Tannhjulsmotorer (gir-motorer)

Tannhjulsmotorer er blant de enkleste og mest robuste hydraulikkmotorene. De består av to inngrepende tannhjul i et hus, typisk et drivende hjul koblet til utgående aksel og et medløperhjul​. Når trykksatt olje ledes inn på den ene siden av tannhjulene, presses tennene rundt og skaper rotasjon. Tannhjulene forsegler delvis rommet mellom inntak og uttak, slik at oljen transporteres gjennom motoren uten å lekke tilbake​. Denne rotasjonen av utgående aksel leverer mekanisk kraft (moment). Konstruksjonen ligner en tannhjulspumpe, bare at strømmen går motsatt vei for å generere bevegelse.

Tekniske egenskaper: Tannhjulsmotorer er alltid fast fortrengning (ikke variabel). De tåler ofte moderat trykk (typisk opptil ca. 150–200 bar) og kan oppnå høye hastigheter (opp mot noen tusen omdreininger per minutt)​. De er relativt små og lette med enkelt design, og tåler urenheter i oljen bedre enn mer finmekaniske motorer​. Volumetrisk effektivitet er lavere enn for vane- og stempelmotorer grunnet mer lekkasje​. En utfordring er støy – tannhjulsmotorer er kjent for et høyt lydnivå under drift​ på grunn av pulserende strøm og tannhjulsinngrep.

• Fordeler: Enkel og robust konstruksjon; kompakt og lav vekt; rimelig i innkjøp; takler bredt turtallsområde; fungerer over et vidt temperaturområde og viskositetsområde​. Vedlikehold er enkelt og de er tolerante for skitt (smuss) i oljen​.

• Ulemper: Fast fortrengning (ingen justerbar hastighet internt); relativt lav virkningsgrad sammenlignet med andre motortyper pga. internlekkasje​; høyere støynivå enn de fleste alternativer​; begrenset makstrykk og moment; lekkasje under belastning gjør at de ikke egner seg til presisjonsstyring (sjeldent brukt som servomotor)​

  .

• Typiske bruksområder: Tannhjulsmotorer brukes der man trenger en enkel og rimelig motor for høyere hastigheter og moderate momenter. Eksempler er transportbånd, mateverk i landbruksmaskiner (f.eks. skruetransportører), kjølevifter, enklere vinsjer, og ulike mobile hydrauliske applikasjoner​. Deres robuste natur gjør dem egnet i landbruk og anleggsmaskiner for funksjoner som ikke krever ekstrem presisjon.

Vingemotorer (lamellmotorer)

Vingemotorer bruker en rotor med uttrekkbare vinger (lameller) inne i et ovalformet kammer. Når oljetrykk tilføres, presses vingene ut mot kammerveggen og rotorens ubalanse skaper et dreiemoment som roterer utgående aksel. Oljen strømmer inn på ett side av rotorens kammer og skyver vingene rundt, og strømmer ut på motsatt side. Vingene glir inn og ut av rotorsporene mens den roterer, noe som kontinuerlig forsegler og driver rotasjonen. Denne enkle mekanismen gir jevn bevegelse uten store momentpulser.

Tekniske egenskaper: Vingemotorer har typisk middels trykk- og hastighetskapasitet. De finnes i både ubalanserte og balanserte design. Ubalanserte vingemotorer opplever sidekrefter på rotoren, mens balanserte design (med to motstående innløp) eliminerer dette for bedre levetid og høyere trykkmulighet. Generelt opererer vingemotorer ofte i området opp til omkring 175–200 bar og moderat turtall. De er relativt stillegående og gir jevn rotasjon med lav pulsasjon i flow og moment​. Fortrengningen er fast for de fleste vingemotorer (selv om noen variable lamellpumper kan brukes som motor). De er mer følsomme for oljens renhet enn tannhjulsmotorer, men mindre komplekse enn stempelmotorer.

• Fordeler: Stillegående drift og lav pulsasjon i moment og flow​gir jevn gange. Konstruksjonen er enkel med få bevegelige deler. Vingemotorer har relativt høyt startmoment og fungerer godt ved lave hastigheter uten rykking. De kan ha god effektivitet ved riktig design, og er ofte monteringsvennlige (kan f.eks. plasseres vertikalt uten problem med innvendig lekkasje)​.

• Ulemper: Tåler vanligvis ikke like høye trykk som stempelmotorer. Vingene kan være slitasjeutsatte ved forurenset olje eller ved svært varierende belastning. Ofte kun fast fortrengning. Begrenset moment i forhold til størrelse sammenlignet med radialstempelmotorer. Kan kreve god filtrering av oljen for lang levetid.

• Typiske bruksområder: Vingemotorer brukes gjerne i industrielle maskiner der jevn hastighet og lavt støynivå er viktig. Eksempler er plastinjeksjonsmaskiner og verktøymaskiner (hvor de driver skrue eller spindel)​, transportbånd og mateinnretninger, samt i mobile maskiner for hjelpedrev. De sees også i hydrauliske vifter og pumper der man ønsker stille og vibrasjonsfri drift. En vingemotor egner seg godt for kontinuerlig drift med jevnt momentkrav.

Aksialstempelmotorer

Aksialstempelmotorer benytter flere stempler som beveger seg aksialt (langs med rotorens akse) for å generere rotasjon. Det finnes to hovedutførelser: skråskiveprinsipp (in-line) og bent axis-prinsipp (vinklet akse). I skråskive-motoren er stemplene plassert i en sylinderblokk parallelt med utgående aksel, og endene presses mot en skråstilt skive (swash-plate). Når trykksatt olje føres inn bak et stempel, trykkes det ut og presser mot skiven, som tvinges til å rotere. Skiven er mekanisk forbundet med akselen, slik at akselen roterer kontinuerlig mens stemplene går ut og inn​. I bent-axis-motoren er sylinderblokken vinklet i forhold til utgående aksel, og stemplene er koblet direkte mot en flens på akselen med en vinkel. Prinsippet er likt: Trykk på et stempel gir dytt rundt akselen. Forskjellen ligger i geometri – bent-axis har færre ledd mellom stempel og aksel og tåler ofte høyere hastigheter.

Aksialstempelmotorer kan derfor fungere som hydrostatiske girkasser, der man endrer motorens volum for å oppnå ulike hastigheter ved konstant flow.

Tekniske egenskaper: Disse motorene er kjent for høy virkningsgrad og høy effekttetthet. Fordi flere stempler arbeider samtidig, blir momentet jevnt og pulsasjonene små. De kan kjøres på svært høye trykk (ofte 250–350 bar, noen opp mot 420 bar) og levere stort moment i forhold til størrelsen​. Aksialstempelmotorer kan også oppnå relativt høy hastighet, spesielt bent-axis-typen som gjerne klassifiseres som HSLT (High-Speed, Low-Torque) motorer​. Volumetrisk og mekanisk effektivitet er høy (ofte over 90–95%) når de er godt designet, men de er mer følsomme for oljeforurensning – små partikler kan forårsake slitasje i ventilplater og stempel/løp. De krever presisjonsproduksjon og har flere komponenter, noe som gir høyere kostnad.

• Fordeler: Svært høy ytelse – kan operere ved høye trykk og levere høye dreiemoment relativt kompakt. Høy effektivitet og god respons, spesielt i variabel utførelse som kan styres for presist moment/hastighet​. Kan ha variabel fortrengning for fleksibel hastighetskontroll, ofte med elektronisk styring. Tåler også høyere turtall enn radialstempelmotorer. Robust konstruksjon for kontinuerlig drift under store belastninger (spesielt bent-axis design er kjent for stor pålitelighet i tunge kjøretøy).

• Ulemper: Dyre sammenlignet med enklere motorer, grunnet komplisert mekanikk og presisjonsdeler. Mindre tolerant for skitt – krever god filtrering av oljen. Kan være fysisk større og tyngre enn tannhjul/vingemotor for samme effekt, særlig i variabel utførelse med regulator. Noe høyere støynivå enn vingemotor (men lavere enn tannhjul). Reparasjon og overhaling er mer komplekst.

• Typiske bruksområder: Aksialstempelmotorer brukes der man trenger høy effekt eller justerbar hastighet. Vanlig i mobile maskiner og kjøretøy: for eksempel hydrostatiske drivmotorer i anleggsmaskiner, hjulmotorer i store kjøretøy, beltedrift på gravemaskiner, svingmotor på kraner og gravere, og vinsjer​. Også brukt i industrielt utstyr som krever nøyaktig kontroll – f.eks. roterende drivverk på tunge maskiner, offshore vinsjer, presisjonsrullere i fabrikker. Bent-axis-motorer er populære i offshore og marine applikasjoner (vinjer, kraner) for deres kombinasjon av hurtighet og moment, mens inline-motorer ofte sitter i kjøretøydrift og drivverk der variabel hastighet er ønskelig.

Radialstempelmotorer

Radialstempelmotorer har stempler arrangert radielt (ut fra sentrum), som oftest plassert i et rundt hus. Det finnes ulike design; et vanlig prinsipp er at stemplene trykker mot en eksentrisk kam eller rotor. Olje under trykk fordeles sekvensielt til hvert stempel, som presses ut og dytter mot kamringen. Denne ringen (eller kamakselen) er koblet til utgående aksel, slik at når hvert stempel skyver, roterer akselen et stykke. Flere stempler rundt omkretsen sørger for jevn kontinuerlig rotasjon​. Resultatet er en motor med svært høyt dreiemoment ved lav hastighet, ofte i stand til å starte under full belastning.

Typisk er radialstempelmotorer lavhastighets-høytmoment-motorer (LSHT). Mange er faste fortrengningsmotorer, men noen konstruksjoner tillater variabel fortrengning ved å deaktivere noen stempler eller ved å justere kamgeometrien​. De kan levere full moment fra stillestående og tolererer å stå i stall (stoppet) under trykk uten skade, noe elektriske motorer ikke kan like godt. Radial design gir også mulighet for svært høye forskyvningsvolum (flere liter per omdreining i de største), hvilket gir ekstremt høy trekkraft i direkte drift.

Tekniske egenskaper: Radialstempelmotorer utmerker seg med svært høyt utgangsmoment og svært lavt turtall direkte, uten behov for girboks​. De kan konstrueres for svært høye trykk (300–420 bar er vanlig for heavy-duty radialmotorer). Fordi momentet leveres direkte over en kam, kan de oppnå jevn bevegelse ved krypende lave hastigheter uten “cogging” (rykkvise bevegelser) som enkelte gir- eller orbitmotorer kan oppleve​. De har høy masse og stor diameter i forhold til effekt (pga. mange stempler rundt periferien). Maksimal hastighet er gjerne begrenset (typisk < 200–300 o/min for større motorer). Effektiviteten er høy under belastning, men indre friksjon kan gi litt lavere effektivitet ved meget lave belastninger. Mange radialmotorer kan fungere som tohastighets-motorer ved å aktivere/deaktivere en del av stemplene, noe som gir enten full fortrengning (lav hastighet, høyt moment) eller halv fortrengning (høyere hastighet, lavere moment).

• Fordeler: Ekstremt høyt dreiemoment ved lav hastighet – ofte kan full motorstyrke tas ut fra 0 rpm​. Direktedrift av tunge lass uten girkasse er mulig, noe som forenkler systemdesign og reduserer slitasjepunkter​. Særdeles jevn gange i lavt turtall-området; ingen merkbar momentrykking selv ved krypfart. Tåler store sjokkbelastninger på grunn av robust konstruksjon (f.eks. i stålverksmaskiner eller gravemaskiner). Relativt vedlikeholdsvennlige og driftssikre over lang tid.

• Ulemper: Større og tyngre enn andre motorer for samme effekt (lav effekttetthet). Kostbare i innkjøp grunnet kompleksitet og materialbruk. Ofte kun lav maks hastighet, så ikke egnet der høy RPM trengs. Færre leverandører og mer spesialiserte deler, som kan bety lengre leveringstid på reparasjoner. For faste fortrengningsvarianter må hastighetsregulering skje via flow (pumpehastighet) eller ekstern giring.

• Typiske bruksområder: Radialstempelmotorer brukes når man trenger kjempekraft i lav fart. Et klassisk eksempel er drevet på tromler og vinsjer i industrien – f.eks. offshore vinsjer, tauekabler, og gravemaskiners svingkranser. De er hjertet i direktedrevne systemer som trenger høy pålitelighet: saktegående transportører, møller og knuseverk, og hjuldrift på tunge kjøretøy som skal ha høyt moment uten girkasse (noen store hjullastere og gruvemaskiner). Også typisk i svingmotorer på svært store kraner og gravere, der en radialstempelmotor driver direkte et tannhjul (svingkrans) for rotasjon.

Orbitmotorer (gerotor/geroler)

Orbitmotorer (gerotor/geroler): Dette er en type intern tannhjulsmotor/fortrengningsmotor der en rotor med få tenner går i inngrep med en indre fortannet ring med én tann mer. Olje strømmer inn og får den indre rotoren til å “orbite” rundt innsiden av den ytre ringen, noe som skaper rotasjon på utgående aksel. Orbitmotorer kan levere betydelig moment ved lav hastighet i en kompakt pakke​. De finnes i mange størrelser med fortrengning fra ~8 cm³ opp til flere hundred cm³ per omdreining. Disse motorene kalles ofte hjulmotorer da de brukes direkte i hjuldrift på kjøretøy. De har lav vekt og enkel konstruksjon med få bevegelige deler (kun rotor og stjernhjul), og kan være svært kostnadseffektive for moderat moment. Startmomentet er høyt (ofte 90% av stall-moment), men de kan få litt “cogging” ved ultrasakte bevegelser hvis utformingen er enkel – nyere geroler-typer med rullelagre utjevner dette. Typisk makstrykk er 175–250 bar avhengig av modell.

Tekniske egenskaper: Effektiviteten er god i designpunktet, men ved høyere hastigheter kan orbitmotorer få noe intern lekkasje som reduserer volumetrisk effektivitet. LSHT-motorer, særlig radialtypen, har ofte ubegrenset levetid ved riktig vedlikehold, da de går sakte og komponentene slites mindre enn i hurtiggående motorer.

• Fordeler: De fleste kan kjøres begge veier og har lave momentvariasjoner per omdreining. Ved riktig dimensjonering kan de kjøre jevnt helt ned til null hastighet. Krever lite vedlikehold og har lang levetid selv i krevende miljø.

• Ulemper: Noe lavere totalvirkningsgrad ved svært høye moment  Orbitmotorer kan oppleve “cogging” (små rykk) ved svært lav hastighet uten belastning, men dette er minimalt i moderne konstruksjoner​.

Oppsummering og valg av motor

Ulike hydraulikkmotorer tilbyr forskjellige kombinasjoner av hastighet, moment, effektivitet, kostnad og kompleksitet. Tabellen nedenfor gir en forenklet sammenligning:

Råd ved valg av motor: Start med å definere behovene i applikasjonen din: Hvor høyt moment trengs, og ved hvilken hastighet? Er presis kontroll av hastighet eller posisjon viktig? Hva med plass, vekt, kostnad og vedlikehold? For enklere oppgaver med høy hastighet og moderat belastning vil ofte en tannhjulsmotor være tilstrekkelig – de er rimelige og robuste. Trenger du derimot jevn og stille drift, vurder en vingemotor. For høy effekt og mulighet for variabel hastighet er aksialstempelmotorer ofte førstevalget, spesielt i kjøretøy og industrielt utstyr med høye ytelseskrav. Skal du drive noe veldig tungt i lav fart (f.eks. en vinsj, dreieskive eller hjul uten gir), så se mot LSHT-motorer: orbitmotorer for middels moment og radialstempelmotorer for ekstremt moment.

Avanserte digitalt styrte motorer og elektrohydrauliske enheter bør vurderes når effektivitet, automatisering eller presisjon er høyt prioritert – for eksempel i et energieffektivt system der motoren skal justere seg selv etter lasten, eller der man ønsker å eliminere ventiler og kompleksitet ved å la motoren “tenke selv”. 

Til syvende og sist handler valget om å matche motorens egenskaper med kravene til maskinen eller produktet. Tenk på faktorer som: nødvendig moment og effekt, ønsket hastighetsområde, driftstrykk i systemet, krav til nøyaktighet, tilgjengelig plass, budsjett og forventet vedlikehold.