DE8034937U1

DE8034937U1 - Hydraulischer motor fuer grosse drehmomente

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Publication number: DE8034937U1
Application number: DE19808034937U
Authority: DE
Original assignee: Noord-Nederlandsche Machinefabriek Bv 9673 Winschoten Nl
Current assignee: Noord-Nederlandsche Machinefabriek Bv 9673 Winschoten Nl
Priority date: 1980-01-08
Filing date: 1980-12-31
Publication date: 1982-06-16
Also published as: BE886976A; FR2473122B1; DK2681A; JPS56104168A; GB2067248B; ES8200443A1; SE8100047L; CA1163861A; SE449894B; ES498390A0; GB2067248A; FR2473122A1; NL8000115A; FI804068L; IT1134966B; DE3049594A1; IT8119043A0

Description

-it-

Die Erfindung "bezieht sich auf einen hydraulischen Kolbenmotor, der einer Antriebswelle bei einer niedrigen Drehzahl ein grosses Drehmoment abgeben kann.

Gemäss dem jetzigen Stand der Technik wird, wenn ein grosses Ausgangsmoment bei einer niedrigen Drehzahl gewünscht wird, meistens ein schnelllaufender Kolbenmotor mit einer Zahnradverzogerungseinrichtung gekuppelt. Ein Kachteil davon ist, dass eine Zahnradverzogerungseinrichtung umfangreich und sehr teuer ist.

Es ist auch bekannt, einen langsam laufenden hydraulischen Motor zu benutzen, dessen Abtriebswelle direkt mit der Last gekuppelt werden kann. Durch die niedrige Drehzahl des Motors treten die nicht idealen Umlaufeigenschaften jedoch sehr stark hervor. Dies bedeutet, dass die einzelnen Arbeitshübe des Motors sich auch als solche an der Abtriebswelle des Motors bemerklich machen.

Der Grund, dass man in der Praxis an der Belastungsseite oft kaum den |' mangelhafte Umlauf bemerkt, ist die meistens grosse Massenträgheit der Last, die das Stossen des Motors gleichsam egalisiert. Dies bedeutet, dass der Motor durch die in Bewegung begriffene Last periodisch abgebremst und beschleunigt wird. Letzteres hat wieder zur Folge, dass in den Anschlussleitungen der den Motor speisenden Pumpe Stosswellen entstehen, wodurch die Pumpe schadhaft werden kann. Die Ursache wird meistens zu Unrecht in der Pumpe gesucht, weil die Stosswellen einer derart kurzen Dauer sind, dass ein Manometer diese Stosswellen nicht aufzeichnet.

Die Erfindung bezweckt die Behebung der oben geschilderten Nachteile durch die Verschaffung eines Motors mit guten Umlaufeigenschaften.

Wenn man von einem hydraulischen Motor ausgeht, dem im Betrieb eine pro Zeiteinheit konstante Menge Flüssigkeit zugeführt wird, kann theoretisch bestimmt werden, dass für einen richtigen Umlauf, d.h., dass die Welle des Motors gleichmässig rotiert, folgendes gelten muss:

Σ d S. , - = konstant (1)

i - 1

i/da

worin S. der Arbeitshub des Kolbens i, ζ die Anzahl Kolben und α die Winkelverdrehung der| lAbtfai

Ein herkömmlicher Motor mit einer Kurbelwelle und Treibstangen kann dieser Bedingung niemals entsprechen.

Wohl kann diese Bedingung im Prinzip dadurch erfüllt werden, dass die Kolben gezwungen werden, sich gemäss einer Schablone zu bewegen.

In der Vergangenheit wurden Motoren entwickelt, bestehend aus einem auf einer Welle angeordneten Rotor, in dem eine Anzahl radialer Zylinder ausgespart sind. Um den Rotor eines solchen Motors ist eine Schablone in Form eines Kranzes angebracht, der an der Innenseite mit Kurven versehen ist. Gegen diese Kurven stützen sich bis ausserhalb der Zylinder reichende, mit Rollen versehene Teile von in den Zylindern angeordneten Kolben.

Wenn den Zylindern OeI zugeführt wird, bewegen sich der Rotor und der Kurvenkranz in bezug aufeinander infolge der durch die mit den Kurven zusammenarbeitenden Rollen der Kolben auf den Kurvenkranz ausgeübten Kräfte. Wenn der Kurvenkranz festgehalten wird, wird der Rotor somit in Rotation versetzt. In gleicher Weise wird der Kurvenkranz in Rotation versetzt, wenn der Rotor festgehalten wird.

Obwohl solche bekannten Motoren in Theorie der durch die Gleichung (1) angegebenen Bedingung entsprechen könnten, ist dies in der Praxis nicht der Fall, weil die Kurven dann eine nahezu nicht verwirklichbare Form mit Hinterschneidungen haben müssten. Auch wenn man der theoretisch erforderlichen Form annähern wollte, entstehen ungünstig geformte Kurven, die einerseits zu sehr hohen Hertzsche Spannungen führen, während andererseits mit einer solchen annähernd erreichten Form der Kurven die Umlaufeigenschaften eines derartigen Motors viel zu wünschen übriglassen, und zwar so, dass in einem solchen Fall manchmal mit einem besseren Resultat ein üblicher Kolben-Kurbelwellenmotor angewendet werden kann.

Weiter ist ein Kurvenkranz, der ja, was den Durchmesser betrifft, der grösste Teil des Motors ist, und an der Innenseite sehr genau bearbeitet werden soll, teuer und verhältnismässig kompliziert-.

Der Zweck der Erfindung ist die Beseitigung der beschriebenen Wachteile.

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Dazu wird gemäss der Erfindung ein Motor der beschriebenen Art gekennzeichnet durch einen auf der Welle angeordneten mit Umfangsnocken versehenen Rotor, der von einem Gehäuse umgeben ist, in dem sich radial symmetrisch um den Rotor liegende Zylinder befinden, in denen Kolben angebracht sind, die Teile aufweisen, welche mit der Umfangsoberfläche des Rotors zusammenarbeiten können, die derart ausgebildet ist, dass die Summe der Hergeleiteten des Arbeitshubverlaufs S aller 'Kolben während einer Umdrehung, in jedem Augenblick gleich gross ist.

Im Nachstehenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen bekannten Motor mit einem Kurvenkranz;

Fig. 2 schematisch eine Ausführungsform eines Motors gemäss der Erfindung;

Fig. 3 Beispiele eines HubZunahmeverlaufs für eine Anzahl Motoren gemäss der Erfindung;

Fig. h schematisch eine Abwandlung des Motors nach Fig. 2;

Fig. 5 schematisch einen Querschnitt eines Beispiels eines Achtzylindermotors gemäss der Erfindung;

Fig. 6 einen Schnitt gemäss der Linie VI-VI in Fig. 5l Fig. T eine Einzelheit eines Motors gemäss der Erfindung; Fig. 8 eine Abwandlung der Einzelheit nach Fig. 7;

Fig. 9 eine Anzahl, möglicher Rotorformen für einen Motor gemäss der Erfindung;

Fig. 10 eine Vorzugsausführungsform eines Rotors in einem Motor gemäss der Erfindung, und

Fig. 11 in schematiseher Darstellung die Weise, wie ein Motor gemäss der Erfindung hydraulisch gesteuert werden kann.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines bekannten Motors mit einem Kurvenkranz. Der Motor umfasst ein Gehäuse^ 1, in dem sich der Kurvenkranz 2 befindet. Der Kurvenkranz hat innere Kurven oder Nocken und umgibt einen Rotor, bestehend aus einer Welle 3, auf der ein Rotorkörper k angeordnet ist, in dem eine Anzahl radial angebrachter Zylinder 5 gebildet ist. In den Zylindern sind unter auswärts gerichtetem Federdruck stehende Kolben

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angeordnet. Die Kolben 6 tsind mit dem Kurvenkranz zugewandten und mit der kurvenartigen Oberfläche desselben zusammenarbeitenden Rollen T versehen. Wenn unter den Kolben unter Druck OeI zugeführt wird, übt eine Anzahl Rollen Druck auf die Flanken der zugeordneten Kurven aus, wodurch, wenn der Kurvenkranz festgehalten wird, der Rotorkörper in Rotation versetzt wird. Obwohl bei dem abgebildeten Motor eine grosse Anzahl Kolben angewendet wird, wobei jeder Kolben pro Umdrehung der Welle eine grosse Anzahl Arbeitshübe macht, ist doch ein richtiger Umlauf nicht möglich. Dies ist eine Folge der Tatsache, dass der Berührungspunkt der Rollen und des Kurvenkranzes nur in dem oberen Totpunkt und in dem unteren Totpunkt des Kolbenhubs in der Verlängerung der Achse des Kolbens liegt. Daher müssten die Kurren, um der Gleichung (1) entsprechen zu können, eine andere Form haben, die sich, wie schon angegeben wurde, in der Praxis nicht verwirklichen lässt.

Die Erfindung verschafft jetzt einen grundsätzlich anders konstruierten Motor, bei dem die Kolbenbewegungen derart gesteuert werden können, dass wohl ein idealer Umlauf bei auftretenden, relativ niedrigen, Hertzschen Spannungen möglich ist.

Fig. 2 zeigt skizzenmässig das Prinzip eines Motors nach der Erfindung. Der dargestellte Motor umfasst einen Rotor, bestehend aus einer mit einer Nockenscheibe 20 versehenen Welle 21, um welchen eine Anzahl in einem nicht abgebildeten Gehäuse angeordneter Zylinder radial symmetrisch gruppiert ist. Beispielsweise ist eine Nockenscheibe mit drei Nocken 26, 27, 28 wiedergegeben und sind vier Zylinder 22 bis 25 angewendet, in denen sich zugeordnete Kolben 30 bis 33 befinden. Die Kolben arbeiten über Rollen und feste Treibstangen 3^ mit der Nockenscheibe zusammen. '

Aus Berechnungen, auf welche im Nachstehenden noch näher eingegangen, wird, geht hervor, dass mit einem gemäss dem angegebenen Prinzip aufgebauten Motor tatsächlich ein richtiger Umlauf bewirkt werden kann. Die dazu benötigte Form der Nocken lässt sich in der Praxis in verhältnis mässig einfacher Weise verwirklichen.

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Damit der Gleichung (1) entsprochen wird, sollen die Arbeitshübe der Kolben sich in geeigneter Weise aneinander anschliessen. Weiter soll vorzugsweise vermieden werden, dass der Motor Totpunkte hat, die Stillstand oder Startschwierigkeiten zur Folge haben könnten. Diese Gefahr ist zumal "bei langsam laufenden Motoren keineswegs imaginär. Aus diesen Erwägungen folgt schon, dass der Motor mindestens zwei Kolben haben soll, und dass die Anzahl Nocken nich der Anzahl Kolben gleich sein soll. Auch soll vorzugsweise der Motor in zwei Richtungen drehen können. Daraus geht hervor, dass die Nocken je symmetrisch sein sollen und auch radial symmetrisch auf der Rotorwelle angeordnet sein sollen.

Es ist in verschiedenen Weisen möglich, der Gleichung (1) zu entsprechen. Gemäss einer ersten Möglichkeit wählt man den Verlauf des Arbeitshubes jedes Kolbens derart, dass folgendes gilt:

S(d) = ba + c (2)

worin b und c Konstanten sind. Ein Hubverlauf, der diese Bedingung (2) erfüllt, entspricht einem rechteckigen Hubzunahmeverlauf, für den dS/da = b (konstant) gilt.

In Fig. 3 wird für eine Anzahl Motoren ein möglicher Hubzunahmeverlauf gezeigt.

In dem Teil a der Fig. 3 ist ein rechteckiger Hubzunahmeverlauf für einen Eintaktmotor mit zwei Zylindern eingetragen. Mit dem Ausdruck "Eintaktmotor" wird ein Motor gemeint, dessen Kolben bei jeder Wellen-Umdrehung einen einzigen Arbeitshub machen. Dies bedeutet, dass die Nockenscheibe einen einzigen Nocken aufweist. Bei einem n-Taktmotor macht | jeder Kolben bei jeder Wellenumdrehung η Arbeitshube und hat die Nockenscheibe η Nocken.

Aus Fig. 3a ist ersichtlich, dass ein Eintakt-Zweizylindermotor im Prinzip gleichmässig umlaufen kann bei einem rechteckigen Hubzunahmeverlauf, d.h., dass während des Arbeitshubes jedes Kolbens dS/da = konstant gilt. Wenn für jeden Kolben ein Arbeitshub von 18O und ein

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Austreibhub von 18Ο gewählt wird, und der Arbeitshub des einen Kolbens anfängt, wenn der des anderen Kolbens endet, gilt, wie aus der Figur hervorgeht, während der ganzen Umdrehung:

^{d S}(i)/da ^{+ d} S₍₂₎/_da = konstant.

Bei einem solchen Motor ist jedoch nur ein rechteckiger Hubzunahmeverlauf möglich, wenn ein richtiger Umlauf angestrebt wird. Ein Nachteil, der in der Praxis bei einem Eintakt-Zveizylindermotor auftritt, ist, dass in Folge der Herstellungstoleranzen die Arbeitshübe beider Zylinder in der Praxis sich nicht immer richtig aneinander anschliessen, was |'| entweder extrem hohe Oeldruckspitzen, oder aber ein kurzes völliges Wegfallen des Oeldruckes in beiden Zylindern zur Folge haben kann, wodurch gleichfalls der richtige Umlauf gestört wird. Aehnliehe Probleme können auch bei Mehrtaktmotoren mit mehr Zylindern auftreten bei einem rechteckigen Hubzunahmeverlauf.

Auch hat ein Eintakt-Zweizylindermotor Totpunkte bei 0° und l80°, was ohne zusätzliche Massnahmen zu Startschwierigkeiten führen könnte. Diese zusätzlichen Massnahmen sollten aus der Anwendung einer Vorrichtung bestehen, die ein gleich grosses Drehmoment wie der Motor liefern kann, was in der Praxis wirtschaftlich unverantwortbar ist.

Schliesslich kann ein Eintakt-Zweizylindermotor nur ein beschränktes Drehmoment im Vergleich mit Mehrtaktmotoren liefern.

Aehnliehe Erwägungen gelten für Eintakt-Mehrzylindermotoren, im dem Sinne, dass bei drei oder mehr Zylindern die Arbeitshübe der verschiedenen Kolben teilweise überlappend gewählt werden können, so dass keine Totpunkte entstehen. Die durch eine solche Ueberlappung auftretenden Umlauffehler können dadurch beseitigt werden, dass man in den überlappenden Teilen der Arbeitshübe der Hubzunahmeverlauf komplementär '< zunehmend bzw. abnehmend wählt. Der gesamte Hubzunahmeverlauf jedes Kolbens ist dann z.B. trapezförmig oder sinustrapezförmig, d.h. dass die Trapezform sinusquadratförmig gebogene schräge Seiten hat.

Auch hier gibt es immer den Nachteil eines relativ geringen Motormoments.

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■ Zweitaktmotoren können bei derselben Zylinderzahl und "bei derselben

Bohrung und demselben Hub eine zweimal so grosse Leistung liefern als ein Eintaktmotor, und können gleichfalls bei einem geeignet gewählten Hubzunahmeverlauf richtig umlaufen. Der Zweitakt-Vierzylindermotor hat jjedoch wieder Totpunkte, wobei die Kolben alle entweder in dem oberen

'■ Totpunkt, oder in dem unteren Totpunkt stehen. Auch hier ist nur ein

rechteckiger Hubzunahmeverlauf möglich.

Der Dreitakt-Vierzylindermotor, wie schon schematisch in Fig. 2 gezeigt, hat keine Totpunkte und bietet ausserdem eine verhältnismässig grosse ΐ "Anzahl Möglichkeiten zum Wählen der Form des Hubzunähmeverlaufs mit $ Beibehaltung des richtigen Umlaufs. In dem Teil b der Fig. 3 ist ein

rechteckiger Hubzunahmeverlauf für die vier Kolben eines Dreitakt-

% Viertzylindermotors eingetragen, sowie Σ dS/ , woraus hervorgeht, dass

- clot

■% äS/^a 'bei einem solchen Motor für eine ganze Umdrehung des Rotors

t ikonstant ist.

Statt eines rechteckigen Hubzunahmeverlaufs kann z.B. auch ein dreieckiger Hubzunähmeverlauf gewählt werden, wobei dS/ für den ersten Zylinder z.B. von 0° bis 30°, von 120° bis 150° und von 2^0° bis 270° linear zunimmt, und von 30° bis 6o°, von 150° bis 18O° und von 270° bis 300 linear abnimmt.

Die übrigen Kolben haben mit jeweils eine Verschiebung von 30° einen gleichförmigen Hubzunahmeve]
der ganzen Wellenumdrehung.

gleichförmigen Hubzunahmeverlauf. Auch dann ist Σ dS/, konstant während

da

Der Teil c der Fig. 3 zeigt einen dreieckigen Hubzunahmeverlauf eines Dreitakt-Vierzylindermotors. Aus dem Teil c der Fig. 3 geht hervor, dass auch bei einem dreieckigen Hubzunahmeverlauf Spitzen in Σ dS/ durch Fabrikationstoleranzen auftreten können. Die Folgen sind dann jedoch viel geringer als bei einem rechteckigen Hubzunahmeverlauf, weil die dann auftretenden Abweichungen in dem gesamten Hubvolumen und also in dem Umlauf nur eine Fraktion der in einem solchen Fall bei einem rechteckigen Hubzunähmeverlauf auftretenden Abweichungen sind. In letzterem Fa]Ll sind Abweichungen von plus oder minus 50% von Σ dS/, unvermeidlich.

da

In etwas geringerem Masse gelten für einen sinusquadratförmigen Hubzunahmeverlauf und für einen trapezförmigen und einen sinusciuadrat-trapez-

förmigen Hubzunahmeverlauf, die in "bezug auf einen rechteckigen Hub- ■

zunahmeverlauf günstigen Eigenschaften eines dreieckigen Hubzunahme- \ Verlaufs.

Ein zusätzlicher Vorteil eines dreieckigen Hubzunahmeverlaufs ist, dass |

die maximale Kolbenbeschleunigung dabei den möglichst niedrigen Wert ;■

hat. f

Die günstigen Eigenschaften eines Dreitakt-Vierzylindermotors treten I

auch auf "bei einem Dreitakt=Achtzylindermotor und im allgemeinen bei \

einem Dreitakt-l+n-Zylindermotor, wie sich mit Hilfe ähnlicher Diagramme, j

wie in Fig. 3 wiedergegeben, einfach ermitteln lässt. Dabei ist η eine i

ganze Zahl. \

Der Teil d der Fig. 3 zeigt einen sinusquadratförmigen Hubzunähmeverlauf <

für die vier Zylinder eines Dreitakt-Vierzylindermotors. Weil Σ <3S/_ \

konstant sein muss, ist hier die Eede von einer sin -Form für die auf- :

2 ^;

gehende Flanke und von einer cos -Form für die abgehende Flanke des f

Hubzunahmeverlaufs oder umgekehrt. ·

Ein Dreitakt-Vierzylindermotor ist bereits in Fig. 2 wiedergegeben i

worden. Ein Dreitakt-Achtzylindermotor kann in einfacher Weise dadurch f

erhalten werden, dass zwischen jedem Paar Zylinder des Vierzylinder- J motors noch ein Zylinder angeordnet ist.

Fig. k zeigt ebenso wie Fig. 2 schematisch einen Dreitaktmotor gemäss

der Erfindung, wobei jedoch Rollen kO direkt durch eine Achse ^1 an den y

Kolbenmänteln befestigt sind. In dieser Weise kann der Motor kompakter f

gebaut werden. An Stelle von Rollen können auch Kugeln benutzt werden, ί die in gleicher Weise befestigt werden können.

Gemäss der Erfindung können statt Kolben, versehen mit Rollen oder Kugeln
gegebenenfalls in Kombination mit festen Treibstangen, vorteilhafterweise auch ausschliesslich Kugeln angewendet werden. Ein solcher Motor
ist schematisch in den Figuren 5 und β abgebildet.

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Der Hubzunahmeverlauf wird durch die Bewegung des Herzens der Bollen oder Kugeln bestimmt und diese Bewegung wird wieder bestimmt durch die Weise, wie die Rollen oder Kugeln dem Rotor entlang abrollen und ist also auch abhängig von dem Radius der Rollen oder Kugeln. Dies bedeutet, dass umgekehrt die Rotorform von dem Radius der Rollen oder Kugeln abhängig ist. Weiter soll beim Wählen der Rotorform der Verlauf der Krümmungsradien berücksichtigt werden im Zusammenhang mit den Hertzschen Spannungen, die für die Lebensdauer der Berührungsflächen mitbestimmend sind. Es hat sich gezeigt, dass gerade bei Dreitaktmotoren gemäss der Erfindung eine in dieser Hinsicht sehr günstige Rotorform möglich ist.

Fig. 5 zeigt im Querschnitt schematisch einen Dreitakt-Achtzylindermotor gemäss der Erfindung, bei dem Kugeln als Kolben angewendet werden. Fig. zeigt einen Schnitt gemäss der Linie VI-VI in Fig. 5·

Der abgebildete Motor umfasst ein Gehäuse 50, in dem acht Zylinder 51 vorgesehen sind. In den Zylindern 51 befinden sich Kugelkolben 52 bis 55· In dem Gehäuse befindet sich eine Welle 56"» auf der ein Rotor 57 mit drei Nocken geformt oder angeordnet ist. Welle und Rotor können aus einem einstückigen Schmiedeteil hergestellt sein. Der Rotor kann sowohl linksum wie rechtsum drehen. Wenn der Rotor rechtsum dreht, wie mit einem Pfeil 58 angegeben, machen'die Kugelkolben 52 den Arbeitshub, während die Kugelkolben 53 den Austreibhub machen. Der Kugelkolben 5^ befindet sich in dem unteren Totpunkt, während der Kugelkolben 55 sich in dem oberen Totpunkt befindet.

In den Figuren 5 und 6 hat der Rotor 57 ein flaches Laufflächenprofil. Dies ist noch einmal schematisch in Fig. 7 wiedergegeben. In Fig. 7 ist die flache Lauffläche des Rotors mit 71 und ein Kugelkolben mit 70 angegeben.

Mit in der Kugellagertechnik bekannten Berechnungsmethoden kann man errechnen, dass ein gekrümmtes Laufflächenprofil des Rotors, wie in Fig. 8 mit 80 angegeben, eine grössere Belastbarkeit von Kugel und Rotor bewirkt, wodurch der Arbeitsdruck in dem Motor höher sein kann. In der Praxis kann der Radius des hohlen Laufflächenprofils des Rotors,

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abhängig von dem Kugeldurchmesser_s z.B. zwischen das 1,02- und 1,05-Fache des Radius des Kugeis liegen.

Die Form des Rotors ist ausser von den schon genannten Faktoren von dem gewünschten Hub und von dem Durchmesser der Kugelkorben abhängig. Es ist klar, dass der Hub nicht viel grosser als ein halber Durchmesser der Kugelkolben sein kann.

Fig. 9 zeigt die Form des Rotorrandes bei einem Verhältnis zwischen maximalen Hub und Kugelkolbendurchmesser von O₅^, wobei der Inkreis des Rotors einen Radius hat, der 1,5 mal der Kugelkolbendurchmesser beträgt. Mit der gestrichelten Linie 90 ist die Rotorrandform für einen rechteckigen Hubzunahmeverlauf eingezeichnet. Die Strichpunktlinie 91 zeigt die Rotorrandform für einen sinustrapezförmigen Hubzunähmeverlauf, und die vollgezogene Linie 92 gibt die Rotorrandform für einen dreieckförmigen Hubzunahmeverlauf wieder.

Obwohl keine von den drei abgebildeten Rotorformen fabrikationstechnische Probleme verursachen würde, und auch in der Praxis einen brauchbaren Motor verschaffen würde, zeigt es sich, dass doch die zu dem dreieckförmigen Hubzunahmeverlauf gehörende Rotorrandform bei den gewählten Verhältnissen die günstigste ist.

Dies ist auch eine Folge der Tatsache, dass bei einem dreieckförmigen Hubzunahmeverlauf, wie bereits bemerkt wurde, die Folgen eines nicht exakten Anschlusses der Arbeitshübe verschiedener Kolben weit geringer sind als bei z.B. einem rechteckigen Hubzunähmeverlauf. Wenn nicht nur der Anfang oder das Ende eines Hubes in bezug auf den idealen Zustand infolge von Fabrikationstoleranzen ein wenig verschoben .ist, sondern auch der ganze Hub eines der Kolben etwas zu früh oder zu spät abgewickelt wird, verursacht dies bei einem dreieckförmigen Hubzunahmeverlauf

|; auch eine geringere Störung des Umlaufs als bei einem sinusquadrat-

förmigen oder einem trapezförmigen Hubzunahmeverlauf, weil ein dreieckförmiger Hubzunahmeverlauf im allgemeinen weniger steil verläuft, so dass Abweichungen während der Hubzunahme in absolutem Sinne kleiner sind. Ausserdem sind diese Abweichungen während des Hubzunahmeverlaufs konstant. In letzterem Fall ist der Rotorrand zwischen den Nocken nahezu gerade.

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Wenn der maximale Hub etwas grosser gewählt wird_s und zwar O₅U17 mal der Durchmesser des Kugeliolbens, und der Radius des Inkreises des Rotors 1,25 mal der Kugelkolbendurchmesser gewählt wird, entsteht eine Rotorform, die in jedem Punkt eine positive Krümmung hat, d.h. kugelförmig ist. Ein Achtzylindermotor mit einem solchen Rotor ist schematisch in Fig. 10 wiedergegeben.

Es wird bemerkt, dass unter Beibehaltung der guten Umlaufeigenschaften .eine grosse Anzahl Rotorformen in der Praxis brauchbar ist. Die bei einer bestimmten Wahl der Zylinderanzahl, des Hubzunahmeverlaufs, des maximalen Hubs, des Kugelkolbendurchmessers und des Radius des Inkreises möglichen Rotorformen kennen nach demjenigen, was oben beschrieben wurde, geometrisch konstruiert oder mit einem geeigneten Computerprogramm errechnet werden, und werden hier der Kürze halber nicht näher beschrieben und abgebildet.

Es wird bemerkt, dass im Vorhergehenden der Motor gemäss der Erdindung nur beschrieben wurde, insofern es Einzelheiten betraf, die für den Erfindungsgedanken von wesentlicher Bedeutung sind. In einer praktischen Ausführungsform kann der erfindungsgemäss Motor z.B. mit Bolzen auf dem Gehäuse befestigte, loslösliche Zylinderköpfe haben, wodurch Montage und Wartung vereinfacht werden. Weiter sind die Zylinder oder die Zylinderköpfe mit Leitungen zum Zuführen und Abführen des hydraulischen Mediums versehen und sind von der Motorwelle angetriebene Steuermittel vorhanden, die bewirken, dass das hydraulische Medium in den richtigen Augenblicken den Zylindern zugeführt wird, oder aber aus den Zylindern abgeführt wird.

Ein Beispiel einer Weise, wie die Zufuhr und die Abfuhr des hydraulischen Mediums bei einem Dreitakt-Vierzylindermotor gemäss der Erfindung bewirkt werden kann, wird schematisch in Fig. 11 wiedergegeben. Jedes Paar gegenübereinanderliegender Zylinder wird durch einen einzigen Vierwegeschieber 110 bzw. 111 gesteuert. Diese Schieber können entweder direkt mittels einer mit der Motorwelle gekuppelten oder auf dieser angebrachten Steuernockenscheibe, oder mittels durch eine ähnliche Steuernockenscheibe betätigter Vorsteuerschieber 112, 113, wie abgebildet, betätigt werden. Die Pumpe für das hydraulische Medium ist mit P angegeben. Eine andere

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andere Möglichkeit ist die Anwendung eines bekannten Steuerspiegels oder Steuerrotors.

Weiter wird bemerkt, dass ein erfindungsgemässer Motor in ähnlicher Weise wie bekannte Kolbenmotoren als Pumpe ausgebildet werden kann. I'

Beispiel i!

Ein Dreitakt-Achtzylindermotor gemäss der Erfindung, versehen mit Kugelkolben mit einem dreiechkigen Hubzunähmeverlauf, einem Kugelkolben-' durchmesser von 8o mm. und einem Hub von 32,5 mm kann bei einem maximalen Arbeitsdruck von 320 atü ein Drehmoment von 20000 Nm abgeben. Bei einem Kugelkolbendurchmesser von 250 mm und einem Hub von 100 m ist bei demselben maximalen Arbeitsdruck ein Drehmoment von 600000 Nm möglich.

Grössere Drehmomente, und auch Leistungen, können erhalten werden mit z.B. einem Dreitakt-Zwölfzylindermotor oder durch Montieren von zwei oder mehreren Zylinderblöcken in einem einzigen Gehäuse auf einer einzigen Welle, die mit zwei oder mehreren Nockenscheiben nebeneinander oder mit einer einzigen verbreiterten Nockenscheibe mit mehreren Spuren oder Rollbahnen nebeneinander versehen ist. Mit einem solchen Dreitaktmotor, versehen mit zweimal acht Zylindern ist ein Drehmoment von 1200000 Nm erreichbar.

Es ist auch möglich, mehrere Nockenscheiben nebeneinander auf einer einzigen Welle anzuordnen, wobei diese Nockenscheiben verschiedener Grosse sind und mit Kugelkolben zugeordneter Zylinderkränze zusammenarbeiten, die je den betreffenden Nockenscheiben angepasste Kugelkolbendurchmesser haben. In dieser Weise kann durch das Ein- und Ausschalten von Zylinderkränzen eine Getriebewirküng erhalten werden.

Schliesslich wird noch bemerkt, dass die Lebensdauer des Motors u.a. durch die Anzahl Druckwechselungen oder Abrollungen der Rollen oder Kugelkolben bestimmt wird. Diese Anzahl ist bei einer vergleichbaren | Leistung kleiner bei einem erfindungsgemässen Motor als bei einem J

bekannten Motor mit einem Kurvenkranz, so dass ein Motor gemäss der | Erfindung eine längere Lebensdauer hat. I.

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Claims

Noord-Nederlandsche Maschine fabriek B.V. Neue Schutzansprüche:

1. Hydraulischer Kolbenmotor, der einer Abtriebswelle bei einer niedrigen Drehzahl ein großes Drehmoment abgeben kann, mit einer Anzahl Kolben, deren Bewegung durch Nocken gesteuert wird, gekennzeichnet durch einen auf der Welle,angeordneten, mit Umfangsnocken versehenen Rotor, der von einem Gehäuse umgeben ist, in dem sich radialsymmetrisch um den₁₍ Rotor liegende Zylinder befinden, in denen Kolben angebracht sind, die im Kontakt mit der Umfangsoberflache des Rotors stehen, wobei der Umfangsverlauf des Rotors durch die Bedingung bestimmt ist, daß die Summe der Ableitungen ^'dS/doc des (vorgeb.baren) Arbeitshubverlaufs S ( oL ) aller Kolben während einer Rotordrehung konstant ist.

2. Hydraulischer Kolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben mit einem Rollorgan versehen ist, das auf der Umfangsoberflache des Rotors aufliegt,

3- Hydraulischer Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rollorgan über eine feste Treibstange mit dem Kolben verbunden ist.

4. Hydraulischer Motor nach Anspruch 1, 'dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben durch Kugeln gebildet sind, die auf der Umfangsoberflache des Rotors aufliegen.

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5- Hydraulischer Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Kolben mindestens um 1 größer ist als die Anzahl der Rotornocken.

6. Hydraulischer Motor nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Rotor mit drei radialsymmetrisch angeordneten Nocken und 4-n Kolben und Zylindern ( n= ganze Zahl).

7· Hydraulischer Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsverlauf des Rotors dadurch bestimmt ist, daß jeder Arbeitshub eines Kolbens wenigstens teilweise mit einem Arbeitshub eines anderen Kolbens zusammenfällt, und daß in dem zusammenfallenden Teil der Hubzunahmeverlauf des Kolbens, der zuerst mit dem Arbeitshub angefangen hat, abnimmt, während der Hubzu- = nahmeverlauf des anderen Kolbens komplementär zunimmt.

8. Hydraulischer Motor nach Anspruch 7ν dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsverlauf des Rotors dadurch bestimmt ist, daß in dem zusammenfallenden Teil der Arbeitshübe der Hubzunahmeverlauf linear abnimmt bzw. zunimmt.

9· Hydraulischer Motor nach Anspruch 7₅ dadurch gekenn-■ zeichnet, der Umfangsverlauf des Rotors dadurch bestimmt ist, daß in dem zusammenfallenden Teil der Arbeitshübe der Hubzunahmeverlauf sinusquadratförmig abnimmt bzw. kosinusquadratförmig zunimmt, oder aber kosxnusquadratformig abnimmt bzw. sinusquadratförmig zunimmt.

10. Hydraulischer Motor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsverlauf des Rotors dadurch bestimmt ist, daß der Hubzunahmeverlauf während des Arbeitshubes jedes Kolbens dreieckförmig ist, wobei die Dreieckformen kongruent und gleichschenklig sind.

11. , Hydraulischer Motor nach einem der Ansprüche 4-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsflache des Rotor's mit einer hohlen Rollbahn für die Kugelkorben versehen ist.

12. Hydraulischer Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzahl gleicher, nebeneinanderliegender Kränze von Zylindern, wobei die Kolben der Zylinder dieser Kränze auf der verbreiterten Nockenoberfläche eines einzigen Rotors aufliegen.

13. Hydraulischer Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die verbreiterte Nockenoberflache in Höhe jedes Kranzes von Zylindern mit einer hohlen Rollbahn versehen ist.

14. Hydraulischer Motor nach einem der Ansprüche 1-11, gekennzeichnet durch eine Anzahl nebeneinanderliegender Kränze von Zylindern, wobei die Kolben jedes Zylinderkranzes mit einer einzigen, von einer der Anzahl Zylinderkränze entsprechenden Anzahl nebeneinander auf einer einzigen Welle angeordneter Nockenscheiben zusammenarbeiten.

15· Hydraulischer Motor nach Anspruch 14·, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Zylinderkränze verschiedene Zylinderdurchmesser haben, wobei die zugeordneten Kolben mit diesen Durchmessern angepaßten Nockenscheiben zusammenarbeiten.