Die Erfindung betrifft einen Hydromotor zum Antrieb von Nebenaggregaten.

Im Stand der Technik werden zum Antrieb von Nebenaggregaten hydrostatische Antriebe vorbeschrieben, welche eine durch eine Pumpe (Arbeitsmaschine) in eine hydraulische Leistung umgewandelte, primärseitig angebotene, von einer Kraftmaschine beispielsweise einem Kfz- Verbrennungsmotor bereitgestellte mechanische Leistung, direkt beim Verbraucher, beispielsweise bei der Kühlmittelpumpe, mittels eines Hydromotors wieder in mechanische Leistung, d.h. bei der Kühlmittelpumpe in eine Drehbewegung des Pumpenrades, umformen.

Ein derartiger, zum Antrieb eines Nebenaggregates eingesetzter, beispielsweise an der Kühlmittelpumpe angekuppelter Hydromotor wird in der JP 63 1 17 1 18 A vorbeschrieben. Bei dieser Lösung ragt das dem Flügelrad gegenüberliegende Ende der Pumpenwelle in einen Hydraulikmotor hinein, wobei der Hydraulikmotor in einem der Kühlmittelpumpe benachbart angeordneten Hydraulikmotorgehäuse angeordnet ist.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Bei dieser Bauform wird der Hydraulikmotor von einem Gerotorgetriebe mit einem Innenzahnrad gebildet, dessen Drehzahlregelung, durch eine temperaturgesteuerte Ölzufuhr erfolgt, wodurch der geförderte Kühlmittelvolumenstrom geregelt wird.

Eine andere, von der Anmelderin offenbarte, praxisbewährte Vorgängerlösung ist aus der DE 10 2007 004 187 B4 bekannt, bei dieser Lösung wird an dem dem Flügelrad gegenüberliegende Ende der Pumpenwelle eine in ihrem Fördervolumenstrom, mittels eines von einem Hubmagneten definiert verfahrbaren Hubkolbens, stufenlos regelbare Zahnradmaschine als Hydromotor zum Antrieb des Nebenaggregates, auch hier einer Kühlmittelpumpe, eingesetzt.

Weiterhin ist aus der DE 21 62 408 B2 ein Hydro-Radialkolbenmotor mit stehendem Steuerzapfen und verstellbarem Verdrängervolumen bekannt, bei dem sich die Radialkolben an einem umlaufenden Außenring abstützen.

Nachteil dieser im Stand der Technik vorbeschriebenen Lösungen ist neben einem hohen für das Hydraulikmotorgehäuse benötigten Bauraum, dem hohen damit im direkten Zusammenhang stehenden Eigengewicht und den ebenfalls damit verbundenen hohen Herstellungs- und Montagekosten, dass bei den im Stand der Technik vorbeschriebenen Lösungen, die als Hydromotor zum Antrieb des Nebenaggregates, der Kühlmittelpumpe, eingesetzten Zahnradmaschinen einen schlechten Wirkungsgrad aufweisen, der unter anderem aus den bei Zahnradmaschinen zwangsläufig auftretenden Spaltverlusten resultiert, welche zudem zur Folge haben, dass derartige Antriebslösungen sowohl bei niedrigen am Hydromotor anliegenden Arbeitsdrücken wie auch bei hohen am Hydromotor anliegende Arbeitsdrücken sehr uneffektiv arbeiten.

Daneben erfordern die vg. Lösungen neben sehr hohen Kosten in der Fertigung und der Montage, bei sehr hohem Bauvolumen ein relativ hohes Eigengewicht pro Fertigungseinheit. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Hydromotor zum Antrieb von Nebenaggregaten zu entwickeln, welcher die vorgenannten Nachteile vermeidet, sowohl bei niedrigen am Hydromotor anliegenden Arbeitsdrücken, wie aber auch bei hohen am Hydromotor anliegende Arbeitsdrücken sehr effektiv arbeitet, gleichzeitig sehr geringe Reibungsverluste aufweist, und zudem über eine sehr geringe Baugröße bei minimiertem Eigengewicht verfügt, dabei stets eine sehr präzise, zuverlässige, vom Arbeitsdruck abhängige Drehzahlsteuerung gewährleistet und darüber hinaus in der Serienfertigung sehr einfach und kostengünstig herstellbar ist, selbst unter sehr hohen Umgebungstemperaturen zuverlässig und störunanfällig arbeitet und während der gesamten Lebensdauer mit geringer Antriebsleistung bei hoher Betriebssicherheit und hoher Zuverlässigkeit einen sehr hohen Gesamtwirkungsgrad gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Hydromotor zum Antrieb von Nebenaggregaten mit den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten wie auch weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Darstellungen zur erfindungsgemäßen Lösung.

Nachfolgend soll die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles in der Bauform des Nebenaggregates als Kühlmittelpumpe, bei der das Arbeitselement 5, ein Schaufelrad, ist, in Verbindung mit fünf Darstellungen zum erfindungsgemäßen Hydroantrieb näher erläutert werden.

Es zeigen dabei: Figur 1 : den erfindungsgemäßen Hydromotor zum Antrieb von Nebenaggregaten, hier nun speziell zum Antrieb einer Kühlmittelpumpe, in der Seitenansicht im Schnitt;

Figur 2 : den erfindungsgemäßen Hydromotor zum Antrieb von

Nebenaggregaten, gemäß Figur 1 im Schnitt bei A-A;

Figur 3 : die Einzelheit Y des erfindungsgemäßen Hydromotors zum

Antrieb von Nebenaggregaten gemäß Figur 2;

Figur 4 : die Einzelheit eines mittigen Ausschnittes eines in der Figur

2 durch die Exzenterwelle 10 und den Gehäusedeckel 15 gelegten Schnittes bei B-B;

Figur 5 : die Einzelheit X des erfindungsgemäßen Hydromotors zum

Antrieb von Nebenaggregaten gemäß Figur 1.

Der in den Figuren 1 bis 5 dargestellte erfindungsgemäße Hydromotor zum Antrieb eines Nebenaggregates 1 mit einem in einem Nebenaggregatgehäuse 2 drehfest angeordneten Außenlaufring 3 und einer zentrisch in diesem angeordneten Welle 4, mit einem auf einem freien Ende der Welle 4 angeordneten Arbeitselement 5, mit zwischen dem Außenlaufring 3 und der Welle 4 angeordneten Wälzkörper 6 die beabstandet in Käfigen 8 unter Fettschmierung geführt werden, wobei ein- oder beidseitig der Wälzkörper 6 ein oder mehrere Wellendichtungen 9 angeordnet sein können, zeichnet sich dadurch aus, dass an dem dem Arbeitselement 5 gegenüberliegenden Wellenende der Welle 4 drehfest ein Exzenterzapfen 10 mit Arbeitsbohrungen 1 1 und Steuerspiegelflächen 12 angeordnet ist, und auf diesem Exzenterzapfen 10 in einem Arbeitsraum 13 zwischen dem verlängerten Außenlaufring 3 und dem Exzenterzapfen 10, drehbar auf dem Exzenterzapfen 10, ein gegenüber dem Nebenaggregatgehäuse 2 drehfest lagepositionierter Radialkolbenmotor 14 derart angeordnet ist, dass dem Arbeitsraum 13 am freien Ende des Exzenterzapfens 10 benachbart, ein die Drehzahlüberwachungskomponenten und/oder die Druckver- und Druckentsorgung des Radialkolbenmotors 14 aufnehmender Gehäusedeckel 15 angeordnet ist.

Infolge der erfindungsgemäßen Anordnung eines Radialkolbenmotors 14 im verlängerten Außenlaufring 3 und auf einem Exzenterzapfen 10 mit einem sehr kleinem Radius, treten infolge der kleinen Reibradien sehr geringe Reibungsverluste auf. Die erfindungsgemäß Einsatz findende Kolbenmaschine, der Radialkolbenmotor 14, arbeitet sowohl bei niedrigen am Radialkolbenmotor 14 anliegenden Arbeitsdrücken wie auch bei hohen am Radialkolbenmotor 14 anliegende Arbeitsdrücken hoch effektiv. Daneben verfügt der im verlängerten Außenlaufring 3 der Lagerung der Welle 4 angeordnete Radialkolbenmotor 14 über eine sehr geringe, optimale Baugröße bei minimiertem Eigengewicht.

Die erfindungsgemäße Anordnung des erfindungsgemäßen Radialkolbenmotors 14 im Außenlaufring 3 bewirkt, dass bei am Radialkolbenmotor 14 anliegenden Arbeitsdruck, dieser im Außenlaufring 3 pendelt, und dabei am Exzenterzapfen 10 eine umlaufende Drehbewegung bewirkt, die dann zu einer Rotationsbewegung der Welle 4 führt.

Dabei ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung gleichzeitig eine sehr präzise, vom am Gehäusedeckel 15 anliegenden Arbeitsdruck abhängige, zuverlässige Drehzahlsteuerung bis zu Arbeitsdrücken von 1.000 bar.

Die erfindungsgemäße Baugruppe ist dabei in der Serienfertigung sehr einfach und kostengünstig herstellbar und arbeitet selbst unter sehr hohen Umgebungstemperaturen sehr zuverlässig und störunanfällig, und gewährleistet auf Grund ihrer erfindungsgemäßen, sehr robusten Bauform über die gesamte Lebensdauer bei geringer Antriebsleistung eine hohe Betriebssicherheit bei hoher Zuverlässigkeit mit einem sehr hohen Gesamtwirkungsgrad .

Erfindungsgemäß ist in diesem Zusammenhang auch, dass auf dem Exzenterzapfen 10 ein axial mit einer zylindrischen Innenbohrung 16 versehener Zylinderblock 17 des Radialkolbenmotors 14 drehbar gelagert ist, wobei radial im Zylinderblock 17, mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte, mit einem Zylinderbohrungsboden 18 versehene Sacklochbohrungen, die Zylinderbohrungen 19, angeordnet sind, wobei mittig in jedem Zylinderbohrungsboden 18 der Zylinderbohrungen 19 eine in Umfangsrichtung als Langlochbohrungen verlaufende Steuerbohrungen 20 angeordnet ist, die die Innenbohrung 16 mit der jeweiligen Zylinderbohrung 19 verbindet, und dass in jeder Zylinderbohrung 19 ein Zylinderkolben 21 mit einem dem Zylinderbohrungsboden 18 benachbarten Zylinderkolbenboden 22, einem Zylinderkolbenmantel 23 und einer dem Zylinderkolbenboden 22 gegenüberliegenden, als Kugelkalotte 24 ausgebildeten, zum Außenlaufring 3 hin gerichtete Oberfläche, in der drehbar jeweils eine in der Zylinderbohrung 19 geführte Arbeitskugel 25 angeordnet ist, wobei die Druckver- und Druckentsorgung des Radialkolbenmotors 14 über die im Gehäusedeckel 15 angeordnete Druckzuleitung/en 26, wie die ebenfalls im Gehäusedeckel 15 angeordnete Druckableitung/en 27 erfolgt. Erfindungsgemäß mündet die Druckzuleitung 26 in eine im Gehäusedeckel 15 angeordnete, aus zwei in der verlängerten Mittenachse der Welle 4 ineinander angeordneten Kammerbohrungen bestehende Doppelkammer, wobei von einer in der inneren, Kammerbohrung mittels einer Dichtung 28 angeordneten Drehdurchführung 29, welche im Gehäusedeckel 15 mittels eines Lagefixierelementes 30 lagefixiert ist, diese Doppelkammer flüssigkeitsdicht in eine Zuströmkammer 31 und eine Ablaufkammer 32 derart geteilt ist, dass die Druckzuleitung/en 26 in die Zuströmkammer 31 und die Druckableitung/en 27 in die Ablaufkammer 32 münden, wobei die am Exzenterzapfen 10 angeordneten Steuerspiegelflächen 12 am Exzenterzapfen 10 gegenüberliegend zwei Steuerkammern, eine Druckversorgungskammer 33 und eine Druckentsorgungskammer 34 ausbilden, wobei die Zuströmkammer 31 mittels einer Einlassbohrung 35, welche mittig in der Drehdurchführung 29 angeordnet ist, flüssigkeitsdicht mit einer stirnseitig in der Mittenachse der Welle 4 im Exzenterzapfen 10 angeordneten Arbeitsbohrung 11 , der Wellenmittenbohrung 36, verbunden ist, und diese Wellenmittenbohrung 36 über eine weitere Arbeitsbohrung 11 , die Zuströmbohrung 37, in die Druckversorgungskammer 33 mündet, und die Ablaufkammer 32 über eine außermittig zur Mittenachse der Welle 4 stirnseitig im Exzenterzapfen 10 angeordnete, in Achsrichtung des Exzenterzapfen 10 verlaufende, weitere Arbeitsbohrung 1 1 , die Exzenterbohrung 38, welche stirnseitig der Ablaufkammer 32 mit dem Exzenterzapfen 10 umläuft und über eine weitere Arbeitsbohrung 11 die Abiaufbohrung 39 mit der Druckentsorgungskammer 34 verbunden ist.

Mittig in jedem Zylinderbohrungsboden 18 der Zylinderbohrungen 19 ist eine in Umfangsrichtung als Langlochbohrungen verlaufende Steuerbohrungen 20 angeordnet, welche die Innenbohrung 16 mit der jeweiligen Zylinderbohrung 19 verbindet, und als Langlochbohrung die "Eingriffszone" der Zylinderbohrungen 19 bei umlaufenden Steuerspiegelflächen 12 deutlich erhöht.

Diese Bauform der erfindungsgemäß zweigeteilten Zylinderkolben 21 mit den dem Zylinderkolbenboden 22 gegenüberliegenden Kugelkalotten 24, in denen drehbar eine in der Zylinderbohrung 19 geführte Arbeitskugel 25 liegt, bewirkt eine erfindungsgemäße Trennung von Quer- und Axialkraftbelastung gegenüber den im Stand der Technik bekannten einteiligen Zylinderkolben. Die Zylinderkolben 21 werden bei der erfindungsgemäßen Bauform nur noch axialkraftbelastet.

Die erfindungsgemäß im Gehäusedeckel 15 angeordnete, aus zwei in der verlängerten Mittenachse der Welle 4 ineinander angeordneten Kammerbohrungen bestehende Doppelkammer mit einer in der inneren, Kammerbohrung mittels einer Dichtung 28 angeordneten Drehdurchführung 29, welche im Gehäusedeckel 15 mittels eines Lagefixierelementes 30 starr am Gehäusedeckel lagepositioniert ist, gewährleistet eine kostengünstige Serienfertigung bei hoher Zuverlässigkeit.

Infolge dieser erfindungsgemäßen Anordnung wird bereits bei sehr geringen Antriebsleistungen von 0,5 kW bis 5 kW und einem Volumenstrom von ca. 1 cm ³ /U ein zuverlässiger Betrieb, d.h. eine sehr hohe Betriebssicherheit bei sehr hoher Zuverlässigkeit, gewährleistet. Wesentlich ist, dass die Wälzkörper 6 zwischen dem Außenlaufring 3 und der Welle 4 in im Außenlaufring 3 und/oder in der Welle 4 angeordnet Laufnuten 7 umlaufen.

Dadurch wird eine zuverlässige Führung der Wälzkörper 6 des Lagers gewährleistet.

Erfindungsgemäß ist auch, dass in dem am Nebenaggregatgehäuse 2 drehfest angeordneten Gehäusedeckel 15 eine Stützbolzenbohrung 40 mit einem in dieser Stützbolzenbohrung 40 angeordneten Stützbolzen 41 angeordnet ist, wobei der Stützbolzen 41 im Endmontagezustand in einer im Gehäuse des Zylinderblocks 17 angeordneten Bolzenführung 42 verschiebbar gelagert ist. Dadurch wird eine zuverlässige Positionierung bei gleichzeitiger Lagesicherung des Radialkolbenmotors 14 während des Umlaufs des Exzenterzapfens 10, im Außenlaufring 3 gewährleistet.

Kennzeichnend ist auch, dass alle Arbeitskugeln 25 des Radialkolbenmotors 14 in einer im Außenlaufring 3 angeordneten Ringnut 49 pendeln. Dadurch wird die Pressung der Arbeitskugeln 25 auf den Außenlaufring 3 deutlich reduziert, und die Zuverlässigkeit wie auch die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Anordnung nochmals erhöht.

Erfindungswesentlich ist weiterhin, dass der Durchmesser des Zylinderblockes 17 so bemessen ist, das die Arbeitskugeln 25 des Radialkolbenmotors 14 während ihrer Bewegung im Außenlaufring 3 mit ihrem maximalen Arbeitskugeldurchmesser den Außenmantel 50 des Zylinderblockes 17 nicht erreichen, so dass jede Arbeitskugel 25 während des gesamten Bewegungsablaufes in der jeweiligen Zylinderbohrung 19 geführt wird.

Die Arbeitskugeln 25 liegen bei der erfindungsgemäßen Bauform, auf Grund dessen, während ihres gesamten Bewegungsablaufes mit ihrem Außendurchmesser stets in der/den Zylinderbohrung/en 19 und drehen sich infolge einer erfindungsgemäße Dreipunktabstützung während ihrer Bewegung im Außenlaufring 3. Dabei übertragen sie die auftretenden Querkräfte direkt auf/in den Zylinderblock 17. Erfindungsgemäß ist auch, dass in der Druckversorgungskammer 33 an der Steuerspiegelfläche 12 im Bereich der Zuströmbohrung 37 am Exzenterzapfen 10 ein Spiegelkolbenraum 43 angeordnet ist, in dem ein mittels einer Elastomerdichtung 44 flüssigkeitsdicht gegenüber der Wandung des Spiegelkolbenraumes 43 abgedichteter Spiegelkolben 45 angeordnet ist, an dem starr ein mit einer Zuströmbohrung 37 versehenes Spiegeldichtelement 46 angeordnet ist. Diese erfindungsgemäße Anordnung bewirkt bei im Spiegelkolbenraum 43 anliegenden Arbeitsdruck, dass das Spiegeldichtelement 46 vom Spiegelkolben 45 hydrostatisch dichtend gegen die Innenbohrung 16 des Zylinderblockes 17 gepresst wird, wodurch eventuell noch auftretende Druck- und Leckageverluste deutlich reduziert, und damit die Effektivität der erfindungsgemäßen Anordnung nochmals deutlich verbessert werden kann.

Kennzeichnend ist auch, dass die Zylinderkolben 21 aus Kunststoff bestehen und am Zylinderkolbenboden 22 dieser Zylinderkolben 21 ringzylindrische Druckkammern 47, und am Umfang des Zylinderkolbenmantels 23 dieser Zylinderkolben 21 umlaufend, ein oder mehrere Ölrillen 48 angeordnet sind. Diese erfindungsgemäße Anordnung bewirkt, dass sich in den Ölrillen 48 Ölpolster bilden, die in Verbindung mit der durch die in den Druckkammern 47 unter dem Arbeitsdruck auftretenden Druckbelastung bewirkten Anpressung des jeweiligen Zylinderkolbenmantels 23 an die Zylinderbohrung 19 eine sehr gute Abdichtwirkung bei optimaler Schmierung gewährleisten.

Erfindungswesentlich ist weiterhin, dass es sich beim Nebenaggregat 1 , wie in der Figur 1 dargestellt, um eine Kühlmittelpumpe handelt, wobei auf dem einen freien Ende der Welle 4 als Arbeitselement 5 ein Schaufelrad angeordneten ist. Die erfindungsgemäße Lösung kann dabei sehr einfach und platzsparend montiert werden. In der erfindungsgemäßen Bauform kann die Kühlmittelpumpe zudem sehr einfach auch dicht am Motorblock integriert werden, wobei der Zu- bzw. der Ablauf über Bohrungen am Motorblock realisiert werden kann. Eine derartige von einem Hydromotor angetriebene Kühlmittelpumpe kann bei Kaltstart vollständig abgestellt werden, so dass eine schnelle Motorerwärmung ohne durch die Kühlmittelpumpe verursachte Leistungsverluste, (selbst keine Reibungsverluste) gewährleistet ist.

Bezugszeichenzusammenstellung

1 Nebenaggregat

2 Nebenaggregatgehäuse

3 Außenlaufring

4 Welle

5 Arbeitselement

6 Wälzkörper

7 Laufnut

8 Käfig

9 Wellendichtung

10 Exzenterzapfen

1 1 Arbeitsbohrung

12 Steuerspiegelfläche

13 Arbeitsraum

14 Radialkolbenmotor

15 Gehäusedeckel

16 Innenbohrung

17 Zylinderbock

18 Zylinderbohrungsboden

19 Zylinderbohrung

20 Steuerbohrung

21 Zylinderkolben Zylinderkolbenboden Zylinderkolbenmantel Kugelkalotte

Arbeitskugel

Druckzuleitung

Druckableitung

Dichtung

Drehdurchführung

Lagefixierelement

Zuströmkammer

Ablaufkammer

Druckversorgungskammer Druckentsorgungskammer Einlassbohrung

Wellenmittenbohrung Zuströmbohrung

Exzenterbohrung

Abiaufbohrung

Stützbolzenbohrung Stützbolzen

Bolzenführung

Spiegelkolbenraum Elastomerdichtung Spiegelkolben

Spiegeldichtelement Druckkammer

Ölrille

Ringnut

Außenmantel