsweise eine Steuerung der Geschwindigkeit des Bremsmechanismus 100 durch Verhindern des Durchlaufs von Flüssigkeit durch die Entlüftung schaffen.
Es ist jedoch anzumerken, daß bei der offenbarten bevorzugten Ausführungsform die Gesamtbewegung des Kolbens 102 hinreichend klein ist, so daß eine präzise Steuerung schwierig wäre.
Bei dem Belastungsausgleichmodus ist es unter bestimmten Umständen möglich, daß beide Anschlüsse 31, 51 beaufschlagt würden (d.h. beide Anschlüsse würden einem Druck oberhalb des Rücklaufdrucks ausgesetzt, bis zu und einschließlich gleichen Drucks an beiden Anschlüssen). Unter diesen Umständen kann ein zusätzlicher, mit dem Bereich 129 hinter dem Kolben verbundener Anschluß (wiederum mit 130 bezeichnet) den Betrieb des Bremsmechanismus 100 zu etwas anderem als der Bremslösungswirkung ändern, welche ansonsten durch die Druckbeaufschlagung der beiden Hohlräume 32, 52 geschaffen werden könnte. Dies trifft insbesondere zu, da bei der offenbarten Ausführungsform der gesamte Bereich hinter dem Kolben 102 im wesentlichen gleich der Summe der Querschnittsflächen der beiden Betätigungshohlräume 32, 52 ist.
Der Bereich 129 hinter dem Kolben kann zusätzlich als separater Bremssteller verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform würde wiederum ein Anschluß 130 zur Verbindung über ein separates Ventil mit der Hochdruckquelle vorgesehen. Da der Bereich 129 hinter dem Kolben im wesentlichen gleich der kombinierten Fläche aus erstem und zweitem Hohlraum ist, bleibt der Bremsmechanismus bei voller Druckbeaufschlagung aller drei Anschlüsse 31, 51 und 130 in einem gebremsten Zustand – der Druck auf beiden Seiten des Kolbens würde sich Aufheben, wodurch der Feder 108 ermöglicht wird, weiterhin die Bremse zu betätigen. Jedoch würde die Bremse bei Verringerung des Drucks des Bereichs 129 hinter dem Kolben gelöst – die Druckbeaufschlagung in dem ersten und zweiten Hohlraum 32, 52 wäre größer als die Kraft der Federn 108 in Verbindung mit dem Flüssigkeitsdruck in dem Bereich 129 hinter dem Kolben. Aus diesem Grund kann die Bremse über den Anschluß 130 völlig getrennt von dem Druck der beiden Anschlüsse 31, 51 betätigt werden.
Der Druckmechanismus 200 ist eine der Bremse zugeordnete Vorrichtung, um selektive Drehung der Welle 60 zu schaffen. Der offenbarte besondere Druckmechanismus funktioniert gemäß den Prinzipien von US-Patent 4,697,997 mit dem Titel "Multiplate Manifold" ["Verteiler mit mehreren Scheiben"] und von US-Patent 4,717,320 mit dem Titel "Balancing Plate" ["Ausgleichsscheibe"].
Bei diesem Kraftmechanismus ist ein Anschluß 31 mit dem Bereich um die Taumelwelle 201 herum verbunden, während der andere Anschluß 51 durch einen Durchlaß in dem Gehäuse 20 und Durchlässe in dem Verteiler mit mehreren Scheiben mit der Ventil-Kehle 204 in dem Rotor der Vorrichtung verbunden ist. Mit dieser inneren Verbindung werden bei Druckbeaufschlagung des Anschlusses 31 der Deaktivierungs-Hohlraum 32 und die mittlere Öffnung des Rotors mit Druck beaufschlagt. Dies wiederum löst den Bremsmechanismus und ermöglicht die Drehung der Welle in einer Richtung. Bei diesem gleichen Aufbau würden bei Druckbeaufschlagung des anderen Anschlusses 51 der Deaktivierungs-Hohlraum 52 und die äußere Ventil-Kehle 204 des Rotors druckbeaufschlagt. Dies würde auch den Bremsmechanismus lösen und eine Drehung der Welle in die entgegengesetzte Richtung ermöglichen.
Es ist anzumerken, daß bei gewissen Anwendungen ein automatisches Lösen der Bremse in einer, aber nicht in beiden Richtungen gewünscht sein könnte. Bei dieser Anwendungsart würde ein Flüssigkeitsanschluß zu einem Hohlraum durch ein Ventil unterbrochen. Dies würde auch ein sanftes Lösen der Bremse ermöglichen.
Andere Kraftmechanismen und Verbindungen könnten statt dessen eingesetzt werden, wenn gewünscht. Wenn beispielsweise der Kraftmechanismus 200 ein Closed Centre-Motor wie der in dem am 31. Oktober 1989 erteilten US-Patent 4,877,383 von White gezeigte wäre, gäbe es eine Reihe aus vier Anschlüssen für eine Flüssigkeitsverbindung (zwei für den Bremsmechanismus 100 und zwei für den Gerotor-Motor-Kraftmechanismus 200). Diese Anschlüsse könnten parallel verbunden werden (für gleichzeitiges Bremslösen/Drehen, wie zuvor beschrieben). Mit zwei parallelen und zwei unabhängigen Anschlüssen (dies würde ein Lösen der Bremse und eine Drehung bei der Parallelanschluß-Druckbeaufschlagung ermöglichen und dabei eine unabhängige Steuerung für die äußeren Anschlüsse zulassen) erhöht die Verwendung des Anschlusses 130 zusätzlich die Anpassungsfähigkeit der Vorrichtung vom Verlangsamen der Zeit zum Lösen der Bremse bis zum aktiven Übersteuern der beiden anderen Anschlüsse.
Obgleich die Erfindung anhand ihrer bevorzugten Ausführungsform mit einem gewissen Grad an Besonderheit beschrieben wurde, ist verständlich, daß zahlreiche Änderungen vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen, wie sie im folgenden beansprucht wird:

Claims

Eine hydraulische Bremse für einen Kraftmechanismus (200) mit zwei Anschlüssen (31, 51), wobei die Bremse umfaßt: ein Gehäuse (10) und eine Welle (60), welche Welle (60) drehbar mit dem Gehäuse (10) verbunden ist, Bremsscheiben (110), wobei die Bremsscheiben (110) mit der Welle (60) so verbunden sind, daß sie sich mit ihr drehen, Reaktionsscheiben (120), die mit dem Gehäuse (10) verbunden sind, wobei die Reaktionsscheiben (120) jeweils an Bremsscheiben (110) angrenzen, einen Hohlraum in dem Gehäuse (10), einen Betätigungskolben (102), wobei der Betätigungskolben (102) im Inneren des Hohlraums in dem Gehäuse (10) angeordnet ist, Mittel, die bewirken, daß der Betätigungskolben (102) physischen Bremskontakt zwischen den Bremsscheiben (110) und den Reaktionsscheiben (120) verursacht, Abdichtmittel (27, 29), die einen ersten Hohlraum (32) zwischen einem Teil des Betätigungskolbens (102) und dem Gehäuse (10) definieren, Mittel, die den ersten Hohlraum (32) mit einem erstem Anschluß (31) des Kraftmechanismus (200) verbinden, so daß die Bremse durch Druckbeaufschlagung des ersten Anschlusses (31) des Kraftmechanismus (200) bedient wird, gekennzeichnet durch zweite Abdichtmittel (47, 49), die einen zweiten Hohlraum (52) definieren zwischen einem Teil des Betätigungskolbens (102) und dem Gehäuse (10), Mittel, die den zweiten Hohlraum (52) mit dem anderen Anschluß (51) des Kraftmechanismus (200) verbinden, so daß die Bremse durch Druckbeaufschlagung des anderen Anschlusses (51) des Kraftmechanismus (200) betätigt wird, Federn (108), die den Betätigungskolben (102) gegen die Bremsscheiben (110) und die Reaktionsscheiben (120) vorspannen, wobei die Federn (108) auf der dem ersten und dem zweiten Hohlraum (32,52) gegenüberliegenden Seite des Betätigungskolbens (102) angeordnet sind.
Die hydraulische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (108) sich zwischen dem Gehäuse (10) und einer der Bremsscheiben (110) oder einer der Reaktionsscheiben (120) erstrecken und so die Bremse in einen gebremsten Zustand vorspannen.
Die hydraulische Bremse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungskolben (102) gegenüber dem ersten Hohlraum (32) und dem zweiten Hohlraum (52) einteilig ist.
Die hydraulische Bremse nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Hinzufügen von Stiften (122), wobei die Stifte den Betätigungskolben (102) und die Reaktionsscheiben (120) nicht-drehbar mit dem Gehäuse (10) verbinden.
Die hydraulische Bremse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlraum (32) radial verschoben zu dem zweiten Hohlraum (52) angeordnet ist.
Die hydraulische Bremse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlraum (32) den zweiten Hohlraum (52) axial überlappt.
Die hydraulische Bremse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlraum (32) und der zweite Hohlraum (52) im wesentlichen gleiche Oberflächengrößen aufweisen.
Die hydraulische Bremse nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Abdichtmittel, die einen dritten Hohlraum (129) definieren an der dem ersten Hohlraum (32) und dem zweiten Hohlraum (52) gegenüberliegenden Seite des Betätigungskolbens (102), wobei der dritte Hohlraum (129) eine Oberflächengröße aufweist, die im Wesentlichen gleich der Summe aus der Oberflächengrö ße des ersten Hohlraums (32) und der Oberflächengröße des zweiten Hohlraums (52) ist, und Mittel, um den dritten Hohlraum (129) selektiv mit Druck zu beaufschlagen.