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Gerotormotor, Ölmotor, Planetenmotor - langsamlaufende Hydraulikmotoren

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Wie funktioniert ein Gerotormotor bzw. Ölmotor?

Eine besondere Bauform von Hydraulikmotoren stellen die sogenannten Gerotormotoren (auch Planetenmotor oder einfach Ölmotor genannt) dar. Diese Motoren arbeiten nach dem Planetenradprinzip:

Darestellung des Funktionsprinzps von Gerotormotoren

Bei einem Gerotormotor steht der Außenring zum Beispiel mit 7 Zähnen fest, während das Innenrad mit 6 Zähnen eine planetenartige Bewegung ausführt. Dadurch wird während einer Umdrehung das Volumen von 6 → 7 = 42 Zahnlücken verdrängt, so dass man ein sehr hohes Drehmoment erhält. Man unterscheidet hierbei auch zwischen Planeten- und Planeten-Roller-Motoren. Beim Planeten-Roller-Motor ist das Innenrad zusätzlich auf Rollen gelagert. Dadurch wird ein besseres Anlaufverhalten des Motors erreicht, da anstelle von Gleitreibung nur Rollreibung überwunden werden muss:  

Abbildung eines Planetensatzes eines Gerotormotors

Gerotormotoren zeichnen sich durch ein großes Schluckvolumen bei kleinen Geräteabmessungen aus. Planetenmotoren sind reversierbar (für beide Drehrichtungen geeignet) und können unter bestimmten Voraussetzungen ohne Leckölanschluss betrieben werden. Dabei leiten die internen Rückschlagventile das innere Lecköl der jeweiligen Niederdruckseite zu.

Steuerung von langsam laufenden Hydraulikmotoren

Man unterscheidet bei langsam laufenden Hydraulikmotoren zwischen Ventilsteuerung in der Abtriebswelle (Trommelventil) und Ventilsteuerung im Enddeckel (Tellerventil). Trommelventile besitzen beispielsweise Hydromot Planetenmotoren vom Typ CPMM und CPM, sowie Planeten-Roller-Motoren vom Typ CPRM und CPMH. Tellerventile findet man bei Hydromot Ölmotoren ab Baureihe CPMS, also auch für CPMT und CPMV. Bei sämtlichen Gerotormotoren wird das Verteilerventil synchron mit dem Zahnradsatz angetrieben. Dadurch erfolgt das Füllen und Entleeren der einzelnen Kammern des Motors präzise und fast verlustfrei.

Wie funktioniert ein Ölmotor mit Ventilsteuerung in der Abtriebswelle?

Wird der vordere Anschluss mit Hydrauliköl beaufschlagt, strömt das Öl durch die internen Bohrungen des Hydraulikmotors in den Planetensatz. Das Trommelventil (B) ist dabei Teil der Abtriebswelle. Die Kardanwelle (C) überträgt die mechanische Energie vom Planetensatzsatz (D) auf die Abtriebswelle und überstimmt somit die Ventilsteuerung.

Ölmotor mit Ventilsteuerung in der Abtriebswelle - Trommelventil
Darstellung Trommelventil. Quelle: Danfoss

Wie funktioniert ein Gerotormotor mit Ventilsteuerung im Enddeckel?

Ölmotoren der schweren Baureihe (Hydromot CPMS, CPM und CPMV) werden durch ein Tellerventil gesteuert. Wird der Anschluss „P“ mit Hydrauliköl verorgt, strömt das Öl über das Tellerventil „F“ durch die internen Bohrungen des Motors zum Planetensatz („C“). Dieser wird dadurch in Rotation versetzt. Das Tellerventil ist von der Abtriebswelle (A) getrennt und wird von einer kurzen Kardanwelle „D“ (Ventilkardanwelle) angetrieben. Die sogenannte Balanceplatte gleicht die hydraulischen Kräfte um das Tellerventil aus und garantiert dadurch hohen Wirkungsgrad. Interne Rückschlaventile („E“) sorgen dafür, dass bei nicht angeschlossener Leckölleitung das Lecköl in den jeweiligen Anschluss des Motors abgeführt wird.

Ölmotor mit Ventilsteuerung in der Abtriebswelle - Tellerventil
Darstellung Tellerventil. Quelle: Danfoss

Was ist bei der Auslegung von Planetenmotoren zu beachten?

Wenn es sich um einen benötigen Ersatzmotor für eine bestehende Anwendung handelt, ist die Auswahl recht einfach. Viele Hersteller sind untereinander austauschbar, so dass z.B. für einen Danfoss Hydraulikmotor auch ein M+S Motor eingesetzt werden kann (und umgekehrt). Leider kochen manche Maschinenhersteller oft ihr eigenes Süppchen und entwickeln gemeinsam mit dem Motorenhersteller Sonderversionen. Diese sind oft von außen nicht erkennbar und das Typenschild lässt ebenfalls keine Rückschlüsse auf einen etwaigen Sondertyp zu. Da kann es schon mal passieren, dass einem der Austauschmotor um die Ohren fliegt oder nicht die gewünschte Performance erreicht.

Was kann ich machen damit das nicht passiert und ich den richtigen Motor wähle?

Grundsätzlich ist es immer hilfreich, die genaue Anwendung zu kennen, in der der Hydraulikmotor verbaut ist. Das gilt ebenfalls bei der Neuauslegung von hydraulischen Antrieben.

Grundsätzlich sollten für die korrekte Auswahl eines Hydromotors folgende Fragen beantwortet werden:

  • Welche Antriebsleistung ist vorhanden?
    Sinnvollerweise sollte die vorhandene Antriebsleistung größer sein als die benötigte Leistung des Ölmotors
  • Welches Drehmoment bzw. welche Abtriebsleistung wird benötigt? Welcher Förderdruck und welches Fördervolumen steht zum Antrieb des Ölmotors zur Verfügung?
    Danach richtet sich die Auswahl des genauen Motortyps.
  • Ist ein Leckölanschluss möglich?
    In manchen Anwendungen ist einfach kein Platz, um einen zusätzlichen Ölanschluss zu realisieren. Unter Berücksichtigung der technischen Daten des Motors ist ein Betrieb ohne Leckölanschluss möglich.
  • Sollen mehrere Motoren parallel oder in Reihe geschaltet werden?
    Je nach Schaltung sind einige wichtige Punkte zu beachten.
  • Mit welchen Öltemperaturen ist zu rechnen?
    Bei Temperaturen über 80° sind beispielsweise VITON Dichtungen notwendig.
  • Mit welcher Hydraulikflüssigkeit soll der Motor betrieben werden?
    Der Einsatz von Hydraulikmedien wie z.B. HFC Flüssigkeiten oder Bioölen hat unter Umständen Einfluss auf das zu wählende Dichtungsmaterial bzw. die Lebensdauer des Hydraulikmotors.
  • Wie ist das Umgebungsmedium?
    Wird der Hydraulikmotor in salzhaltiger Luft (z.B. auf Schiffen, Salzstreuern oder Kehrmaschinen) eingesetzt, ist eine spezielle Lackierung empfehlenswert, um den Motor vor Korrosion zu schützen

Weitere wichtige Kriterien sind der vorhandene Einbauraum, Flansch- und Wellenform, ist eine Drehzahlmessung notwendig, wird der Motor zum Halten von eingesetzt (Bremsmotor) u.s.w.

Bei Fragen zur Auslegung bzw. zur richtigen Auswahl kontaktieren Sie uns gerne.

Vor- und Nachteile von Gerotormotoren

Vorteile

  • Orbitalmotoren sind langsam laufende Hydraulikmotoren. Es sind Drehzahlen bis ca. 1500 U/min erreichbar
  • Hohe Druckfestigkeit, teilweise bis 400 bar (bei schwerer Ausführung)
  • Sehr gut geeignet für hydrostatische Fahrantriebe
  • Einsatz im offenen oder geschlossenen Hydraulikkreislauf möglich (mit zusätzlichem Spülventil)
  • Gleichmäßiger Lauf über den gesamten Drehzahlbereich
  • Konstantes Betriebsmoment über einen großen Drehzahlbereich
  • Hohes Anlaufmoment
  • Hoher Rücklaufdruck ohne Verwendung einer Leckölleitung
  • Hoher Wirkungsgrad
  • Lange Lebensdauer, auch bei extrem harten Betriebsbedingungen
  • Robuste und kompakte Konstruktion
  • Große radiale und axiale Lagerbelastbarkeit
  • Relativ günstige Bauart
  • Viele verschiedene Flansch- und Wellenausführungen verfügbar

Nachteile

  • Je nach Bauart nur für Drehzahlen bis maximal 1500 U/min geeignet
  • schlechter Wirkungsgrad bei sehr kleinen Drehzahlen
  • Wenig bzw. keine Verstellmöglichkeiten (Regelung in der Regel nur durch externe Komponenten möglich)

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