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Dokumentenidentifikation DE10356301B3 11.08.2005
Titel Hydraulischer Motor
Anmelder Sauer-Danfoss ApS, Nordborg, DK
Erfinder Tychsen, Tom, Graasten, DK
Vertreter Patentanwälte Knoblauch und Knoblauch, 60322 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 28.11.2003
DE-Aktenzeichen 10356301
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 11.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.08.2005
IPC-Hauptklasse F03C 2/08
IPC-Nebenklasse F04C 2/10   
Zusammenfassung Es wird ein hydraulischer Motor (1) angegeben mit einem Verdrängerabschnitt (2), der mindestens ein rotierendes Verdrängerelement (3) aufweist, einem Steuerabschnitt (41), der einen Drehschieber (12) aufweist, der in einer Bohrung (11) eines Gehäuses (8) drehbar gelagert ist und mit dem Verdrängerelement (2) über eine Steuerwelle (17) drehfest verbunden ist, und einer im Gehäuse (8) drehbar gelagerten Abtriebswelle (18), die mit dem Verdrängerelement (2) in drehübertragender Verbindung steht.
Man möchte die Zuverlässigkeit bei der Blockierung eines derartigen Motors erhöhen.
Hierzu ist vorgesehen, daß die Abtriebswelle (18) im Gehäuse (8) axial zwischen einer Sperrposition, in der eine Eingriffsgeometrie (27) der Abtriebswelle (18) mit einer Gegengeometrie (28) des Gehäuses (8) in Eingriff steht, und einer Freigabeposition, in der die Eingriffsgeometrie (27) außer Eingriff mit der Gegengeometrie (28) steht, verlagerbar ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Motor mit einem Verdrängerabschnitt, der mindestens ein rotierendes Verdrängerelement aufweist, einem Steuerabschnitt, der einen Drehschieber aufweist, der in einer Bohrung eines Gehäuses drehbar gelagert ist und mit dem Verdrängerelement über eine Steuerwelle drehfest verbunden ist, und einer im Gehäuse drehbar gelagerten Abtriebswelle, die mit dem Verdrängerelement in drehübertragender Verbindung steht.

Ein derartiger Motor ist beispielsweise aus US 4 613 292 bekannt.

Bei einem derartigen Motor kann es gewünscht sein, sicherzustellen, daß er blockiert werden kann, also in einer eingenommenen Drehwinkellage sicher verharrt. Eine derartige Aufgabe stellt sich beispielsweise bei Positionierantrieben, die nach einer Positionierung eines Elements sicherstellen müssen, daß das Element in dieser Position verharrt. Eine andere Aufgabe ist beispielsweise eine Seilwinde, die nach dem Anheben oder Absenken einer Last aus Sicherheitsgründen blockiert werden muß.

Im bekannten Fall wird die Blockierung dadurch ermöglicht, daß der Drehschieber des Motors axial verlagerbar ist. In einer Position kommt er in Eingriff mit einer Verzahnung und wird dadurch am weiteren Drehen gehindert. Mit dem Drehschieber steht die Abtriebswelle über eine Verzahnung in Verbindung, so daß bei einer Blockierung des Drehschiebers auch die Abtriebswelle blockiert ist.

Diese Ausgestaltung hat allerdings den Nachteil, daß man für die Blockierung der Abtriebswelle zwei kraftübertragende Verbindungen benötigt, nämlich einmal von der Abtriebswelle auf den Drehschieber und zum anderen vom Drehschieber auf das Gehäuse. Dadurch ergibt sich ein gewisses Spiel und damit auch eine größere Wahrscheinlichkeit eines Fehlers. Die eingenommene Position kann nur mit gewissen Toleranzen gehalten werden. Auch die Fertigung ist aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit bei der Blockierung des Motors zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird bei einem Motor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Abtriebswelle im Gehäuse axial zwischen einer Sperrposition, in der eine Eingriffsgeometrie der Abtriebswelle mit einer Gegengeometrie des Gehäuses in Eingriff steht, und einer Freigabeposition, in der die Eingriffsgeometrie außer Eingriff mit der Gegengeometrie steht, verlagerbar ist.

Bei dieser Ausgestaltung gibt es beim Sperren oder Blockieren des Motors nur noch eine einzige kraftübertragende Verbindung, nämlich die Verbindung zwischen der Abtriebswelle und dem Gehäuse. Dementsprechend ist das Spiel, das sich in der blockierten Stellung des Motors noch ergeben kann, weitaus geringer. Die Fertigung wird vereinfacht, weil man nur eine Paarung von Geometrien erzeugen muß, die miteinander in Eingriff gebracht werden, wenn der Motor blockiert wird.

Vorzugsweise ist die Eingriffsgeometrie an einer Fläche der Abtriebswelle angeordnet, die parallel zu ihrer Stirnseite verläuft. Die Eingriffsgeometrie wird also durch eine axiale Bewegung der Abtriebswelle in Eingriff mit der Gegengeometrie gebracht. Bereits eine kleine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung reicht aber aus, um die Eingriffsgeometrie von der Gegengeometrie zu lösen. Damit wird auf einfache Weise eine zuverlässige Sperrung des Motors bei gleichzeitiger ebenso zuverlässiger Lösung des Motors ermöglicht.

Vorzugsweise sind die Abtriebswelle und der Drehschieber einstückig ausgebildet. Wenn die Abtriebswelle blockiert ist, dann ist gleichzeitig der Drehschieber blockiert, so daß der Verdrängerabschnitt nicht mehr arbeiten kann. Man verhindert dadurch, daß die Paarung aus Eingriffsgeometrie und Gegengeometrie in der Sperrposition durch hydraulische Kräfte überlastet werden kann.

Hierbei ist von Vorteil, wenn die Eingriffsgeometrie am Drehschieber angeordnet ist. Insbesondere bietet sich hier die Stirnseite des Drehschiebers, die der Abtriebswelle abgewandt ist, an. Wenn man den Drehschieber für die Eingriffsgeometrie verwenden kann, sind die Möglichkeiten der Gestaltung größer.

Vorzugsweise weist das Gehäuse zwischen dem Verdrängerabschnitt und dem Steuerabschnitt eine Ventilplatte auf und die Gegengeometrie ist an der Ventilplatte ausgebildet. Dies erleichtert die Fertigung. Die Ventilplatte muß ohnehin mit einer relativ hohen Genauigkeit gefertigt werden. Diese Fertigung kann außerhalb des Gehäuses erfolgen. Wenn man nun bei dieser Fertigung auch noch die Gegengeometrie anbringt, dann ergibt sich eine Blockierungsmöglichkeit des Motors mit einer hohen Genauigkeit.

Vorzugsweise ist die Abtriebswelle in eine ihrer beiden Positionen vorgespannt. Beispielsweise kann die Abtriebswelle in ihrer Sperrposition vorgespannt sein, so daß man zum Drehen der Abtriebswelle die Blockierung des Motors bewußt aufheben muß. Dies erhöht die Zuverlässigkeit im Betrieb.

Vorzugsweise weist die Abtriebswelle eine Schulter auf, an der sich eine Federanordnung abstützt, die in Axialrichtung der Abtriebswelle am Gehäuse anliegt. Man kann diese Federanordnung dann verwenden, um die Abtriebswelle in eine ihrer beiden Positionen, beispielsweise die Sperrposition, vorzuspannen. Zum Drehen der Abtriebswelle ist es erforderlich, die Federspannung zu überwinden, um die Blockierung zu lösen.

Vorzugsweise weist die Abtriebswelle mindestens eine Druckangriffsfläche auf, die mit einem axial wirkenden Druck beaufschlagbar ist. Man kann dann die Blockierung der Abtriebswelle hydraulisch lösen. Der Druck, der auf die Druckangriffsfläche wirkt, bewegt die Abtriebswelle aus der Sperrposition heraus oder in die Sperrposition hinein, je nach Ausgestaltung. Da in einem hydraulischen Motor Hydraulikflüssigkeit ohnehin mit einem gewissen Druck zur Verfügung steht, kann man hier ohne größeren Zusatzaufwand, vor allem mit einem relativ geringen mechanischen Aufwand, eine Verlagerung der Abtriebswelle bewirken.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Druckangriffsfläche mit einem vom Drehschieber umgebenen Raum in Verbindung steht. Bei einer entsprechenden Auslegung erhöht dies die innere Dichtigkeit des Motors. Wenn der Druck auf die Druckangriffsfläche wirkt, wird gleichzeitig der Drehschieber radial etwas nach außen belastet, so daß er sich besser an die Innenwand der Bohrung anlegt. Natürlich muß man die dann wirkenden Kräfte austarieren, um ein Klemmen des Drehschiebers in der Bohrung zu verhindern.

Vorzugsweise ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die bei einer Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zum Verdrängerabschnitt gleichzeitig eine Druckbeaufschlagung der Druckangriffsfläche erzeugt. Wenn man also den Motor in Betrieb nehmen möchte, dann wird die Steuereinrichtung betätigt. In herkömmlicher Weise versorgt die Steuereinrichtung den Verdrängerabschnitt. Gleichzeitig wird aber auch die Blockierung des Motors aufgehoben, so daß sich die Abtriebswelle drehen kann. Natürlich ist es auch möglich, den Druck auf die Druckangriffsfläche auf andere Weise freizugeben.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist in einer Versorgungsleitung zur Druckangriffsfläche ein Druckmodulator angeordnet. Dieser Druckmodulator bewirkt insbesondere dann, wenn die Abtriebswelle mit der oben erwähnten Federanordnung belastet ist, eine axiale Pulsationsbewegung der Abtriebswelle, so daß man den Motor beispielsweise als Bohrhammer verwenden kann. Der Druckmodulator ist auch ohne die Blockierungsmöglichkeit der Abtriebswelle verwendbar, d.h. auch dann, wenn die Abtriebswelle keine Eingriffsgeometrie und das Gehäuse keine Gegengeometrie aufweist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt durch einen hydraulischen Motor und

2 eine Draufsicht auf eine Ventilplatte.

Ein hydraulischer Motor 1 weist einen Verdrängerabschnitt 2 auf, der ein außenverzahntes Zahnrad 3 und einen innenverzahnten Zahnring 4 aufweist. Das Zahnrad 3 rotiert und orbitiert im Zahnring 4, wenn Hydraulikflüssigkeit unter Druck positionsrichtig zu Drucktaschen 5 zugeführt wird, wie dies an sich bekannt ist.

Der Verdrängerabschnitt 2 ist zwischen einer Stirnplatte 6 auf einer Seite und einer Ventilplatte 7 auf der anderen Seite angeordnet. Die Ventilplatte 7 befindet sich zwischen dem Verdrängerabschnitt 2 und einem Gehäuse 8. Das Gehäuse 8 weist in einem Steuerabschnitt 41 eine Vielzahl von axial verlaufenden Kanälen 9 auf, von denen jeder mit einer Öffnung 10 in der Ventilplatte 7 in Überdeckung steht.

Das Gehäuse 8 weist im Steuerabschnitt 41 eine Bohrung 11 auf, in der ein Drehschieber 12 angeordnet ist. Der Drehschieber 12 weist, wie dies nur schematisch dargestellt ist, an seinem Umfang eine Reihe von Nuten 13, 14 auf, die nur schematisch dargestellte Versorgungsanschlüsse 15, 16 mit den Kanälen 9 und damit mit dem Verdrängerabschnitt 2 verbinden. Damit der Drehschieber 12 die positionsrichtige Steuerung der Flüssigkeitszu- und -abfuhr vornehmen kann, ist er über eine Steuerwelle 17, die als Kardanwelle ausgebildet ist und auch als "dog-bone" bezeichnet wird, mit dem Zahnrad 3 des Verdrängerabschnitts 2 verbunden.

Im Gehäuse 8 ist weiterhin eine Abtriebswelle 18 drehbar gelagert. Die Abtriebswelle 18 ist mit dem Drehschieber 12 einstückig verbunden. Wenn sich das Zahnrad 3 dreht, dann dreht nicht nur der Drehschieber 12 mit, sondern auch die Abtriebswelle 18.

Die Bohrung 11 des Gehäuses 8 ist durch einen Deckel 19 verschlossen, der mit Hilfe von Schrauben 20 am Gehäuse 8 befestigt ist. Der Deckel weist eine Öffnung 21 auf, durch die ein Abschnitt 22 der Abtriebswelle 18 mit verminderten Durchmesser geführt ist.

Am Deckel 21 stützt sich eine Federanordnung 23 ab, die beispielsweise durch zwei Tellerfedern gebildet ist. Die Federanordnung 23 wirkt über eine Ringscheibe 24 und ein Nadellager 25 auf eine Schulter 26 der Abtriebswelle 18 und preßt damit die Abtriebswelle 18 in Richtung auf den Verdrängerabschnitt 2.

Der Drehschieber 12 weist an seinem der Ventilplatte 7 benachbarten Ende eine Eingriffsgeometrie 27 auf, die durch eine Verzahnung gebildet ist, deren Zähne in radialer Richtung verlaufen, wobei der Scheitel der Zähne in Axialrichtung gerichtet ist. Eine derartige Verzahnung wird auch als "Hirt-Verzahnung" oder "Radialverzahnung" bezeichnet. Die Zähne sind an der Stirnseite des Drehschiebers 12 angeordnet. Die Ventilplatte 7 weist eine entsprechende Gegengeometrie 28 auf, also eine Vielzahl von in Umfangsrichtung gleichförmig verteilter zahnartiger Einkerbungen, in die die Zähne der Eingriffsgeometrie 27 eintauchen, wenn die Abtriebswelle 18 unter der Wirkung der Federanordnung 23 in die in 1 dargestellte Sperrposition gedrückt worden ist. In diesem Fall ist der Drehschieber 12 blockiert. Da die Abtriebswelle 18 einstückig mit dem Drehschieber 12 verbunden ist, ist auch eine Drehung der Abtriebswelle 18 nicht mehr möglich.

Die Bohrung 11 im Gehäuse weist eine Umfangsnut 29 auf, mit der eine Radialbohrung 30 in der Abtriebswelle 18 laufend in Überdeckung steht. Die Radialbohrung 30 mündet in eine Axialbohrung 31 der Abtriebswelle 18, die mit einer Druckangriffsfläche 32 in Verbindung steht. Die Druckangriffsfläche 32 ist eine Stirnfläche eines Hohlraums im Inneren des Drehschiebers 12. Wenn nun, wie weiter unten erläutert werden wird, die Umfangsnut 29 mit Hydraulikflüssigkeit unter Druck versorgt wird, dann gelangt der Druck der Hydraulikflüssigkeit auch auf die Druckangriffsfläche und wirkt dort in Axialrichtung und zwar so, daß die Abtriebswelle 18 gegen die Kraft der Federanordnung 23 ein Stück aus dem Gehäuse 8 herausbewegt wird. Hydraulikflüssigkeit, die sich möglicherweise in der Kammer angesammelt hat, in der die Federanordnung 23 angeordnet ist, kann durch einen nicht näher dargestellten Abfluß verdrängt werden. Dabei kommt die Eingriffsgeometrie 27 außer Eingriff mit der Gegengeometrie 28. Die Abtriebswelle 18 kann sich dann frei drehen. Diese Position wird dann als "Freigabeposition" bezeichnet. Aufgrund des Gleitrings 25 ist ein reibungsarmes Drehen der Abtriebswelle 18 auch gegen die Kraft der Federanordnung 23 möglich. Gleichzeitig wird auch der Drehschieber 12 radial nach außen gegen die Wand der Bohrung 11 gedrückt und dichtet dort ab.

Neben der dargestellten Möglichkeit, die Druckangriffsfläche 32 unter Druck zu setzen, sind auch noch andere Möglichkeiten denkbar. So kann Hydraulikflüssigkeit über eine in der Regel ohnehin vorhandene Öffnung 42 an der Stirnseite des Motors, die dem Verdrängerabschnitt 2 benachbart ist, zugeführt werden. Auch eine Zufuhr durch den Ventilschieber 12 direkt ist denkbar (nicht dargestellt). Aus Gründen der Übersicht sind in 1 auch keine gesonderten Mittel dargestellt, mit denen der auf die Druckangriffsfläche 32 wirkende Druck ausdrücklich abgesenkt werden kann. Bei diesen Mitteln kann es sich um ein zusätzliches Ventil oder um eine zum Tank 35 gerichtete Drossel handeln.

Schematisch dargestellt ist eine Steuereinrichtung 33, die zum Betätigen des Motors 1 verwendet wird. Die Steuereinrichtung 33 ist mit einer Pumpe 34 (oder einer anderen Druckquelle) und einem Tank 35 verbunden. Sie weist ein Steuerventil 36 auf, das über einen Steuerhebel 37 (oder auf andere Weise) betätigt werden kann. In Abhängigkeit von der Betätigung des Steuerventils 36 wird einer der beiden Versorgungsanschlüsse 15, 16 mit der Pumpe 34 verbunden und der andere mit dem Tank 35.

Über ein Wechselventil 38 gelangt der jeweils höhere Druck aus den beiden Versorgungsanschlüssen 15, 16 in eine Versorgungsleitung 39, die mit der Umfangsnut 29 verbunden ist. Sobald also das Steuerventil 36 betätigt wird, um den Motor 1 in Betrieb zu nehmen und die Abtriebswelle 18 zu drehen, wird die Blockierung der Abtriebswelle 18 gegenüber der Ventilplatte 7 aufgehoben.

In der Versorgungsleitung 39 kann auch ein Druckmodulator 40 angeordnet sein, der die Höhe des auf die Druckangriffsfläche 32 wirkenden Drucks periodisch verändert. Wenn der Druck bei einer derartigen Veränderung kurzzeitig so weit abgesenkt wird, daß die Kraft der Federanordnung 23 größer ist als die Kraft des auf die Druckangriffsfläche 32 wirkenden Drucks, dann ergibt sich eine entsprechend pulsierende Axialbewegung der Abtriebswelle 18. Ein derartiger Druckmodulator 40 kann bei einer axial bewegbaren Abtriebswelle auch dann vorgesehen sein, wenn die Abtriebswelle 18 nicht durch die Eingriffsgeometrie 27 und die Gegengeometrie 28 blokkiert werden kann. Man kann eine derartige Abtriebswelle 18 dann beispielsweise für einen hydraulisch betätigten Bohrhammer verwenden.

Dargestellt worden ist, daß die Blockierung der Abtriebswelle 18 automatisch aufgehoben wird, wenn das Steuerventil 36 betätigt wird. Es ist aber ebenfalls möglich, daß man für die Druckbeaufschlagung der Druckangriffsfläche 32 ein getrenntes Ventil (nicht dargestellt) vorsieht, so daß man, falls gewünscht, die Blockierung der Abtriebswelle 18 auch dann aufheben kann, wenn der Motor 1 ansonsten nicht hydraulisch betätigt werden soll.


Anspruch[de]
  1. Hydraulischer Motor mit einem Verdrängerabschnitt, der mindestens ein rotierendes Verdrängerelement aufweist, einem Steuerabschnitt, der einen Drehschieber aufweist, der in einer Bohrung eines Gehäuses drehbar gelagert ist und mit dem Verdrängerelement über eine Steuerwelle drehfest verbunden ist, und einer im Gehäuse drehbar gelagerten Abtriebswelle, die mit dem Verdrängerelement in drehübertragender Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (18) im Gehäuse (8) axial zwischen einer Sperrposition, in der eine Eingriffsgeometrie (27) der Abtriebswelle (18) mit einer Gegengeometrie (28) des Gehäuses (8) in Eingriff steht, und einer Freigabeposition, in der die Eingriffsgeometrie (27) außer Eingriff mit der Gegengeometrie (28) steht, verlagerbar ist.
  2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffsgeometrie (27) an einer Fläche der Abtriebswelle (18) angeordnet ist, die parallel zu ihrer Stirnseite verläuft.
  3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (18) und der Drehschieber (12) einstückig ausgebildet sind.
  4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffsgeometrie (27) am Drehschieber (12) angeordnet ist.
  5. Motor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) zwischen dem Verdrängerabschnitt (2) und dem Steuerabschnitt (41) eine Ventilplatte (7) aufweist und die Gegengeometrie (28) an der Ventilplatte (7) ausgebildet ist.
  6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (18) in eine ihrer beiden Positionen vorgespannt ist.
  7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (18) eine Schulter (26) aufweist, an der sich eine Federanordnung (23) abstützt, die in Axialrichtung der Abtriebswelle am Gehäuse (8) anliegt.
  8. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (18) mindestens eine Druckangriffsfläche (32) aufweist, die mit einem axial wirkenden Druck beaufschlagbar ist.
  9. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckangriffsfläche (32) mit einem vom Drehschieber (12) umgebenen Raum in Verbindung steht.
  10. Motor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (33) vorgesehen ist, die bei einer Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zum Verdrängerabschnitt (2) gleichzeitig eine Druckbeaufschlagung der Druckangriffsfläche (32) erzeugt.
  11. Motor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Versorgungsleitung (39) zur Druckangriffsfläche (32) ein Druckmodulator (40) angeordnet ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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