-
Hydraulischer Motor Die Erfindung bezweckt die Ausbildung eines hydraulischen
Motors mit Kolbenzellen, der bei räumlich kleinen !\hmessungen ein sehr hohes Drehmoment
besitzt. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß einmal durch eine besondere bauliche Gestaltung
des Motors, zum anderen Ntal durch die Verwendung hoher Flüssigkeitsdrucke erreicht.
-
Flüssigkeitsmotore mit Kolbenzellen haben, um ein gleichmäßiges Drehmoment
zu erzeugen, stets eine größere Anzahl von Zylindern. Damit entsteht die Aufgabe,
einer größeren Anzahl von Zylindern die Druckflüssigkeit zu gegebenen Zeitpunkten
zuzuführen bzw. von diesen abzuleiten. Hierfür wird üblicherweise eine Drehschiebersteuerung
verwendet, wobei meist die hohl ausgebildete Motorwelle gleichzeitig als Drehschieber
dient. Mit derartigen Steuerungen kann man jedoch im Dauerbetrieb höchstens Drücke
bis 15o atü beherrschen. llit diesen Drücken ergeben sich aber für große Drehmomente,
d. h. für langsam laufende hydraulische Motore, große Abmessungen, die den Bau der
Motore verteuern und ihren Einbau erschweren.
-
Erfindungsgemäß werden bei der Ausbildung des Hydraulischen Motors
sternförmig angeordnete und schwenkbar gelagerte Zylinder verwendet, wobei die zugehörigen
federbelasteten Kolben auf eine als Exzenterwelle ausgebildete Motorwelle einwirken,
und ferner für die Druckflüssigkeit Betriebsdrücke von aoo atü und mehr, vorzugsweise
von 3oo atü. Zur Verteilung der Druckflüssigkeit auf die einzelnen Zylinder werden
erfindungsgemäß entweder von der Exzenterwelle aus durch Nocken gesteuerte Ein-
und Auslaßventile oder Drehschieber verwendet, bei denen die Druckräume im Schieber
durch nach Art der Hochdruckdichtungen ausgebildete elastische Dichtungen abgeschlossen
sind. Mit derartigen Steuermitteln lassen sich auch Flüssigkeitsdrücke von über
3oo atü sicher beherrschen.
-
Die Verwendung hoher Betriebsdrücke ergibt
bereits
eine wesentliche Verkleinerung der räumlichen Abmessungen gegenüber den bekannten
Motoren. Die Abmessungen werden erfindungsgemäß weiterhin dadurch klein gehalten,
daß sternförmig angeordnete und schwenkbar gelagerte Zylinder verwendet und hierbei
die Zylinder so nahe an den Kurbelzapfen herangerückt werden, daß die Kolbenstangen
unmittelbar am Kurbelzapfen anliegen. Die Länge der Kurbelstangen entspricht hierbei
praktisch der Länge der Zylinder. Zur Verminderung der Flächenpressung zwischen
Kolben und Exzenter und damit der Reibung sind in den Stirnseiten der Kolben schuhartige
Gleitstücke lediglich kraftschlüssig gelagert. Die Lagerung erfolgt mittels Kugel
und Kugelpfanne, die am Gleitstück bzw. am Kolben angebracht sind.
-
Ein einfacher und wenig Raum beanspruchender Aufbau wird bei Verwendung
von gesteuerten Ventilen ferner erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jedem Zylinder
ein Ventilgehäuse mit Ein- und Außlaßventil zugeordnet ist, das durch ein in der
Schwenkachse des Zylinders liegendes Rohr mit diesem unmittelbar verbunden ist.
Die Steuerung der Ein- und Auslaßventile mit einfachen Mitteln wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß die Nocken für die Betätigung der einzelnen Ventile auf einem
auf der Motorwelle verschiebbar aufgesetzten Ring befestigt sind, und zwar derart,
daß durch Verschieben des Ringes von der einen in die andere Endstellung der Drehsinn
des Motors und durch Verschieben aus einer Endlage in eine Mittellage ein Absperren
aller Ventile und damit eine Blockierung bzw. ein Abbremsen des Motors erzielt werden
kann. Diese Stellung hat besondere Bedeutung dann, wenn der Motor für Hebezeuge,
Kräne oder für Anlaßantrieb 'Verwendung finden soll. Bei dieser Art der Ausbildung
der Ventilsteuerung wird ebenfalls nicht mehr Raum erforderlich, als dies für eine
Drehschiebersteuerung erforderlich ist.
-
Bei Verwendung von Drehschiebern zur Verteilung der Druckflüssigkeit,
bei denen am Schiebergehäuse die einzelnen zu den Zylindern führenden Druckleitungen
angeschlossen sind, wird erfindungsgemäß der Schieber so ausgebildet, daß im drehbarenTeil
des Schiebers ein mit allen Rohrleitungen in Verbindung stehender, radial geteilter
Ringraum angeordnet ist, dessen Teilräume dauernd oder wahlweise entweder mit der
Druckleitung oder mit der Förderleitung der Pumpe verbunden sind, und daß der Ringraum
in axialer Richtung durch elastische Ringdichtungen und seine Teilräume in der Umfangsrichtung
durch axial liegende elastische Dichtungen abgedichtet sind. Die Dichtungsflächen
der elastischen Dichtungen bzw. Teile dieser Flächen werden hierfür durch den abzudichtenden
Öldruck gegen die abzudichtende Fläche gepreßt.
-
Zur Umkehrung der Drehrichtung bei Verwendung von Drehschiebern wird
erfindungsgemäß ein Umsteuerhahn verwendet, bei dem durch im drehbaren Hahnenküken
angeordnete Kanäle die Förder-und Ansaugleitung der Pumpe wahlweise mit zwei zum
Drehschieber führenden Leitungen verbunden sind. Dieser Hahn ist erfindungsgemäß
im übrigen zur Beherrschung der hohen Flüssigkeitsdrücke so ausgebildet, daß im
Hahnengehäuse am Küken anliegendeRohrstutzen mit einer sie umgebenden ringförmigen
Dichtung eingesetzt sind, die durch den Öldruck gegen den Kükenmantel gepreßt werden
und so den Spalt zwischen den jeweils sich gegenüberliegenden Öffnungen der Rohrstutzen
und der im Küken verlaufenden Kanäle abdichten.
-
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand
der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch einen
Motor gemäß der Erfindung mit gesteuerten Ventilen in Bremsstellung, Fig. ia einen
Teil der Abb. i im vergrößerten Maßstab, Fig.2 eine Seitenansicht des Motors bei
abgenommener Stirnwand, Fig. 3 und ¢ die Ventilstellungen für Rechts- und Linkslauf
bzw. des -Motors in schematischer Darstellung, Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen
hydraulischen Motor mit Drehschiebersteuerung, Fig. 6 einen Längsschnitt durch den
Drehschieber in vergrößertem Maßstab.
-
Fig. 7 eine Ansicht des drehbaren Teiles des Drehschiebers, Fig. 8
einen Querschnitt durch den Schieber nach Abb. 7, Fig. 9 einen Längsschnitt durch
einen Umsteuerhahn gemäß der Erfindung, Fig. io einen Querschnitt durch den Schieber
nach Abb. 9.
-
Das Motorengehäuse besteht aus einem Blechring i ; in diesem sitzen
zwei Wände 2 und 3, welche die Lager 4 für die Kurbelwelle 5 des -Motors aufnehmen.
Zwischen den Wänden 2 und 3 sind sternförmig fünf Zylinder 6 angeordnet und in Bohrungen
7 der Wände schwenkbar gelagert. Jeder Zylinder trägt hierfür zu leiden Seiten seiner
Mittelebene je einen Lagerzapfen B. Die Zylinder sind so dicht wie möglich an den
Kurbelzapfen 9 der Welle 5 herangerückt.
-
Die inneren Stirnseiten der Kolben io sind als Kugelpfannen i i ausgebildet,
in denen Gleitstücke 12 lediglich kraftschlüssig gelagert sind. Diese Gleitstücke
haben riiigsegmentförmige Gestalt und liegen mit ihren inneren Flächen am Umfang
des Kurbelzapfens 9 an. An diesen Gleitstücken sind am Rücken Halbkugeln 13 angeforint,
die in den Kugelpfannen i i lagern. Hierdurch wird eine wesentliche Verringerung
der Reibung erreicht und gleichzeitig die Montage des Motors erheblich vereinfacht,
da geringe Ungenauigkeiten Mir. Aufbau des Motors durch die kugelige Lagerung der
Gleitstücke ausgeglichen werden.
-
Die durch Federn 14 belasteten Kolben io sind in üblicher Weise in
Dichtungen geführt, die im Zylinder 6 befestigt sind. Bei dem Ausführungsbeispiel
werden Dichtungen 15 aus Kunststoff mit X-förmigem Querschnitt verwendet, die in
Verbindung mit den an den einander zugewandten Stirnseiten
keilförmig
ausgebildeten Widerlagerringen 16 eine wirksame Abdichtung der Kolben ergeben.
-
Jedem Zylinder 6 ist ein Ventilgehäuse i9 zugeordnet, das ein Ein-
und Auslaßventil enthält. Sämtliche Ventilgehäuse sind an die Zuführungsleitung
20 bzw. an die Entleerungsleitung 21 angeschlossen. Jedes Ventilgehäuse ist mit
dem zugehörigen Zylinder durch ein Rohr 22 verbunden. Das Rohr ist im Ventilgehäuse
eingeschweißt und im Lagerzapfen 8 des Zylinders in einer Dichtung 23 gelagert,
die ähnlich der Dichtung 14 ausgebildet ist. Jedes Ventil besitzt einen Ventilkegel
24 bzw. 25, der unter Zwischenschaltung einer Kugel 26 durch Nockensegmente 27,
28, 29 und 30 gesteuert wird, die auf einem Ring 31 befestigt sind. Dieser
Ring ist mit einer Scheibe 32 fest verbunden und sitzt axial verschiebbar, aber
drehfest auf einer mit der Welle 5 verbundenen Scheibe 37. In der Scheibe 32 sitzt
drehbar ein Zapfen 33, der an einem doppelarmigen Hebel 34 angelenkt ist. Dieser
Hebel ist in einem Auge 35 gelagert, das auf dem äußeren Abschlußdeckel 36 des Motorgehäuses
befestigt ist. Durch den Hebel 34 kann der Ring 31 in die aus den Abb. i, 3 und
:4 ersichtlichen Lagen gebracht werden. Hierbei ergeben sich folgende Ventilstellungen:
Wie die Fig. i a erkennen läßt, sind die Druckleitung 2o an den Raum 17 hinter dem
Ventilkegel 25 des Einlaßventils und die Entleerungsleitung 21 an den Raum 18 vor
dem Ventilkegel 24 angeschlossen. Die Räume 38 vor dem Ventilkegel 25 und die Räume
39 hinter dem Ventilkegel 24 sind durch Bohrungen im Gehäuse, wie Fig. i a zeigt,
dauernd miteinander verbunden.
-
Bei der Stellung der Nockensegmente 27 bis 30 gemäß Fig. i ist das
Ein- und das Auslaßventil geschlossen, so daß die Zylinderräume abgesperrt sind.
Da diese mit 01 gefüllt sind, so bedeutet dies eine Blockierung oder Abbremsung
des Motors.
-
In den Abb.3 und 4 sind die Ventilgehäuse schematisch dargestellt.
Wie die Einzeichnung des unter Druck stehenden bzw. des entlasteten Druckmittels
erkennen läßt, ergibt die Stellung der Nockensegmente nach Fig. 3 einen Rechtslauf
und die Nockenstellung nach Fig. 4 einen Linkslauf des Motors. Durch Verstellen
des Hebels 34 aus seiner Mittellage in die obere bzw. in die untere Endlage kann
also Rechtslauf, Linkslauf und Abbremsen des Motors erreicht werden.
-
Bei dein Ausführungsbeispiel nach Fig.5 wird zur Verteilung der Druckflüssigkeit
ein Drehschieber 4o verwendet, der durch Rohrleitungen 41 mit den einzelnen Zylindern
6 verbunden ist. Die Leitungen 41 treten an die Stelle der Leitungen 20 bis 22 des
Motors nach Fig. i. Die mechanische Ausbildung des Motors entspricht im übrigen
dem des bereits beschriebenen Ausführungsbeispiels.
-
Auf den Stirnwänden 2 und 3 sitzen zwei Lagerflansche 42 und 43 für
die Motorwelle. Der Flansch 43 dient gleichzeitig zur Aufnahme des Gehäuses44 des
Drehschiebers. Der drehbare Teil 45 des Schiebers ist finit der Kurbelwelle 46 des
Motors durch Schrauben47 verbunden. Das Motorgehäuse i ist oberhalb des Drehschiebers
durch einen Deckel 48 abgeschlossen. Auf einer Ausbuchtung 49 des Deckels ist eine
Scheibe So aufgeschweißt. Mit dieser Scheibe sind druckdicht zwei Ringe 51 bzw.
52 durch Schrauben 53 verbunden. Jede Scheibe trägt ein Rohr 54 bzw. 55; beide liegen
zentrisch zur Achse des Drehschiebers und reichen in den drehbaren Teil 45 des Schiebers
hinein. Das Innere der Rohre 54 bzw. 55 steht durch waagerechte Bohrungen 56 bzw.
57 in den Scheiben 51, 52 und durch hierin eingesetzte Rohre 58, 59 mit einem Umsteuerhahn
6o in Verbindung, der je nach der Stellung seines Hahnenkükens 61 die Rohre 58,
59 mit der Druckleitung 62 bzw. mit der Abflußleitung 63 verbindet. DieVerdrehung
des Hahnenkükens 61 geschieht aus dem aus der Fig. i i ersichtlichen Handhebel 64.
-
Die nähere Ausbildung des Drehschiebers ist aus den Fig. 6, 7 und
8 ersichtlich.
-
Der drehbare Teil 45 besteht im wesentlichen aus einem starkwandigen
Rohr mit einer Ringnut 65 im äußeren Umfang (Fig. 7). Diese Ringnut liegt den Bohrungen
66 im Gehäuse 44 gegenüber, die die Rohre 41 aufnehmen. Die Ringnut ist oberhalb
und unterhalb der Bohrungen 66 durch je eine elastische Dichtung 67 abgedichtet,
die nach Art der Hochdruckdichtungen ausgebildet ist. Außerdem ist die Ringnut durch
zwei Segmente 68 längs des Umfanges unterteilt, die in zwei gegenüberliegenden axialen
Ausschnitten 69 des Teiles 45 eingesetzt sind. Jedes Segment besteht aus einem im
Querschnitt U-förmigen Metallstreifen 70 und aus einer ebenfalls firn Querschnitt
U-förmigen elastischen Dichtung 71, die sich einander wie halbe Ketten glieder übergreifen.
Die Metallstreifen 70 liegen mit ihren äußeren zylindrischen Flächen 72 an der Innenwandung
des Gehäuses 44 an, wobei die Dichtungsflächen 72 durch den Öldruck gegen die Innenwandung
fest angepreßt werden. Dieser Öldruck kommt folgendermaßen zustande: In dem Streifen
70 ist eine Kammer 73 ausgebildet, die durch Bohrungen 74 bzw. 75 mit den
beiden Räumen 76 bzw. 77 der Ringnut 65 in Verbindung stehen. In der Kammer liegt
eine Kugel 78, die je nach der Druckrichtung eine der Bohrungen 74 abschließt. Die
Kammer 73 ist durch eine Bohrung 79 mit dem Ausschnitt 8o verbunden, der die elastische
Dichtung 71 aufnimmt. Das Drucköl gelangt also in den Raum 8o und drückt hier einmal
den Metallstreifen 70 gegen die Innenwand des Gehäuses 44 und andererseits
den Gummistreifen 71 gegen den Boden 81 des Ausschnitts 69, wodurch auch
an dieser Stelle die Abdichtung der Teilräume 76 bzw. 77 der Ringnut 65 gegeneinander
erreicht wird.
-
Wie aus der Fig.8 erkenntlich ist, werden die einzelnen Rohre 41 und
damit die einzelnen Zylinder nacheinander mit den Räumen 76 bzw. 77 verbunden, die
ihrerseits durch schräge Bohrungen 82 bzw. 83 mit Ringräumen 84 bzw. 85 verbunden
sind, die von der inneren Bohrung des Teiles 45 ausgehen. Die Ringräume sind nach
innen zu durch das Rohr 54 abgeschlossen und gegeneinander bzw. nach außen durch
elastische Dichtungen 86 bzw. 87 abgedichtet. Der Raum 84 steht durch Bohrungen
88
im Rohr 54 mit dem Inneren dieses Rohres in Verbindung, d. h.
mit dem Ringspalt zwischen den Rohren 54 und 55 und damit mit der Leitung 59. Der
Raum 85 ist durch Bohrungen 89 mit einem Raum 9o verbunden, der unterhalb des Rohres
55 liegt und mit dem Inneren dieses Rohres in Verbindung steht, d. h. also auch
mit der Rohrleitung 58.
-
Wie die Fig.8 erkennen läßt, werden beim Drehen des Teiles 45 die
einzelnen Zylinder nacheinander mit der Druckleitung bzw. mit der Abflußleitung
verbunden, wobei der Drehsinn des Motors geändert werden kann, wenn die Druck- und
Abflußleitung 58, 59 miteinander vertauscht werden. Hierzu dient der Umsteuerhahn
6o, dessen Ausbildung aus den Fig. io und i i zu erkennen ist.
-
Der Umsteuerhahn besitzt ein im Querschnitt quadratisches Gehäuse
9i mit einer Bohrung zur Aufnahme des drehbaren Teiles 61. In dieses Geliäuse sind
zu beiden Seiten des Hahnenkükens übereinander zwei Rohrstutzen 92 und 93 bzw. 94
und 95 eingesetzt, die durch Bohrungen 96 bzw. 97 bzw. 98 und 99 im drehbaren Teil
61 paarweise miteinander verbunden werden, und zwar entweder die Rohrstutzen 92
und 94 bzw. 93 und 95 oder die Rohrstutzen 92 und 95 und 93 und 94 miteinander.
-
Um eine wirksame Abdichtung des durch die Stutzen 92 austretenden
bzw. eintretenden Drucköls zu erreichen, sitzen diese Rohrstutzen in elastischen
Dichtungsringen ioo, die durch den Öldruck gegen die Oberfläche des Hahnenkükens
gepreßt werden. Zu diesem Zweck sind in den Rohrstutzen Kanäle ioi angebracht, die
mit-dem Ringspalt 102 zwischen den Stirnseiten der Rohrstutzen und der diese aufnehmenden
Flansche 103 belassen werden. Diese Flansche sind mit den Enden der Rohre
58, 59 bzw. 62,63 verschweißt. Sie werden durch Schrauben io4 mit dem Gehäuse
9i verbunden, und zwar unter Zwischenschaltung von Dichtungen io5, die zu beiden
Seiten eines Flansches io6 der Rohrstutzen 92 bis 95 liegen.
-
Zur zusätzlichen Abdichtung des Hahnenkükens nach außen dienen die
elastischen Ringdichtungen 107, die in den Nuten io8 des Gehäuses 9i ange-bracht
sind.