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Hydrostatisches Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung
bezieht sich auf ein hydrostatisches Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
das aus einer schwenkbaren Axialkolbenpumpe und einem von dieser mit Druckflüssigkeit
beaufschlagbaren, verschwenkbaren Axialkolbenmotor besteht, deren verschwenkbare
Köpfe durch ein Stellglied unveränderlicher Länge miteinander verbunden sind, das
mit den Schwenkachsen der Köpfe ein Gelenkviereck bildet und die Koppel desselben
darstellt, wobei an einem der Köpfe eine Betätigungsvorrichtung angreift, mit der
dieser Kopf und über das Stellglied der andere Kopf verschwenkt werden kann.
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Bei einem bekannten Getriebe dieser Art ist der Pumpenkopf nur in
einer Richtung aus der Nullstellung verschwenkbar, und der Motorkopf, der in der
Nullstellung des Pumpenkopfes seinen größten Schwenkausschlag hat, ist mit dem Pumpenkopf
durch das Stellglied derart verbunden, daß er beim Verschwenken des Pumpenkopfes
im wesentlichen um das gleiche Maß mit verschwenkt wird. Diese Art der Verbindung
von Pumpen- und Motorkopf hat zur Folge, daß sich das Übersetzungsverhältnis schon
zu Beginn des Verstellbereiches beträchtlich verändert. Dadurch ist das höchste
Drehmoment nur über einen kleinen Bereich verfügbar und nimmt die Abtriebsdrehzahl
des Getriebes verhältnismäßig schnell zu, womit eine feinfühlige Regelung, die bei
Kraftfahrzeugen insbesondere beim Anfahren und beim Manövrieren mit geringer Geschwindigkeit
erwünscht ist, nicht erreicht werden kann.
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Es ist ferner ein hydrostatisches Getriebe bekannt, bei dem Pumpenkopf
und Motorkopf durch ein Gestänge mit einer dazwischengschalteten Kulissenführung
verbunden sind. Die Kulissenführung ist so ausgelegt, daß zunächst nur der Pumpenkopf
aus seiner Nullstellung bis zu seinem Größtausschlag in der einen oder der anderen
Richtung und dann erst der Motorkopf aus der Stellung seines größten Schwenkausschlages
gegen die Nullstellung hin verschwenkt wird. Diese Ausführung ist konstruktiv verhältnismäßig
aufwendig und hat den Nachteil, daß die Rückstellkräfte, die auf die Schwenkköpfe
wirken, ein Verklemmen des Gestänges in den Kulissenführungen herbeiführen können.
Überdies erfordert eine derartige Kulissenführung einen Raum, der bei kompakten
Getrieben, bei denen Pumpe und Motor in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht
sind, nicht verfügbar ist..
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein hydrostatisches Getriebe
der eingangs genannten Art zu schaffen, das die beschriebenen Nachteile der bekannten-
Ausführungen nicht aufweist, .ein höhen Drehmoment über einen wesentlichen Verst_ellbereich
liefert und eine feinfühlige Regelung der Getriebeübersetzung vor allem im ersten
Abschnitt des Verstellbereiches ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird mit geringem konstruktivem Aufwand- erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß das die Koppel des Gelenkvierecks bildende Stellglied kinematisch
derart am Pumpen- und am Motorkopf angelenkt ist, daß es lediglich in -bezug auf
die Schwenkachse des Pumpenkopfes, an dem die Betätigungsvorrichtung angreift, eine
Strecklage einnehmen kann. In dieser Strecklage, in der sich der Pumpenkopf normalerweise
in oder nahe seiner Nullstellung befindet, liegen- die Gelenkpunkte des Stellgliedes
und die Schwenkachse des Pumpenkopfes in einer gemeinsamen Ebene. Wird der Pumpenkopf
nun verschwenkt, so wird -der Schwenkausschlag des Motorkopfes über einen geraumen
Verschwenkbereich des Pumpenkopfes nur geringfügig verringert, wodurch das Getriebe
in der Lage ist, über einen beträchtlichen Verstellbereich das Höchstdrehmoment
abzugeben. Da gleichzeitig auch die Drehzahl der Motorabtriebswelle nur sehr allmählich
steigt, ergibt sich eine sehr feinfühlige Regelung, die ein einfaches. Manövrieren
ermöglicht, was insbesondere bei
schweren Kraftfahrzeugen, wie z.
B. Schleppern, von besonderer Bedeutung ist. Dadurch, daß in der Strecklage des
Stellgliedes die Rückstellkräfte der Schwenkköpfe direkt von dem Stellglied bzw.
dessen Anlenkstellen aufgenommen werden, läßt sich diese Strecklage vom Benutzer
sehr leicht ermitteln.
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Pumpen- und Motorkopf sind vorzugsweise, wie an sich bekannt, einander
benachbart, wobei die Antriebswelle der Pumpe und die Motörabtriebswelle sich in
ebenfalls kn sich bekannter Weise in entgegengesetzten Richtungen voneinander weg
erstrecken. Dadurch wird ein kompaktes Getriebe in langgestreckter Form geschaffen,
das sich vornehmlich in Kraftfahrzeugen zum direkten Anflanschen an die Antriebsmaschine
eignet. Die Antriebswelle der Pumpe und die Abtriebswelle des hydrostatischen Motors
können dabei in an sich bekannter Weise koaxial zueinander verlaufen.
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Im Stellglied können eine oder mehrere Leitungen zur hydraulischen
Verbindung des Pumpen- und Motorkopfes angeordnet werden. Dadurch erübrigen sich
besöndere Rohrleiturigen, wäs den aufbau des Getriebes vereinfacht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der
Zeichnungen- beschrieben, in welcher .
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F i g. 1 und 2 zwei senkrecht zueinander stehende Längsschnitte durch
das hydrostatische Getriebe und F i g. 3, 4 und 5 verschiedene Stellungen von Pumpe
und hydrostatischem Motor relativ zueinander zeigen.
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Das Ausführungsbeispiel ist insbesondere zur Kraftübertragung in einem
Fahrzeug, beispielsweise in einem Ackerschlepper, von der Antriebsmaschine zu den
Antriebsrädern geeignet. Ein hydröstatisches Getriebe ist in einem Rahmen 1 angeordnet,
der die Form eines hohlen behalters hat und eine Pumpe 4 und einen hydröstatischeni
Motor 7 äufnimmt. Der Rahmen 1 kann mit Hilfe eines glockenförmigen Gehäuses 2 direkt
an der Antriebsmaschine des Fahrzeuges angebracht werden. Innerhalb des Gehäuses
2 ist das Schwungrad 3 angeordnet. Die Pumpe 4 wird von einem Lagergehäuse 5 getragen,
welches an einem Flansch 6 des Rahmens 1 befestigt ist. In gleicherWeise wirdder
hydrostatischeMotor7 von einem Lagergehäuse 8 getragen, welches an einem entsprechenden
Flansch 9 des Rahmens 1 befestigt ist. Zur Erleichterung des Zussmmenbaues und des
Wartungsdienstes der Pumpe und des hydrostätisehen Mötors ist der Rahmen 1 mit öffnungen
versehen, welche durch Blechdeckel 11 und 12 verschließbar sind, die durch Schrauben
13 befestigt werden.
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Die mit einem verschwenkbaren Kopf ausgestattete Pumpe und der mit
einem verschwenkbaren Kopf. ausgestattete hydrostatische Motor sind von gleicher
Bauart, so daß im folgenden nur die Pumpe 4im einzelnen beschrieben wird. Die Antriebswelle
14 der Pumpe ist im Lagergehäuse 5 über ein Lager 15 gelagert. Das innere- Ende
der Antriebswelle 14. ist als Triebflansch 16 ausgebildet. Der Triebflansch 16,
liegt zwecks Aufnahme des Axialschubes an einer Endfläche 17 des Lagergehäuses 5
an. Im Triebflansch 16 sid Kugelgelenke 18 angeordnet, deren Mitten, auf Kreis angeordnet
sind, der koaxial zur Antriebswelle 14 liegt. Von diesen Kugelgelenken' erstrecken
sich Pleuelstangen 19. Ebenfalls einen Teil des Lagergehäuses 5 bilden zwei Ansätze
21 und 22. Diese Ansätze haben Lageröffnungen 23 und 24, die koaxial zu einer a:chse
liegen, welche einen Durchmesser des Kreises bildet, auf welchem die Mitten der
Kugelgelenke 18 liegen. Innerhalb der Lageröffnungen 23 und 24 sind Schwenkzapfen
25 und 26 eines verschwenkbaren Pumpenkopfgehäuses 27 gelagert.
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Eine Aussparung 28 im Pumpenkopfgehäuse 27 nimmt einen drehbaren Zylinderkopf
29 auf, in welchem Zylinderbohrungen 31 angeordnet sind, deren Achsen parallel zur
Drehachse des Zylinderkopfes liegen. Der Zylinderkopf läuft an einem ebenen Steuerspiegel
39 eines Ventilkörpers 32 an, der ein Teil mit dem Pumpenkopfgehäuse 27 bildet.
Ein Mittelzapfen 33 erstreckt sich vom Ventilkörper 32 in eine Mittelbohrung 34
des Zylinderkopfes, um diesen in der richtigen Lage zü halten. ` In jedem Zylinder
31 ist ein Kolben 35 verschiebbar gelagert, der ein Sacklöch 36 zur Aufnahme des
freien Endes einer der Pleuelstangen 19 aufweist. Das innere Ende der Pleuefstange
19 hat eine teilsphärische Fläche 37, mit der sie am Grund des Sackloches 36 anliegt.
Die Pleuelstange ist im Loch 36 mit Hilfe eines Sprengringes38 festgelegt, welcher
verhindert, däß, die Pleuelstange aus dein Kolben herausgezogen wird, jedoch eine
geringe Winkelbewegung der Pleuelstange im Sackloch 36 zuläßt. Die Pleuelstangen
berühren während des Umlaufs die Seitenwände des Sackloches 36, wodurch die DrehbeWegüng
vom Triebflansch 16 auf den Zylinderkopf 29 übertragen wird: Es können jedoch auch
andere Mittel, z. B. ein Kardangelenk zwischen dem Triebflansch 16 und dem Zylinderkopf
29, vorgesehen werden, um den Zylinderkopf anzutreiben. Die Fläche des Zylinderkopfes
29, welche am Steuerspiegel 39 anliegt, weist für jede Zylinderbohrung 31 eine Steueröffnung
41 auf Im Steuerspiegel 39 sind zwei nierenförmige Steueröffnungen 42 und 43 vorgesehen,
von denen Kanäle 44 bzw. 45 ausgehen, welche sich durch die Wana des Pumpenkopfgehäuses
27 zu den Schwenkzapfen 25 und 26 erstrecken. Diese Kanäle sind im Bereich dieser
Schwenkzapfen koaxial zu diesen angeördnet und erstrecken sich durch,Dichtungen
46 und 47 hindurch zu feststehenden Anschlüssen 48 und 49 die an den Ansätzen 21
und 22 angebracht sind Aus Gründen des Zusammenbaues sind die Schwenkzapfen 25 und
26 vom Pumpenkopfgehäuse 27 abnehmbar und mit diesem durch Schrauben 51 verbünden
Ebenso sind die festen Anschlüsse 48 und 49 durch Sch@auben 50 an den Ansätzen 21
und 22 lösbar angebracht.
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Das Pumpenkopfgehäuse 27 bildet zusammen mit. dem Zylinderkopf 29
den versehwenkbaren Kopf, der um eine Schwenkachse verschwenkt werdenkänn, die von
den Achsen der Schwenkzapfen 25 und 26. gebildet ist. Die Anschlüsse 48 und 49 verbindeni
die Känäle 44und 45 mit Leitungen 52 und 533 die sich zu den entsprechenden Leitungsanschlüisseh
54 und 55 des hydrostatischen Motors 7. erstrecken. Die Antriebswelle 14 der Pumpe
ist mit dem Schwungrad 3 zwecks Antriebs durch die Antriebsmaschine verbunden. Das
hydrostatisc'he Getriebe erithältAibliche Hilfsventile und, eine Füllpumpe; um zu
gewährleisten, daß die Pumpe, der °hydfostatische 14otor_ und die: diese miteinander-
verbiädenden Iteitungenstets mit,Druckflissigkeit gefült-sind,' WenddasPumpenkopfgehäü'se-27,
indenSchwenkzapfen geschwenkt, ist, 'so daß die- Drehachse des
Zylinderkopfes
gegenüber der Drehachse der Antriebswelle 14 schräg steht, so verursacht eine Drehung
der antriebswelle 14 eine Drehung des Zylinderkopfes 29 auf Grund der Anlage der
Pleuelstangen 19 in ihren Sacklöchern 36. Infolgedessen werden die Kolben 35 in
ihren Zylinderbohrungen 31 hin- und herverschoben, und dies ergibt einen Flüssigkeitsstrom
durch die Steueröffnungen 41 und durch die nierenförmigen Steueröffmngen 41 und
43. Die Richtung der Verdrängung der Flüssigkeit hängt von der Richtung ab, in welcher
das Pumpenkopfgehäuse um die Schwenkzapfen aus der Stellung verschwenkt wird, in
welcher der Zylinderkopf koaxial zum Triebflansch 16 liegt. Wenn man annimmt, daß
die Flüssigkeit durch den Kanal 44 in die nierenförmige Steueröffnung 42 und von
da aus in die Zylinder 31, die mit der Steueröffnung 42 verbunden sind, angesaugt
wird, so wird die Flüssigkeit darauffolgend aus den Zylindern in die nierenförmige
Steueröffnung 43 und den Kanal 45 ausgeschoben. Der hydrostatische Motor 7 kann
somit Druckflüssigkeit durch jede der Leitungen 52 oder 53 erhalten, und diese Druckflüssigkeit
gelangt durch die Steueröffnungen in seinem Ventilkörper zu den Zylinderbohrungen,
wo sie auf die Kolben wirkt, um den Zylinderkopf und den Motortriebflansch 56 in
Drehung zu versetzen und die Abtriebswelle 57 anzutreiben Die Abtriebswelle 57 ist
in Lagern 58 im Lagergehäuse 8in der gleichen Weise gelagert wie die Antriebswelle
14. Auch das Lagergehäuse ß weist Ansätze 59 und 61 auf, welche Schwenkzapfen 62
und 63 des Motorkopfgehäuses trägen. Wie ersichtlich, sind die schwenkbaren Köpfe
der Pumpe und des hydrostatischen Motors einander benachbart, während die Schwenkzapfen
voneinander entfernt liegen.
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Das- verschwenkbare Motorkopfgehäuse 64 und das Pumpenkopfgehäuse
27 sind mechanisch durch ein starres Stellglied 65 miteinander verbunden, welches
gelenkig sowohl am Pumpen- als auch am Motorkopfgehäuse befestigt ist. Die Schwenkverbindung
am Motorkopfgehäuse 64 wird durch einen gabelförmigen Ansatz 66 gebildet, der sich
vom Motorkopfgehäuse 64 in Richtung auf die Pumpe erstrecktund einen Schwenkzapfen
67 aufnimmt, der sich durch eine Bohrung 68, am einen Ende des Stellgliedes 65 erstreckt.
Die Gelenkverbindung am Pumpenkopfgehäuse 27 besteht aus- einem gabelförmigen Ansatz
69, der das andere Ende des Stellgliedes 65 aufnimmt und durch den sich- ein Schwenkzapfen
71 erstreckt, der durch eine Bohrung 72 im Stellglied 65 hindurchgeführtist.
ein Getriebe geschaffen wird, bei dem die Antriebswelle 14 der Pumpe und die Abtriebswelle
57 des hydrostatischen Motors sich in entgegengesetzter Richtung aus dem Rahmen
1 erstrecken. Die Länge des Stellgliedes 65 ist so gewählt und seine Schwenkzapfen
67 und 71 sind so angeordnet, daß bei Pumpenhub Null die Achsen der Schwenkzapfen
67
und 61 in einer Ebene mit der Schwenkachse des Pumpenkopfgehäuse 27 liegen,
so daß das Stellglied 65 eine Totpunktlage einnimmt. In dieser Lage ist die momentane
Bewegungsrichtung des Schwenkzapfens 71 im rechten Winkel zu der Ebene, die durch
die Achsen der Schwenkzapfen 67 und 71 gelegt ist. Bei einer derartigen Totpunktlage
hat die Achse des. Schwenkzapfens 67 den größtmöglichen Abstand von der Achse der
Schwenkzapfen 25 und 26, so daß das Motorkopfgehäuse 64 seinen größtmöglichen Winkelausschlag
hat, Demzufolge verursacht eine Bewegung des Pumpenkopfgehäuses 27 in jeder Richtung
aus der Nullstellung heraus eine Verringerung des Schwenkwinkels des Motorkopfgehäuses
64 und demzufolge eine Verringerung des Kolbenhubs des hydrostatischen Motors.
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Dadurch, daß der Stellmotor 76 auf das Pumpenkopfgehäuse wirkt, ist
es möglich, durch kontinuierliche Bewegung des Stellmotors das Pumpenkopfgehäuse
aus der maximaln Winkelstellung in der einen Richtung durch die Nullage zur maximalen
Winkelstellung in der anderen Richtung hin zu verschwenken, wobei während dieser
Bewegung das Motorköpfgehäüse 64 aus der geringstmöglichen, vom Stellglied 65 ermöglichten
Winkelstellung zur maximal ermöglichten Winkelstellung und wieder zurück in eine
andere minimale Winkelstellung verschwenkt wird.
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Bei der Stellung gemäß F i g 3 ist die Pumpe In der Nullage, und das
Stellglied 65 ist in der Totpunktlage, wodurch- sich das Motorkopfgehäuse in seiner
größtmöglichen Winkelstellung befindet, sein Schluckvermögen also ein Maximum ist.
In dieser Totpunktlage sind die Schwenkachsen der Schwenkzapfen 67 und 71 des Stellgliedes
65 und die Achse der Schwenkzapfen25 und 26 in einer Linie 78. Die momentane Bewegungsrichtung
des Schwenkzapfens-7I' steht dann im rechten Winkel zu der Linie, welche die Achse
der Schwenkzapfen 6.7 und-71 verbindet. In F i g. 4 ist das Pumpenkopfgehäuse in
die Stellung »maximale Fördermenge- in Vorwärtsfahrtrich.tung.«, verschwenkt, und
das Stellglied 65. hat das. Motorkopfgehäuse 64 in eine Stellung »geringstes. Schlückvermögenj<
gebracht: Diese relative Stellung von Pumpe und hydrostatischem Motor. ergibt maximale
Drehzahl- der - Abtriebswelle in Vorwärtsfahrtrichtung.
verringert werden. Diese Verringerung wird aber erst dann erheblich,
wenn die Fördermenge der Pumpe bereits einen beträchtlichen Wert erreicht hat, so
daß über einen großen Regelbereich des hydrostatischen Getriebes ein hohes Drehmoment
verfügbar ist. Dieser Gesichtspunkt ist naturgemäß auch für nicht umsteuerbare Getriebe
von Bedeutung.
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Sowohl die Pumpe als auch der hydrostatische Motor sind so ausgebildet,
daß der hydraulische Druck in ihnen bestrebt ist, den verschwenkbaren Kopf gegen
die Nullage hin zu bewegen. Durch das Stellglied 65 werden nun unabhängig von dem
gewählten übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Getriebes das Pumpenkopfgehäuse
und das Motorkopfgehäuse stets unterschiedlich und gegensätzlich bewegt, d. h.,
Vergrößerung der Fördermenge der Pumpe ergibt eine Verringerung des Schluckvermögens
des hydrostatischen Motors, und umgekehrt. Dies bedeutet, daß die selbstrückstellenden
Kräfte, welche auf die verschwenkbaren Köpfe wirken, einander durch das Stellglied
65 entgegenwirken, so daß der Stellmotor 76 zum Verschwenken der Köpfe nur eine
geringe Kraft aufzuwenden braucht, die eine Funktion der Differenz der in den Köpfen
wirkenden selbstrückstellenden Kräfte ist.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist nur eines von vielen möglichen
Konstruktionen im Rahmen der Erfindung. Beispielsweise kann die Konstruktion der
verschwenkbaren Köpfe der Pumpe oder des hydrostatischen Motors beträchtlich anders
sein als gezeigt und einen Ventilkörper und einen rotierenden Zylinderblock enthalten.
Es ist nicht notwendig, daß die Pumpe in ihrer Förderrichtung veränderbar ist, und
es liegt auch im Rahmen der Erfindung, eine Pumpe vorzusehen, die nur in einer Richtung
aus der Nullage heraus verschwenkt werden kann, und die über ein Totpunktgelenk
das Motorschluck vermögen einstellt. Es ist weiterhin nicht notwendig, daß die Schwenkzapfen
von Pumpe und Motor und die Schwenkzapfen des Stellgliedes 65 zueinander parallel
liegen. Die Schwenkzapfen von Pumpe und hydrostatischem Motor können vielmehr auch
schräg zueinander liegen, wobei das Stellglied 65 durch Gelenkverbindungen beispielsweise
in Form von Kugelgelenken zwischen Pumpenkopf- und Motorkopfgehäuse wirkt.
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Im Ausführungsbeispiel gelangt die Druckflüssigkeit durch Leitungen
52 und 53 von der Pumpe zum hydrostatischen Motor und zurück. Es liegt jedoch im
Rahmen der Erfindung, daß das Stellglied 65 eine oder beide hydraulische Leitungen
enthält. Zu diesem Zweck können die Gelenkverbindungen 67, 68 und 71, 72 als Leitungsverbindungen
ausgebildet sein, um Druckflüssigkeit in eine oder mehrere Kanäle innerhalb des
Stellgliedes 65 gelangen zu lassen.
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Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Zapfenwellenanschluß
vorgesehen, der zwei Zahnräder 81 und 82 enthält, die auf der Antriebswelle 14 bzw.
auf einer Zapfwelle 83 angeordnet sind. Die Zapfwelle 83 ist in Lager 84 und 85
im Rahmen 1 gelagert. Durch Einstellung der Fördermenge der Pumpe auf Null ist es
möglich, Kraft von der Antriebsmaschine auf die Zapfwelle 83 zu übertragen, ohne
das Fahrzeug anzutreiben. Die Zapfwelle 83 kann vorteilhaft als Antriebswelle für
eine kleine Zahnradpumpe 86 verwendet werden, welche als Füllpumpe für das hydrostatische
Getriebe dient und gleichzeitig Druckflüssigkeit für die Betätigung des Stellmotors
liefert.