DE1078399B

DE1078399B - Hydrostatic transmission

Info

Publication number: DE1078399B
Application number: DED22055A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Manfred Burckhardt
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1956-01-07
Filing date: 1956-01-07
Publication date: 1960-03-24

Description

Hydrostatisches Getriebe Der Anfahrvorgang bei hydrostatischen Getrieben mit im Winkel zur Antriebswelle einstellbarer Getriebepumpe bzw. einstellbarem Getriebemotor kann nur verhältnismäßig schwer beherrscht werden. Bei der üblichen Schaltung bedingt der endliche, von Null verschiedene Einstellwinkel von Getriebepumpe und Getriebemotor eine Mindestgeschwindigkeit bei direkter hydraulischer Verbindung zwischen diesen beiden Aggregaten. Der Anfahrvorgang läßt sich daher nur beherrschen, wenn man ein Überdruckventil einbaut und damit einen großen Schlupf zwischen Primär- und Sekundärteil erreicht. Eine solche Maßnahme bereitet jedoch deshalb große Schwierigkeiten, weil im Stand das Getriebe ein hohes Drehmoment, und zwar das maximal auftretende Drehmoment, aufbringen muß und gerade bei stehendem Aggregat die Bildung von tragenden Schmierschichten nur schwer möglich ist, so daß ein erhöhter Verschleiß nicht vermieden werden kann.Hydrostatic transmission The start-up process for hydrostatic transmissions with gear pump or gear motor adjustable at the angle to the drive shaft can only be controlled with relative difficulty. With the usual circuit, conditionally the finite, non-zero setting angle of the gear pump and gear motor a minimum speed with a direct hydraulic connection between them both units. The start-up process can therefore only be mastered if you have a Built-in pressure relief valve and thus a large slip between the primary and secondary part achieved. However, such a measure causes great difficulties because When the gearbox is stationary, it has a high torque, namely the maximum torque that occurs, must apply and especially when the unit is at a standstill, the formation of load-bearing smear layers is only possible with difficulty, so that increased wear cannot be avoided.

Es wurde zwar schon vorgeschlagen, den Schmiervorgang selbst dadurch zu verbessern, daß die Laufflächen durch statischen Öldruck voneinander abgehoben werden. Eine derartige, z. B. bei Drehtürmen angewendete Maßnahme erfordert jedoch hohe Öldrücke und ergibt ebenfalls keine völlige Sicherheit gegen übermäßige Abnützung. Die Maßnahme, mit Hilfe geeigneter Werkstoffe Metallfilme aufzugalvanisieren, bringt ebenfalls nur beschränkte Abhilfe, da die Grenzschmierung beim Anfahren einen hohen Verschleiß nicht verhindern kann.It has already been suggested that the lubrication process itself thereby to improve that the running surfaces are lifted from one another by static oil pressure will. Such, e.g. B. applied to rotating towers, however, requires high oil pressures and also does not provide complete security against excessive wear. The measure of electroplating metal films with the help of suitable materials brings about also only limited remedy, since the boundary lubrication during start-up is high Can not prevent wear and tear.

Die Erfindung sieht insbesondere eine Verbesserung des Anfahrvorganges sowie der hydraulischen Verhältnisse des Getriebes vor. Sie bezieht sich in der Hauptsache auf hydrostatische Axialkolbengetriebe mit verschwenkbaren Zylindertrommeln, bestehend aus einer Getriebepumpe und einem von dieser hydraulisch angetriebenen Flüssigkeitsmotor in Verbindung mit einem zusätzlichen Antrieb der Abtriebsseite des Flüssigkeitsgetriebemotors als Abzweigung vom Antrieb der Getriebepumpe unter Umgehung des hydrostatischen Getriebes mit eingebautem Planetengetriebe zwischen den Antriebszweigen und dem Abtrieb. Die Erfindung besteht darin, daß die Abtriebswelle mit einem um die Achse des Planetengetriebes umlaufenden Zentralrad verbunden ist, während die unmittelbar über die Antriebswelle und über den Getriebemotor wirkenden Antriebszweige an ein anderes Zentralrad und den Planetenträger angeschlossen sind, so daß bei stillstehender Abtriebswelle die mit der Antriebswelle und dem Getriebemotor verbundenen Getriebeglieder des Planetengetriebes in gleichem Drehsinn umlaufen.The invention provides in particular an improvement in the start-up process as well as the hydraulic conditions of the transmission. It relates to the Mainly on hydrostatic axial piston gears with swiveling cylinder drums, consisting of a gear pump and one hydraulically driven by this Liquid motor in connection with an additional drive on the output side of the fluid geared motor as a junction from the drive of the gear pump under Bypassing the hydrostatic transmission with built-in planetary gear between the drive branches and the output. The invention consists in that the output shaft is connected to a central wheel rotating around the axis of the planetary gear, while those acting directly via the drive shaft and the gear motor Drive branches are connected to another central wheel and the planet carrier, so that when the output shaft is at a standstill with the drive shaft and the geared motor connected gear members of the planetary gear rotate in the same direction of rotation.

Ferner besteht die Erfindung darin, daß die Abtriebswelle mit dem äußeren Ringrad und die Antriebswelle in an sich bekannter Weise mit dem Sonnenrad und der Getriebemotor mit dem Planetenträger verbunden ist.Furthermore, the invention consists in that the output shaft with the outer ring gear and the drive shaft in a known manner with the sun gear and the gear motor is connected to the planet carrier.

Ferner ist eine Kupplung vorgesehen, welche die Getriebepumpe vom Antrieb abzuschalten gestattet, und gegebenenfalls eine weitere Kupplung, durch welche der zusätzliche Antrieb unterbrochen werden kann.Furthermore, a clutch is provided, which the gear pump from Allow the drive to be switched off and, if necessary, an additional clutch which the additional drive can be interrupted.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Kupplung, welche das zum Anschluß des zusätzlichen Antriebes dienende Umlaufgetriebe in sich zu blockieren bzw. zu überbrücken gestattet.Furthermore, the invention relates to a coupling which to block the epicyclic gear used to connect the additional drive or to be bridged.

Zur Verringerung der Gleitflächenbeanspruchungen sind ferner zweckmäßig Getriebepumpe und Getriebemotor derart einander entgegengerichtet bzw. gegeneinander arbeitend angeordnet, daß die Arbeitsdrücke beider Aggregate in an sich bekannter Weise sich gegeneinander abstützen. Diese Wirkung kann noch dadurch unterstützt werden, daß Getriebepumpe und Getriebemotor vorzugsweise - z. B. bei nach entgegengesetzten Seiten schräggestellten Zylindern von Pumpe und Motor - derart zueinander angeordnet sind, daß sich je die Hochdruck- und Niederdruckseiten beider Aggregate einander gegenüberliegen.To reduce the stresses on the sliding surface, they are also useful Gear pump and gear motor in such a way opposite to each other or against each other working arranged that the working pressures of both units in known per se Way to support each other. This effect can be supported by this be that gear pump and gear motor preferably - z. B. in the case of opposite Sides inclined cylinders of pump and motor - so arranged to each other are that the high-pressure and low-pressure sides of both units are each other opposite.

Es ist bereits ein hydraulisches Getriebe bekannt geworden, das zusammen mit der durchgehenden Antriebswelle über ein gemeinsames Planetengetriebe an den Antrieb angeschlossen ist. Da der Planetenradträger die Antriebswelle unmittelbar antreibt, während das äußere Zentralrad vom Flüssigkeitsmotor angetrieben wird, muß das Zentralrad bei stillstehender Abtriebswelle zunächst entgegengesetzt zur Antriebswelle umlaufen. Mit zunehmender Geschwindigkeit des Flüssigkeitsmotors setzt sich alsdann die Abtriebswelle in Bewegung. Bei Stillstand des Flüssigkeitsmotors hat dieAbtriebswelle eine ganz bestimmte Geschwindigkeit erreicht. Soll nun die Abtriebswelle auf höhere Tourenzahl gebracht werden, so ist die Drehrichtung des Außenzahnrades und damit des Flüssigkeitsmotors gegenüber der bisherigen Drehrichtung umzukehren, worauf die Drehzahl des Abtriebes weiter gesteigert werden kann. Alsdann laufen sowohl das äußere als auch das innere Zentralrad und auch der Planetenträger in gleicher Richtung um, nur mit verschiedenen Geschwindigkeiten. Wenn hier auch von stufenloser Regelbarkeit gesprochen wird, so bedeutet doch die Umsteuerung des Flüssigkeitsmotors eine wesentliche Komplikation sowie auch einen Eingriff in den ruhigen Gang des Antriebes, und das zu einem Zeitpunkt, in dem eine gewisse Leistung an die Abtriebswelle abgegeben werden sollte. Diese Umsteuerung braucht Zeit und kann daher nicht mit stufenloser Regelbarkeit gleichgesetzt werden.There is already a hydraulic transmission known that together with the continuous drive shaft via a common planetary gear to the Drive is connected. Since the planetary gear carrier directly connects the drive shaft drives, while the outer central wheel is driven by the fluid motor, the central wheel must initially be opposite to the output shaft when the output shaft is at a standstill Rotate the drive shaft. With increasing speed of the liquid motor sets then the output shaft starts moving. When the liquid motor is at a standstill the output shaft has reached a certain speed. Should now the Output shaft are brought to a higher number of revolutions, so is the Direction of rotation of the external gear and thus of the liquid motor compared to the previous one To reverse the direction of rotation, whereupon the speed of the output can be increased further can. Then both the outer and the inner central wheel and also the Planet carrier in the same direction, only at different speeds. Even if one speaks of infinitely variable controllability, it still means Reversing the fluid motor is a major complication as well as one Intervention in the quiet gear of the drive, and that at a time when a certain power should be delivered to the output shaft. This change of direction takes time and therefore cannot be equated with infinitely variable control.

Es ist außerdem ein hydrostatisches Getriebe bekannt, bei dem die Abtriebswelle mit dem Glockenrad und eine der Antriebswellen mit dem Sonnenrad fest verbunden sind. Dieses Getriebe arbeitet aber nur durch die Anordnung zweier Planetenradgetriebe und durch das zwischen den beiden Wellen eingeschaltete Flüssigkeitsgetriebe. Dieses Flüssigkeitsgetriebe dient dazu, die Drehzahl der Getriebewelle zu regeln. Dies geschieht durch Verstellen des Pumpengehäuses, so daß eine der beiden hierbei vorgesehenen Pumpen gegebenenfalls keine Flüssigkeit fördert. Diese beiden Pumpen sind im Antrieb einander gleichwertig parallel geschaltet, bilden also im Gegensatz zur Erfindung nicht zwei Aggregate, von denen das eine nur als Pumpe und das andere nur als Motor arbeitet. Daraus resultieren bei dem bekannten Getriebe auch wesentlich andere kinematische Verhältnisse. Es ist daher auch nicht möglich, eine Änderung der Drehrichtung der Getriebewelle ohne Änderung der Drehrichtung des Flüssigkeitsgetriebes zu erzielen, wie dieses gerade bei dem Getriebe nach der Erfindung der Fall ist.There is also known a hydrostatic transmission in which the The output shaft is fixed to the bell wheel and one of the drive shafts to the sun wheel are connected. This gear works only through the arrangement of two planetary gears and through the fluid transmission connected between the two shafts. This Fluid transmission is used to regulate the speed of the transmission shaft. this is done by adjusting the pump housing so that one of the two provided here Pumps may not deliver any liquid. These two pumps are in the drive connected in parallel to each other, so in contrast to the invention not two units, one only as a pump and the other only as a motor is working. This also results in significantly different kinematic in the known transmission Conditions. It is therefore not possible to change the direction of rotation of the To achieve gear shaft without changing the direction of rotation of the fluid gear, as is the case with the transmission according to the invention.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind der Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels zu entnehmen.Further details and features of the invention are given in the description an embodiment shown in the drawing.

Auf der z. B. von einer Fahrzeugbrennkraftmaschine angetriebenen Antriebswelle 10 ist ein Zahnrad 12 lose gelagert, welches mit ihr mittels einer Kupplung 11 gekuppelt werden kann. Das Zahnrad 12 steht mit einem Zahnrad 13 im Eingriff, das die nur schematisch angedeutete Antriebsscheibe 14 für die Kolben 15 der Getriebepumpe P antreibt. Die Achse der Getriebepumpe P ist im Winkel zur Achse der Antriebsscheibe 14 angeordnet, derart, daß z. B. durch Verstellen des Neigungswinkels der Hub des Pumpenkolbens 15 geändert werden kann. Die aus den Zylindern der Getriebepumpe P verdrängte Flüssigkeit wird in nicht näher dargestellter, an sich bekannter Weise den Zylindern des Getriebemotors M zugeleitet; in denen sie mit einem der Winkelstellung des Aggregates M entsprechenden Hub die Kolben 16 antreiben, die dadurch ihrerseits die Antriebsscheibe 17 bzw. das mit dieser fest verbundene Zahnrad 18 und über dieses das lose drehbar auf der Welle 10 angeordnete Zwischenzahnrad 19 antreiben. Die mit den Antriebsscheiben 14 bzw. 17 und den Zahnrädern 13 bzw. 18 fest verbundenen Druckscheiben 20 und 21 sind innerhalb des Lagergehäuses gegeneinander abgestützt, so daß besondere, den Druck auf das Gehäuse weiterleitende Lager vermieden werden.On the z. B. driven by a vehicle internal combustion engine drive shaft 10, a gear 12 is loosely mounted, which is coupled to it by means of a clutch 11 can be. The gear 12 is in engagement with a gear 13, which the only schematically indicated drive pulley 14 for the piston 15 of the gear pump P drives. The axis of the gear pump P is at an angle to the axis of the drive pulley 14 arranged such that, for. B. by adjusting the angle of inclination of the stroke of the Pump piston 15 can be changed. The from the cylinders of the gear pump P displaced liquid is not shown in more detail, known per se fed to the cylinders of the gear motor M; in which they are using any of the angular positions of the unit M drive the piston 16 corresponding stroke, which in turn the drive pulley 17 or the gear 18 firmly connected to this and via this drive the idler gear 19, which is loosely rotatably arranged on the shaft 10. the firmly connected to the drive disks 14 and 17 and the gears 13 and 18, respectively Thrust washers 20 and 21 are supported against each other within the bearing housing, so that special bearings that transmit the pressure on the housing are avoided.

Das Zwischenrad 19 ist gleichzeitig Planetenträger eines Planetengetriebes 22, dessen Planetenräder 23 auf Zapfen 19a am Zwischenrad gelagert sind. Die Planetenräder 23 stehen einerseits mit einem mit der Welle 10 fest verbundenen Sonnenrad 24 und andererseits mit dem Ringrad 25 einer Trommel 26 im Eingriff, die mit der Abtriebswelle 27 fest verbunden und durch eine -Kupplung, z. B. eine Lamellenkupplung 28, mit der Antriebswelle 10 gekuppelt werden kann.The intermediate gear 19 is also the planet carrier of a planetary gear 22, the planet gears 23 of which are mounted on pins 19a on the intermediate gear. The planet gears 23 are on the one hand with a fixedly connected to the shaft 10 sun gear 24 and on the other hand with the ring gear 25 of a drum 26 in engagement with the output shaft 27 firmly connected and by a coupling, z. B. a multi-plate clutch 28, with the drive shaft 10 can be coupled.

An Stelle des dargestellten hydrostatischen Getriebes kann auch ein hydrostatisches Getriebe jeder anderen beliebigen Bauart verwendet werden. Gegebenenfalls können auch Getriebepumpe P und Getriebemotor M räumlich voneinander getrennt angeordnet werden, wobei jedoch die Axialschübe gesondert durch das Getriebegehäuse oder sonstige Abstützteile aufgenommen werden müssen.Instead of the hydrostatic transmission shown, a hydrostatic transmission of any other type can be used. Possibly Gear pump P and gear motor M can also be arranged spatially separated from one another are, however, the axial thrusts separately through the gear housing or other Support parts must be included.

Beim- Anfahrvorgang ist die Kupplung 28 gelöst und die Kupplung 11 eingerückt. Dadurch dreht sich das Zahnrad 12 mit der Drehzahl n1 der Antriebswelle 10. Die Drehzahl n2 der Abtriebswelle 27 ist zunächst gleich Null.During the start-up process, the clutch 28 and the clutch 11 are released indented. As a result, the gear 12 rotates at the speed n1 of the drive shaft 10. The speed n2 of the output shaft 27 is initially equal to zero.

Bezeichnet man das Übersetzungsverhältnis zwischen den Zahnrädern 12 und 13 mit i1, so dreht sich die Antriebscheibe 14 der Pumpe P mit der Drehzahl np = n1 ₧ i1. Diese Drehzahl wird mit dem hydraulischen Übersetzungsverhältnis in auf den Getriebemotor übertragen, der damit die Drehzahl nM = np ₧ in = n1 ₧ in ₧ i1 erhält. Die Antriebsscheibe 17 des Getriebemotors läuft dabei in der gleichen Drehrichtung wie die Getriebepumpe um, so daß die Differenzdrehzahl an der Gleitfläche 29 der Lagerscheiben 20, 21 ein Minimum wird.If the transmission ratio between the gears 12 and 13 is denoted by i1, the drive pulley 14 of the pump P rotates at the speed np = n1 ₧ i1. This speed is transferred with the hydraulic transmission ratio in to the geared motor, which thus receives the speed nM = np ₧ in = n1 ₧ in ₧ i1. The drive pulley 17 of the geared motor rotates in the same direction of rotation as the gear pump, so that the differential speed on the sliding surface 29 of the bearing disks 20, 21 is a minimum.

Bezeichnet man ferner die Übersetzung zwischen Zahnrad 18 und 19 mit i2, so läuft das Zahnrad 19, also der Planetenträger der Planetenräder 23, mit der Drehzahl T=nM ' '2=9Z1 . 'i i2 Zn um. Hat das innere Sonnenrad 24 den Radius r1 und das äußere Ringrad 25 den Radius r2, so ergibt sich bei beliebigem n2 als Verhältnis der Abtriebsdrehzahl zur Antriebsdrehzahl: Man erkennt daraus, daß trotz endlicher Antriebsdrehzahl n' und endlicher Getriebemotordrehzahl die Abtriebsdrehzahl gleich Null wird, wenn Das hydrostatische Getriebe kann daher ohne Belastung anlaufen und auf die günstigste Drehzahl gebracht werden, ohne daß sich das Fahrzeug oder die Abtrebswelle in Bewegung setzen muß.Denoting further the gear ratio between gear 18 and 19 i2, so the gear 19 passes, so the planet carrier of the planet gears 23, with the rotational speed T = nM '' 2 = 9Z1. 'i i2 Zn um. If the inner sun gear 24 has the radius r1 and the outer ring gear 25 the radius r2, the ratio of the output speed to the input speed for any n2 results: It can be seen from this that, in spite of a finite input speed n 'and a finite gear motor speed, the output speed becomes zero if The hydrostatic transmission can therefore start without any load and be brought to the most favorable speed without the vehicle or the drive shaft having to start moving.

Bei Vergrößerung des hydraulischen Übersetzungsverhältnisses R läuft das Fahrzeug bzw. die Abtriebswelle vorwärts, bei Verkleinerung von in rückwärts. Durch passende Wahl von ü und i2 ist es deshalb möglich, mit einem gegebenen hydrostatischen Getriebe jede gewünschte Fahrcharakteristik zu erreichen. Von besonderem Vorteil ist, daß der Regelbereich des hydrostatischen Getriebes sehr klein sein kann, so daß nur der Getriebemotor oder nur die Getriebepumpe geregelt zu werden braucht. Natürlich kann auch eine Regelung sowohl des Getriebemotors als auch der Getriebepumpe vorgesehen sein. Bei geeigneter Wahl der Zähnezahlen kann ferner erreicht werden, daß bei auf volle Leistung eingestelltem hydrostatischem Getriebe die Abtriebsdrehzahl n2 gleich der Antriebsdrehzahl n1 ist. Man kann alsdann beide Wellen durch Einrücken der Kupplung 28 stoßlos starr miteinander verbinden. Zweckmäßig wird hierbei gleichzeitig die Kupplung 11 gelöst, so daß das hydrostatische Getriebe leer mitläuft. Das Ein-und Ausrücken der Kupplung 28 kann hierbei selbsttätig z. B. mittels eines Fliehkraftreglers erfolgen.When the hydraulic transmission ratio R is increased, the vehicle or the output shaft runs forwards, when it decreases in backwards. By appropriate choice of ü and i2 it is therefore possible to achieve any desired driving characteristic with a given hydrostatic transmission. It is particularly advantageous that the control range of the hydrostatic transmission can be very small, so that only the gear motor or only the gear pump needs to be controlled. Of course, regulation of both the gear motor and the gear pump can also be provided. With a suitable choice of the number of teeth it can also be achieved that with the hydrostatic transmission set to full power, the output speed n2 is equal to the drive speed n1. The two shafts can then be rigidly connected to one another in a seamless, rigid manner by engaging the clutch 28. Appropriately, the clutch 11 is released at the same time so that the hydrostatic transmission runs idle. The engagement and disengagement of the clutch 28 can be done automatically, for. B. be done by means of a centrifugal governor.

Bei dieser Schaltung treten als Verlust nur die Leerlaufverluste der Zahnräder 18, 19 sowie des jetzt angetriebenen Getriebemotors M auf. Da diese Verluste bei entsprechender Auslegung sehr gering sind, liegt der Wirkungsgrad des erfindungsgemäß durchgeschalteten Getriebes nahe bei 1000/o.With this circuit, only the no-load losses occur as a loss Gears 18, 19 and the now driven gear motor M on. Because these losses with an appropriate design are very low, the efficiency of the invention is through gearbox close to 1000 / o.

Der Rückwärtslauf der Abtriebswelle 27 wird -nach Stillstand derselben - bei Gleichlauf des Getriebemotors mit der Getriebepumpe mit Hilfe des Planetengetriebes erzielt.The reverse rotation of the output shaft 27 is -after standstill of the same - when the gear motor is synchronized with the gear pump with the aid of the planetary gear achieved.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Hydrostatic axial piston gear with pivotable cylinder drums, consisting of a gear pump and a fluid motor driven hydraulically by this in connection with an additional drive on the output side of the fluid gear motor as a branch from the drive of the gear pump, bypassing the hydrostatic gear with built-in planetary gear between the drive branches and the Output, characterized in that the output shaft (27) is connected to a central gear (25) rotating around the axis of the planetary gear, while the drive branches acting directly via the drive shaft (10) and via the gear motor (M) are connected to another central gear (24 ) and the planet carrier (19a) are connected so that when the output shaft (27) is stationary, the gear members (24, 19a) of the planetary gear connected to the drive shaft (10) and the gear motor (M) rotate in the same direction of rotation.

2. Hydrostatic transmission according to claim 1, characterized in that the output shaft (27) with the outer Ring gear (25), the drive shaft (10), as known per se, with the sun gear (24) and the gear motor (M) is connected to the planet carrier (19a).

3. Hydrostatic Transmission according to claim 1 and 2, characterized in that a clutch (11) is provided, which allows the gear pump to be switched off from the drive, and possibly another clutch, which interrupts the additional drive allowed.

4. Hydrostatic transmission according to claim 1 to 3, characterized by a coupling (28) which is used to connect the additional drive To block or to bridge epicyclic gear allowed.

5. Hydrostatic Gear according to Claims 1 to 4, characterized in that the gear pump and gear motor are arranged in such a way opposite to one another or work against one another in such a way that that the working pressures of both units are mutually exclusive in a manner known per se support, preferably - z. B. with inclined to opposite sides Cylinders - each high-pressure and low-pressure sides of both units are opposite each other.

6. Hydrostatic transmission according to claim 1 to 5, characterized in that of Gear pump and gear motor in a known manner only one of these two Units-z. B. by changing the inclination of the same relative to the drive shaft - is adjustable. Considered publications: German Patent Specifications No. 907 970, 875 303, 555 298; British Patent No. 550,522; U.S. Patent No. 2,362,542.