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Aus einem hydrostatischen Getriebe und einem mechanischen Wechselgetriebe
bestehende Kraftübertragung _ -Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisches
Getriebe, das in Verbindung mit einem mechanischen Wechselgetriebe zur Kraftübertragung
von einer Kraftquelle auf eine Last dient. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung.
wird das hydrostatische Getriebe als ein Getriebe definiert, welches aus einer schlupfarmen
hydraulischen Pumpe und einem damit in hydraulischer Verbindung stehenden schlupfarmen
hydraulischen Motor besteht. Im Rahmen dieser Definition gibt es eine Anzahl von
Variationen. So kann z. B. die Fördermenge bzw. Verdrängung der Pumpe oder des Motors
veränderlich sein und ebenso auch die Förderrichtung. Wenn die Fördermenge bzw.
Verdrängung der Pumpe oder des Motors veränderbar ist, ist eine stufenlose Änderung
des Übersetzungsverhältnisses zwischen Pumpenantriebs- und Motorabtriebswelle möglich.
Das mechanische Wechselgetriebe kann von jeder bekannten Baua.tt sein, wobei die
verschiedenen übersetzungsstufen von Hand oder automatisch einschaltbar sind. Beispielsweise
kann das mechanische Getriebe' eine Mehrzahl von ständig miteinander im Eingriff
stehenden Zahnradpaaren enthalten, von denen jeweils eines durch eine Reibungskupplung
eingerückt wird. Das -mechanische Getriebe kann aber auch derart sein, daß das Einrücken
der einzelnen Gänge durch Schieberäder erfolgt.
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Wenn eine andere Übersetzungsstufe des mechanischen Getriebes eingeschaltet
wird, können die Zahnräder und das hydrostatische Getriebe einer gefährlich hohen
Momentanbelastung ausgesetzt werden, da sich die Drehzahl der Kraftquelle schlagartig
dem neugewählten Gesamtübersetzungsverhältnis zwischen Kraftquelle und Last anpassen
muß. Wenn die Kombination von hydrostatischem Getriebe und mechanischem Wechselgetriebe
als Kraftübertragung in Fahrzeugen zwischen dem Fahrzeugmotor und den Treibrädern
verwendet wird, kann insbesondere ein Zurückschalten des mechanischen Getriebes
eine außerordentlich hohe Belastung der Kraftübertragung zur Folge haben, da hierbei
der Fahrzeugmotor nach dem Gangwechsel wegen des hohen Trägheitsmoments des Fahrzeuges
beschleunigt werden muß.
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Die gestellte Aufgabe besteht darin; gefährliche Momentanbelastungen
in einem Getriebe der erwähnten Gattung zu verhüten.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine, aus hydrostatischem Getriebe
und mechanischem Wechselgetriebe bestehende Kraftübertragung und ist gekennzeichnet
durch eine hydraulische Schlupfeinrichtüng im hydrostatischen Teil der Kraftübertragung,
welche einen Schlupf zwischen der Pumpe und dem Motor zuläßt, um die Momentanbelästung,
die bei einem Gangwechsel des mechanischen Wechselgetriebes eintreten könnte; zu
begrenzen. Die hydraulische Schlupfeinrichtung soll vorzugsweise nur kurzzeitig
während und unmittelbar, nach Veränderung des mechanischen übersetzungsverhältnisses
wirksam sein. Sie kann aus einem federbelasteten Ventil bestehen, welches den Druck
u -der Hochdruckleitung des hydrostatischen Getriebes während des Gang-Wechsels
verringert. Die norrna>@Federvorspannung des Ventils entspricht dabei. yoxzugsweise
dem zulässigen Höchstdruck im hydrostatischen Getriebe; so daß das Ventil als Sicherheitsgentil
dienen kann, und sie wird nur während des Gangwechsels kurzzeitig verringert; damit:Hocbdrpzkfiiissigkeit
aus dem hydrostatischen Getriebe entweichen kann, soweit der Druck die reduzierte
Vorspannung des federbelasteten Ventils übersteigt: Dadurch wird gewährleistet,
daß das hydrostatische Getriebewährend des Gangwechsels nicht mehr als. eine vorbestimmte
Kraft überträgt.
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Als Alternative kann die hydraulische Schlupfeinrichteng ein federbelastetes
Ventil aufweisen, dem
ein Ventil nachgeschaltet ist, welches normalerweise
geschlossen ist, jedoch beim Gangwechsel kurzzeitig geöffnet wird, so daß Hochdruckflüssigkeit
aus dem hydrostatischen Getriebe entweichen kann, soweit der Druck einen Wert übersteigt,
der durch die Vorspannung des federbelasteten Ventils vorbestimmt ist.
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Damit nun eine kurzzeitige Unterbrechung in der Kraftübertragung eintritt
und trotzdem ein plötzliches Ansteigen des Druckes durch sofortiges Abschalten der
Schlupfeinrichtung nach erfolgtem Gangwechsel vermieden wird, ist eine Dämpfungsvorrichtung
vorgesehen, welche nach einer bestimmten Zeit bei der ersten Ausführung die Federvorspannung
auf ihren Normalwert erhöht und bei der zweiten Ausführung das nachgeschaltete Ventil
schließt. Die Regelung der Vorspannung des federbelasteten Ventils bzw. die Betätigung
des nachgeschalteten Ventils kann mechanisch, hydraulisch oder elektrisch gleichzeitig
mit dem Gangwechsel, vorzugsweise durch den Gangschalthebel erfolgen. Wenn das hydrostatische
Getriebe umsteuerbar ist und zwei Leitungen zwischen Pumpe und Motor enthält, ist
das federbelastete Ventil im Nebenschluß zwischen den beiden Leitungen angerodnet,
um aus der Hochdruckleitung während des Gangwechsels abströmende Flüssigkeit in
die Niederdruckleitung zu leiten, damit das Getriebe stets vollständig gefüllt bleibt.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung
beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung der ersten Ausführung
und F i g. 2 eine modifizierte Ventilanordnung als Ersatz für die in F i g. 1 gezeigte.
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Es sei zunächst auf F i g. 1 Bezug genommen, bei welcher angenommen
sein soll, daß die Kraftübertragung zwischen einem Fahrzeugmotor 1 und den nicht
dargestellten Treibrädern eines Fahrzeuges angeordnet ist. Der Fahrzeugmotor
1 treibt eine umsteuerbare hydraulische Pumpe 2 mit veränderlicher Fördermenge,
die jede beliebige bekannte Bauart haben kann. Die Pumpe 2 ist durch zwei hydraulische
Leitungen 3 und 4 mit einem hydraulischen Motor 5, dessen Verdrängung oder Schluckvermögen
nicht veränderlich ist, verbunden. Von dem Motor 5 erstreckt sich eine Antriebswelle
6 zu einem mechanischen Wechselgetriebe 7, von dem der Einfachheit halber nur die
arbeitenden Teile gezeigt sind. Die Welle 6 treibt eine Welle 8 im Getriebegehäuse,
auf welcher zwei Zahnräder 9 und 11 unterschiedlichen Durchmessers befestigt sind.
Die Abtriebswelle 12 des mechanischen Getriebes, die parallel zur Welle 8 liegt,
ist mit Keilnuten 13 versehen und trägt eine axial verschiebbare Zahnradkombination
14. Diese Kombination besteht aus zwei Zahnrädern 15 und 16, die mit einer
Nabe 17 aus einem Stück bestehen, welche innenseitig mit Keilen versehen ist, die
in die Keilnuten 13 eingreifen, so daß die Kombination 14 zwar drehfest, jedoch
axial verschieblich mit der Welle 12 verbunden ist. Die Nabe 17 enthält
eine Umfangsnut 18, in welche ein schwenkbarer Schaltfinger 19 eingreift.
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Der Schaltfinger 19 ist um einen feststehenden Drehpunkt 21 schwenkbar
mit Hilfe eines Handhebels 22, der ebenfalls um Punkt 21 drehbar ist. Der Handhebel
22 ist mit dem Schaltfinger 19 mittels eines Stiftes 23 verbunden, der in einen
Schlitz 24 des Handhebels 22 eingreift, woraus sich ein gewisser Leergang in der
Verbindung ergibt. Der Handhebel
Zeichnung nach rechts bewegt werden kann, um das Kugelventil
55 von seinem Ventilsitz abzuheben. Eine Feder 69 im Zylinder 59 ist bestrebt,
den Kolben
61 stets in die Lage zu drücken, in welcher das Kugelventil geschlossen
ist und die Stange 62 am Nocken 25 anliegt.
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Es sei angenommen, daß die Zahnräder des mechanischen Getriebes die
in F i g. 1 gezeigte Stellung einnehmen und daß nun das mechanische Getriebe geschaltet
werden soll, um die Zahnräder 9 und 15 miteinander in Eingriff zu bringen. Zu diesem
Zweck wird der Handhebel 22 von rechts nach links bewegt. Der erste Teil dieser
Bewegung bewirkt lediglich, daß der Nocken 25 die Stange 62 und den Kolben 61 nach
rechts schiebt. Wenn der Stift 23 am anderen Ende des Schlitzes 24 anliegt, ist
das Kugelventil 55 durch das Ende 66 der Stange 64 von seinem Sitz abgehoben. Diese
Anfangsbewegung des Hebels 22 kann ohne wesentlichen Kraftaufwand erfolgen, da das
Rückschlagventil 68 eine freie Flüssigkeitsströmung im Zylinder 59 ermöglicht.
Der Zylinder 59 ist mit Flüssigkeit. unter Fülldruck gefüllt, da er in Serie zwischen
den Kanälen 41 und 42 angeordnet ist. Das Abheben des Kugelventils 55 gestattet
der Flüssigkeit, aus dem Zylinder 43 durch den Kanal 56 zurück in den Behälter 27
zu fließen, denn die Drosselstelle<S2 ist zu klein, um Flüssigkeit unter Druck
im Zylinder 43 zu belassen, wenn nicht das Ventil 55 geschlossen ist. Die Feder
47 ist dann imstande, den Kolben 44 nach links zu schieben, wodurch die Spannung
der Feder verringert wird. Da die Spannung der Feder 57 auf die Querschnittslfäche
des Ventilsitzes 49 von Einlluß ist, ist sie so bemessen, daß sie, wenn sie zusammengedrückt
ist, wie in F i g. 1 gezeigt, ein Anheben des Ventils 48 nur dann zuläßt,
wenn in der Leitung 34 ein Druck herrscht, der den zulässigen Höchstdruck im hydraulischen
Getriebe übersteigt. Ein solcher Druck kann ohne weiteres im Bereich von 350 at
liegen. Wenn -der Kolben 44 nach links bewegt und dadurch die Spannung der
Feder 47 verringert wird, so ist der vom Kolben 44 zurückgelegte Weg so bemessen,
daß die nun vorhandene Federspannung nur noch ausreicht, das Ventil 48 bis zu einem
Druck von etwa 100 at in der Leitung 34 geschlossen zu halten.
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Es ergibt sich also, daß die Anfangsbewegung des Handhebels 22 eine
Verringerung der Vorspannung der Feder 47 bewirkt. Weitere Bewegung des Hebels 22
bewirkt dann die Anlage des Stiftes 23 am anderen Ende des Schlitzes 24 und Verschwenkung
des Schaltfingers 19, wodurch der Gangwechsel bewirkt wird. Wenn das Zahnrad 15
mit dem Zahnrad 9 im Eingriff ist, ergibt sich eine Änderung des übersetzungsverhältnisses
im mechanischen Wechselgetriebe. Zur gleichen Zeit bleibt die . Fahrzeuggeschwindigkeit
im wesentlichen gleich, so daß die Neigung besteht, daß der Fahrzeugmotor 1 über
das hydrostatische Getriebe mit einer anderen Geschwindigkeit angetrieben wird.
Dieses Bestreben verursacht eine Druckentwicklung in einer der Leitungen 3 oder
4. Da jedoch die Vorspannung der Feder 47 verringert ist, kann dieser Druck den
geringeren Wert von beispielsweise 100 at nicht übersteigen, und Flüssigkeit kann
über den Ventilsitz 49 entweichen, um zu verhindern, daß dieser Druck überschritten
wird. Die entwichene Flüssigkeit gelangt durch Kanal 41, Zylinder 59, Kanal 42,
Leitung 28 und eines der Rückschlagventile 31 oder 32 in die Leitung 3 oder 4, in
welcher der geringere Druck herrscht. Dadurch ist gewährleistet, daß das hydrostatische
Getriebe keine Flüssigkeit verliert. Wenn, der Hao,dhebel 22 in die Stellung bewegt
ist, in welcher die Zahnräder 9 und 15 im Eingriff sind, im die Nockenfläche 25
nicht mehr wirksam, so daß der Kolben j61 in die in F i g. 1 gezeigte Stellung unter
Wirkung der Feder 69 zurückkehren kann. Eine solche Bewegung des Kolbens erfordert
ein Überströmen von Flüsaigkeit von der rechten auf die linke Seite des Kolbens,
was zu einem Schließen des Ventils 68 führt, wodurch die ganze Flüssigkeit durch
die Drosselstelle 67 strömen maß. Das Zurückgehen des Kolbens 61 erfordert daher
eine gewisse Zeit. Das Kugelventil 59, wird also über einen vorbestimmten Zeitraum
offengehalten, nachdem das Zahnrad 15 finit dem Zahnrad 9 in Eingriff gekommen ist,
und innerhalb dieses Zeitraumes kann der Druck im hydraulischen Getriebe einen Wert
nicht übersteigen, der durch die verringerte Vorspannung der Feder 47 bestimmt ist.
Dieser Druck ist so gewählt, daß er eine ausreichende Belastung auf den Fahrzeugmotor
ausüben kann, um ihn auf die neue Drehzahl zu bringen;, die:. d =h- das übersetzungsverhältnis
der Zahnräder 9 und 15 und des hydrostatischen Getriebes bestimmt ist. Wenn das
Ventil 55 schließlich geschlossen. ist, so baut die in den Zylinder 43 durch hie
Drosselstelle 52 eintretende Flüssigkeit einen Druck auf, der, bestrebt ist, den
Kolben 44 nach rechts in die in der Zeichnung gezeigte Stellung zu schieben,
in welcher er die Feder 47 soweit als möglich zusammendrückt, um den Druck, der
zum Anheben des Ventils 48 erforderlich ist, auf den normalen Sicherheitsgrenzdruck
des Getriebes zu erhöhen. -Demzufolge läuft der Fahrzeugmotor sofort nach Schließen
des Ventils 55 mit einer anderen Drehzahl> _"lche dem neueingelegten Gang des Wechselgetriebes
:entspricht, und sie ist dann imstande, volle Antxebslpiotmg -abzugeben in übereinstimmung
nüt -dem neuen Gesamtübersetzungsverhältnis des mechanischen und des hydrostatischen
Getriebes. Im wesentlichen die gleiche Tätigkeitsfolge tritt ein, wenn durch Verschwenken
des Handhebels 22 die Zahnräder 11 und 16 in Eingriff gebracht werden.
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Es sei nun auf F i g, 2 Bezug genommen; welche im Querschnitt eine
Ventileinheit zeigt,. welche die Ventileinheit 33 in F i g. 1 ersetzen kann. Diese
Ventileinheit hat einige Einzelheiten mit der Ventileinheit 33 gemeinsam, und soweit
als möglich sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet. Wie in F i g.
1 enthält die Ventileinheit einen Zylinder 59, in welchem ein Kolben 61 verschiebbar
angeordnet ist. Von dem Kolben 61 erstreckt sich eine Stange 62 zum Nocken 25 und
auf -der anderen Seite eine. Stange 64, deren im Querschnitt verringertes Ende 66
zum Abheben des Kugelventils 55 von seinem Sitz 54 dient. Im Kolben 61 sind eine
Drosselstelle 67 und ein Rückschlagventil 68 vorgesehen, welche die beiden Seiten
des Kolbens miteinander verbinden. Der Kolben 61 wird durch die Feder 69 nach links
gedrückt. Am anderen: Ende der Ventileinheit ist eine Steueröffnung 37 vorgesehen,
in welche die Leitung 34 mündet: In einem Zylinder 72 ist ein Planger 71 verschiebbar
angeordnet, dessen rechtes Ende als Ventil '74 .für den Abschluß der Steueröffnung
37 ausgebildet ist. Mit 73 ist der Ventilsitz bezeichnet. In der Zylinderbohrung
72 ist Dine Feder 75 vorgesehen; welche den Planger 71
nach rechts
und das Ventil 74 auf seinen Ventilsitz 73 drückt: Vom anderen Ende des Zylinders
72 führt ein Kanal 76 zum Sitz 54 des Ventils 55. Die Feder 56 hält das Ventil 55
geschlossen. Vom Zylinder 59 geht analog zur F i g. 1 ein Kanal 42 aus, der
mit der Fülleitung 28 in Verbindung steht.
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Es sei angenommen, daß der Hebel 22 in der in F i g. 1 gezeigten Stellung
ist, in welcher die Zahn= räder 11 und 16 im Eingriff stehen, und daß nun die Zahnräder
9 und 15 in Eingriff gebracht werden sollen. Die Anfangsbewegung des Hebels
22 bewirkt, daß der Nocken 25 die Stange 62 zurückschiebt. Diese Bewegung
wird auf den Kolben 61 übertragen, wodurch das Ende 66 der Stange 64 das
Kugelventil 55 von seinem Sitz 54 abhebt. Die Vorspannung der Feder 75 entspricht
einem mittleren Getriebedruck von ungefähr 100 at. Wenn der Druck in der Leitung
24 über 100 at liegt und außerdem das Kugelventil 55 geöffnet ist, kann die Flüssigkeit
das Ventil 74 abheben, strömt durch Kanäle 77 im Plunger 71. und dann durch den
Kanal 76 in den Zylinder 59 und tritt durch den Kanal 42 aus. Weitere Bewegung
des Hebels 22 bringt die Zahnräder 9 und 15 in der vorher beschriebenen Weise in
Eingriff. Das,daraus sich ergebende neue Gesamtübersetzungsverhältnis -zwischen
dem Fahrzeugmotor 1 und der Abfriebswehe 12 erfordert eine neue Drehzahl für den
Fährzeugmotor 1, wobei das Drehmoment zum Antrieb. des Fahrzeugmotors dadurch begrenzt
ist, .daß der D:rubk im hydrostatischen Getriebe 100 at nicht überschreiten kann.
In der Stellung des Hebels` 22, ''in welcher die Zahnräder 9 und 15 eingerückt:
sind, hat der Nocken 25 die Stange 62 freigegeben; so- daß die Feder 69 den
Kolben 61 nach links zurückdrücken kann. Diese Bewegung wird in der Vorbeschriebenen
Weise durch die Drosselstelle 67 gebremst, so daß das Ventil 55 erst eine gewisse
Zeit; nachdem die Zahnräder 9 und 15 eingerückt sind, geschlossen wird. Mit dem
Schließen des Ventils 55 ist ein Abströmen von Flüssigkeit durch - die 'Steueröffnung
37 vollständig verhindert, so daß im'hydraulischen Getriebe ein Druck für die ndrmale
Kraftübertragung aufgebaut werden kann. -In dem kurzen Zeitraum, in welchem
der Druck auf 100 at begrenzt war, kann der Fahrzeugmotor 1 die richtige Drehzahl
annehmen, um die Abtriebswelle 12 -'anzutreiben. Wenn die Ventileinheit gemäß F
i g. 2 verwendet wird, muß natürlich ein eigenes Hochdruckbegrenzungsventil vorgesehen
werden.
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Aus beiden Ausführungsbeispielen ergibt sich, daß beim Einlegen eines
anderen Ganges des Wechselgetriebes das Drehmoment, welches =das hydrostatische
Getriebe während des Gangwechsels und eine kurze Zeit danach übertragen kann, in
seinem Wert begrenzt ist; wodurch während des Zeitraumes, in welchem der Fahrzeugmotor
beschleunigt oder verzögert wird, um ihn auf eine neue Drehzahl zu bringen, welche
dem neuen Gesamtübersetzungsverhältnis entspricht, ein Schlupf- im Getriebe auf=
treten kann.
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Es wurde vorher erwähnt, daß die Fördermenge der Pumpe 2 veränderlich
ist. Da dies jedoch für die Erfindung unwesentlich ist, sind keine Mittel zur Regelung
der Fördermenge gezeigt. Die Erfindung ist auch verwendbar, wenn die Fördermenge
der Pumpe unveränderlich ist. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn - das hydrostatische
Getriebe in seinem Übersetzungsverhältnis durch Änderung der Fördermenge der Pumpe
stufenlos regelbar ist. Das mechanische Wechselgetriebe wird dann mit solchen über
setzungsstufen ausgestattet, daß der in welchem :das hydrostatische Getriebe mit
guteng Wirkungsgrad arbeiten kann, beträchtlich erweitert wird.