Beschreibung

[0001] Hydraulischer Antrieb

Technisches Gebiet

[0002] Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb, insbesondere zum Antrieb eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeuges, elektro- oder alternative Antriebsarten, das ein hydraulisches Pumpmittel zur Bereitstellung eines hydraulischen Druckmittelstroms und mindestens einen hydraulischen Motor aufweist, wobei das hydraulische Pumpmittel und der hydraulische Motor über wenigstens eine Druckmittelleitung miteinander verbunden sind und das hydraulische Pumpmittel mindestens zwei Zylinder und mindestens zwei hierin radial beweglichen Kolben aufweist.

Stand der Technik

[0003] Es ist allgemein bekannt, dass Kettenantriebe für Fahrzeuge wie zum Beispiel für Fahrräder oder sonstige entweder mit Muskelkraft oder mit einem Motor angetriebene Fahrzeuge zum Einsatz kommen können.

[0004] Als wesentliche Nachteile, ein Drehmoment auf eine anzutreibende Achse über einen Kettentrieb zu übertragen, sind vordergründig die notwendige öl- bzw. Fettschmierung, die offene Bauweise, bei der ein direkter Kontakt zu öl- und fettbehafteten Bauteilen erfolgen kann, und die Anordnung mehrerer Kettenblätter im Bereich des Tretlagers sowie die Notwendigkeit einer Mehrzahl von in einer Wechselkassette angeordneten Ritzeln am Hinterrad zu nennen. Zudem ist der Kettentrieb einer erheblichen Verschmutzung ausgesetzt, was eine intensive Wartung erfordert, den Verschleiß des Kettentriebes erhöht und somit die Lebensdauer deutlich verringert.

[0005] Derartige Kettenantriebe mit einer Vielzahl von Kettenblättern und in einer Kassette angeordneten Ritzeln sind auf festen Schaltstufen verstellbar, so dass eine stufenlose Wandlung des Drehmoments nicht erfolgen kann, was zum Beispiel auch mit einem Planetengetriebe in der Hinterradnabe nicht umsetzbar ist. Auch kann nur das mit dem Tretlager fest beabstandet angeordnete Hinterrad über einen Kettentrieb angetrieben werden, da eine übertragung einer Drehbewegung auf ein angelenktes Vorderrad nicht

realisierbar ist. Zur Aufrechterhaltung der notwendigen Kettenspannung müssen Kettenspanneinrichtungen für die entsprechende Kettenspannung bei verschiedenen Zahnradpaarungen eingesetzt werden, die ebenfalls störanfällig und wartungsintensiv sind.

[0006] Zum Kettenantrieb alternative Antriebsarten sind beispielsweise Riementriebe oder Kardangetriebe, wobei auch Hydroantriebe in verschiedenen Ausführungsformen bereits zur Anwendung gebracht werden konnten. Aus dem Stand der Technik ist ferner bekannt, dass hydraulische Antriebe auch stufenlos Drehmomente übertragen können. Jedoch steht diesem Vorteil der entscheidende Nachteil eines schlechten Wirkungsgrades entgegen. Entweder erreicht ein hydraulischer Antrieb - beruhend auf dem Funktionsprinzip einer allgemein bekannten Schrägkolbenpumpe - ein konstantes Fördervolumen des Druckmittels mit der Drehzahl des Kurbeltriebes analog eines fest vorgegebenen übersetzungsverhältnisses bei entsprechend hohem Wirkungsgrad, oder der Antrieb bietet eine variable Drehmomentwandlung bei einem Wirkungsgrad, welcher deutlich niedriger ist als der Wirkungsgrad der Kettenschaltung.

[0007] Aus der DE 40 15 962 A1 ist ein Fahrrad mit hydraulischer

An-triebseinrichtung bekannt, die eine mittels eines Pedalantriebs rotatorisch antreibbare Hydraulikpumpe und einen das Hinterrad des Fahrrades antreibenden, seinerseits durch den von der Hydraulikpumpe geförderten Druckmittelstrom rotatorisch antreibbaren Hydromotor umfasst. Die Pumpe ist als Axialkolbenpumpe ausgebildet, die mindestens acht Pumpenelemente umfasst, wobei jedes Pumpenelement innerhalb einer Umdrehung des Pumpenrotors mindestens dreimal im Förderbetrieb arbeitet. Es ist eine als Ventilsteuereinrichtung realisierte Schaltstufen-Wähleinrichtung vorgesehen, mittels derer mit Ausnahme eines permanent im Förderbetrieb ausgenutzten Pumpenelements die anderen Pumpenelemente einzeln oder zu mehreren in zunehmender oder abnehmender Anzahl in den Umlaufbetrieb schaltbar sind. Mit dieser Anordnung von acht Pumpenelementen, welche einzeln zu- und abschaltbar sind, sind die Schaltstufen gegeneinander abgestuft und damit

im übertragungs-verhältnis von Drehzahl und Fördervolumen des Druckmittels fest vorgegeben. Nachteilhafterweise ist eine stufenlose Wahl der Drehzahl des Pedalantriebs bei gleichem Fördervolumen bzw. ein stufenlos wählbares Fördervolumen bei konstanter Drehzahl mit der hierin offenbarten Anordnung nicht gegeben. Vielmehr beschränkt sich die offenbarte Einrichtung auf vorgegebene übertragungsstufen zwischen Drehzahl und Fördervolumen und damit des Drehmoments respektive der Fahrgeschwindigkeit.

[0008] Aus der DD 221 704 A1 ist ein Hydroantrieb für Fahrzeuge bekannt, wobei das Ziel dieser Erfindung ist, die für die Fortbewegung des Fahrzeugs erforderliche Pedalkraft unabhängig vom Fahrwiderstand konstant zu halten. Dies wird hierin erreicht, indem die zwischen den Pedalen und den in den Radnaben angeordneten Hydraulikmotoren außer der Hydraulikpumpe ein sich selbsttätig auf das jeweils erforderliche Drehmomentverhältnis einstellendes übersetzungsglied aufweisen. Im Fall des Einsatzes einer Axialkolbenpumpe ist deren Taumelscheibe mit einer ihren Neigungswinkel zur Pumpenwelle einstellbaren Feder verbunden. Durch diese Anordnung ist zwar eine stufenlose Variation des Fördervolumens bei gleicher Kurbeldrehzahl erzielbar, jedoch weist eine Axialkolbenpumpe mit einer Ansteuerung der Hubkolben über eine Taumelscheibe eine sehr aufwändige und störanfällige Konstruktion auf, die einen erheblichen Bauraum benötigt und gewichtsintensiv ist. Zudem ist die Aufhängung der Taumelscheibe hinsichtlich eines geringen Ver-schleißes und eines wartungsarmen Betriebes problematisch.

[0009] Aus der DE 10 2005 009 821 B3 ist eine hydraulische Antriebseinheit bekannt, wobei das hydraulische Pumpmittel als Zweiringaxialkolbenpumpe ausgeführt ist. Zwei gegenüber doppelt vorhandene Zylinder und Axialkolben die mittels zweier Formkonusse und dazwischen mittig auf einer rotierenden Scheibe dreier radial gelagert verstellbarer Rollen eine oszillierende Hubbewegung erzeugen. Bei dieser Ausführung wurde zwar stufenlose Verstellbarkeit, hohe Effizienz, sowie Kompaktheit erreicht, wobei auf der anderen Seite die unvermeidbare Oszillation dieser Zweiringaxialkolbenpumpe folgende Nachteile mit sich

bringt: Die Kolbenumkehrpunkte sind Stillstandpunkte. Die drei zur Hubverstellung radial verstellbaren Wälzlagerrollen verursachen Energieverluste bei steigender Drehzahl, da diese Drückrollen permanent wechselnde Drehbewegung ausführen müssen. Hierbei ist nur bei niedrigen Drehzahlen optimale Effizienz gegeben. Auch die Herstellungskosten sind im Vergleich zu hoch einzuschätzen.

[0010] Zum allgemeinen Verständnis wird noch auf die DE 196 30 447 A1 hingewiesen.

Darstellung der Erfindung

[0011] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hydraulischen Antrieb zu schaffen, der mindestens diese genannten Nachteile beseitigt, insbesondere auch eine stufenlose Verstellmöglichkeit von Kur-beldrehzahl und Fördervolumen bietet, auch hohe Drehzahlen für anderweitige Anwendungen möglich macht, geräuscharm arbeitet, einen hohen Gesamtwirkungsgrad aufweist, Herstellungskosten senkt und verschleiß- und wartungsarm ist.

[0012] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein hydraulischer Antrieb mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen ausgeführt.

[0013] Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das hydraulische Pumpmittel als Radialverbundkolbenpumpe ausgeführt ist, wobei die Hublänge des Kolbenpaares über ein radial verstellbares Verstelllager, das als Wälzoder Kugellager gebildet ist, einstellbar ist, um den hydraulischen Druckmittelstrom stufenlos zu regulieren. Das als Radialverbundkolbenpumpe ausgeführte Pumpmittel weist eine extrem kompakte Bauform auf, die einen minimalen Bauraum- und hohen gewichtsspezifischen Leistungsdurchsatz bietet. Die Kolben- und Zylinderanordnung sind paarweise vorhanden, wobei alle Kolbenpaare einen gemeinsamen Förderstrom erzeugen. Somit kann ein durch ein Gehäuse begrenzter Bauraum optimal ausgenutzt werden. Durch die paarweise Ausführung der Kolbenanordnung ist der Verstellweg und damit der Kolbenhub konstruktiv festlegbar und der Verstellweg für beide Seiten der Kolbenpaare weist einen gleichen Betrag auf. Zweckmäßigerweise

erfolgt die radiale Verstellung des Verstelllagers des hydraulischen Pumpmittels indem das Verstelllager in seiner radialen Position mittels einen hydraulischen Kolbens aus der Kurbelwelle her veränderbar ist. Das Verstelllager kann dabei vorteilhafterweise so ausgeführt sein, dass dieses aufgrund seiner radialen Verstellbarkeit sich in Exzenterposition versetzen lässt und mit zunehmendem Versatz die Kolben radial nach außen treibt. Die Kolbenpaare sind jeweils mit einem Ringpaar miteinander fest verbunden, pumpen das Druckmittel einerseits und saugen andererseits das Druckmittel an. Die Verbindungsringe gewährleisten eine genaue Distanz wodurch ein Freispiel zwischen dem jeweiligem Saugkolben und Verstelllager entsteht. Ferner ist eine gleichmäßige Saugleistung auch bei hohen Drehzahlen gewährleistet. Diese Lösung ist gegenüber einer Federbespannung der Kolben vorteilhafter, da eine Reibung zwischen Kolben und Verstelllager vermieden wird, und bei höheren Drehzahlen im Vergleich zu einer Federlösung, kontinuierliche Saugleistung gewährleistet. Die Verbindungsringe sind konstruktiv so gestaltet, dass sie sich nicht berühren können und die Kurbelwelle sich in jeder Verstelllage berührungsfrei drehen kann. Der Verstellweg und damit der Kolbenhub wirken sich unmittelbar auf das Fördervolumen, Drehmoment und übersetzungsverhältnis aus. Somit kann bei einer konstanten Drehzahl des Antriebs der Radialverbundkolbenpumpe das Schluckvolumen des Druckmittels stufenlos verstellt werden, ohne dass ein Schaltvorgang fest vorgegebene Schaltstufen einnimmt. Der Verstellbereich, welcher in der Auslegung des Verstelllagers hinsichtlich des Durchmessers und des radialen Verstellweges konstruktiv festgelegt wird, kann im Anwendungsfall des Fahrrades leicht auf die ergonomischen und damit physiologischen Erfordernisse des Anwenders abgestimmt werden. Der Unterschied der extremalen übersetzungsverhältnisse kann somit festgelegt werden oder sogar durch einen Austausch des Verstelllagers abgeändert und angepasst werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die änderung der radialen Position des Verstelllagers über einen außerhalb des hydraulischen Pumpmittels betätigbaren Seilzug vornehmbar, welcher mittels einer

externen kleinen Zylinder/Kolben Vorrichtung die hydraulische Verstellung ausführt. Der äußerst kompakte Verstellmechanismus besteht aus folgenden Komponenten, ab Seilzugende beginnend: Eine am Pumpengehäuse extern angebrachte Zylinder/Kolben Vorrichtung, die das Druckmittel durch die radial im Zylinderblock angeordnete Druckmittelleitung drückt. Die Druckmittelleitung mündet in einer auf der Kurbelwelle mit zwei Rotordichtsätzen abgedichteten Druckmittelkupplung und führt das Druckmittel durch die hohle Kurbelwelle zum Verstelllagerkolben, wobei dieser das Verstelllager in die Exzenterposition treibt. Die Rückverstellung geschieht drucklos und selbsttätig, da das Verstelllager durch Druckwiderstand der Kolben automatisch zur zentrischen Position neigt. Eine Verstellbarkeit ist unter Last problemlos möglich. Alternativ ist eine abgestufte Verstellung am Lenker ebenso realisierbar, wobei in diesem Fall nur realistische Gänge entstehen.

[0015] Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass die Kurbelwelle nicht nur die ureigenste Rolle erfüllt, sondern als zusätzliche Druckmittelstromfunktion und als Zylinderkörper für die stufenlose Verstellung und Freilaufvorrichtung verantwortlich ist.

[0016] Der Freilauf ist erfindungsgemäß ebenso hydraulisch gelöst. Dieser sitzt auf der Kurbelwelle, bestehend aus Grundkörper (Freilaufring), zwei beweglichen Kolben, zwei Nockenschnappern drehbar auf zwei Zylinderstiften sowie zwei Blattfedern für jeden Nockenschnapper. Im Zylinderblock ist eine Verzahnung eingearbeitet, die für die Umstellung der beiden Nockenschnapper bei Rück- oder Vortritt verantwortlich ist. Bei der Pumparbeit befinden sich die Verstellkolben in eingefahrener Position die Nocken auf dem Höchstpunkt, und die Verstellung des Verstelllagers ist vortriebsbereit. Beim Rücktritt kippen die Nockenschnapper um, die Verstellzylinder fahren aus und das Verstelllager wird zur Mitte in die O-Position gedrängt. Damit das störungsfrei funktioniert muss auf genaue Dimensionierung aller mechanischen Bewegungsteile geachtet werden.

[0017] Für eine einwandfreie Steuerung sorgen die Rückschlagventile, indem ein Auslass- und ein Einlassventil pro Zylinder zugeteilt sind. Alle Einlassventile befinden sich auf einer Seite wobei Auslassventile immer

entgegen angeordnet sind. Druckleitungskanäle sind im Zylinderblock eingearbeitet, weisen stirnseitig jeweils einen Sammelkanal auf, welcher dann am Gehäusezylinder mit dem ölaustritt bzw. öleintritt verbunden ist. Um den hohen Druck an den Gehäusedeckeln zuzulassen, werden beide Deckel mit Synchrongewinde versehen.

[0018] Zweckmäßigerweise weist das Gehäuse Ein- und Auslassleitungen für eine externe Verbindung des hydraulischen Druckmittelstromes über Druckmittelleitungen auf. Diese umfassen den Vor- und Rücklauf, wobei die Druckleitungen und die Rücklaufleitungen beider Radialpumpenanordnungen über einen Druckanschluss und Rücklaufanschluss verbunden werden, so dass das Gehäuse insgesamt nur zwei Anschlüsse aufweist. Hierfür ist im Zylinderblock eine Leitungskanalverzweigung vorgesehen, und die externe Verbindung der Druckmittelanschlüsse erfolgt über Ein- und Auslassleitungen zum hydraulisch wirkenden Motor.

[0019] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der hydraulische Antrieb vorrangig als Antrieb eines Fahrrades dient und das hydraulische Pumpmittel im Tretlager des Fahrrades angeordnet ist, wobei die Kurbelwelle über Pedale mit Muskelkraft antreibbar ist. Bei dieser Anwendung können die Vorteile der Erfindung optimal genutzt werden, da im Fahrradbau Antriebseinheiten möglichst kleinbauend sein sollten, und gemäß der Anforderung der Physiologie des Benutzers eine stufenlose Schaltung als optimal anzusehen ist. Die Kurbelwelle kann dabei über Pedalarme die Pedale aufnehmen und als Tretlagerwelle verwendet werden. Die konstruktiven Ausführungen der vorliegenden Erfindung hinsichtlich des Bauraums, der zylinderförmigen Gehäusegestaltung und der erforderlichen Drehmomente sind für diese Anwendung optimiert. Weitere Anwendungsmöglichkeiten bei minimalen baulichen änderungen sind sehr gut vorstellbar, wenn die einzelnen Eigenschaften nach besonderen Lösungen verlangen.

[0020] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der hydraulische Motor als Radialverbundkolbenmotor ausgeführt ist, wobei auch hier Kolbenpaarungen maßgebend sind. Der Vorteil der Aus-führung

des hydraulischen Motors als Radialverbundkolbenmotor liegt vordergründig in der kleinen Baugröße bei entsprechend hohem Leis-tungsdurchsatz. Ein weiterer Vorteil ist hierbei, dass der Radialverbundkolbenmotor aufgrund der planen Bauform optimal in einer Radnabe integrierbar ist. Auch das Verhältnis von Fördervolumen des Druckmittels zum Antrieb des Radialkolbenmotors und dem erzeugbaren Drehmoment ist sehr gut auf die Erfordernisse eines Fahrradantriebes anpassbar. Vorteilhafterweise kommt die innenliegende Kolbensteuerung ohne Ventile aus, wobei auf beiden Seiten des Zylinderblocks zwei Segmentsperrdichtungen von ca. 50 % der Umfangsfläche und 180° versetzt die Ringsternleitungen so abdichten, damit die entsprechenden Kolbenpaare gleichzeitig befüllt und entleert werden. Die Sternringleitungen sind am Zylinderkranz befestigt, abgedichtet und mit Aus- oder Einlasskanälen mit den Zylinderkammern verbunden. Auf der Nabenwelle sind die Sternringleitungen radial abgedichtet. Zweckmäßigerweise erfolgt der hydraulische Druckmittelstrom über eine Nabenwelle, wobei die Bohrung der Nabenwelle eine innenliegende Teilung aufweist, sodass endseitig von der Nabenwelle das Druckmittel über die lösbar verbundenen Druckmittelleitungen zu- und abführbar ist. Die Teilung auf der Hälfte der Nabenachse bildet eine innere Wandung, sodass das hydraulische Druckmittel nicht von der Druckseite direkt zur Rücklaufseite überströmen kann. Hierin ist eine Besonderheit der Druckmittelversorgung zu sehen, da die ohnehin notwendige Achse als druckmittelversorgende Nabenwelle ausgeführt ist und vorteilhafterweise drei Funktionen gleichzeitig übernimmt. Dies sind zum einen die Wellenfunktion des Rades bzw. der Radialkolbenmotors, zum anderen die Zu- und Abfuhr des Druckmittels sowie Druckmittelsteuerung. Die mittige Teilung der Nabenachse verhindert ein Durchströmen des Druckmittels von der Druckseite zur Rücklaufseite. An jedem Ende der Nabenachse ist die Druckmittelleitung angeschlossen und versorgt den Radialkolbenmotor mit dem Druckmittel, somit sind externe Anschlüsse für die Zu- und Abfuhr des Druckmittels zum Beispiel im Bereich des Gehäuses überflüssig und

können eingespart werden. Das Gehäuse ist gemeinsam mit dem Zylinderkranz fest verschraubt wobei das Motorgehäuse vom Nabengehäuse abtrennbar ist.

[0022] Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem Zylinderkranz mindestens ein Kolbenpaar mit einer doppelseitigen Zahnstange verbunden angeordnet ist, wobei die in dem Zylinderkranz angeordneten Zylinderräume derart wechselseitig druckbeaufschlagt werden, dass über den Arbeitshub der jeweiligen Arbeitskolben ein Drehmoment zwischen der Zahnringstange und einem Ritzel auf der Nabenwelle erzeugbar ist. Mit dem Merkmal der Druckmittelzu- und -abfuhr über die Nabenwelle kann das Druckmittel unmittelbar in den Bereich der innenliegenden Sternringsteuerung geführt werden, wobei die Sternringsteuerung über ein Zusammenspiel mit der Nabenwelle derart erfolgt, dass die Nabenwelle innenliegend radial angeordnete Bohrungen aufweist, über die die zwei Sternringsteuerungen wechselseitig mit Druckmittel beaufschlagt werden und das entspannte Druckmittel ebenfalls entsprechend des Drehwinkels der Sternringsteuerungsanordnung über der Nabenachse wieder abführen kann. Die Arbeitskolben werden über die Einlasssternringsteuerung derart mit Druckmittel beaufschlagt, dass diese eine Hubbewegung über eine Doppelzahnstange ausführt, wobei der Arbeitshub durch die Beaufschlagung der Arbeitskolben in dem Teilkreissegment erfolgt, in dem eine „Kreisbewegung" des Antriebsrades auf der Nabenwelle angeordneten Motors erfolgt und die Drehbewegung unterstützt. Das damit erzeugte Drehmoment dient somit dem Antrieb des Rades, welches über das Gehäuse mit der Doppelzahnstange und dem Ritzel verbunden ist.

[0023] Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass die Kolbenpaare mit einer ringförmigen Doppelzahnringstange verbunden sind. Die Zahnringstange weist von der Innenseite Verstellzähne mit einer Nase und Rückstellfeder auf. Wird die Zahnringstange von einer Seite gedrückt, greifen automatisch die negativ geneigten Stiftzähne, wobei auf der Gegenseite die Stiftzähne mit sehr geringem Federwiderstand eingedrückt werden. Dieser Vorgang geschieht abwechselnd, wobei

daraus eine Drehbewegung resultiert.

[0024] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der hydraulische Motor an mindestens einer Radnabe eines Fahrrades angeordnet ist, um das mit einem Gehäuse lösbar verbundene Rad des Fahrzeugs anzutreiben. Dabei kann sowohl nur ein Rad eines Fahrrades angetrieben werden, wobei hier aus Gründen der einfacheren Konstruktion das Hinterrad bevorzugt antreibbar ist, aber es können auch beide Räder mit dem erfindungsgemäßen hydraulischen Motor angetrieben werden, was lediglich den entsprechenden Einsatz von Druckmittelleitungen erfordert. Um weitere Bauteile einzusparen, weist das Gehäuse dabei Merkmale einer Radnabe wie Radspeichenaufnahmen auf.

[0025] Kurze Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen

[0026] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind.

[0027] Es zeigen:

[0028] Fig. 1 eine Vorderansicht mit Teilausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels des hydraulischen Pumpmittels;

[0029] Fig. 2 eine Gesamtschnittdarstellung des hydraulischen Pumpmittels gemäß Fig. 1 , Schnitt A-A;

[0030] Fig. 3 eine Gesamtdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des hydraulischen Pumpmittels gemäß Fig. 1 , Schnitt B-B;

[0031] Fig. 4 eine weitere Vorderansicht mit Teilausschnitt des hydraulischen Pumpmittels

[0032] Fig. 5 eine Detailansicht des hydraulischen Pumpmittels gemäß Fig. 6, Detail C;

[0033] Fig. 6 eine weitere Gesamtschnittdarstellung des hydraulischen Pumpmittels gemäß Fig. 4, Schnitt A-A;

[0034] Fig. 7 eine weitere Gesamtschnittdarstellungsansicht des hydraulischen Pumpmittels gemäß Fig. 4 Schnitt B-B;

[0035] Fig. 8 eine weitere Vorderansicht des hydraulischen Pumpmittels mit abgedecktem Gehäuse und Zylinderblock;

[0036] Fig. 9 eine weitere Gesamtschnittdarstellung des hydraulischen Pumpmittels gemäß Fig. 8, Schnitt C-C;

[0037] Fig. 10 eine Detailansicht des hydraulischen Pumpmittels gemäß Fig. 8, Detail D;

[0038] Fig. 11 eine Vorderansicht des hydraulischen Motors

[0039] Fig. 12 eine Gesamtschnittdarstellung des hydraulischen Motors, Fig. 11 , Schnitt B-B;

[0040] Fig. 13 eine weitere Gesamtschnittdarstellung des hydraulischen Motors, Fig. 11 , Schnitt A-A;

[0041] Fig. 14 eine weitere Vorderansicht des hydraulischen Motors;

[0042] Fig. 15 eine weitere Gesamtschnittdarstellung des hydraulischen Motors, Fig. 14, Schnitt A-A;

[0043] Fig. 16 eine weitere Gesamtschnittdarstellung des hydraulischen Motors, Fig, 14, Schnitt B-B;

[0044] Fig. 17 eine Detailansicht des hydraulischen Motors gemäß Fig.16, Detail C;

Weg(e) zur Ausführung der Erfindung

[0045] Das in Fig. 1 bis 3 gezeigte hydraulische Pumpmittel 100 weist ein Gehäuse 1 auf, welches einen hohlzylinderförmigen Abschnitt zur Aufnahme der innenliegenden Komponenten aufweist, und weiterhin zwei endseitige Gehäusedeckel 2, 2' umfasst. Im Gehäuse 1 ist ein Zylinderblock 10 mit vier Zylinderschrauben 16, fixiert und mit den Gehäusedeckeln 2, 2' zweifach synchron verschraubt. Die Gehäusedeckel 2, 2' haben die Aufgabe den Zylinderblock 10 zu verschrauben sowie Druckmittel im Druckmittelsammelkanal stirnseitig abzudichten. Weiterhin werden die zwei Hauptkugellager 4, 4' im Gehäusedeckel 2, 2' fixiert. Der Zylinderblock 10 weist sechs langlochförmige sternförmig angeordnete Zylinderkammern auf, in welchen die Arbeitskolben 22 reihenweise radial vom Verstellwälzlager 17 nach radialer Verstellung, hydraulisch nach außen bewegt werden, wobei das Druckmittel aus den Zylinderkammern durch die im Zylinderblock 10 eingearbeiteten Druckleitungskanäle erst die im Zylinderblock 10 eingelassenen Auslassventile 12 durchströmt und in den in der Darstellung in Fig. 2 auf der rechts dargestellten Stirnseite

liegenden, nicht näher zu erkennenden Druckmittelsammelkanal, einläuft, danach in den Austrittkanal und weiterhin durch die am Gehäuse 1 angeschlossene Druckleitung zum Motor führt. Die sechs Auslassventile 12 befinden sich auf der Druckseite (Fig. 2 rechts) und öffnen sich unter aufkommendem Druck automatisch. Bei der Pumparbeit der als Druckkolben wirkenden Arbeitskolben 22, die mit den gegenüberliegenden, als Saugkolben arbeitenden Arbeitskolben 22 mit jeweils zwei Verbindungsringen 7, 8, 9 fest verbundene Kolbenpaare bilden, führen die als Saugkolben arbeitenden Arbeitskolben 22 gleichzeitig die Saugarbeit aus. Die paarweise zusammengefassten Arbeitskolben 22 wechseln ihre Funktionsrolle als Druck- und Saugkolben permanent. Beim Ansaugen öffnen sich die Einlassventile 11 während die Auslassventile 12 automatisch schließen. Da es sich hier um ein geschlossenes Kreislaufsystem handelt, wird das Druckmittel durch die auf der gegenüberliegenden Zylinderblockseite symmetrisch angeordneten Leitungskanäle zurück zu den Arbeitszylindern geführt.

[0046] Das Verstellwälzlager 17 befindet sich mittig auf der beidseitig und gegen Verdrehen gesichert abgeflachten Kurbelwelle 3, wobei das Verstellwälzlager 17 selbst mit einem Sicherungsring 24 gegen Axialbewegung gesichert ist. Hiernach lässt sich das Verstellwälzlager 17 mit Hilfe von dem Verstellkolben 13 stufenlos radial auf der Kurbelwelle 3 verstellen, und somit lassen sich die Arbeitskolben 22 paarweise bewegen. Die Kolbenverbindungsringe 7, 8, 9 sind um die Dimensionsbreite des Verstellwälzlagers 17 auf beiden Seiten des Arbeitskolbens 22 angeordnet, wobei das Verstellwälzlager 17 jeweils über die Kolbenmitte kreisförmig abrollt. Bei zunehmender Exzentrizität des Verstellwälzlagers 17 erhöht sich der Volumenstromdurchsatz und damit auch das übersetzungsverhältnis stufenlos.

[0047] Das Gehäuse 1 des hydraulischen Pumpmittels 100 ist zylinderförmig ausgeführt und mit vier Zylinderschrauben 16 am Zylinderblock 10 (vergleiche Fig. 6) fixiert, wobei sich entlang der Längsachse des Gehäuses 1 eine Kurbelwelle 3 mit Justier- und Verschlussschraube 14, erstreckt, die extern durch nicht dargestellte Mittel, wie an Pedalarmen

befestigte Pedale, angetrieben werden kann. Die externe Verstellung des hydraulischen Pumpmittels 100 erfolgt über eine am hydraulischen Pumpmittel 100 (vergleiche Fig. 7) befestigte, nicht dargestellte Zylinder/Kolben Vorrichtung. Eine Bewegung des Seilzugs erzeugt über einen Hebelarm eine Pumpleistung an der Zylinder/Kolben Vorrichtung, wobei dadurch eine hydraulische Radialverstellung des Verstellwälzlagers 17 (vergleiche Fig. 2) auf der Kurbelwelle bewirkt wird.

[0048] In Fig. 2 ist im hydraulischen Pumpmittel 100 die drehbare Kurbelwelle 3 geschnitten dargestellt. Aus dieser Schnittdarstellung sind folgende Elemente und Funktionen erkennbar: Auf der rechten Seite der Darstellung befindet sich die Justier- und Verschlussschraube 14, womit sich die Druckmittelmenge im hydraulischen Verstellmechanismus genau einjustieren lässt. Die Kurbelwelle 3 erfüllt nicht nur ihre Hauptaufgabe vergleichbar wie in einem Standardtretlager, sondern dient zusätzlich als Zylinderkörper für eine stufenlose Verstellung über einen Verstellkolben 13, beinhaltet einen Freilaufverstell-kolben 6, 6', ein Leitungssegment 20 zwischen der externen Zylinder/Kolben Pumpvorrichtung über die Druckmittelverbindungsleitung 21 (vergleiche Fig.7), über das Zwischenleitungssegment 20, sowie eine Kurbelwellenkupplung 18.

[0049] Die Kurbelwellenkupplung 18 des hydraulischen Pumpmittels 100 (vergleiche Fig. 3) umschließt die Kurbelwelle 3, wobei sich drei Druckmittel Ein- und Ausgänge auf der Kurbelwelle 3 mittig unter der Druckmittelkupplung 18 angeordnet befinden und zusätzlich mit einer eingearbeiteten Rille verbunden sind und mit zwei Rotordichtsätzen beidseitig abgedichtet werden. Das Druckmittel durchströmt bei Schaltbetätigung das Zwischenleitungssegment 20 und die Druckmittelverbindungsleitung 21 , während extern die Zylinder/Kolben Vorrichtung verstellt wird.

[0050] Die Freilaufvorrichtung 5 (vergleiche Fig. 2) befindet sich zwischen dem Hauptkugellager 4 und dem Verstellwälzlager 17 auf der Kurbelwelle 3. Diese hydraulische Vorrichtung soll den Druckmittelstrom bei jeder Rücktrittsbetätigung vollkommen unterbrechen. Dies geschieht dadurch dass sich in der Freilaufvorrichtung 5 gegenüber auf zwei Zylinderstiften

15 im entsprechenden Drehwinkelbereich zwei verstellbare Nockenschnapper 23 befinden, welche sich mit leichter, durch eine Blattfeder 25 verursachter Federvorspannung beim Vortritt/Rücktritt, in eine im Zylinderblock 10 eingearbeitete Freilaufverzahnung 26 (vergleiche Fig. 5) umkippen lassen. Bei einer Rücktrittsbewegung, drehen sich die Nockenschnapper 23 zum Tiefstpunkt, lassen die Freilaufverstellkolben 6, 6' ausfahren, wobei der Druckmittelraum soweit erweitert wird, dass sich die Vortrittverstellung des Verstellwälzlagers 17 in die zentrische Position bewegt. Bei erneutem Vortritt werden die Nockenschnapper 23 wieder auf den Höchstpunkt umgestellt, die Freilaufverstellkolben 6, 6' fahren zur Ausgangsposition in die Kurbelwellenmitte, und der Ursprungszustand der stufenlosen Verstellfähigkeit des Verstellwälzlagers 17 ist wiederhergestellt. Die Freilaufverstellkolben 6, 6' verhindern gleichzeitig dass sich die Freilaufvorrichtung 5 auf der Kurbelwelle 3 verdrehen lässt. In Figuren 12 und 13 ist der hydraulische Motor 200 mit einem mehrteiligen Gehäuse (mit Nabengehäuse 30, linkem Motorgehäuse 31 und rechtem Motorgehäuse 32) geschnitten dargestellt. Die Gehäuseteile linkes Motorgehäuse 31 und rechtes Motorgehäuse 32 verbinden mit sechs Schrauben 40 und Gegenmuttern 41 den innenliegenden Zylinderkranz 48 mit sechs sternförmig angeordneten Zylindern. Der Zylinderkranz 48 weist Aussparungen auf, die eine Gewichtsreduzierung bewirken. Das Nabengehäuse 30 (vergleiche Fig. 12) ist sechs mal mit einer Schraube 44 und Schlitzmutter 43 mit dem linken Motorgehäuse 31 verbunden, wobei sich der Motor 200 mit der aus dem linken Motorgehäuse 31 und dem rechten Motorgehäuse 32 bestehenden Gehäuseeinheit bei möglichen Reparaturen abschrauben lässt. Beidseitig in den Gehäuseteilen Nabengehäuse 30 und rechtes Motorgehäuse 32 sind zwei Kugellager 28, 28' auf der Nabenwelle 53 mit Kontermuttern 36, 36' befestigt. Die Druckmittelversorgung des hydraulischen Motors 200 erfolgt über die Nabenwelle 53, an der beiderseits endseitig die Einlassleitung und Auslassleitung angeschlossen ist, die nicht explizit dargestellt sind. Stirnseitig sind zwei sternförmig ausgebildete Druckmittelsteuerungsringe 37, 38 am Zylinderkranz 48 befestigt, wobei

diese die Nabenwelle 53 umschließen und jeweils mit zwei Rotordichtsätzen versehen sind. Die Nabenwelle 53 ist von beiden Seiten hohl aber mittig im Bereich des Zylinderkranzes 48 verschlossen. Im Bereich der Druckmittelsteuerungsringe 37, 38 ist ein dreiteiliger Druckmittelaustritt zusätzlich mit radialförmiger Rille angeordnet, wobei jeweils eine Wellensegmentdichtung 29, 29' von 180° die Druckmittelsteuerungsringe 37, 38 halbumfänglich abdichtet. Die Auslassseite wird genau entgegengesetzt angeordnet abgedichtet. Die beiden Druckmittelsteuerungsringe 37, 38 ersetzen das Ventilsteuerungssystem vollständig. Die Druckmittelkanäle führen das Druckmittel von dem sechsteiligen Druckmittelsteuerungsring 37, 38 zu den Arbeitskolben 51 weiter, wobei diese ein Drehmoment über die Zahnringstangen 45, 46, 47, welche jeweils ein Kolbenpaar aus zwei Arbeitskolben 51 fest verbinden, über das auf der Nabenwelle 53 angeordnete Ritzel 49 übertragen und das Antriebsrad eines Fahrrads in Bewegung setzen. Das Ritzel 49 selbst ist mittels Kugellagerung von der Nabenwelle 53 getrennt, wobei drei Schnapper 50 bei einer Unterbrechung des Druckmittelstroms die Kolbenaktivität im Hydromotor 200 abstellen. Diese Funktion ist mit einem Standardzahnkranz vergleichbar. In Fig.16, ist die mittlere Zahnringstange 46 geschnitten dargestellt. Die drei Zahnringstangen 45, 46, und 47 sind in versetzter Anordnung jeweils mit zwei Arbeitskolben 51 verbunden, damit eine unabhängige und berührungsfreie Verstellung möglich ist. Um eine kontinuierliche Drehbewegung des Motors 200 über das Ritzel 49 zu bewirken, sind beidseitig eingebaute Stiftzähne derart angeordnet damit jede Zahnringstange 45, 46, 47 nur einseitig und abwechselnd am Ritzel 49 eingreift. Dies geschieht, a) durch die Neigungsposition der Stiftzähne 54 einerseits, b) durch leichte Verstellbarkeit der Stiftzähne 54 auf der gegenüberliegenden Seite durch die gegenwirkenden Ritzelzähne, gegen die Rückstellfeder 56, andererseits. Die Stiftzähne 54 weisen zum Einhaken eine Nase auf. Bei einer Drehmomentübertragung sind mindestens drei bis sechs Stiftzähne 54 gleichmäßig beansprucht.

[0053] BEZUGSZEICHENLISTE

[0054] 100 hydraulisches Pumpmittel

[0055] 200 hydraulischer Motor

[0056] 1 Gehäuse

[0057] 2, 2 ¹ Gehäusedeckel

[0058] 3 Kurbelwelle

[0059] 4, 4 ¹ Hauptkugellager

[0060] 5 Freilaufvorrichtung

[0061] 6, 6 ¹ Freilaufverstellkolben

[0062] 7, T Verbindungsring

[0063] 8, 8 ¹ Verbindungsring

[0064] 9, 9 ¹ Verbindungsring

[0065] 10 Zylinderblock

[0066] 11 Einlassventil

[0067] 12 Auslassventil

[0068] 13 Verstellkolben

[0069] 14 Justier- und Verschlussschraube

[0070] 15 Zylinderstift

[0071] 16, 16' Zylinderschraube

[0072] 17 Verstellwälzlager

[0073] 18 Kurbelwellenkupplung

[0074] 19 Kolbenschraube

[0075] 20 Leitungssegment

[0076] 21 Druckmittelverbindungsleitung

[0077] 22 Arbeitskolben

[0078] 23, 23" Nockenschnapper

[0079] 24, 24' Sicherungsring

[0080] 25 Blattfeder

[0081] 26 Freilaufverzahnung

[0082] 28, 28" Kugellager

[0083] 29, 29' Wellensegmentdichtung

[0084] 30 Nabengehäuse

[0085] 31 linkes Motorgehäuse

[0086] 32 rechtes Motorgehäuse

[0087] 33 Kanalverschluss - Zylinderkranz

[0088] 34 Kanalverschluss - Druckmittelsteuerung

[0089] 35, 35" Nabenlagerdeckel

[0090] 36, 36" Kontermutter

[0091] 37 Druckmittelsteuerungsring

[0092] 38 Druckmittelsteuerungsring

[0093] 39 Schraube

[0094] 40 Schraube

[0095] 41 Gegenmutter

[0096] 42 Schlitzmutter

[0097] 43 Schlitzmutter

[0098] 44 Schraube - Nabengehäuse

[0099] 45 Zahnringstange

[0100] 46 Zahnringstange

[0101] 47 Zahnringstange

[0102] 48 Zylinderkranz

[0103] 49 Ritzel

[0104] 50 Schnapper

[0105] 51 Arbeitskolben

[0106] 52 Kolbenschraube

[0107] 53 Nabenwelle

[0108] 54 Stiftzahn

[0109] 55 Schraube

[0110] 56 Rückstellfeder

[0111] 57 Sicherungsring