Hvdraulische Maschine

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Maschine mit einem Arbeitsabschnitt, einer mit dem Arbeitsabschnitt in drehmomentübertragender Verbindung stehenden Welle und einer auf die Welle wirkenden Bremsanordnung, die einen Kolben aufweist, der durch eine Federanordnung in Bremsrichtung und einen hydraulischen Druck in Freigaberichtung beaufschlagbar ist.

Eine derartige hydraulische Maschine ist beispielsweise aus US 6 321 882 B1 bekannt. Der Arbeitsabschnitt ist als Gerotor ausgebildet mit einem Zahnrad, das in einem Zahnring orbitiert und rotiert. Die Rotationsbewegung wird über eine Kardanwelle auf die Welle übertragen. Gleichzeitig steht die Kardanwelle in einem Drehmoment-eingriff mit einem Kupplungselement, auf das wiederum die Bremsanordnung wirkt. Die Bremsanordnung weist Bremsscheiben auf, die mit dem Kupplungselement in Eingriff stehen. Die Bremsscheiben sind zwischen Platten angeordnet, die durch den Kolben zusammengedrückt werden können. Der Kolben ist über einen Druckschuh von einer Federanordnung beaufschlagt, die aus mehreren Tellerfedern gebildet ist. Ein auf den Kolben wirkender hydraulischer Druck drückt die Tellerfedern zusammen und gibt somit die Bremse frei. Bei Ausfall des hydraulischen Drucks kann der Druckschuh auch über einen Hebel gegen die Kraft der Federanordnung zurückgezogen werden.

Eine ähnliche Ausgestaltung ist aus EP 0 870 922 A1 bekannt. Hier ist in das Zahnrad des Gerotors ein Kupplungselement eingesteckt, das mit dem Zahnrad rotiert und orbitiert. Dieses Kupplungselement steht in Eingriff mit Bremsscheiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Maschine an unterschiedliche Bedürfnisse anzupassen.

Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Maschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein übertragungsweg zwischen der Federanordnung und dem Kolben eine veränderbare Länge aufweist.

Durch diese veränderbare Länge zwischen der Federanordnung und dem Kolben läßt sich die Kraft, mit der die Federanordnung auf den Kolben wirkt, verändern. Damit ist es möglich, mit einem höheren oder niedrigeren Druck auf die Bremsanordnung einzuwirken. Die Bremsanordnung kann dann mit einem größeren oder kleineren Bremsmoment auf die Welle wirken. Wenn die Federanordnung mit der maximalen Kraft auf die Bremsan- Ordnung wirkt, dann kann man z.B. erreichen, daß die Bremsanordnung eine Rotationsbewegung der Welle vollständig blockiert. Wenn man hingegen dafür sorgt, daß der übertragungsweg eine Länge aufweist, bei der die Federanordnung in einem geringeren Maße vorgespannt ist, dann wirkt die Bremsanordnung beispielsweise nur so, daß eine Rotationsbe- wegung der Welle verlangsamt wird, ohne daß es zu einer vollständigen

Blockierung kommt.

Vorzugsweise weist der übertragungsweg einen Druckschuh auf, auf den die Federanordnung wirkt, wobei der Druckschuh einen längenveränder- baren Fortsatz aufweist, der auf den Kolben wirkt. Der Fortsatz ragt also über eine größere oder eine kleinere Strecke aus dem Druckschuh heraus bzw. er überbrückt eine Entfernung zwischen dem Kolben und dem Druckschuh, die je nach Länge des Fortsatzes größer oder kleiner ist. Je größer der Abstand zwischen dem Kolben und dem Druckschuh ist, desto stärker ist beispielsweise die Federanordnung vorgespannt und desto

stärker ist die Kraft, mit der ohne Vorliegen eines hydraulischen Drucks die Bremsanordnung ein Bremsmoment erzeugt.

Vorzugsweise weist der übertragungsweg eine Schraubgewindepaarung auf. Durch Verdrehen der beiden Elemente der Schraubgewindepaarung läßt sich auf einfache Weise eine Längenänderung des übertragungsweges bewirken.

Hierbei ist von Vorteil, wenn die Schraubgewindepaarung in einem flüssig- keitsfreien Bereich angeordnet ist. Die Schraubgewindepaarung muß daher nicht mehr gegen einen Flüssigkeitsdurchtritt abgedichtet werden. Sie befindet sich außerhalb eines Bereichs, in dem hydraulische Drücke erzeugt oder hervorgerufen werden. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt eine einfache Konstruktion.

Bevorzugterweise weist die Schraubgewindepaarung eine Schraube auf, die von außen verdrehbar ist. Man kann also die Vorspannung der Federanordnung und damit das von der Bremsanordnung erzeugte Bremsmoment auch noch dann verändern, wenn der Motor ansonsten vollständig zusammengebaut ist.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Schraube eine von einer Stirnseite der Maschine aus zugängliche Drehmomentangriffsfläche aufweist. Die Schraube kann also parallel zur Achse der Welle angeordnet sein. Die Längenände- rung des übertragungsweges wird damit ohne Umlenkungen erzeugt. Dies erlaubt eine sehr einfache und vor allem auch zuverlässige Konstruktion.

Bevorzugterweise weist die Bremsanordnung mindestens eine Bremsscheibe auf, die zwischen zwei Bremsplatten einklemmbar ist, wobei die Bremsscheibe orbitierend zwischen den Bremsplatten bewegbar ist. Bei dieser Ausgestaltung ist die Druckverteilung auf die Bremsanordnung in

Umfangsrichtung der Bremsscheibe ungleichförmig. Dies hat aber den positiven Effekt, daß die Bremsscheibe auch bei geringeren Kräften, die von der Federanordnung auf den Kolben ausgeübt werden, größere Bremsmomente erzeugt.

5

Bevorzugterweise steht der Arbeitsabschnitt über eine Kardanwelle mit der Welle in Drehverbindung, wobei sich die Kardanwelle über den Arbeitsabschnitt hinaus in die Bremsscheibe erstreckt. Man benötigt also kein zusätzliches Kupplungselement zwischen der Bremsanordnung und der Kar- o danwelle oder der Welle. Vielmehr wirkt die Bremsanordnung direkt auf die Kardanwelle. Dies hat den Vorteil, daß man kein zusätzliches Kupplungselement benötigt. Die Kardanwelle muß ohnehin so kräftig ausgelegt sein, daß sie die vom Arbeitsabschnitt erzeugten oder aufgenommenen Drehmomente übertragen kann. Dementsprechend ist sie auch in der La- 5 ge, die Bremsmomente aufzunehmen. Bei einer derartigen Ausgestaltung ändert sich zwar die Winkellage der Kardanwelle fortlaufend zu der Bremsscheibe, d.h. es muß eine gewisse winkelmäßige Beweglichkeit zwischen der Bremsscheibe und der Kardanwelle zugelassen sein. Da die Winkel zwischen der Kardanwelle und der Bremsscheibe aber in der Re- 0 gel klein sind, ist eine derartige Bewegung ohne weiteres zu tolerieren. Die

Bewegung, die im Betrieb fortlaufend erfolgt, hat den zusätzlichen Vorteil, daß sich die Bremsscheibe praktisch nicht auf der Kardanwelle festsetzen kann. Das Bremsmoment, das von der Federanordnung ausgeübt wird, ist also in einem hohen Maß reproduzierbar. Natürlich kann man eine derarti- 5 ge winkelmäßige Beweglichkeit zwischen der Kardanwelle und der

Bremsscheibe oder den Bremsscheiben auch dann zulassen, wenn man nicht eine längenveränderliche übertragungsstrecke zwischen der Federanordnung und der Bremsanordnung, genauer gesagt, dem Kolben, hat, sondern die Bremsanordnung in herkömmlicher Weise unmittelbar von der o Federanordnung beaufschlagt wird.

Bevorzugterwθise weist die Kardanwelle eine erste Verzahnung, die mit der Welle in Eingriff steht, eine zweite Verzahnung, die mit einem Element des Arbeitsabschnitts in Eingriff steht, und eine dritte Verzahnung, die mit der Bremsscheibe in Eingriff steht, auf. Eine Kardanwelle mit zwei Ver- zahnungen ist üblich und bekannt. Das Hinzufügen einer dritten Verzahnung an einer Verlängerung der Kardanwelle bedeutet im Grunde keinen größeren Arbeitsaufwand bei der Herstellung der Kardanwelle. Sämtliche Verzahnungen können beispielsweise in einem Arbeitsgang gefräst werden.

Bevorzugterweise weist der Kolben eine Dichtung auf, die nach außen abdichtet. Die Dichtung ist zwischen dem Kolben und einem den Kolben umgebenden Gehäuseteil aufgenommen. Dies hat den Vorteil, daß die Dichtung nicht nur den Druckraum abdichtet, in dem ein Druck herrscht, mit dem der Kolben beaufschlagt wird, um die Bremsanordnung zu lösen. Die Dichtung bildet flüssigkeitsmäßig sozusagen auch eine äußere Begrenzung, so daß man auf einen Stirndeckel oder eine Endkappe verzichten kann. Die Maschine bekommt dabei eine sehr einfach aufgebaute Konstruktion.

Vorzugsweise ist die Bremsanordnung in einem Bremsgehäuse angeordnet und die Federanordnung ist durch einen in das Bremsgehäuse eingesetzten Innenring im Bremsgehäuse gehalten. Dies vereinfacht den Aufbau und damit auch die Herstellung der Maschine. Der Innenring kann beispielsweise als Federring ausgebildet sein, der zusammengedrückt wird und nach der Freigabe in eine Nut einrasten kann, die in der Innenwand des Bremsgehäuses ausgebildet ist. Ein derartiger Innenring hält die Federanordnung mit ausreichender Zuverlässigkeit fest.

Bevorzugterweise ist das Bremsgehäuse einteilig ausgebildet. Dies spart einerseits Montageaufwand und damit Herstellungskosten. Andererseits

entstehen keine Stoßfugen, die man abdichten müßte, um einen Austritt von Hydraulikflüssigkeit zu verhindern.

Bevorzugterweise ist das Bremsgehäuse durch mindestens ein Befesti- gungsmittel mit dem Arbeitsabschnitt verbunden, das zwischen dem Arbeitsabschnitt und der Bremsscheibe endet. Damit steht für die Bremsanordnung ein vergleichsweise großer Durchmesser zur Verfügung. Der für die Bremsanordnung zur Verfügung stehende Platz wird nämlich radial nach außen nicht durch das Befestigungsmittel begrenzt. Die Bremsan- Ordnung kann auch über das Befestigungsmittel überstehen. Bei der Montage wird dann zunächst das Bremsgehäuse am Verbindungsabschnitt befestigt. Bei dieser Befestigung kann die Maschine auch im übrigen zusammengespannt werden, d.h. man kann das Befestigungsmittel auch verwenden, um beispielsweise einen Ventilabschnitt mit dem Antriebsab- schnitt zu verbinden. Nachdem das Befestigungsgehäuse an dem Arbeitsabschnitt befestigt ist, kann man die Bremsanordnung mit dem Kolben und dem Druckschuh in das Bremsgehäuse einsetzen, danach die Federanordnung einbringen und die Federanordnung dann mit dem Innenring im Bremsgehäuse sichern. Nach dem Einbringen des Innenrings ist die Maschine zumindest im Hinblick auf die Bremsanordnung fertiggestellt.

Vorzugsweise weist das Bremsgehäuse an seinem vom Arbeitsabschnitt abgewandten Ende einen überstand auf, der einen Raum umgibt, in dem Elemente des übertragungswegs bewegbar sind. Man kann das Brems- gehäuse dann mit dem stirnseitigen Ende des überstandes an einer Montagefläche montieren, ohne daß die Beweglichkeit der bewegten Elemente der Bremsanordnung beeinträchtigt wird. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann es vorteilhaft sein, für unterschiedliche Federvorspannungen auch unterschiedliche Schrauben zu verwenden, wenn man die Längen- änderung des übertragungsweges durch eine Schraubgewindepaarung realisieren möchte.

Bevorzugterweise weist die Kardanwelle einen Durchgangskanal auf, der in einen Druckraum vor dem Kolben mündet. Der Durchgangskanal läßt sich dann gezielt mit einem hydraulischen Druck beaufschlagen, so daß man nicht oder nicht nur darauf angewiesen ist, Hydraulikflüssigkeit zu verwenden, die durch Leckagen in den Druckraum gelangt.

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

einzige Fig. eine schematische Querschnittsansicht einer hydraulischen Maschine.

Eine hydraulische Maschine 1 , die im vorliegenden Fall als Motor ausge- bildet ist, weist einen Arbeitsabschnitt 2 auf, der als Gerotor-Anordnung ausgebildet ist. Der Arbeitsabschnitt 2 weist ein außenverzahntes Zahnrad 3 auf, das in einem innenverzahnten Zahnring 4 orbitiert und rotiert. Die Rotationsbewegung wird durch eine Kardanwelle 5 an einen Schieber 6 eines Ventilabschnitts 7 übertragen. Der Schieber 6 setzt sich in einer Welle 8 fort, dreht sich also mit der Kardanwelle 5 gemeinsam.

Auf der dem Ventilabschnitt 7 gegenüberliegenden Seite des Arbeitsabschnitts 2 ist eine Bremsanordnung 9 vorgesehen. Die Bremsanordnung 9 weist ein Bremsgehäuse 10 auf, in dem ein Kolben 11 beweglich gelagert ist. Die Bewegungsrichtung des Kolbens 11 ist parallel zur Richtung einer Achse 12 der Welle 8 gerichtet.

Der Kolben 11 ist von einem O-Ring 13 umgeben, der zwischen dem Kolben 11 und dem Bremsgehäuse 10 angeordnet ist. Der O-Ring 13 dichtet einen Bereich links (bezogen auf die Darstellung der Fig.) vom Kolben 11 , also aus dem Inneren der Maschine 1 , nach außen ab.

Die Kardanwelle 5 weist eine erste Verzahnung 14 auf, die mit dem Schieber 6 in Eingriff steht, eine zweite Verzahnung 15, die mit dem Zahnrad 3 in Eingriff steht, und eine dritte Verzahnung 16, die mit mehreren Bremsscheiben in Eingriff steht. Die Bremsscheiben 17 sind also drehfest auf der Kardanwelle 4 gehalten. Sie sind gegenüber der Kardanwelle 5 in Axialrichtung etwas verschiebbar. Auch kann die Kardanwelle 5 gegenüber den Bremsscheiben etwas kippen.

Die Bremsscheiben 17 sind in einer Druckkammer 18 angeordnet, die auf der dem Arbeitsabschnitt 2 benachbarten Seite von einer Stirnwand 19 abgeschlossen ist. Zwischen der Stirnwand 19, zwischen einander benachbarten Bremsscheiben 17 und zwischen der letzten Bremsscheibe 17 und dem Kolben 11 sind Bremsplatten 20 angeordnet. Die Bremsplatten 20 sind drehfest im Bremsgehäuse 10 gehalten.

Die Bremsscheiben 17 und die Bremsplatten 20 weisen einander zugewandte Oberflächen auf, die so aufeinander abgestimmt sind, daß sich bei einer Druckbeaufschlagung eine erhöhte Reibung ergibt. In Abhängigkeit von den zwischen den Bremsscheiben 17 und den Bremsplatten 20 herrschenden Axialkräften ergibt sich also ein gewisses Bremsmoment.

Zur Erzeugung des Bremsmoments ist im Bremsgehäuse 10 eine Feder 21 angeordnet, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Form einer Tellerfeder hat. Die Feder 21 ist durch einen Sprengring 22 im Bremsgehäuse gehalten, der in eine Innennut 23 eingreift.

Die Feder 21 wirkt auf einen Druckschuh 24, in den eine Schraube 25 eingeschraubt ist. Die Schraube 25 steht auf der dem Kolben 11 zugewand- ten Seite mit einem überstand 33 etwas über den Druckschuh 24 über.

Dieser überstand 33 läßt sich durch Einschrauben der Schraube 25 in den

Druckschuh 24 oder durch Herausschrauben der Schraube 25 aus dem Druckschuh 24 verändern. Damit läßt sich auch die Vorspannung verändern, mit der die Feder 21 auf die Bremsplatten 20 wirkt, die ihrerseits dann eine Axialkraft auf die Bremsscheiben 17 ausüben.

Wenn, wie dargestellt, die Schraube 25 weitestmöglich in den Druckschuh

24 eingeschraubt ist, dann weist die Feder 21 für die Länge der Schraube

25 die maximale Vorspannung auf, weil die Feder 21 am weitesten weg von dem Arbeitsabschnitt 2 gedrückt wird. Wird die Schraube 25 hingegen weiter aus dem Druckschuh 24 herausgeschraubt, dann kann sich die Feder 21 zunehmend entspannen und die Bremskraft sinkt. Zum Verstellen der Schraube ist eine Drehmomentangriffsfläche 32 an der Schraube 25 vorgesehen, beispielsweise ein Sechskant. Diese Drehmomentangriffsflä- che 32 ist von der Stirnseite des Bremsgehäuses 10 aus zugänglich.

Um die Bremse zu lösen, also die Reibung zwischen den Bremsscheiben 17 und den Bremsplatten zu vermindern, wird die Druckkammer 18 mit Hydrauliköl unter Druck versorgt. Dabei kann es sich einerseits um Lecköl handeln, das bei Betrieb der Maschine 1 ohnehin im Innern der Maschine vorhanden ist. Man kann aber auch die Kardanwelle mit einer Durchgangsöffnung 26 versehen, die mit einer Steuerkammer 27 im Ventilschieber 6 in Verbindung steht. Die Steuerkammer 27 kann gezielt mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagt werden, um die Bremse zu lösen, also die Bremsplatten 20 und die Bremsscheiben 17 auseinanderzufahren.

Im Betrieb, also wenn sich die Kardanwelle 5 dreht, dann orbitieren die Bremsscheiben 17 innerhalb der Bremsplatten 20. Wenn am Ende des Betriebs der Druck in der Druckkammer 18 absinkt und der Kolben 11 unter der Kraft der Feder 21 die Bremsscheiben 17 und die Bremsplatten 20 zusammendrückt, dann wirkt der Kolben 11 mit einem ungleichförmigen

Druck auf die Bremsscheiben 17, weil diese beispielsweise in einem Be-

reich, der in der Fig. oben dargestellt ist, eine kleinere überdeckung mit den Bremsplatten 20 haben als in einem Bereich, der in der Fig. unten dargestellt ist. Dieser erhöhte Druck vergrößert das Bremsmoment.

Wenn eine noch höhere Vorspannung erwünscht ist, dann kann man die Schraube 25 auch gegen eine längere Schraube austauschen, um die Entfernung zwischen dem Druckschuh 24 und dem Kolben 11 weiter zu vergrößern.

Das Bremsgehäuse weist einen überstand 28 auf, der einen Raum 29 umgibt. Sämtliche bewegbaren Elemente der Bremsanordnung 9 bewegen sich ausschließlich innerhalb dieses Raums 29, so daß das stirnseitig offene Bremsgehäuse 10 verwendet werden kann, um die Maschine an einer Montageplatte zu montieren.

Das Bremsgehäuse 10 ist mit Hilfe mehrerer Schraubbolzen 30, von denen lediglich einer dargestellt ist und die als Befestigungsmittel dienen, durch den Arbeitsabschnitt 2 hindurch mit dem Ventilabschnitt 7 verbunden. Der Schraubbolzen 30 weist einen Kopf 31 auf, der zwischen den Bremsplatten 17 und den Bremsscheiben 20 einerseits und dem Arbeitsabschnitt 2 andererseits angeordnet ist. Damit ist es möglich, daß die Bremsplatten 17 und die Bremsscheiben 20 den Schraubbolzen 30 in radialer Richtung überdecken. Die Bremsplatten 20 und die Bremsscheiben 17 können also einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als der freie Raum zwischen den Bolzen 30.

Zur Montage wird zunächst das Bremsgehäuse 10 mit dem Arbeitsabschnitt 2 verbunden. Die Kardanwelle 5 kann dabei bereits montiert sein. Alsdann werden die Bremsplatten 20 abwechselnd mit den Bremsschei- ben 17 montiert und der Kolben 11 in das Bremsgehäuse 10 eingesetzt.

Nach Einlegen der Feder 21 wird der Sprengring 22 in die Innennut 23 eingesetzt und die Bremsanordnung 9 ist fertig montiert.

Verglichen mit den Maschinen aus dem Stand der Technik ist die darge- stellte Konstruktion wesentlich einfacher. Man benötigt kein Verbindungsoder Kupplungselement zwischen der Kardanwelle 5 und den Bremsscheiben 17. Vielmehr wird eine gewisse Kippbeweglichkeit zwischen den Bremsscheiben 17 und der dritten Verzahnung 16 der Kardanwelle 5 zugelassen. Das Bremsgehäuse 10 ist einteilig ausgebildet. Der Kolben 11 ist wesentlich kleiner und damit auch kostengünstiger als ein entsprechender Kolben im Stand der Technik.

Durch die Schraube 25 kann die wirksame Länge eines übertragungsweges zwischen der Feder 21 und dem Kolben 11 verändert werden. Man ist daher in der Lage, die Bremsanordnung 9 mit unterschiedlichen Bremsmomenten wirken zu lassen. Der Kolben 11 kann aufgrund des O-Rings 13 auch als Enddeckel wirken, was wiederum Platz und Kosten spart.