Hydraulische Kraftübertragungsapparatur Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Kraftübertragungsapparatur, die als Kupplung, als stufenloses hydraulisches Regel getriebe oder zur übertragung einer kontinuierlichen Drehbewegung verwendet werden kann und eine Kombination von Motor und Pumpe aufweist.
Es besteht ein grosser Bedarf für Verbesserungen des Wirkungsgrades der Kraftübertragung bei hydrau lischen Apparaturen mit solchen Motor/Pumpen- Kombinationen. Ein merklicher Anteil der hierbei auftretenden Kraftverluste rührt von der Flüssigkeits reibung in den rohrförmigen Durchlässen zwischen dem Pumpen- und dem Motorabteil her sowie von mechanischen Verlusten und Undichtheiten der Steuer organe, welche die Flüssigkeitsströmung durch solche Durchlässe regulieren und beispielsweise aus einem zylindrischen Körper bestehen, der mit seiner Flach seite längs der Aussenseite einer feststehenden Steuer platte rotiert.
Im britischen Patent Nr. <B>756399</B> wurde bereits ein verbessertes hydraulisches Motor/Pumpen-Aggre- gat beschrieben, bei welchem der rotierende Pum pen- und der Motorkörper einander mit den die Durchlässe aufweisenden Teilen unmittelbar zuge kehrt sind und einander gegenseitig berühren, so dass die Aussenseite der einen Auslasspartie als Steuer organ für die Durchlässe in der anderen Auslass- partie wirkt, also die früher erforderliche zwischen geschaltete, feststehende Steuerplatte entbehrt wer den kann.
Um eine überlappung der Durchlässe einerseits aber auch unterschiedliche Strömungs richtungen anderseits zu erreichen und um die not wendige Steuerung gewährleisten zu können, sind die Drehachsen der Pumpe und des Motors gegen einander versetzt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Weiterentwicklung der genannten Apparatur, bei der ebenfalls auf eine feststehende Steuerplatte verzich tet werden kann und welche ermöglicht, dass die Pumpe und der Motor koaxial zueinander angeord net werden können, was eine Vereinfachung der Konstruktion und einen besseren Ausgleich der Flieh- kraftbelastungen ergibt und ausserdem die Erzielung der für einen gleichmässigen Betrieb gewünschten kontinuierlichen Veränderung des wirksamen Durch- lassquerschnittes ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraft- übertragungsapparatur mit<B>je</B> einem koaxialen Pum pen- und Motorkörper mit einander gege4überliegen- den Durchlässen für den Durentritt der unter Druck stehenden Flüssigkeit von der Pumpe zum Motor über einen Schubsektor eines gemeinsamen rotieren den Strömungsweges und zur Rückkehr der Flüssig keit vom Motor zur Pumpe über einen Rückfluss- sektor des gemeinsamen rotierenden Strömungsweges und besteht in einem frei drehbaren Steuerring zwi schen den Pumpen- und Motordurchlässen, der die Oberfläche des Pumpen- und des Motorkörpers ab dichtend berührt,
welcher Steuerring zwei getrennte Kanäle bildet, deren einer dauernd die einander gegenüberliegenden Durchlässe im Schubsektor über lappt, während der andere dauernd die einander gegenüberliegenden Durchlässe im Rückflusssektor überlappt.
Aus konstruktiven Gründen kann ein derartiger Kanal im Steuerring auch unterteilt sein oder aus miteinander verbundenen Teilkanälen bestehen, etwa in der Weise, dass <B>je</B> eine Nut beidseits des Steuer ringes vorgesehen ist, welche Nuten durch Bohrungen oder Schlitze miteinander verbunden sind.
Bei einer Bauweise des Pumpen- und des Motor körpers mit einander axial gegenüberliegenden Durch lässen und einem gemeinsamen koaxialen rotierenden Strömungsweg kann die gegenseitige Trennung der Schub- und der Rückflusskanäle durch den zwischen liegenden Steuerring mittels einer Versetzung der Achse des Steuerringes in solcher Weise erreicht sein, dass zwei kreisbogenförinig begrenzte Durchlass- kanäle von unterschiedlichem mittlerem Radius be stehen, die jeweils die Strömungswege über die Durchlässe entgegengesetzter Sektoren überlappen.
Einer der kreisbogenförmig be <B>g</B> renzten Kanäle kann ringförmig und der andere mit einem sichelförmigen Querschnitt ausgebildet sein, der dadurch entsteht, dass der Steuerring exzentrisch auf der Drehwelle sitzt.
Bei dieser Bauweise steht der volle Strömungs querschnitt der Steuerringkanäle für den Flüssigkeits strom ständig zur Verfügung, und die wirksame Öffnung der Durchlässe wird lediglich durch die Abdeckung dieser Durchlässe selbst seitens des Steuerringes bewirkt und hängt nicht von der mehr oder weniger guten übereinstimmung der Lage einer Anzahl aufeinanderfolgender Steuerringkanäle relativ zu den Durchlässen ab.
Die Steuerungswirkung der Durchlässe erfolgt dementsprechend stetig von der ersten Öffnung über die Maximalöffnung bis zum Verschliessen der Durchlässe beim Vorüberlaufen derselben bzw. beim Verlassen der jeweiligen Sek toren, in welchen eine überlappung mit den jeweili gen Kanälen des Steuerringes stattfindet.
Durch den erwähnten Steuerring wird dement sprechend eine stetige Steuerregelung der Durch- lässe ermöglicht, die derjenigen bei einer feststehen den Steuerplatte entspricht, aber hier vorteilhafter- weise unter weitgehender Verminderung der Rei bungsverluste erfolgt, weil der Steuerring zusammen mit dem Pumpen- und dem Motorkörper rotieren kann und abgesehen von seiner geringen Exzentrizität nur eine für die Reibungsverluste massgebliche Rela tivbewegung besitzt, die lediglich der Relativbewe gung zwischen dem Pumpen- und dem Motorkörper entspricht, falls überhaupt eine solche vorhanden ist.
Um eine gute Abdichtung der aufeinander glei tenden Oberflächen der einander zugekehrten Seiten des Pumpen- und des Motorkörpers und dem da_ zwischen angeordneten Steuerring zu gewährleisten, kann der Steuerring aus zwei in axialer Richtung zusammenpassenden Einzelringen bestehen, die in axialer Richtung eine elastische gegenseitige Vor- spannung besitzen, also abdichtend gegen die ihnen jeweils zugekehrte Aussenseite des Pumpen- bzw. Motorkörpers gepresst werden.
Die Erfindung ist nachstehend in einem Ausfüh rungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt: Fig. <B>1</B> einen Längsschnitt des mittleren Teiles einer Motor/Pumpen-Kombination mit Radialkolben und Radialzylindern in schematischer Darstellung, Fig. 2 einen Querschnitt durch die Mitte der Fig. 1, Fig. <B>3</B> einen Längsschnitt einer regelbaren Flüs sigkeitskupplung, Fig. 4 einen Querschnitt durch das Ausführungs beispiel nach Fig. <B>3,
</B> auf der linken Seite längs der Schnittlinie A-A (Pumpenteil) und auf der rechten Seite längs der Schnittlinie B-B (Motorteil) in Fig. <B>3,</B> Fig. <B>5</B> einen Längsschnitt in grösserem Massstab durch den Steuerring des Ausführungsbeispieles nach Fig. <B>3</B> und 4, Fig. <B>6</B> einen schematischen Querschnitt ähnlich demjenigen der Fig. 2 zur Erläuterung der Wirkung des Steuerringes im Ausführungsbeispiel nach den Fig. <B>3</B> und 4.
In den Fig. <B>1</B> und 2 bedeutet<B>1</B> den Pumpen- und 2 den Motorzylinderblock,<B>3</B> den Steuerring, 4 eine Welle, auf welcher der Pumpen- und der Motor körper um die Mittelachse x-x rotieren, und<B>5</B> ein Kugellager, in welchem der Steuerring<B>3</B> frei um die Drehachse y-y rotieren kann.
Die Pumpe und der Motor besitzen einander zugekehrte Stirnseiten mit gleich grossen Durchlässen <B>6</B> bzw. <B>7,</B> während der Steuerring<B>3</B> einen Schub- übertragungskanal aufweist, bestehend aus vier Vier- telkreisschlitzen <B>8,</B> die sämtlich beidseits in eine Ringnut<B>9</B> an den zwei Aussenseiten des Ringes ein münden. Bei jeder beliebigen relativen Winkellage des Steuerringes sind die Durchlässe<B>6</B> und<B>7</B> beim Durch laufen des Schubsektors T (siehe Fig. 2) über die Nuten<B>9</B> und die Schlitze<B>8</B> miteinander in Ver bindung wie über einen konstanten Strömungsweg.
Die horizontale Strichlierung der Durchlässe im obe ren Teil der Fig. 2 zeigt deren wirksame Öffnung beim Durchlaufen des Schubsektors T.
Der Rückflusskanal des Steuerringes<B>3</B> wird einer seits durch die innere Bohrung<B>10</B> des Ringes ge bildet, die entsprechend grösseren Durchmesser als die Welle 4 besitzt, und anderseits durch diese Welle, so dass ein sichelförmiger Durchlasskanal im Rück- flusssektor R besteht, der stets geöffnet ist. Die wirk same Öffnung der Durchlässe im Rückflusssektor R ist in Fig. 2 durch eine vertikale Schraffierung an gedeutet.
Die konstruktiven Einzelheiten eines Ausfüh- rungsbeispieles eines mit einem Steuerring arbeiten den stufenlosen hydraulischen Getriebes sind in den Fig. <B>3</B> und 4 wiedergegeben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Pum penzylinderblock<B>1</B> und der Motorzylinderblock 2 mittels der Kugellager<B>11</B> bzw. 12 drehbar und ko axial im geschlossenen Gehäuse<B>13</B> angeordnet, wel ches die Eingangswelle 14 und die Ausgangswelle<B>15</B> trägt.
Die Pumpenkolben<B>16</B> und die Motorkolben<B>17</B> sind hier leicht geneigt und mit abgerundeten Stirn flächen versehen, mit welchen sie gegen einen äusseren Gegenring<B>18</B> für die Pumpe und einen Ring<B>19</B> für den Motor drücken, der durch die Innenfläche<B>je</B> eines Kugellagers gebildet wird. Die Neigung der Kolben und die Abrundung von deren Stirnflächen ermöglicht eine Rotation der Kolben, wobei dieselben an den Gegenringen abrollen, was die Reibung ver ringert und den Wirkungsgrad verbessert.
Der Pumpengegenring <B>18</B> wird samt seinem Kugellager in einem Rahmen 20 gehalten, der seiner seits seitlich in den Führungen 21 des Gehäuses<B>13</B> in Vertikalrichtung beweglich und oben an einer in beiden Richtungen wirksamen Federanordnung 22 und unten an einem hydraulischen Steuerzylinder<B>23</B> befestigt ist. In der Neutralstellung des Rahmens 20 befindet sich der Gegenring<B>18</B> in konzentrischer Lage relativ zur Achse des Pumpenzylinderblocks<B>1,</B> und eine Drehbewegung dieses Zylinderblockes sei tens der Eingangswelle 14 hat keinerlei Verstellung der Pumpenzylinder<B>16</B> zur Folge.
Mittels des hydrau lischen Steuerzylinders<B>23</B> kann der Gegenring <B>18</B> um einen gewünschten Betrag exzentrisch verschoben werden, um eine Hin- und Herbewegung der Kolben <B>16</B> mit einem von der Exzentrizität des Gegenringes <B>18</B> bestimmten Hub zu bewirken. Diese Art der Regelung durch eine variable Exzentrizität eines Gegenringes ist für derartige hydraulische Getriebe allgemein bekannt.
Der Motorgegenring <B>19</B> ist samt seinem Kugel lager im Gehäuse<B>13</B> befestigt und weist eine unver änderliche Exzentrizität relativ zur Achse des Motor zylinderblockes 2 auf.
Die Pumpen- und die Motorzylinder sind strö mungsmässig miteinander verbunden über die Durch- lässe <B>6</B> bzw. <B>7</B> und die Durchflusskanäle des Steuer ringes<B>3,</B> der um das Kugellager<B>5</B> frei drehbar zwischen dem Pumpen- und dem Motorzylinderblock angeordnet ist. Die Zylinder und die Strömungswege sind mit<B>Öl</B> gefüllt.
Bei der Drehung des Pumpenzylinderblockes<B>1</B> durch die Eingangswelle 14 werden die Pumpen kolben<B>16</B> unter der Wirkung der Zentrifugalkraft nach aussen an den Gegenring <B>18</B> angedrückt, der beim normalen Betrieb eine exzentrische Lage be sitzt, so dass die Kolben nacheinander in ihren zugehörigen Zylinder hineingedrückt werden und eine entsprechende öhnenge unter Druck durch die Durchlässe<B>6,</B> die Steuerringschlitze <B>8</B> und Nuten<B>9</B> und die Motordurchlässe<B>7</B> hindurchgepresst wird.
Dieses unter Druck stehende<B>Öl</B> schiebt die Motor kolben<B>17</B> nach aussen gegen den exzentrischen Ring <B>19,</B> welche Schubbewegung eine seitliche Kraft komponente zur Folge hat, was zu einer Rotation des Motorzylinderblockes 2 führt, wodurch eine Aus wärtsbewegung der Motorkolben unter dem Druck seitens der Pumpe möglich wird.
Die Rotation des Motorzylinderblockes bewirkt, dass vom Ring<B>19</B> die nicht unter öldruck seitens der Pumpe stehen den Motorkolben nach innen geschoben werden, so dass eine entsprechende öhnenge über die Durch- lässe <B>7,</B> den Rückflussübertragungskanal bzw. die Bohrung<B>10</B> und die Durchlässe<B>6</B> zu den Pumpen zylindern während der Ansaugbewegung der Pum penkolben zurückfliesst.
Durch Änderung der Exzentrizität des Gegen ringes<B>18</B> der Pumpe mittels des hydraulischen Steuer zylinders<B>23</B> wird die Grösse der Hubbewegung der Pumpenkolben und damit die Ausgangsleistung der Pumpe gesteuert. Da der Gegenring<B>19</B> des Motors eine konstante Exzentrizität aufweist, also der Motor immer den gleichen Hub und die gleiche Leistungs fähigkeit besitzt, bewirkt die Änderung der Pumpen- ausgangsleistung eine proportionale Änderung des Drehzahlverhältnisses.
Durch diametrale Verlage rung der Richtung der Exzentrizität des Gegenringes <B>18</B> der Pumpe kann die Richtung der dem Motor aufgezwungenen Drehbewegung umgekehrt werden, wobei dann die Steuerringschlitze, <B>8</B> als Rückfluss- kanäle und die Bohrung<B>10</B> als Schubkanal dienen.
Wie bereits anhand der Fig. <B>1</B> und 2 erläutert, ist die Drehachse y-y des Steuerringes<B>3</B> gegenüber der Drehachse x-x der Pumpe und des Motors ver setzt. Bei dem Getriebe nach Fig. <B>3</B> und 4 ist eine Versetzung in horizontaler Richtung vorgesehen, so dass die Maschine senkrecht in einen Schub- und einen Rückflusssektor unterteilt ist, wie in Fig. <B>6</B> an gedeutet, also hier keine Unterteilung in horizontaler Richtung wie in Fig. 2 vorliegt.
Zur Vereinfachung der Darstellung ist jedoch der Steuerring<B>3</B> in Fig. <B>3</B> um<B>90,1</B> gegenüber seiner Lage verdreht dargestellt.
Es ist ersichtlich, dass die Viertelkreisschlitze <B>8</B> und die Ringnuten<B>9</B> des Steuerringes<B>3</B> bei der Rotation durch einen Sektor einen dauernd offenen Kanal bilden, in welchen die Durchlässe<B>6</B> und<B>7</B> einmünden. Ferner bildet die Bohrung<B>10</B> des Steuer ringes<B>3</B> gegenüber der Welle 14 einen sichelför migen Kanal, in welchen die Durchlässe<B>6</B> und<B>7</B> beim Durchlauf durch den entgegengesetzten Sektor münden.
Die Durchlässe<B>6</B> und<B>7</B> sind so, wie es aus der Zeichnung ersichtlich ist, geformt, damit ein guter Abschluss derselben beim übergang vom einen zum anderen Sektor stattfindet. Ferner werden die Durchlässe mindestens angenähert proportional zur Kolbenverschiebung gegenüber den Steuerringkanälen geöffnet, so dass an den Durchlässen keine öldrosse- lung stattfinden kann.
Die einander zugekehrten Stirnflächen der beiden Zylinderblocks und des Steuerringes werden vom<B>Öl</B> in den Strömungskanälen gut geschmiert; sie werden in axialer Richtung durch ein Schubkugellager 24 auf dem abgeschrägten verlängerten Ende der Ein gangswelle 14 aufeinandergedrückt. Beim Betrieb des Getriebes in umgekehrter Drehrichtung steht die Bohrung<B>10</B> des Steuerringes<B>3</B> unter dem Pumpen druck, für welche Betriebsweise eine Dichtungsfläche <B>25</B> vorgesehen ist, um eine Undichtheit hinter dem Schubkugellager 24 zu vermeiden.
Um eine wirksame Abdichtung zwischen den Stirnflächen der Zylinderblocks und dem Steuer ring zu gewährleisten, wird der Steuerring vorzugs weise aus zwei in axialer Richtung zusammenpassen den Einzelringen gebildet, die eine elastische Vor- spannung zueinander aufweisen, also in axialer Rich tung gegen die mit den Durchlässenversehenen Stirn flächen der Zylinderblocks gedrückt werden.
Ein Ausfährungsbeispiel für einen aus vier Ein zelringen bestehenden Steuerring ist in Fig. <B>5</B> wieder- gegeben. Hier sind ein äusserer Tragring<B>26,</B> zwei seitliche Dichtungsringe<B>27</B> und<B>28</B> und ein innerer Dichtungsring<B>29</B> vorhanden. Der äussere und der innere Ring<B>26</B> bzw. <B>29</B> sind längs ihres Umfanges mit Ringnuten versehen, in welchen runde Gummi ringe<B>30</B> angeordnet sind, um ein unerwünschtes Zu- und Abfliessen des öles der Schlitze<B>8</B> in den seitlichen Ringen<B>27</B> und<B>28</B> sowie der Bohrung<B>10</B> im inneren Ring<B>29</B> zu verhüten.
Die seitlichen Dichtungsringe<B>27</B> und<B>28</B> be sitzen eine Vorspannung zueinander, so dass sie gegen die jeweiligen Stirnflächen der Zylinderblocks gepresst werden, und zwar durch die Wirkung des Druck öles, welches durch die Kanäle der seitlichen Ringe bzw. durch die Bohrung des inneren Ringes<B>29</B> fliesst. Bei einer Drehrichtung des Getriebes vorwärts herrscht in den Schlitzen<B>8</B> der Schuböldruck, der an den Flächen F wirksam ist, und bei entgegen gesetzter Drehrichtung des Getriebes herrscht der Schuböldruck in der Bohrung<B>10</B> und wirkt an den Flächen<B>G.</B>
Die Ringe<B>27, 28</B> und<B>29</B> sind in bezug auf die einander axial zugekehrten Flächen unsymmetrisch gestaltet, so dass der innere Ring<B>29</B> unter der Wir kung des öldruckes eine Vorspannung in der einen oder anderen Richtung erhält. Wirkt der Öldruck an den Flächen F, so wird der innere Ring<B>29</B> mit dem seitlichen Ring<B>27</B> zusammen nach links geschoben, wie aus Fig. <B>5</B> ersichtlich ist; dagegen verschiebt sich der innere Ring<B>29</B> nach rechts gegen den seitlichen Ring<B>28,</B> wenn der öldruck an den Flächen<B>G</B> wirk sam ist.
In beiden Fällen werden die seitlichen Dich tungsringe auseinandergeschoben und drücken gegen die jeweiligen Stirnflächen der Zylinderblocks.
Ein gewisser Ölverlust der Pumpe und des Motors ist unvermeidlich, und um diese Undichtheiten un wirksam zu machen, wird mittels der von der Welle 14 angetriebenen Hilfspumpe<B>31</B> das<B>Öl</B> vom Öl- sumpf im Gehäuse<B>13</B> zu einer abgedichteten Ring kammer<B>32</B> um die Welle 14 gepumpt, von wo aus das<B>Öl</B> über die Kanäle<B>33</B> in der Welle 14 zu einer Anzahl winkelmässig versetzter Einspeisungs-Feder- ventile 34 fliesst, die sich während der Ansaugperiode der Pumpenzylinder öffnen, wenn der Innendruck ge ringer wird als der Gegendruck der Federventile 34 und<B>Öl</B> in die Pumpenzylinder einströmen lassen.