Einführung in Gate-Antriebe
Ryszard Daniel, Tim Paulus, in Lock Gates and Other Closures in Hydraulic Projects , 2019
11.3.7 Hydraulikmotoren
Hydraulikmotoren wandeln den Flüssigkeitsdruck in eine Drehbewegung um. Unter Druck stehende Flüssigkeit von der Hydraulikpumpe dreht die Motorausgangswelle, indem sie auf die Zahnräder, Kolben oder Flügel des Hydraulikmotors drückt. Hydraulikmotoren können für Direktantriebsanwendungen verwendet werden, wenn eine ausreichende Drehmomentkapazität verfügbar ist, oder durch Getriebeuntersetzungen. Die meisten Hydraulikmotoren müssen unter umkehrbaren Dreh- und Bremsbedingungen betrieben werden. Hydraulikmotoren müssen oft mit relativ niedriger Drehzahl und hohem Druck betrieben werden und können im Normalbetrieb großen Temperatur- und Drehzahlschwankungen ausgesetzt sein. Hydraulikmotoren können extrem hohe Drehmomente bereitstellen. Bei Torantriebsanwendungen werden Hydraulikmotoren häufig mit mechanischen Antrieben ( Abb. 3.151b und 11.23 ), insbesondere Ritzelgetrieben, kombiniert. Die schematische Darstellung in Abb. 11.23 zeigt den Hydraulikmotor, der das Ritzel für das Sektortor LPV 149 in New Orleans antreibt. Dies ist bei vielen Sektortoren in den Vereinigten Staaten und bei mehreren Rolltoranwendungen in Europa der Fall. Bei Rolltoranwendungen sind Hydraulikmotoren häufig die Antriebskraft für eine mechanische Winde ( Abb. 11.8 ). Hydraulikmotoren können auch als Antrieb für ein Getriebe dienen, wie im Foto in Abb. 11.24 dargestellt. Dieses System wird in der Schleusenkammer des Fischereihafens Bremerhaven zum Antrieb der Rolltore eingesetzt.
Es gibt drei Arten von Hydraulikmotoren: Zahnrad-, Kolben- und Flügelzellenmotoren. Getriebemotoren sind kompakt und bieten Dauerbetrieb bei Nennleistung und mäßigem Wirkungsgrad. Sie weisen eine hohe Toleranz gegenüber Verunreinigungen des Hydrauliköls auf, was für Anwendungen in schmutzigen Umgebungen von Bedeutung ist. Außenzahnradmotoren bestehen aus einem Paar aufeinander abgestimmter Zahnräder, die in einem Gehäuse untergebracht sind. Beide Zahnräder haben die gleiche Zahnform und werden durch die unter Druck stehende Flüssigkeit angetrieben. Ein Zahnrad ist mit einer Abtriebswelle und das andere mit einem Zwischenrad verbunden. Unter Druck stehende Flüssigkeit tritt an der Stelle in das Gehäuse ein, an der die Zahnräder ineinandergreifen. Es zwingt die Zahnräder zum Drehen und folgt dem Weg des geringsten Widerstands um den Umfang des Gehäuses. Die Flüssigkeit tritt mit geringem Druck auf der gegenüberliegenden Seite des Motors aus. Enge Toleranzen zwischen den Zahnrädern und dem Gehäuse tragen dazu bei, Flüssigkeitslecks zu kontrollieren und die volumetrische Effizienz zu erhöhen. Es gibt verschiedene Varianten des Getriebemotors, darunter den Gerotor, den Differenzialgetriebemotor und den Rollengerotor. Alle diese Varianten erzeugen ein höheres Drehmoment bei geringerem Reibungsverlust.
Alle hydraulischen Kolbenmotoren sind in Versionen mit festem und variablem Volumen erhältlich. Der gebräuchlichste verfügbare Hydraulikmotortyp ist der Axialkolbenmotor. Axialkolben-Hydraulikmotoren haben einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad. Dies ermöglicht eine konstante Geschwindigkeit unter variablen Drehmoment- oder Flüssigkeitsviskositätsbedingungen. Axialkolben-Hydraulikmotoren gehören auch zu den Motoren, die sich am besten an wechselnde Belastungsbedingungen anpassen lassen. Sie sind in zwei grundlegenden Ausführungsarten erhältlich, einschließlich Taumelscheibe und gebogener Achse. Die Taumelscheibenkonstruktion ist die am weitesten verbreitete Konstruktion, die Konstruktion mit gebogener Achse ist jedoch die zuverlässigste und im Allgemeinen teurere Konstruktion.
Radialkolben-Hydraulikmotoren verfügen über ein Zylinderrohr, das an einer angetriebenen Welle befestigt ist, und können normalerweise ein höheres Drehmoment erzeugen als Axialkolben-Hydraulikmotoren. Sie haben jedoch einen begrenzten Geschwindigkeitsbereich und reagieren empfindlicher auf Verunreinigungen durch Hydraulikflüssigkeit. Der Lauf enthält eine Reihe von Kolben, die sich in einer radialen Bohrung hin- und herbewegen. Die äußeren Kolbenenden liegen an einem Druckring an und Druckflüssigkeit strömt durch einen Zapfen in der Mitte des Zylinderrohrs, um die Kolben nach außen zu treiben. Die Kolben drücken gegen den Druckring und die Reaktionskräfte drehen den Lauf. Die Motorverdrängung wird durch seitliches Verschieben des Gleitblocks variiert, um den Kolbenhub zu ändern. Wenn die Mittellinien der Zylindertrommel und des Gehäuses zusammenfallen, gibt es keinen Flüssigkeitsfluss und daher stoppt die Zylindertrommel. Wenn Sie den Schlitten über die Mitte hinaus bewegen, wird die Drehrichtung des Motors umgekehrt. Radialkolbenmotoren sind äußerst effizient und für ein relativ hohes Drehmoment ausgelegt. In vielen Torantrieben der USACE-Branche werden Radialkolben-Hydraulikmotoren eingesetzt. Der in Abb. 11.23 dargestellte Hydraulikmotor ist ein Radialkolbenmotor und stellt ein Drehmoment von 260 Nm/bar bereit. Die Nenndrehzahl beträgt 50 U/min. Der Hydraulikmotor treibt ein Ritzel an, das wiederum eine Zahnstange am Sektortor antreibt.
Flügelzellenmotoren sind kompakt, einfach im Design, zuverlässig und haben bei Nennbedingungen einen guten Gesamtwirkungsgrad. Sie sind jedoch nur begrenzt für niedrige Geschwindigkeiten geeignet. Flügelzellenmotoren nutzen Federn oder Flüssigkeitsdruck, um die Flügel auszufahren. Flügelzellenmotoren haben einen geschlitzten Rotor, der auf einer Antriebswelle montiert ist, die vom Rotor angetrieben wird. Die eng in den Rotorschlitzen eingepassten Flügel bewegen sich radial und dichten den Nockenring ab. Der Ring besteht aus zwei großen und zwei kleinen radialen Abschnitten, die durch Übergangsabschnitte oder Rampen verbunden sind. Flügelzellenmotoren verwenden im Allgemeinen eine Konfiguration mit zwei oder vier Anschlüssen. Motoren mit vier Anschlüssen erzeugen das doppelte Drehmoment bei etwa der halben Drehzahl von Motoren mit zwei Anschlüssen. Die hohe Anlaufdrehmomenteffizienz von Flügelzellenmotoren macht sie für Hubwindenantriebe anpassbar, sodass der Motor unter hoher Last starten kann. Flügelzellenmotoren bieten gute Betriebswirkungsgrade, sind jedoch nicht so hoch wie die von Kolbenmotoren. Die Lebensdauer eines Flügelzellenmotors ist typischerweise kürzer als die eines Kolbenmotors.