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Stufenlos regelbares Flüssigkeitsgetriebe
Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsgetriebe mit umlaufendem Gehäuse, in dem zwei Maschinen untergebracht sind, die je einen Arbeitsraum mit mehreren Kammern aufweisen, die während des Um- laufes eine Kammerverengung bzw. Kammererweiterung erfahren und hiebei die Getriebeflüssigkeit im Kreislauf von einer Maschine zur andern fördern, wobei eine Maschine als Pumpe und eine Maschine als
Motor arbeitet und bei einer der beiden Maschinen die Durchsatzmenge der Getriebeflüssigkeit stufenlos regelbar ist und die Drehachsen der An-und Abtriebswelle in einer Geraden liegen.
Bei den bekannten Ausführungsformen dieser Flüssigkeitsgetriebe ist jedoch im allgemeinen die Antriebswelle mit dem Gehäuse verbunden, wobei sich die Rotorwelle einer der beiden Maschinen gegen eine Rücklaufsicherung abstützt und z. B. bei einer Änderung der Durchsatzmenge einer der beiden Maschinen innerhalb einem stufenlosem Regelbereich die Bewegung der Getriebeflüssigkeit und der Maschinenteile je nach Ausführungsform gegenüber dem umlaufendem Gehäuse ab-bzw. zunimmt und bei gleicher Drehzahl von An- und Abtrieb die Bewegung der Getriebeflüssigkeit und der beweglichen Maschinenteile zwangläufig nahezu gänzlich abnimmt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Bewegung der Getriebeflüssigkeit und der Maschinenteile während des Umlaufes innerhalb dem stufenlosen Regelbereich noch weiter zu vermindern und dadurch den Wirkungsgrad zu erhöhen.
Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die Antriebswelle der stufenlos regelbaren Pumpe das Gehäuse durchdringt und über ein Zahnradgetriebe, das sich entgegen der Drehrichtung an einer Rücklaufsicherung abstützt, das Gehäuse mit untersetzter Drehzahl in Drehrichtung der Pumpe mitnimmt und innerhalb dem Regelbereich der Pumpe, bei deren gleichbleibender Drehzahl, die Durchsatzmenge der Getriebeflüssigkeit sowohl in die eine als auch in die andere Richtung regelbar ist.
Nimmt z. B. die Antriebswelle der Pumpe über das Zahnradgetriebe das Gehäuse mit halber Drehzahl mit, so weist bei der Ausgestaltung dieses Getriebes die Pumpe einen stufenlosen Regelbereich auf, der in der einen Grenzstellung eine volle Förderung entgegen der Drehrichtung zum Motor zulässt, wobei die umlaufende Pumpe im Gehäuse eine Kammerverengung bzw. eine Kammererweiterung erfährt und das umlaufende Gehäuse am Motor eine Kammererweiterung bzw. eine Kammerverengung bewirkt, derart, dass die Durchsatzmenge der Getriebeflüssigkeit im Arbeitsraum der Pumpe und im Arbeitsraum des Motors gleich ist und somit kein Moment auf die Abtriebswelle des Motors übertragen wird.
Wird jedoch die Durchsatzmenge der Getriebeflüssigkeit an der Pumpe verringert bzw. innerhalb des Regelbereiches zur Mitte hin verstellt, so gleicht der Motor zwangläufig die Differenz der Durchsatzmenge in Drehrichtung der Pumpe aus. Bei einer weiteren Verstellung zu der in der Mitte des Regelbereiches liegenden Stellung Null, bei der die Pumpe keine Kammererweiterung bzw. Kammerverengung mehr erfährt und daher keine Durchsatzmenge zulässt, rotiert der Motor mit dem Gehäuse in gleicher Drehzahl. Eine Verstellung zur zweiten Grenzstellung im Regelbereich bewirkt, dass die Pumpe in Drehrichtung zum Motor fördert und letzerer schneller als das Gehäuse dreht, wobei die Kammerverengung bzw. Kammererwei- terung des Motors nicht mehr durch das umlaufende Gehäuse sondern durch die Drehung des Motors im Gehäuse bewirkt wird.
In der zweiten Grenzstellung des Regelbereiches weisen Pumpe und Motor die gleiche Arbeitsraumerweiterung bzw. Verengung auf, erreichen somit gleiche Drehzahl, wobei infolge
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der nun ausgeglichenen Momente die Rücklaufsicherung des Zahnradgetriebes entlastet wird und auf Grund des geringeren Reibungswiderstandes Pumpe, Gehäuse und Motor drehrichtungs-und drehzahlgleich sich drehen und hiebei zwangläufig das Zahnradgetriebe mitnehmen.
In der weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Getriebes weist die Pumpe und der Motor je i eine Anzahl kranzförmig angeordneter Stege auf, die jeweils die und Auslassöffnungenbilden und die
Steuerkanten für diese Öffnungen darstellen. Die stufenlose Regelung bzw. Änderung der Durchsatzmenge in einen durch mehrere Kammern unterteilten Arbeitsraum der Pumpe wird hiebei mit einem exzentrisch verstellbaren Ring bewirkt.
Bei einer zweiten Ausführungsform wird die stufenlose Regelung der Pumpe mit einem verstellbaren
Steuerkörper erreicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen wiedergegeben. Es zeigen Fig. 1 einen
Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt eines Flüssigkeitsgetriebes mit zylindrisch gekrümmten Arbeit- räumen und Fig. 3 einen Längsschnitt eines Flüssigkeitsgetriebes mit kugelgekrümmten Arbeitsräumen.
Bei den Flüssigkeitsgetrieben nach den Fig. 1 und 2 ist ein Gehäuse 1 mit einem Deckel 2 zu- sammengeschlossen und in den Kugellagern 3 und 4 zentrisch gelagert. Ein Rotorkörper 5 einer stu- fenlos regelbaren Maschine ist mit einer den Deckel 2 durchdringenden Welle 6 verbunden, in einem Rollenlager 7 zentrisch gelagert, begrenzt den ringförmigen Arbeitsraum nach der einen Seite und weist acht in gleichen Abständen kranzförmig um ihre Mitte verteilte Stege 8 auf, die mit einem
Ring 9 verbunden sind. Um den Ring 9 sitzt starr eine Scheibe 10 und begrenzt den ringförmi- gen Arbeitsraum nach der andern Seite.
Eine den Stegen 8 entsprechende Anzahl Flügel 11 sind in je einem Schlitz, der durch den Rotor 5 den Steg 8 und die Scheibe 10 führt, radial verschieb- bar angeordnet, weisen beidseitig je eine Nase 11a auf und werden jeweils an dieser zwecks Führung und Kammerbildung des ringförmigen Arbeitsraumes mit je einer Schraubenfeder 12 belastet und an einer zylindrischen, den Arbeitsraum nach aussen begrenzenden Fläche eines Reglerkörpers 13 geführt.
Hiebei liegt der Reglerkörper 13 gleitbar in je einer U-förmigen Ausnehmung der Flügel 11. Der
Reglerkörper 13 ist zwischen dem Rotor 5 und der Scheibe 10 sowie in den U-förmigen Ausneh- mungen der Flügel 11 gleitbar angeordnet, hat an zwei an das Gehäuse angeschlossenen Körpern 14 eine radial verstellbare Führung und hält eine Mutter 15 mit einem eingeschraubten Bolzen 16 der gleitbar das Gehäuse durchdringt und ein Gewicht 17 trägt.
Eine Welle 18 einer zweiten Maschine durchdringt mit zentrischem Lager das Gehäuse 1, ist drehfest mit einem Rotor 19 verbunden, der sechs kranzförmig in gleichen Abständen um ihre Mitte verteilte- Stege 20 aufweist, die mit einem Ring 21 verbunden sind. Der Ring 21 umschliesst eine Scheibe 22 mit stabilem Sitz. Die Flügel 11 mit den Schraubenfedern 12 sind wie in der vorbeschriebenen Maschine in entsprechenden Schlitzen radial verschiebbar eingefügt, werden jedoch in entgegengesetzter Richtung an einer walzenförmigen Fläche eines gegenüber dem Gehäuse 1 exzen- trisch gelagerten Ringes 23 geführt.
Der ringförmige Arbeitsraum wird nach der einen Seite von einer ebenen Fläche des Rotors 19, nach der andern Seite von einer ebenen Fläche der Scheibe 22 und nach innen von der walzenförmigen Fläche des exzentrischen Ringes 23 begrenzt, wobei der Ring 23 zwischen dem Rotor 19 und der Scheibe 22 gleitbar angeordnet ist und die Flügel 11 mit je einer U-förmigen Ausnehmung am Ring 23 gleitbar aufgeschoben sind.
Der Rotor 5 mit den Stegen 8 und dem Ring 9 weist gegenüber dem Rotor 19, den Stegen 20 und dem Ring 21 eine gleich- gekrümmte Anlagefläche auf, derart, dass die acht Stege 8 und die sechs Stege 20 in einem zylin- drischen Steuerspiegel einander gegenüber die Steuerkanten für die Ein- und Auslassöffnungen bilden, wobei durch die unterschiedliche Anzahl der Stege während der mit verschiedener Drehzahl umlaufenden Maschinen eine fortlaufende Steuerung der Getriebeflüssigkeit ermöglicht wird.
Zwei Bohrungen 24 im Gehäuse 1 nehmen zwei mit Dichtungen versehene axial verschiebbare Kolben 25, die in einem Ring 26 eingeschraubt sind, auf. Die Kolben 25 wirken über ein Druckmittel, das die Bohrungen 24, einen Ringkanal 27, einen Kanal 28, einen Kanal 29 und zwei Kanäle 30 eines in das Gehäuse 1 eingeschraubten Körpers 31 füllt, gegen einen mit einer Dichtung versehenen Kolben 32, der in einer Bohrung des Körpers 31 eingeschoben ist, so dass bei axialer Verschiebung des Ringes 26 die Kolben 25 durch das Druckmittel den Kolben 32 und den Reglerring 13, der mit zwei Schraubenfedern 33 gegen den Kolben 32 belastet ist, innerhalb eines Regelbereiches I-H exzentrisch nach der einen oder andern Richtung verstellen, wodurch eine Änderung des Arbeitsraumes erreicht wird.
Das Gewicht 17 des Reglerringes 13 entlastet bzw. erleichtert bei umlaufendem Gehäuse infolge der Zentrifugalkraft die stufenlose Verstellung des Reglerringes 13. Bei umlaufendem Rotor 5 greift ein an der Welle 6 sitzendes Kegelrad 34 in vier
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um ihre Mitte verteilte Planetenräder 35 die auf im Gehäusedeckel 2 eingeschraubten Lagerzap- fen 36 drehbar gelagert sind und sich an einem mit einer Rücklaufsicherung 37 versehenen Zahn- kranz 38 abstützen, wodurch sie das Gehäuse mit halber Drehzahl mitnehmen.
Befindet sich hiebei der Reglerring 13 in exzentrischer Grenzstellung I, wobei die Flügel 11 der Pumpe die Getrie- beflüssigkeit im ringförmigen Arbeitsraum von der Kammererweiterung zur Kammerverengung im Kreis- lauf herumführen und diese entgegen ihrer Drehrichtung in den ringförmigen Arbeitsraum des Motors drücken, so gleicht der exzentrisch angeordnete mit dem Gehäuse drehende Ring 23 infolge einer durch seine Drehung bewirkende Kammerverengung bzw. Kammererweiterung die in den Ringkanal ge- drückte Getriebeflüssigkeit gegenüber der als Pumpe arbeitenden Maschine im Verhältnis l : l aus und der Rotor 19 des Motors wird nicht in Drehung gesetzt.
Zur zentrischen Stellung 0 hin verringert der Reglerring 13 die Kammererweiterung bzw.
Kammerverengung, die Flügel 11 fördern weniger Druckmittel in den Arbeitsraum des Motors, wobei letzterer infolge des mit dem Gehäuse drehenden Ringes 23 die Differenz in Drehrichtung ausgleicht.
In der zentrischen Stellung 0 des Reglerringes 13, in der die Pumpe keine Durchsatzmenge zulässt, drehen sich Gehäuse und Motor drehrichtungsgleich mit gleicher Drehzahl. Weiters fördert bei Verstel- lung des Reglerringes 13 zur exzentrischen Grenzstellung II die Pumpe in Drehrichtung zum Motor, dreht diesen schneller als das Gehäuse. wonach schliesslich in der Grenzstellung II Pumpe und Motor das Gehäuse infolge der ausgeglichenen Differenz nicht mehr entgegen der Drehrichtung belasten. die am
Gehäuse gelagerten Planetenräder 35, den Zahnkranz 38, bei Entsicherung der Rücklaufsiche- rung 37 mitnehmen und drehrichtungs-und drehzahlgleich bzw. kupplungsgleich drehen.
Bei diesem Getriebe sind der Rotorkörper 19 an der Welle 18 und der gegenüber dem Gehäuse exzentrisch gelagerte Ring 23 am Gehäuse allseitig soweit beweglich angeordnet, als es die Anlage- flächen des Rotors 19, der Scheibe 22, der Stege 20 an den Rotor. 5, den Stegen 8 und der
Scheibe 10 zulassen. Für dieses Flüssigkeitsgetriebe ist je nach Verwendungszweck und erforderlicher Bauart auch ein im Gehäuse untergebrachter buchsenförmiger Steuerkörper mit entsprechenden Durchlass- öffnungen vorgesehen. Weiters erlaubt dieses Getriebe auch als Drehmomentwandler, mit geeigneter
Fliehkraftregelung versehen, eine vielseitige Verwendung.
Das Flüssigkeitsgetriebe nach der Fig. 3 weist ein aus zwei Schalen 39 und 40 zusammengeschlossenes Gehäuse auf, das in Kugellagern 41 und 42 gelagert ist. Ein Rotorkörper 43 ist mit einer in der Gehäuseschale 39 zentrisch gelagerten Welle 44 verbunden und nimmt in zwei sich kreuzenden radialen Schlitzen zwei verstellbar eingepasste, nach einem Teil einer Scheibe geformte Flügel 45 auf, die mit ihren Enden einen ringförmigen Arbeitsraum unterteilen und an einen Steuerkörper 46 geführt werden.
Der ringförmige Arbeitsraum wird von einem ringförmigen an den Steuerkörper 46 angeschlossenen Körper 47, der mit kugelgekrümmter Anlagefläche den Rotor 43 und die Flügel 45 umschliesst, mit gleichgekrümmter Fläche umschlossen, nach innen von einem an den Steuerkörper 46 angeschlossenen Ringaufsatz 48 mit kugelgekrümmter Fläche abgeschlossen, nach der linken Seite durch eine ebene Fläche des Rotors 43 und nach der rechten Seite durch eine ebene Fläche des Steuerkörpers begrenzt.
Ein Rotorkörper 49 einer zweiten Maschine ist mit einer Welle 50, die in axialer Richtung die Gehäuseschale 40 durchdringt, verbunden und ist drehfest mit zwei der vorbeschriebenen Maschine gleichen Flügeln 45 gekuppelt und mit kugelgekrümmter Anlagefläche in der Gehäuseschale 40 gelagert, die mit gleichgekrümmter Fläche einen der vorbeschriebenen Maschine gleichen ringförmigen Arbeitsraum umschliesst. Ein mit der Gehäuseschale 40 verbundener Steuerkörper 51 begrenzt mit ebener Fläche den Arbeitsraum nach der linken Seite.
Der verstellbare Steuerkörper 46 ist mit zwei verbundenen Gelenkzapfen 52, die das Gehäuse entgegengesetzt in radialer Richtung durchdringen und mit senkrechter Achsenrichtung zur axial gelagerten Maschine genau den Krümmungsmittelpunkt des kugelgekrümmten Arbeitsraumes schneiden, innerhalb eines Regelbereiches von Grenzstellung I-II verstellbar, wobei er, seiner Gelenkachse entsprechend, an den Steuerkörper 51 mit zylindrischer und an den Rotor 43 mit kugelgekrümmter Fläche an deren gleichgekrümmten Anlageflächen verstellbar ist und zwei zweckentsprechend angeordnete Durchlassöffnungen 53 aufweist, die sich im Steuerkörper 51 fortsetzen und somit für beide Arbeitsräume einen in sich geschlossenen Kanal schaffen, der mit Getriebeflüssigkeit gefüllt ist.
Bei umlaufendem Rotor 43 nimmt seine Welle 44 mit einem Kegelrad nach dem vorbeschriebenen Flüssigkeitsgetriebe nach den Fig. 1 und 2 über ein Planetenradgetriebe das sich an einem rücklaufgesicherten Zahnkranz abstützt das Gehäuse mit halber Drehzahl mit und der Rotor 43 führt mit den Enden der Flügel 45 im ringförmigen Arbeitsraum die Getriebeflüssigkeit aus der einen Durchlass- öffnung 53 in die zweite Durchlassöffnung 53 in den Arbeitsraum des Motors der durch den verstell-
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baren Steuerkörper 46 der Pumpe innerhalb des Regelbereiches I-II des vorbeschriebenen Flüssigkeitsgetriebes nach den Fig.
1 und 2 eine stufenlose Regelung seiner Drehzahl zulässt, wobei jedoch je ein an die Gelenkzapfen 52 angeschlossener Kipparm 54 mit Gewichten 55 infolge der Zentrifugalkraft den Steuerkörper 46 verstellt und die Verstellung innerhalb des Regelbereiches über diese Fliehkraftregelung von der Belastung der Abtriebswelle abhängig ist.
Bei dieser Maschine ist auch, je nach Verwendungszweck und Bauart, eine hydraulische oder mechanische, im Gehäuse untergebrachte Regelung vorgesehen, wobei vorzugsweise nach der in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Maschine im Gehäuse untergebrachte, axial verschiebbare Kolben vorgeschla- gen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Flüssigkeitsgetriebe, bei dem in einem Gehäuse je eine Pumpe und ein Motor untergebracht sind, deren An- und Abtriebswelle in entgegengesetzter Richtung das Gehäuse durchdringen, das drehbar koaxial zur Antriebswelle des Motors gelagert ist und die Durchsatzmenge der Getriebeflüssigkeit durch die Änderung des Arbeitsraumes der Pumpe regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle der Pumpe, bei der die Durchsatzmenge regelbar ist, über ein Zahnradgetriebe, das sich an einem rücklaufgesicherten Zahnkranz abstützt, das Gehäuse mit untersetzter Drehzahl mitnimmt.