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Steuervorrichtung zur Einstellung der Neigung der Taumelscheiben stufenlos
regelbarer Flüssigkeitsgetriebe Es sind stufenlos regelbare Flüssigkeitsgetriebe
bekanntgeworden, die aus einer Mehrzylinderpumpe und einem mit dieser in einem geschlossenen
Kreislauf nachgeschalteten mehrzylindrigen Kolbenmotor bestehen, die in einem inneren
Gehäuse zusammengefaßt sind, wobei das Übersetzungsverhältnis durch die Neigungsänderung
der die Kolben von Pumpe und Motor betätigenden Taumelscheiben bestimmt wird. Bei
derartigen Getrieben ist es durch die Erfinder bereits vorgeschlagen worden, daß
die Steuervorrichtung mit Vorwahl arbeitet, mit dem Gehäuse umläuft und aus Zylinder
und Kolben besteht. Nach dem älteren Vorschlag ist der Kolben der Steuerung als
doppelseitig beaufschlagbarer Differentialkolben ausgebildet und der Zylinder an
der Verteilerplatte angeordnet. Der Differentialkolben ist über eine Zugstange an
einer Taumelscheibe angelenkt und nimmt in seinem Inneren einen mit Bohrungen versehenen
Steuerschieber auf, der über eine Zugstange oder ein Hebelsystem und einen Kipphebel
betätigbar ist, wobei die Bohrungen so angeordnet sind, daß mit ihrer Hilfe über
eine Bohrung im Differentialkolben eine Verbindung zwischen den beiden durch den
Kolben voneinander getrennten Zylinderkammern oder der Zylinderkammer mit der Abflußleitung
bewirkt wird.
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Die Erfindung geht von derartigen und ähnlichen Anordnungen aus und
hat sich die Aufgabe gestellt, eine einwandfreie Entlüftung des Treibmittels ohne
jeden konstruktiven Aufwand bei derartigen Getrieben zu schaffen.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Steuervorrichtung der eingangs
geschilderten Art die Mündung des im Steuerkolben vorgesehenen Leitungsteiles, der
bei Neigung der Taumelscheibe in einem Sinne Druckflüssigkeit aus dem Zylinderraum
abführt, unmittelbar an der Außenkante des Steuerkolbens und in dem der Rotationsachse
des Gehäuses nächsten Teil des Zylinderraumes angeordnet ist. Da die Steuervorrichtung
mit dem rotierenden Getriebegehäuse umläuft, werden zusätzliche Kräfte durch die
Rotation entstehen, und Luft und Flüssigkeit werden wesentlich schneller und intensiver
separiert werden, als es bei stationärem Getriebegehäuse möglich wäre. Gerade diese
Wirkung ist aber von besonderer Bedeutung, um zu verhindern, daß feinverteilte Luftbläschen
in der Flüssigkeit bleiben, die infolge der Viskosität des Öles und ihres geringen
Auftriebes bei nichtrotierendem Gehäuse nur schlecht entweichen würden. Die von
der Flüssigkeit separierte Luft wird sich unter Wirkung der Zentrifugalkraft an
der inneren Wand der Steuervorrichtung sammeln, von wo sie durch den Leitungsteil,
der in Nähe der Innenwand der Steuervorrichtung mündet, abgeleitet wird, und zwar
zuerst ehe Druckflüssigkeit austritt. Bei allen betriebsbedingten Schwingungen des
Steuerkolbens um seine genaue Normallage wird laufend weiter Luft abgeführt werden,
so daß eine durchgreifende laufende Entlüftung eintritt.
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Mit Vorteil ist der Steuerkolben in den Randbereichen seiner Stirnflächen
abgeschrägt und der Leitungsteil gegen die Zylinderachse derart geneigt, daß er
auf der abgeschrägten Randfläche etwa senkrecht steht. Diese Maßnahme bringt einen
Großteil der Mündung des Leitungsteiles sehr nahe an die Zylinderwand. Die anderen
Leitungsteile im Steuerkolben und im Verteilerkolben verlaufen parallel zum die
Luft zunächst aufnehmenden Leitungsteil und können insgesamt in Flucht gebracht
werden. Im Verteilerkolben sind Längsaussparungen vorhanden, die vorzugsweise um
die Breite des ersten Leitungsteiles von dem im Verteilerkolben angeordneten Leitungstei.1
getrennt sind und mit dem inneren Leitungsteil des Steuerkolbens zur Verbindung
dieses Leitungsteiles mit der Außenluft in Übereinstimmung gebracht werden können.
Durch diese Ausnehmungen werden Luft und Druckflüssigkeit abgeführt, wobei die Abführung
der Druckflüssigkeit zur Kühlung beiträgt. Auf dem Verteilerkolben ist eine Feder
angeordnet, die sich einerseits gegen den Steuerkolben und andererseits über eine
Buchse gegen den Verteilerkolben abstützt, dessen Ende in der Aussparung des Steuerkolbens
liegt. Die Feder hat die Aufgabe, dafür zu sorgen, daß der, Steuerkolben stets gegen
den Druck der Druckflüssigkeit in der Steuervorrichtung anliegt.
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In der Beschreibung und in den Zeichnungen ist von einem speziellen
Flüssigkeits-Wechselgetriebe ausge-
Bangen. Die vorliegende Erfindung,
die sich auf die Steuervorrichtung bezieht, kann jedoch auch mit Erfolg für andere,
ähnliche hydrostatische Getriebe Verwendung finden.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen stellen dar in Fig. 1
einen Längsschnitt durch das Getriebe, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II
in Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1.
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In den Zeichnungen ist mit 1 das Gehäuse des Getriebes bezeichnet,
dessen Form im wesentlichen zylindrisch ist, das eine Grundplatte und in Längsrichtung
verlaufende Kühlrippen besitzt. Das Gehäuse 1 enthält das Getriebe, das in Längsrichtung
des Gehäuses angeordnet ist. Die Verdrängerpumpe ist allgemein mit 2 bezeichnet,
während der Verdrängermotor mit 3 bezeichnet ist. Die Antriebswelle 4 dreht bei
ihrem Umlauf über, eine Nutverbindung 19, die an ihrem Ende vorgesehen ist, den
Zylinderkörper 6 der Pumpe 2. Koaxial zur Pumpe 2 und derselben zugewandt, ist der
Motor 3 angeordnet, dessen Zylinderkörper, unter 7 dargestellt ist, weiterhin die
Taumelscheibe 8, die verschwenkt werden kann und die Kolbenstangen trägt. Die Taumelscheiben
5 und 8 sind an dem umlaufenden Gehäuse 9, das starr mit der Abtriebswelle 10 verbunden
ist, so angelenkt, daß sie verschwenkt werden können. Der Verteiler 11 ist starr
mit dem gleichen Gehäuse 9 verbunden. Auf den Verteiler 11 stützen sich die beiden
Zylinderkörper 6 bzw. 7 der Pumpe 2 bzw. des Motors 3 ab. Die Gegenwelle 12 ist
feststehend und verhindert die Drehung sowohl des Ringes 13, der die Kolbenstangen
trägt, als auch des Zylinderkörpers 7. Die Flüssigkeit für die hydraulische Verbindung
zwischen Verdrängerpumpe 2 und Verdrängermotor 3 wird durch eine Zahnradpumpe 14
geliefert.
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Zwei Drehzapfen 33 sind in einer Ebene mit der Ebene der Taumelscheibe
5 angeordnet, und um diese beiden Drehzapfen kann die Taumelscheibe verschwenkt
werden. Die beiden Drehzapfen liegen in Lagerungen des umlaufenden Gehäuses 9.
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Mit Augen versehene Ansätze 34 und 35 an der äußeren Kante der Taumelscheibe
5 gestatten es, die Taumelscheibe 5 mit der Zugstange 154 der Steuerung 148 und
der Stange 36 zu kuppeln, die die Taumelscheiben 5 und 8 miteinander verbindet.
Die Stange 36 greift andererseits an einen Ansatz 38 an der Außenseite der Taumelscheibe
8 an. Es sind Gelenke 91 am umlaufenden Gehäuse 9 zum Verschwenken der Taumelscheibe
8 vorgesehen.
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Der Verteiler 11 ist durch Schrauben 96 starr mit den Ansätzen 95
des umlaufenden Gehäuses 9 verbunden. Er trägt an jeder seiner Oberflächen an der
Stirnseite kreisringförmige Aussparungen 97, 98, die paarweise miteinander verbunden
sind (Fig.2). Die Aussparungen sind längst eines inneren Kreises des Verteilers
angeordnet und bilden die Verteileröffnungen für die Flüssigkeit zwischen Pumpe
und Motor.
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Die durch die Pumpe 14 gelieferte zusätzliche Flüssigkeit erreicht
die Leitung 99, die im Verteiler 11 vorgesehen ist, indem sie durch den freien Raum
tritt, der zwischen der Antriebswelle 4 und der Gegenwelle 12 verbleibt, und gelangt
durch die Aussparung 82 in den Verteiler. Die zusätzliche- Flüssigkeit wird dem
Teil des hydraulischen Kreislaufs zugeführt, in dem der Druck geringer ist als der
Druck des restlichen Teiles. Zu diesem Zweck ist ein Ventilsystem aus zwei Zylinderventilen
100 und 101 für die Verbindung 99 vorgesehen. Die Anordnung gestattet es, daß die
aus der Leitung 99 eintretende Flüssigkeit das Ventil öffnet, hinter dem in den
verbundenen Aussparungen ein Druck überwiegt, der geringer ist als der der Zusatzflüssigkeit,
die durch die Druckpumpe gefördert wird, während das zweite Ventil durch den Druck,
der in der dahinterliegenden Aussparung herrscht und größer ist als der Druck in
der Leitung 99, geschlossen gehalten wird.
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In Verbindung mit den Leitungen, in denen die Ventile 100 und 101
liegen und rechtwinklig zu diesen Leitungen sind die Leitungen 109 und 110 angeordnet,
die dazu dienen, die Flüssigkeit der Servosteuerung 148 zum Verschwenken der Taumelscheiben
5 und 8 zuzuführen. Die Leitungen 109 und 110 werden durch die Nadelventile
178 bzw. 179 verschlossen, die einen radialen und einen Stirnverschluß besitzen.
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Wie bereits gesagt, ist der Verteiler 11 starr mit dem umlaufenden
Gehäuse 9 verbunden und dreht sich daher sowohl in Bezug auf den Zylinderkörper
6 der Pumpe 2 als auch in Bezug auf den Zylinderkörper 7 des Motors 3. Die Aussparungen
97 und 98 verbinden durch diese Relativdrehung abwechselnd die Zylinder 39 der Pumpe
mit den Zylindern 53 des Motors, und die durch die Kolben der Pumpe geförderte Druckflüssigkeit
betätigt abwechselnd und unter festgelegten Bedingungen die Kolben des Motors 3.
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Am unteren Teil des Verteilers 11 ist ein Gegen= gewicht 135 angebracht,
das, wenn das Gehäuse 9 umläuft, die Unwucht kompensiert, die durch die diametral
gegenüberliegende Steuerung 148 verursacht wird.
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Die Steuervorrichtung 148 für die Taumelscheiben besteht aus verschiedenen
Elementen, die mechanisch miteinander verbunden sind. Die Handsteuerung wird durch
ein Handrad 136 vorgenommen, das eine Steuerschraube 137 betätigt, die mit einer
festen Gewindebuchse 138 arbeitet. Das Ende 139 der Steuerschraube 137 wird
je nach Drehrichtung des Handrades 136 gehoben oder gesenkt. Wenn das Ende 139 gesenkt
wird, drückt es einen Arm eines zweiarmigen Kontrollhebels 140 nach unten. Dieser
Hebel ist in seiner Mitte angelenkt, sein zweiter Arm, der etwa rechtwinklig zum
ersten steht, bildet eine Gabel, die die Gegenwelle 12 umfaßt. Wenn der erste Arm
gesenkt wird, wird die Gabel entlang der Gegenwelle 12 verschoben und schiebt einen
Druckring 141 vor sich her. Die innere Fläche des Druckringes besitzt Nuten und
gleitet auf dem genuteten Teil 72 der Gegenwelle 12, so daß der Ring 141
durch die Gegenwelle 12 drehfest gehalten wird. Der Ring 141 wird durch einen gesteuerten
Ring 142 geführt, der innerhalb einer Verlängerung 143 gleitet, die das Gegenlager
für das umlaufende Gehäuse 9 im Lager 26 bildet. Der Ring 142 seinerseits drückt
während seiner Bewegung auf einen Arm des Steuerungsumkehrhebels 144, der, gabelförmig
ausgebildet, die Gegenwelle 12 umgibt. Der Steuerungsumkehrhebe1144 ist an einem
Ansatz 145 des umlaufenden Gehäuses 9 angelenkt, sein anderer Arm 146 wirkt auf
das Bindeglied 147, das die Servosteuerung 148 steuert.
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Die Steuerung 148 besteht aus einem Hohlkörper 149, der durch einen
Stopfen 150 verschlossen ist, so daß ein Zylinderraum 151 gebildet wird. Im Raum
151 und dem Stopfen 150 gleitet ein Kolben 152. Der Körper 149 der Steuerung trägt
an seinen Seiten Ösen für die Verbindung mit dem umlaufenden Gehäuse 9.
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Der Kolben 152 ist in Längsrichtung durchbohrt. Der Boden des Körpers
149 ist gleichfalls in Längsrichtung durchbohrt, um das Gleiten eines Verteilerkolbens
153
zu gestatten, dessen eines Ende mit dem Bindeglied 147 durch Gelenk und Zapfen verbunden
ist. Zwei Ösen 161 erlauben, daß das freie Ende des Kolbens 152 mit der. Zugstange
154 der Steuerung 148 verbunden wird, die wiederum an den Ansatz 34 der Taumelscheibe
5 angelenkt ist.
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In der Aussparung 155, die durch die erwähnte Längsbohrung im Kolben
152 gebildet ist, und um den Verteilerkolben 153 ist eine Feder 156 für die. Rechtsbewegung
des Kolbens 153 angeordnet (Richtungsangabe bezogen auf Fig. 1). Die Feder 156 wird
durch eine Buchse 157 gehalten, die am Verteilerkolben 153 befestigt ist und sich
mit ihrem anderen Ende gegen eine Schulter innerhalb der Aussparung 155 des Kolbens
152 abstützt. Der Kolben 152 weist eine schräge, durchgehende Bohrung auf, die aus
zwei Leitungsteilen 158 und 158' besteht, die durch den Verteilerkolben 153 getrennt
sind. Auch der Verteilerkolben 153 enthält eine schräge Bohrung 159. Die Bohrungen
158, 158' und 159 bilden, wenn sie sich in einer Flucht befinden, eine fortlaufende
Leitung. Eine Längsaussparung 160 ist über eine gewisse Länge des Verteilerkolbens
153 an der Seite zur Bohrung 158 und in deren Ebene vorgesehen.
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Nachdem nunmehr die Teile der Steuerung 148 beschrieben sind, soll
im folgenden die Wirkungsweise dieser Steuerung beschrieben werden.
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Im Teil 151' der Aussparung 151 an der rechten oder inneren Seite
des Kopfes des Kolbens 152 kommt die Flüssigkeit aus den Kanälen 109 und 110 des
Verteilers 11 (Fig. 2) an. Es herrscht daher bei 151' stets der Druck, der von dem
Ausstoß der Pumpe 2 bestimmt wird. Auf eine Bewegung des Bindegliedes 147 auf die
linke Seite der Fig. 1 zu, die durch die Betätigung des Handrades 136 bewirkt wird,
wird der Verteilerkolben 153 nach links gezogen. Vorausgesetzt, daß die Anfangsbedingungen
gleich denen sind, die in Fig. 1 dargestellt sind, wird der Leitungsteil 158' mit
der Aussparung 160 übereinstimmen. Die im Raum 151 enthaltene Flüssigkeit wird sodann
durch die Leitung 158', die Aussparung 160 und die Bohrung 155 treten und durch
die Öffnung 162, die im Kolben 152 vorgesehen ist, nach der Außenseite der Steuervorrichtung
abgegeben werden. Die unter Druck stehende Flüssigkeit, die im Raum 151' vorhanden
ist und auf die innere Fläche des Kopfes des Kolbens 152 wirkt, veranlaßt, daß der
Kolben nach links (bezogen auf Fig. 1) verlagert wird. Diese Verschiebung wird anhalten,
bis der Leitungsteil 158' auf Grund der Verschiebung des Kolbens 152 zur linken
Seite nicht mehr in Übereinstimmung mit der Aussparung 160 steht, d. h., wenn der
Leitungsteil 158' dem festen Teil des Verteilerkolbens 153 gegenübersteht, der zwischen
dem Leitungsteil 159 und der Aussparung 160 verblieben ist. Der Kolben 152 kann
sich nicht über die geschilderte Stellung nach links bewegen, da in diesem Fall
die im Raum 151' vorhandene Flüssigkeit auf Grund der Flucht der Leitungsteile 158,
159 und 158', die durch diese Bewegung hervorgebracht wird, zur Aussparung 151 weiterfließt
und daher der Druck im Raum 151 gleich dem im Raum 151' ist.
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Der Unterschied zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen
des Kolbenkopfes 152, von denen eine, nämlich die dem Raum 151' entsprechende, auf
Grund des Vorhandenseins der Kolbenstange kleiner ist, würde von der Seite des Raumes
151 einen größeren Druck ausüben, der zu einem Druck des Kolbens 152 auf die rechte
Seite der Fig. 1 führen würde. Die Gleichgewichtsstellung für den Kolben 152 wird
daher an dem geschilderten mittleren Punkt erreicht (wie in Fig. 1 dargestellt),
d. h., wenn der Leitungsteil 158 sich in Flucht mit dem stehengebliebenen Teil des
Verteilerkolbens 153 zwischen dem Leitungsteil 159 und der Aussparung 160 befindet.
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Der Verteilerkolben 153 wird durch die Ausdehnung der Feder 156 in
Fig. 1 nach rechts gedrückt. Die Feder ist durch die im vorstehenden beschriebenen
Vorgänge zusammengedrückt worden, sie tritt jedoch nur dann in Tätigkeit, wenn durch
Betätigung des Handrades 136 in entgegengesetzter Richtung als vorher das Bindeglied
147 sich nach rechts verlagern kann. Durch die Verlagerung des Verteilerkolbens
nach rechts kommen die Leitungsteile 158, 158' und 159 in eine Flucht, und die Flüssigkeit
in dem Raum 151, die den gleichen Druck besitzt wie die Flüssigkeit in 151', bewirkt
daher auf Grund der genannten Gründe eine Rechtsbewegung des Kolbens 152, bis der
genannte Gleichgewichtszustand erreicht ist. Diese Stellung entspricht der des Verteilerkolbens
153.
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Die Gleichgewichtsstellung des Kolbens 152 wird immer, dann erreicht,
wenn der Leitungsteil 158 sich in einer mittleren Stellung zwischen dem Leitungsteil
159 und der Aussparung 160 befindet. Jede Stellung des Verteilerkolbens 153 besitzt
daher eine einzige entsprechende Stellung des Kolbens 152. Die Flüssigkeit, die
innerhalb des Raumes 151 vorhanden ist, fließt, wie im vorstehenden ausgeführt,
bei einer bestimmten Stellung des Verteilerkolbens 153 durch den Leitungsteil 158',
und die Aussparung 160 wird durch die Leitung 162 abgeführt: Bei der Abführung der
Flüssigkeit durch den Leitungsteil 158' (und Längsaussparung 160), dessen Eingangsöffnung
in Richtung auf den Teil des Raumes 151 angeordnet ist, der näher der Rotationsachse
des Getriebes liegt, wird Luft, die eventuell in dem Raum 151 enthalten sein kann,
abgeführt, wobei diese Luft in Nähe der Mündung des Leitungsteiles 158' angesammelt
wird, da auf Grund der Drehbewegung des zylindrischen Gehäuses 9 und der damit verbundenen
Servosteuerung 148 die Flüssigkeit durch Zentrifugalkräfte dazu neigt, sich im äußeren
Teil des Raumes 151, bezogen auf die Drehachse des Getriebes nahe der Eingangsöffnung
des Leitungsteiles 158', zu sammeln. Diese Anordnung gestattet es, daß Luft, die
schließlich in den Raum 151 gelangt ist, vor der Flüssigkeit ausgeschieden wird,
da diese Luft für die Wirkung der Steuerungseinrichtung schädlich wäre.
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Die Betätigung des Verteilerkolbens 153 und die darauffolgende entsprechende
Bewegung des Kolbens 152 bewirken, daß über den Stempel 154 die Taumelscheibe 5
der Verdrängerpumpe 2 gekippt wird. Die Taumelscheibe 5 kann ihre Stellung von rechtswinklig
zur Rotationsachse des Getriebes bis zu einer Schrägstellung in bezug auf die Achse
ändern.
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Statt des Steuerhandrades 136 kann eine hydraulische Steuerung vorgesehen
werden, die die Steuer schraube 137 steuert und durch Flüssigkeit gespeis wird,
die durch die gleiche Druckpumpe 14 geliefert wird. Diese hydraulische Vorrichtung
wird mit elektromagnetischen Einrichtungen für ihre Steuerung versehen und infolgedessen
auch für die getrennte Steuerung der Übersetzungsverhältnisse des Getriebes.