-
Die
Erfindung betrifft ein hydrostatisches Getriebe mit zwei Axialkolbentriebwerken
in Schrägachsenbauart, die wechselseitig als Pumpe und
als Motor betrieben werden, wobei beide Axialkolbentriebwerke in
einem gemeinsamen schwenkbaren Doppeljoch gelagert und mit diesem
zusammen verschwenkbar sind, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein hydrostatisches Getriebe mit
zwei Axialkolbentriebwerken in Schrägscheibenbauart, die
wechselseitig als Pumpe und als Motor betrieben werden, wobei die
beiden Axialkolbentriebwerke eine gemeinsame schwenkbare Doppelschrägscheibe
mit unterschiedlich gegen die Welle des jeweiligen Axialkolbentriebwerks
geneigten Anlageflächen besitzen gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 4.
-
Derartige
hydrostatische Getriebe sind Gegenstand der älteren Anmeldung
DE 10 2006 025 347 .
Sie werden insbesondere bei Leistungsverzweigungsgetrieben eingesetzt.
-
Schrägachsen-Triebwerke
besitzen jeweils eine Zylindertrommel, die um ihre Längsmittelachse drehbar
gelagert ist und ebenfalls auf ihrem Umfang verteilt Zylinderbohrungen
besitzt, in denen die Triebwerkskolben verschiebbar sind. Zur Verstellung
des Volumenstroms ist die Zylindertrommel um eine quer zu ihrer
Drehachse verlaufende Schwenkachse schwenkbar, wodurch die Längsmittelachse
der Zylindertrommel einen verstellbaren Winkel mit der Achse der
Triebwelle bildet. Die Triebwerkskolben stützen sich dabei
am Triebflansch der Welle unter dem einstellbaren Winkel gelenkig
ab. Der Zylinderblock wird hierzu von einem entsprechend gestalteten,
drehbaren Endgehäuse aufgenommen, der bspw. in Form eines
Jochs bzw. durch das Endgehäuse ausgebildet, an einem feststehenden
Gehäuseteil gelagert und mittels eines Servosystems schwenkbar
ist.
-
Schrägscheibentriebwerke
besitzen eine rotierende Zylindertrommel mit über deren
Umfang verteilten, in den Zylindern beweglichen Triebwerkskolben,
die sich gleitend auf einer Schrägscheibe abstützen.
Der Schwenkwinkel der Schrägscheibe ist über ein
Servosystem verstellbar. Mit zunehmendem Schwenkwinkel vergrößert
sich der Kolbenhub in den Zylinderbohrungen und damit der Volumenstrom.
-
Die
vorgenannte ältere Anmeldung
DE 10 2006 025 347 beschreibt
einen vereinfachten, kompakten Aufbau eines hydrostatischen Getriebes,
das jeweils aus Pumpe und Hydromotor besteht, die im Falle der Schrägscheibenbauweise
mit einer Doppelschrägscheibe verstellt werden, die je
eine getrennte Anlagefläche mit unterschiedlichem Neigungswinkel gegen
die Wellenachse für die Verdrängerkolben der beiden
Triebwerke aufweist. Bei Schrägachsenbauweise ist ein verschwenkbares
Doppeljoch vorgesehen mit dem Pumpe und Hydromotor ebenfalls zwangsweise
gekoppelt sind und so gemeinsam verstellt werden. Der Hydromotor
verschwenkt dabei jeweils von einem maximalen auf einen minimalen Winkel,
wenn die Pumpe von minimalem auf maximalen Schwenkwinkel verstellt
wird.
-
Die 1 bis 3 zeigen
dieses ältere System in perspektivischer Darstellung sowie
in Vorder- und Seitenansicht. Die beiden Drehachsen 2, 3 der
Wellen der Axialkolbentriebwerke schneiden die Schwenkachse 1 des
Doppeljochs 20 im rechten Winkel. Alle drei Achsen liegen
in derselben Ebene. Im Doppeljoch 20 sind die Zylinderblöcke
der beiden Triebwerke gelagert, die beim Verschwenken des Doppeljochs 20 um
die Schwenkachse 1 ebenfalls mit verschwenken. In der Seitenansicht
der 3 sind zusätzlich die Servokolben 4, 5 des
die Verstellung bewirkenden Servosystems dargestellt. Hieraus ist
unmittelbar ersichtlich, dass sich mit dieser Anordnung der Schwenk-
und Drehachsen 1, 2, 3 aufgrund der gegebenen
Hebelarme relativ geringe Verstellmomente realisieren lassen, so
dass die Servokolben 4, 5 klein gehalten werden
können.
-
Allerdings
muss bei dieser Geometrie der Schwenk- und Drehachsen 1, 2, 3 eine
merkliche Verlustleistung, die im Wesentlichen durch Dekompressionsverluste
bedingt ist, in Kauf genommen werden. Dies wird anhand der 4 bis 6 näher
erläutert. Die 4 zeigt einen Querschnitt durch
ein Axialkolbentriebwerk beim maximalen Schwenkwinkel von 45°.
Hierbei kann die Auslegung so getroffen werden, dass der Triebwerkskolben 6 in
seiner Endlage bis kurz vor das Ende der Kolbenbohrung im Zylinderblock 7 gelangt.
Der verbleibende Raum zwischen Triebwerkskolben 6 und Bohrungsende
ist dann minimal, so dass auch das Dekompressionsvolumen minimal
bleibt. Das verbleibende Öl, welches unter Hochdruck steht,
wird beim Weiterdrehen des Zylinderblocks 7 zum Niederdruck
verbunden und entspannt sich im Niederdruck. Da beim maximalen Schwenkwinkel
dieser Raum klein gehalten werden kann, sind hier die Dekompressionsverluste
gering.
-
Bei
einem Schwenkwinkel von 22,5°, dem halben maximalen Schwenkwinkel,
erreicht der Triebwerkskolben 6 im Totpunkt nicht mehr
den Bohrungsgrund. Wie 5 zeigt, ist das Totvolumen 9 jetzt
deutlich vergrößert und beträgt bereits
25% des maximalen Hubvolumens des Axialkolbentriebwerks. Bei einem
Schwenkwinkel von 0°, wie in 6 dargestellt,
beträgt das Totvolumen 10 dann 50% des maximalen
Hubvolumens. Speziell hier gibt es sehr hohe Dekompressionsverluste,
die mit dem Druck quadratisch anwachsen und bei einem Druck über 250
bar ganz erheblich ins Gewicht fallen. So ergibt sich bspw. die
Verlustleistung einer 250 cm3 Pumpe im Schwenkwinkel
von 0° bei einer Drehzahl von 4000/min und einem Druck
von 400 bar zu etwa 10 KW.
-
Mit
der vorliegenden Erfindung soll ein hydrostatisches Getriebe der
eingangs beschriebenen Art mit reduzierter Verlustleistung geschaffen
werden.
-
Erfindungsgemäß wird
dies bei einem gattungsgemäßen hydrostatischen
Getriebe mit zwei Axialkolbentriebwerken in Schrägachsenbauart
mit Doppeljoch dadurch erreicht, dass die Drehachsen der beiden
Axialkolbentriebwerke zur Minimierung der Totvolumina der beiden
Axialkolbentriebwerke um einen Betrag gegen die Schwenkachse des Doppeljochs
derart versetzt sind, dass bei jedem Schwenkwinkel die Triebwerkskolben
im Totpunkt in unmittelbarer Nähe zum Bohrungsende des
Zylinderblocks liegen. Hierdurch ergibt sich ein Versatz zwischen
dem Drehpunkt der Zylinderblöcke gegen die jeweilige Triebwelle,
durch die für alle Schwenkwinkel das Totvolumen, das vom
Hochdruck in den Niederdruck entspannt, minimal wird, was die Verlustleistung
des hydrostatischen Getriebes erheblich reduziert.
-
Vorzugsweise
sind für das Getriebe gleich große Axialkolbentriebwerke
vorgesehen, wobei die Drehachsen der beiden Axialkolbentriebwerke
gegen die Schwenkachse des Doppeljochs jeweils um den gleichen Betrag
derart versetzt sind, dass sich die von den beiden Axialkolbentriebwerken
auf das Doppeljoch ausgeübten Drehmomente aufheben
-
In
alternativer Weiterbildung der Erfindung ungleich große
Axialkolbentriebwerke vorgesehen, wobei die Drehachsen der beiden
Axialkolbentriebwerke gegen die Schwenkachse des Doppeljochs jeweils
um unterschiedliche Beträge derart versetzt sind, dass
sich die von den beiden Axialkolbentriebwerke auf das Doppeljoch
ausgeübten Drehmomente zum überwiegenden Teil
aufheben.
-
Wenn
der Drehpunkt des Zylinderblocks gegen die Triebwelle versetzt ist,
wirken die Verdrängerkolben über einen entsprechenden
Hebel mit einem beträchtlichen Drehmoment auf das Doppeljoch.
Durch die vorgenannten Weiterbildungen kompensieren sich diese Kräfte,
so dass es das zugehörige Servosystem vergleichsweise gering
dimensioniert bleiben kann.
-
Bei
einem gattungsgemäßen hydrostatischen Getriebe
mit zwei Axialkolbentriebwerken in Schrägscheibenbauart
mit Doppelschrägscheibe wird das oben genannte Ziel erfindungsgemäß in analoger
Weise dadurch erreicht, dass ebenfalls die Drehachsen der beiden
Axialkolbentriebwerke zur Minimierung der Totvolumina der beiden
Axialkolbentriebwerke um einen Betrag gegen die Schwenkachse der
Doppelschrägscheibe derart versetzt sind, dass bei jedem
Schwenkwinkel die Triebwerkskolben im Totpunkt in unmittelbarer
Nähe zum Bohrungsende des Zylinderblocks liegen.
-
Auch
bei der Schrägscheibenbauweise werden bevorzugt gleich
große Triebwerke verwendet. Dann können zur vollständigen
Kompensation der auftretenden Drehmomente in gleicher Weise wie
bei der Schrägachsenversion die Drehachsen der beiden Axialkolbentriebwerke
gegen die Schwenkachse der Doppelschrägscheibe jeweils
um den gleichen Betrag derart versetzt werden, dass sich die von
den beiden Axialkolbentriebwerken auf die Doppelschrägscheibe
ausgeübten Momente aufheben. Im Falle, dass die Axialkolbentriebwerke
ungleich groß sind können die Drehachsen der beiden
Axialkolbentriebwerke gegen die Schwenkachse der Doppelschrägscheibe
jeweils um unterschiedliche Beträge versetzt werden, so
dass die Kompensation der von den beiden Axialkolbentriebwerke auf
die Doppelschrägscheibe ausgeübten Drehmomente
zumindest optimiert wird und sich die Kräfte zum überwiegenden
Teil aufheben.
-
Besonders
bevorzugt ist die mechanische Kopplung der Axialkolbentriebwerke
im Doppeljoch bzw. die Kopplung der Verstellung der Axialkolbentriebwerke
durch die Doppelschrägscheibe derart ausgebildet, dass
der Motor von maximalem auf minimalen Schwenkwinkel verstellt wird,
wenn die Pumpe von minimalem auf maximalen Schwenkwinkel verschwenkt.
Durch den Verzicht auf eine unabhängige Steuerung der beiden
Triebwerke ergibt sich ein vereinfachter kompakter Aufbau, der eine
merkliche Kostenreduzierung und größere Zuverlässigkeit
mit sich bringt.
-
Weitere
Merkmale sowie Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung der in
den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
-
Es
zeigen:
-
7:
Der Versatz des Drehpunkts des Zylinderkolbens gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Doppeljoch
-
8:
Das Ausführungsbeispiel in Vorderansicht
-
9:
Das Ausführungsbeispiel im Schnitt durch das erste Axialkolbentriebwerk
-
10:
Das Ausführungsbeispiel im Schnitt durch das zweite Axialkolbentriebwerk
-
11 Das
Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht
-
In 7 ist
für ein erstes, in Schrägachsenbauart ausgeführtes
Ausführungsbeispiel der resultierende Drehpunkt 14 für
den Zylinderblock 7 bezogen auf die Triebwerkswelle 12 dargestellt,
wenn die Drehachse 17 der gegen die Schwenkachse des Doppeljochs
versetzt ist. Diese Schwenkachse ist in der Figur, die nur eines
der Triebwerke zeigt, nicht dargestellt und verläuft senkrecht
zur Welle 12, aber in einer parallel versetzten Ebene.
Durch diesen Versatz wird das Totvolumen 11 auch beim Schwenkwinkel
von 0° minimiert. Dies ergibt sich daraus, dass der Zylinderblock 7 nicht
um einen (hier virtuellen) Schnittpunkt 13 der Drehachse 17 mit
der Schwenkachse des Doppeljochs wie im früheren System dreht,
bei dem die Dreh- und Schwenkachsen in einer Ebene liegen.
-
Durch
den Versatz lässt wird zunächst zwar das Totvolumen
für alle Schwenkwinkel minimiert, es ergeben sich aber
auch erhebliche Nachteile. Die von den im Triebflansch 23 gelagerten
Triebkolben 6 ausgeübten Kräfte wirken
nämlich über den Hebelarm x und erhöhen
die Drehmomente, die zum Verschwenken des Zylinderblocks erforderlich
sind, ganz beträchtlich. Die daraus resultierende Erhöhung
der Servokolbenkräfte um den Faktor 3 bis 5 bedeutet, dass
das Servosystem für ein einziges Triebwerk entsprechend
stärker ausgelegt werden müsste, größeren
Bauraum beanspruchen und höhere Kosten verursachen würde.
-
In 8 ist
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für Axialkolbentriebwerke
in Schrägachsenbauweise in Vorderansicht dargestellt. Die
Zylinderblöcke der beiden Triebwerke verschwenken gemeinsam
mit dem Doppeljoch 20 um die Schwenkachse 15.
Die senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Drehachsen der 16 und 17 der
beiden Axialkolbentriebwerke sind jeweils um den Betrag x gegen die
Schwenkachse 15 versetzt und liegen in drei zueinander
versetzten parallelen Ebenen. In dem dargestellten Beispiel erfolgt
der Versatz der beiden Axialkolbentriebwerke von der Schwenkachse 15 aus gesehen
in einander entgegen gesetzten Richtungen um den jeweils gleichen Betrag
x. Damit ergibt sich bei gleich großen Triebwerken nicht
nur eine Minimierung der jeweiligen Totvolumina für den
ganzen Schwenkwinkelbereich, sondern auch eine vollständige
Kompensation der von den Triebkolben auf das Doppeljoch ausgeübten
Drehmomente, so dass das Servosystem mit den Servokolben 18, 19 nicht
vergrößert zu werden braucht. Aber auch wenn die
beiden Triebwerke unterschiedliche Größe haben,
wobei sie jeweils unterschiedliche Verschiebungen „x" benötigen,
ergibt sich eine weitgehende Kompensation der Drehmomente. Durch
geeignete individuelle Dimensionierung des Versatzes für
das jeweilige Triebwerk kann in jedem Fall eine optimale Kompensation
erreicht werden.
-
Die 9 und 10 zeigen
das Ausführungsbeispiel mit Doppeljoch im Schnitt durch
jeweils eines der Axialkolbentriebwerke. Beide Zylinderblöcke 7 sind
im Doppeljoch 20 gehaltert und werden mit diesem gemeinsam
verschwenkt. Die Halterung im Doppeljoch ist so ausgebildet, dass
der Hydromotor vom maximalen Schwenkwinkel, typischerweise 45°, in
Richtung 0° verschwenkt, wenn die Pumpe von 0° auf
maximalen Winkel verstellt wird. Die Schnitte zeigen Pumpe und Motor
in ihrer jeweiligen Maximalverschwenkung bezogen auf die Drehachse
der Triebwelle 12. Durch den Versatz der jeweiligen Drehachsen 16, 17 der
Wellen 12 gegen die Schwenkachse des Doppeljochs 20 ergibt
sich ein entsprechend gegen die Treibwelle 12 versetzter
Drehpunkt 14, 24 für die Triebkolben 6 der
jeweiligen Axialkolbentriebwerke. Dieser Versatz gegenüber
einem Drehpunkt, der sich ergäbe, wenn die Drehachsen 16, 17 mit
der Schwenkachse des Doppeljochs in einer Ebene liegen würden
ist in den 9 und 10 durch
den Abstand der Punkte 13 und 14 bzw. 13 und 24 dargestellt.
-
11 ist
eine perspektivische Ansicht des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels
mit Doppeljoch 20. Die Darstellung zeigt die Lage der Schwenkachse 15 sowie
die gegen die Schwenkachse 15 versetzten Drehachsen 16, 17 der
Antriebswellen der jeweiligen Axialkolbentriebwerke. Die Bezugsziffern 18 und 19 bezeichn
wiederum die Kolben des Servosystems mit dem das Doppeljoch verschwenkt
wird.
-
Die
Erfindung mit versetzten Dreh- und Schwenkachsen lässt
sich in gleicher Weise auch mit hydrostatischen Getrieben ausführen,
die in Schrägscheibenbauweise mit der in
DE 10 2006 025 347 beschriebenen
Doppelschrägscheibe ausgestattet sind. Auch bei dieser
Ausführung werden die Achsen der Schrägscheibentriebwerke
gegen die Schwenkachse der Doppelschrägscheibe derart versetzt,
dass die beiden Triebwerke mit minimalem Totvolumen über den
gesamten Verstellbereich betrieben werden können. Ebenso
kompensieren sich wiederum die auf die Doppelschrägscheibe
wirkenden Hochdruckkräfte, wenn der Versatz der beiden
Triebwerke, von der Schwenkachse der Doppelschrägscheibe
aus gesehen, in jeweils entgegen gesetzte Richtungen vorgesehen
wird. Damit kommt auch diese Ausführungsform mit einem
vergleichsweise gering dimensionierten Servosystem aus.
-
Sowohl
Schrägachsentriebwerke mit Doppeljoch als auch Schrägscheibensysteme
mit Doppelschrägscheibe ermöglichen somit in idealer
Weise eine Drehpunktverschiebung zur Minimierung des Totvolumens
bei gleichzeitiger Kompensation der einer Schwenkwinkelverstellung
entgegenwirkenden Kräfte. Dieses Konzept führt
dadurch zu einer erheblichen Eliminierung der Dekompressionsverluste
und Reduzierung der Verlustleistung.
-
- 1
- Schwenkachse
des Doppeljochs (ohne Achsenversatz)
- 2
- Drehachse
eines ersten Axialkolbentriebwerks (ohne Achsenversatz)
- 3
- Drehachse
des zweiten Axialkolbentriebwerks (ohne Achsenversatz)
- 4
- Servokolben
- 5
- Servokolben
- 6
- Triebwerkskolben
- 7
- Zylinderblock
- 8
- Totvolumen
bei 45° ohne Achsenversatz
- 9
- Totvolumen
bei 22,5° ohne Achsenversatz
- 10
- Totvolumen
bei 0° ohne Achsenversatz
- 11
- Totvolumen
bei 0° bei verschobenem Zylinderblock
- 12
- Triebwerkswelle
- 13
- Drehpunkt
des Zylinderblockes ohne Achsenversatz
- 14
- Drehpunkt
des Zylinderblockes mit Achsenversatz (erstes Triebwerk)
- 15
- Schwenkachse
des Doppeljochs
- 16
- Drehachse
des ersten Triebwerks
- 17
- Drehachse
des zweiten Triebwerks
- 18
- Servokolben
- 19
- Servokolben
- 20
- Doppeljoch
- 21
- freibleibend
- 22
- freibleibend
- 23
- Triebflansch
- 24
- Drehpunkt
des Zylinderblockes (zweites Triebwerk)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006025347 [0003, 0006, 0030]