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Hydraulisches Getriebe Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische
Getriebe für veränderbare Umlaufgeschwindigkeiten zur ununterbrochenen Weiterleitung
einer Drehbewegung der Gattung, die eine Pumpe und einen hydraulischen Motor enthalten.
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Der Wirkungsgrad von hydraulischen Getriebeeinrichtungen ist noch
verbesserungsfähig. Ein beträchtlicher Kraftverlustanteil ist der Rohrreibung in
den Kanälen zwischen der Pumpe und dem Motor sowie der mechanischen Reibung und
dem Strömungsmitteldurchlaß in den Ventilanordnungen zuzuschreiben, die die Flüssigkeitsströmung
durch diese Durchgänge regulieren, einschließlich z. B. der Drehung einer Zylindersteuertläche
gegen eine ortsfeste Ventilplatte.
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Es sind hydraulische Getriebe bekannt, bei denen die Pumpen- und Motorkörper
wie auch eine Wand stationär sind. Ventilringgheder lagern dabei gegen ortsfeste
Flächen. Bei einer anderen Einrichtung dreht sich das ganze Gehäuse, welches die
Pumpen-und Motorkörper sowohl wie exzentrische Ventilringe enthält, als eine Einheit.
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Bei einer weiteren bekannten Getriebeanordnung ist eine ventilplattenförmige
Trennwand vorgesehen, die einen Teil des Gehäuses und daher hinsichtlich der Drehung
der Pumpen- und Motorkörper einen feststehenden Teil bildet. Es sind auch ortsfeste
Dichtungen vorhanden, die in Nuten der feststehenden ventilförmigen Trennwand eingepaßt
sind.
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Nach einer anderen Bauart bildet eine Ventilplatte einen Teil des
Gehäuses und überträgt den Antrieb als Reaktionsantrieb an eine Welle.
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Der Erfinder hat den bekannten Konstruktionen gegenüber schon ein
verbessertes hydrostatisches Getriebe hergestellt, das in dem deutschen Patent 1093159
beschrieben ist und in dem die umlaufenden Pumpen- und Motorkörper Durchlaßorgane
aufweisen, die in wechselseitiger Berührung unmittelbar gegenüberliegen, so daß
die Oberfläche des einen Durchlaßorgans als ein Ventil für die Durchlässe des anderen
Durchlaßorgans dient und die Notwendigkeit für eine dazwischentretende ortsfeste
Ventilplatte, wie sie früher benutzt wurde, vermieden wird. Um den Durchlässen eine
überdrehung, aber verschiedene Drehbahnen zu geben, damit die erforderliche Ventilwirkung
erhalten wird, sind die Pumpen- und Motorachsen gegeneinander versetzt.
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Die gestellte Aufgabe besteht in der Weiterentwicklung der vorerwähnten
Vorrichtung, insbesondere soll die Verwendung einer ortsfesten Ventilplatte vermieden
werden. Die Erfindung ermöglicht es außerdem, daß die Pumpe und der hydraulische
Motor koaxial angeordnet sind, so daß auf diese Weise die Konstruktion und der Ausgleich
von Schubbelastungen vereinfacht und der gleichmäßige Wechsel in der wirksamen Durchlaßöffnungsfläche
erleichtert wird, der zum gleichmäßigen und ruhigen Betrieb notwendig ist.
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Die gestellte Aufgabe soll vermittels eines hydraulischen Getriebes
gelöst werden, bei dem einzeln drehbare koaxiale Pumpen- und Motorkörper versehen
sind, die gegenüberliegende axiale Kanäle und einen eingefügten, drehbaren Ventilring
aufweisen; erfindungsgemäß ist bei dieser Getriebeanordnung der Ventilring in direkter
Berührung zwischen den Pumpen- und Motorkörpern exzentrisch frei drehbar und hat
zwei getrennte Durchlässe für die Übertragung des Arbeitsmittels zwischen den Kanälen.
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Die beiden getrennten Durchlässe in dem Ventilring können durch Schlitze
und Kanäle einerseits und die Ringöffnung andererseits gebildet sein.
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Gegenüber den bekannten Getriebeeinrichtungen zeigt die Erfindung
also die Kombination, die in einzeln. oder zusammen drehbaren Pumpen- und Motorkörpern
in direkter Berührung mit einem exzentrisch eingefügten, frei drehbaren Ventiking
besteht, der zwei getrennte Durchlässe für die Arbeitsmittelübertragung aufweist.
Dadurch
wird dafür gesorgt, daß der Ventilring eine gleichmäßige Ventilsteuerung der Durchlässe
bewirkt, wie sie mit einer ortsfesten Ventilplatte erzielt werden kann. Durch die
erfindungsgemäße Anordnung wird außerdem der Vorteil erreicht, daß die Reibungsverluste
im Getriebe wesentlich vermindert werden, weil der Ventilring mit dem Pumpen- und
Motorkörper rotieren kann.
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Aus konstruktiven Gründen kann ein Durchlaß durch den Ventilring unterteilt
sein, oder er kann durch untereinander verbundene Durchlässe gebildet sein, z. B.
durch getrennte Bohrungen oder Schlitze, die sich an jedem Ende in einen gemeinsamen
Kanal öffnen.
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In dem Falle von Pumpen- und Motorkörpern mit axial gegenüberliegenden
Durchlässen mit einer gemeinsamen koaxialen Umlaufbahn kann die Trennung der Druck-
und Saugkanäle durch einen axial eingefügten Ventilring durch Versetzen der Achse
des Ventilringes erreicht werden, so daß zwei bogenförmige Durchlässe von verschiedenen
Mittelradien durch ihn hindurch diesbezüglich die Bahn der Durchlässe durch zwei
gegenüberliegende Sektoren überdrehen. Einer der bogenförmigen Durchlässe kann ein
regelmäßiger Ringraum sein, während der andere halbmondförmige Gestalt haben kann,
die durch die öffnung des Ventilringes gebildet wird, der um eine Welle herum exzentrisch
liegt.
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Die Ventilringdurchlässe haben ständig ihre volle konstante Schluckfähigkeit
für die Übertragung des Arbeitsmittels, und dementsprechend wird die wirksame Öffnung
der Durchlässe nur durch Versperrung der Durchlässe selbst durch die Ventilringflächen
gesteuert und hängt nicht von der veränderlichen Deckung der Durchlässe mit einer
Aufeinanderfolge von Ventihßngdurchlässen ab. Die Ventilwirkung an den Durchlässen
ist auf diese Weise gleichmäßig progressiv von der Öffnung durch das Maximum zum
Schließen, wenn die Durchlässe in die Sektoren eintreten, durch sie hindurchgehen
und sie verlassen, in welchen sie die diesbezüglichen Durchlässe des Ventilringes
überlappen.
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Der Ventilring nach der Erfindung sorgt daher für eine gleichmäßige
Ventilsteuerung der Durchlässe, wie sie mit einer ortsfesten Ventilplatte erzielt
werden kann, aber mit dem schon erwähnten Vorteil, daß die Reibungsverluste wesentlich
vermindert werden, weil der Ventilring mit den Pumpen- und Motorkörpern rotieren
kann und, abgesehen von der Relativbewegung infolge seiner leichten Exzentrizität,
eine Gesamtrelativbewegung hat und daher einen Reibungsverlust, der, wenn überhaupt,
nur demjenigen zwischen Pumpen- und Motorkörper äquivalent ist.
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Um eine dichte Flächenberührung zwischen den axial gegenüberliegenden
Flächen .der Pumpen- und Motorkörper und einem axial eingefügten Ventilring zu sichern,
kann der Ventilring aus axial untereinander zusammenpassenden Ringen zusammengesetzt
sein, die für sich federnd belastet sind, um in Axialrichtung zu drücken und gegen
die gegenüberliegenden Flächen der Pumpen- und Motorkörper abzudichten.
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Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
an Hand von Ausführungsbeispielen weiter beschrieben. In den Zeichnungen ist Fig.
1 ein schematischer Axialschnitt des Mittelteils des hydrostatischen Getriebes mit
radialen Kolben und Zylindern, Fig. 2 ein Schnitt durch die Mitte von Fig. 1, Fig.
3 ein Axialschnitt eines hydraulischen Getriebes für veränderbare Geschwindigkeit
nach der Erfindung, Fig. 4 ein Schnitt, dessen linke Seite dem Schnitt nach der
Linie A-A in Fig. 3 entspricht, um die Pumpe zu zeigen, und dessen rechte Seite
dem Schnitt nach der Linie B-B in Fig. 3 entspricht, um den Motor zu zeigen, Fig.
5 ein Schnitt in größerem Maßstab des Ventilringes des Getriebes nach den Fig. 3
und 4 und Fig. 6 ein Schnitt ähnlich Fig. 2, um die Anordnung des Ventilringes des
Getriebes nach Fig. 3 und 4 zu zeigen.
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In den Darstellungen nach Fig. 1 und 2 bezeichnet 1 die Pumpe, 2 den
Motor, 3 den Ventilring, während 4 eine Welle ist, auf welcher die Pumpe und der
Motor um die Achse x-x umlaufen. Mit 5 ist ein Kugellager bezeichnet, in welchem
sich der Ventilring 3 frei um die Achse y-y drehen kann.
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Die Pumpe und der Motor weisen axial gegenüberliegende Durchlässe
6 bzw. 7 auf, und der Ventilring 3 hat einen Druckübertragungskanal, der aus einem
Ring mit vier Quadrantschlitzen 8 besteht, die sich an jedem Ende in einen Ringkanal
9 in jeder Stirnfläche des Ringes erweitern. Wie immer auch die relative Winkelstellung
oder Drehung des Ventilringes ist, gehen die Durchlässe 6 und 7 durch den Drucksektor
T (Fig. 2) hindurch, die durch die Kanäle 9 und die Quadrantschlitze 8 wie durch
einen konstanten Durchgang miteinander verbunden sind. Die horizontale Schraffierung
der Durchlässe in dem oberen Teil von Fig. 2 zeigt ihre wirksame Öffnung durch den
Drucksektor T.
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Den Saugschlitz des Ventilringes 3 bildet die Ringöffnung 10, die
von einem größeren Durchmesser als die Welle 4 ist, um dadurch einen halbmondförmigen;
konstant offenen Durchgang durch den Saugsektor R hindurch zu bestimmen. Die senkrechte
Schraffierung der Durchlässe in dem unteren Teil von Fig. 2 zeigt ihre wirksamen
Öffnungen durch den Saugsektor R hindurch.
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Die Anwendung der konstruktiven Ausführung der Erfindung ist in den
Fig. 3 und 4 an einem hydraulischen Getriebe für veränderbare Geschwindigkeit gezeigt.
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In diesem Getriebe sind der Pumpenzylinderblock und der Motorzylinderblock
drehbar durch Rollen-Lager 11 bzw.12 koaxial in einem geschlossenen Gehäuse 13 mit
einer Eingangswelle 14 und einer Ausgangswelle 15 angebracht.
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Die Pumpenkolben 16 und die Motorkolben 17 sind etwas geneigt und
haben sphärische Böden, durch welche sie sich gegen einen umgebenden Ring 18 für
die Pumpe und 19 für den Motor stützen, die in jedem Falle durch den Innenlaufring
eines Rollenlagers vorgesehen sind. Die Neigung und die sphärischen Böden der Kolben
erzeugen eine Kolbendrehung mit rollender Bewegung an den Abstützringen, und dies
vermindert den Verschleiß und verbessert den Wirkungsgrad.
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Der Pumpenabstützring 18 wird durch seinen äußeren Lagerring in einem
Rahmen 20 gehalten, der in Führungen 21 in dem Gehäuse 13 senkrecht verschiebbar
und zwischen einer doppeltwirkenden Federverbindung 22 an der Spitze und einem Kolben
in einem hydraulischen Steuerzylinder 23 am Boden aufgehängt ist. In der neutralen
Stellung des Rahmens 20 ist der Ring 18 mit der Achse des Pumpenzylin= derblockes
konzentrisch, und die Drehung des Blockes
durch die Eingangswelle
14 erzeugt keine Hin- und Herbewegung der Pumpenkolben 16. Mittels des im hydraulischen
Steuerzylinder 23 verschiebbaren Kolbens kann der Ring 18 in einem gewünschten Ausmaß
exzentrisch eingestellt werden, um die Hin- und Herbewegung der Kolben 16 mit einem
Hub zu bewirken, der von der eingestellten Exzentrizität des Ringes abhängt. Diese
Steuerungsart durch veränderliche Exzentrizität eines Stützringes in solchen hydraulischen
Getrieben ist wohlbekannt.
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Der Motorabstützring 19 ist durch seinen äußeren Lagerring in dem
Gehäuse so angebracht, daß er eine konstante Exzentrizität zu der Achse des Motors
2 hat.
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Die Pumpen- und Motorzylinder bilden durch ihre Durchlässe 6 und 7
und die Kanäle 8, 9 und 10 eines Ventilringes, der allgemein mit 3 bezeichnet ist
und frei drehbar in dem Kugellager 5 zwischen den Pumpen- und Motorzylinderblöcken
angebracht ist, einen geschlossenen Stromkreis, der mit öl gefüllt ist.
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Bei Drehung der Pumpe 1 durch die Eingangswelle 14 stützen sich die
Pumpenkolben 16 nach auswärts unter der Zentrifugalkraft an ihrem Stützring 18 ab,
aber da dieser für den normalen Antrieb sich in einer exzentrischen Lage befindet,
werden die Kolben aufeinanderfolgend in ihre Zylinder gedrückt und verdrängen Öl
unter Druck durch ihre Durchlässe 6, die Kanäle 8, 9 und die Motordurchlässe 7.
Das Drucköl verdrängt die Kolben 17 nach auswärts gegen den exzentrischen Ring 19,
und die Reaktion ihres Auswärtsdruckes hat eine Winkelkomponente, welche die Drehung
des Motorzylinderblockes erzeugt, welche die Auswärtsbewegung der Motorkolben gestattet,
während sie unter dem Druck von der Pumpe stehen. Die Drehung des Motorzylinderblockes
bewirkt, durch die Reaktion mit dem Stützring 19 bedingt, daß sich die Kolben, welche
nicht unter dem Arbeitsmitteldruck stehen, nach einwärts bewegen, um das öl durch
die Durchlässe 7, die Ringöffnung 10 und die Durchlässe 6 an die Pumpenzylinder
bei den Ansaugehüben der Pumpenkolben zurückzufördern.
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Durch Änderung der Exzentrizität des Stützringes 18 vermittels des
im Zylinder 23 verschiebbaren Kolbens wird der Pumpenkolbenhub und so die Leistung
geregelt. Da die Exzentrizität des Stützringes 19 des Motors konstant ist, hat der
Motor konstanten Hub und Schluckfähigkeit; eine Änderung der Pumpenleistung erzeugt
eine proportionale Änderung des Übersetzungsverhältnisses. Durch diametralen Wechsel
der Richtung der Exzentrizität des Pumpenstützringes 18 kann die Drehrichtung des
Motors umgekehrt werden. Die Quadrantschlitze 8, 9 dienen dann als Saug- und die
Ringöffnung 10 als Druckkanal.
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Aus den Fig. 1 und 2 geht hervor, daß die Achse y-y des Ventilringes
3 gegen die Pumpen- und Motorachse x-x versetzt ist. In dem Getriebe nach den Fig.
3 und 4 ist diese Versetzung horizontal, so daß die Druck- und Saugsektoren, wie
in Fig. 6 gezeigt ist, vertikal geteilt sind anstatt horizontal wie in Fig. 2. Jedoch
ist zum Zwecke der Erläuterung der Ventilring 3 in Fig. 3 um 90° versetzt aus seiner
Stellung gezeigt.
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Es ist ersichtlich, daß die Quadrantschlitze 8 und die ringförmigen
Kanäle 9 des Ventilringes 3 einen konstanten Querschnitt bilden, der zum Öffnen
der Durchlässe 6 und 7 während einer Betriebsphase dient. Ebenso bildet die Öffnung
des Ventilringes 3, die sich rund um die Ausdehnung der Welle 14 erstreckt, einen
halbmondförmigen konstanten Ringkanal 10, der wiederum zum Öffnen der Durchlässe
6 und 7 während der weiteren Betriebsphase ihrer Drehung herangezogen wird.
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Die Durchlässe 6 und 7 sind so profiliert, daß eine wirksame Überdeckung
vorhanden ist, wenn sie sich zwischen den beiden Sektoren befinden. Die Durchlässe
öffnen sich auch in die Ventilringdurchgänge mindestens proportional zur Kolbenverschiebung,
so daß keine Öldrosselung an den Durchlässen vorhanden ist.
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Die gegenüberliegenden Flächen der Zylinderblöcke und des Ventilringes
werden durch das Öl des hydraulischen Stromkreises gut geschmiert und werden durch
ein Axiallager 24 an dem Hinterende der Verlängerung der Eingangswelle 14 zusammengedrückt.
Wenn das Getriebe in umgekehrter Richtung läuft, befindet sich die Ringöffnung 10
des Ventilringes 3 unter Arbeitsmitteldruck, und um Leckagen über das Schublager
24 hinaus zu verhindern, ist eine Flächendichtung 25 vorgesehen.
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Um die wirksame Dichtung zwischen den Flächen der Zylinderblöcke und
des Ventilringes zu sichern, ist es zweckmäßig, den Ventilring durch axial ineinanderpassende
Ringe herzustellen, welche federnd voneinander gedrückt werden, so daß sie in Axialrichtung
drücken und gegen die mit den Durchlässen versehenen Flächen der Zylinderblöcke
abdichten.
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Wie Fig.5 zeigt, besteht der Ventilring aus vier Ringen; einem äußeren
Trägerring 26, einem Paar Enddichtungsringen 27 und 28 und einem inneren Dichtungsring
29. Die Außen- und Innenringe 26 und 29 haben Umfangskanäle, in welchen Gummiringdichtungen
30 angeordnet sind, um den Austritt des Öles aus oder zu den Durchgängen 8, 9 zu
verhindern, die in den Endringen 27 und 28 vorgesehen sind, sowie die Ringöffnung
10.
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Die Enddichtungsringe 27 und 28 sind axial nach auswärts belastet,
um gegen ihre Zylinderblockflächen abzudichten, und zwar durch den öldruck auf die
axial gegenüberliegenden Flächen der Endringe und des Innenringes 29. Dieser Druck
ist bei F wirksam, wenn das Getriebe vorwärts läuft und wenn die Kanäle 8, 9 unter
Druck stehen, oder bei G, wenn das Getriebe in umgekehrter Richtung läuft und die
Ringöffnung 10 unter Druck steht.
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Die Ringe 27, 28 und 29 sind unsymmetrisch hergestellt hinsichtlich
ihrer axial gegenüberliegenden Stirnflächen, so daß der Innenring 29 unter der Wirkung
von Öldruck in jeder Richtung eine positive Kraft überträgt. Wenn der Druck bei
F wirkt, wird der Innenring 29, wie in Fig. 5 gezeigt, mit dem Endring 27 nach links
gedrückt, wohingegen, wenn der Druck bei G wirkt, der Innenring nach rechts gegen
den Endring 28 gedrückt wird.
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In jedem Falle werden die Endringe wirksam auseinandergedrückt, um
gegen ihre diesbezüglichen Zylinderblockflächen abzudichten.
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Etwas Ölverlust aus dem Pumpen- und Motorstromkreis ist unausbleiblich.
Um diese Leckölverluste zu ersetzen, wird Öl aus dem Sumpf des Gehäuses durch eine
von der Welle 14 angetriebene Hilfspumpe 31 in eine abgedichtete Ringkammer 32 gepumpt,
die sich rund um die Welle 14 herum erstreckt und von welcher Durchgänge 33 in der
Welle 14 das öl an eine winklig im Abstand angeordnete Reihe von federbelasteten
Auffüllventilen 34 führen, welche sich öffnen, um Öl an die Pumpenzylinder
beim
Ansaugen zuzulassen, wenn immer der Druck unter den an den Ventilen 34 eingestellten
Federdruckwert fällt.