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Hydrostatisches Axialkolbengetriebe mit durch einen Servomotor in
ihrer Neigung verstellbaren Taumelscheiben Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisches
Axialkolbengetriebe mit durch einen Servomotor in ihrer Neigung verstellbaren Taurnelscheiben,
wobei der Servomotor einen mit Druckflüssigkeit gefüllten Zylinder und einen in
diesem hin- und herbeweglich angeordneten Kolben sowie eine in bezug auf diesen
Kolben verschiebbare Regelstange enthält, wobei der Kolben und die Regelstange mit
Anschlägen versehen sind, die beim Aufhören des Flüssigkeitsdruckes bei Verschieben
der Regelstange miteinander in Berührung kommen. Ein derartiges Wechselgetriebe
ist aus der französischen Patentschrift 1133 469 bekannt. Bei diesem bekannten Wechselgetriebe
ist es jedoch schwierig, die Taumelscheiben zu verstellen, wenn der Flüssigkeitsdruck
ausfällt. Wenn nämlich keine Flüssigkeit mehr zugeführt wird und der Kolben trotzdem
über die Regelstange verstellt wird, entsteht in dem Zylinder ein Unterdruck, so
daß der Kolben und die mit ihm gekuppelten Taumelscheiben die Tendenz haben, in
ihre Ausgangslage zurückzukehren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sichere Verstellung
des hydrostatischen Getriebes auch für den Fall zu ermöglichen, daß die Druckmittelzufuhr
zu der Verstellvorrichtung des Getriebes ausfällt. Erfindungsgemäß wird dies dadurch
erreicht, daß auf der Seite des Kolbens, auf der die den Servomotor beaufschlagende
Flüssigkeit zugeführt wird, der Zylinder in an sich bekannter Weise durch ein Rücklaufventil
mit einem mit Flüssigkeit gefüllten Raum in Verbindung steht, derart, daß beim Verschieben
des Kolbens durch die Regelstange nach Ausfall des Flüssigkeitsdruckes der Zylinder
weiterhin mit öl gefüllt wird. Dadurch wird vermieden, daß beim Verschieben des
Kolbens durch die Regelstange nach Ausfall des Flüssigkeitsdruckes ein Unterdruck
in dem Zylinder entsteht. Der Kolben erhält daher keine entgegengesetzte Bewegungskomponente
und stellt sich entsprechend der Verschiebelage der Regelstange ein, ohne die Tendenz
zu haben, in seine Ausgangslage zurückzukehren.
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Die Anordnung von Ventileinrichtungen ist bei Zylindern an sich bekannt,
diese Ventileinrichtungen dienen jedoch dazu, bei denbekannten Zylindern einen überdruck
im Zylindergehäuse zu vermeiden und öffnen darum in entgegengesetzter Richtung (deutsche
Patentschrift 621641; USA.-Patentschrift 2 826 467).
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in' den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch ein hydrostatisches
Axialkolbengetriebe mit Pumpe und Motor, F i g. 2 die Verbindung zwischen den Taumelscheiben,
über die die Kolben der Pumpe und des Motors verstellt werden, F i g. 3 in vergrößertem
Maßstab den Servomotor zum Verstellen der Kolben der Pumpe und des, Motors nach
F i g. 1, F i g. 4 den Servomotor wie F i g. 3, jedoch mit einer anderen Lage der
Regelstange, F i g. 5 den Servomotor mit einer weiteren möglichen Lage der Regelstange,
F i g. 6 einen Einzelteil der Regelstange in vergrößertem Maßstab.
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Das in F i g. 1 dargestellte hydrostatische Axialkolbengetriebe hat
eine Pumpe 1 und einen Motor 2. Die Pumpe 1 enthält eine Zylindertrommel 3, in deren
Bohrungen 5 die Kolben 4 verschiebbar sind. Die Pumpenwelle 6 ist einstückig mit
der Zylindertrommel ausgeführt, die über Lager 7 und 8 gegen das Gehäuse 9 abgestützt
ist. Im Gehäuse 9 ist eine Taumelscheibe 10 drehbar angeordnet, die ein Stützglied
11 enthält, in dem ein von einem Rollenlager 12 abgestützter Ring 13 angebracht
ist. Die Kolben 4 liegen an einer Steuerfläche 14 des Ringes 13 an.
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In der Zylindertrommel sind für die Zufuhr und Rückleitung der Flüssigkeit
Kanäle 22 vorgesehen,, die sich von einer Gleitfläche 23 bis in die Bohrungen
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erstrecken. An der Gleitfläche 23 liegt eine Gleitfläche 24 einer flachen Steuerspiegelscheibe
25 an. Auf der Welle 6 sitzt ein Zahnrad 28. An einem am Gehäuse 9 befestigten Zwischenstück
27 ist ein zweites Gehäuse 29 befestigt, das den Motor 2 umgibt. Der Motor 2 enthält
eine Zylindertrommel 30, in deren Bohrungen 32 Kolben 31 verschiebbar sind. Die
Zylindertrommel 30 ist einstückig mit der Motorwelle 33 ausgebildet und von zvxei
Lagern 34 und 35 abgestützt.
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Der Motor enthält eine im Gehäuse 29 drehbar gelagerte Taumelscheibe
36 mit einem Stützglied 37, in dem ein von einem Rollenlager 38 abgestützter Ring
39 angeordnet ist. Die Motorkolben 31 liegen an einer Steuerfläche 40 des Ringes
39 an.
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In der Zylindertrommel 30 sind zur Zufuhr und Rückleitung der
.den Motor antreibenden Flüssigkeit Kanäle 49 vorgesehen, die sich von einer Gleitfläche
50 bis in die Bohrungen 32 erstrecken. An der Gleitfläche 50 liegt eine Gleitfläche
51 einer flachen Steuerspiegelscheibe 52 an. Die Steuerspiegelscheiben 25 und 52
sind mit. je_zwei Ausnehmungen versehen, die über Bohrungen im Zwischenstück 27
miteinander in Verbindung stehen. Die Zylindertrommel 3 ist mit ihrer Welle 6 um
die Drehachse 65 in bezug auf die Taumelscheibe 10 drehbar. In gleicher Weise ist
die Zylindertrommel 30 des Motors 2 um die in Flucht mit der Achse 65 liegende Drehachse
66 drehbar.
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Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, ist in den Stützgliedern 11 und
37 je ein Langloch 67 bzw. 68 vorgesehen. Am Stützglied'11 ist mit einem Stift 71
und am Stützglied 37 mit einem Stift 73 je eine Kupplungsstange 72 bzw. - 74 befestigt.
Die Kupplungsstangen 72 und 74 sind über Zapfen 76 bzw. 77 gelenkig mit einem im
Zwischenstück 27 gelagerten, drehbaren Achse 75 verbunden. Die Achse 75 trägt an
ihrem Umfang einen Zahnkranz 86.
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Dem Getriebe ist ein Servomotor 87 (F i g. 3 bis 6) zugeordnet. In
einem im Betrieb flüssigkeitsbeaufschlagten Zylinder 88 ist ein Kolben 89 verschiebbar,
in dessen Bohrung 90 eine Regelstange 91 verschiebbar gelagert ist. Die unter Flüssigkeitsdruck
stehende Fläche 92 des Kolbens ist kleiner als die ebenfalls unter Flüssigkeitsdruck
stehende gegenüberliegende Kolbenfläche 93. In einer Ringnut 94A der Regelstange
91 sitzt ein zweiteiliger Ring 94, dessen beide Teile durch Stifte 95 verbunden
sind. An den beiden Stirnflächen des Ringes 94 greifen Tellerfedern 96 bzw. 97 an.
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Der Ring 94 und die Tellerfedern 96 und 97 sind innerhalb einer Kammer
98 des Kolbens 89 angeordnet. Die Tellerfeder 96 ist gegen die Fläche 99 der Kammer
98 und die Tellerfeder 97 gegen einen Ring 100 abgestützt. Die Tellerfedern 96,
97 und die Ringe 94, 100 sind zusammen durch einen federnden Verschlußring 101 gehaltert,
der in einer Nut 102 des Kolbens 89 sitzt. Die Regelstange ist daher mit dem Kolben
derart gekuppelt, daß sie sich gegen die Federkraft geringfügig relativ zum Kolben
bewegen kann. Ein Ende des Zylinders 88 ist vpn einem Deckel 103 abgeschlossen,
durch den die Regelstange 91 geführt ist. Durch die gegenüberliegende Zylinderwand
104 ist eine Kolbenverlängerung 105 geführt, die von einer am Zylinder 88 befestigten
Lagerschale 106 abgestützt ist (F i g. 1). Auf der Kolbenverlängerung 105 ist eine
Zahnstange 107 befestigt, die in den Zahnkranz 86 der Verstellachse 75 eingreift.
In der Wand des Zylinders 88 ist eine Bohrung 108 angebracht, die mit einer Bohrung
109 im Zwischenstück 27 in Verbindung steht. Die Bohrung 108 mündet in den Raum
110 des Zylinders 88, der von dem Zylinderraum 111 durch den Kolben 89 getrennt
ist. Im Kolben 89 ist ein Kanal 112 vorgesehen, der den Raum 110 mit der Bohrung
90 des Kolbens 89 verbindet. Die Regelstange 91 hat eine axiale Bohrung 113 und
zwei von der Axialbohrung nach außen führende Querbohrungen 114 und 115. Auf das
Ende der Regelstange ist ein die Axialbohrung 113 verschließender Stöpsel
116 aufgesetzt. Die Regelstange ist an ihrem Ende mit einem abgesetzten Teil
117
und außerdem mit einer Ringnut 118 versehen. In dem zwischen dem Ende
117 und der Ringnut 118 liegenden Teilstück der Regelstange sind keilförmige
Schlitze 119 bzw. 120 vorgesehen (F i g. 6). Das Ende der Regelstange 91 reicht
in eine Innenbohrung 121 der Kolbenverlängerung 105. Diese Ausnehmung 121 steht
in offener Verbindung mit einer Sammelkammer 122 (F i g. 1). Der Raum 110 des Zylinders
88 steht über ein Rücklaufventil 123 mit einem Raum 124 des Getriebegehäuses 9 in
Verbindung (F i g. 1, 4 und 5). Das Rücklaufventil 123 hat ein Gehäuse 125 mit einem
Kanal 129, der durch eine Kugel 126 verschlossen wird, die von einer Feder 127 gegen
den Sitz 128 gedrückt wird. Die Ventilkammer steht mit dem Zylinderraum 110 über
eine Bohrung 130 in Verbindung.
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Das Wechselgetriebe und der zugehörige Servomotor arbeiten wie folgt:
Die Pumpe 1 kann über das Zahnrad 28 z. B. mit einem Verbrennungsmotor gekuppelt
werden, so daß die Pumpenwelle 6 mit der Zylindertrommel 3 um die Drehachse 65 rotieren.
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In der in F i g. 1 und 2 dargestellten Mittellage der Taumelscheibe
10 werden die Kolben 4 nicht verschoben, so daß in den Bohrungen 5 und 32 der beiden
Zylindertrommeln 3 und 30 keine Flüssigkeit versetzt und der Motor 2 nicht angetrieben
wird. Wird die Taumelscheibe 10 in Richtung des Pfeiles A (F i g. 1) verschwenkt
und die Steuerfläche 14 damit schief gestellt, so werden die Kolben 4, beim Antrieb
der Zylindertrommel 3 um die Drehachse 65, derart hin und her bewegt, daß sie die
Druckflüssigkeit in Richtung auf den Motor 2 versetzen. Bei Rotation der Pumpenwelle
6 im Drehsinn B rotiert die Zylindertrommel 30 des Motors im gleichen Drehsinn.
Bei zunehmender Schiefstellung der Taumelscheibe in Richtung des Pfeiles A nimmt
die Drehzahl des Motors zu. Bei Verschwenken der Taumelscheibe 10 in Richtung des
Pfeiles C rotiert der Motor 2 im entgegengesetzten Drehsinn zur Pumpe 1.
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Die Schwenkung der Taumelscheibe 10 und 36 läßt sich in einfacher
Weise mittels des Servomotors 87 durchführen. Wird der Kolben 89 verschoben und
damit die an der Kolbenverlängerung 105 befestigte Zahnstange 107, so wird die Verstellachse
75 über den Zahnkranz 86 um ihre Drehachse 79 verdreht.
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Durch die Bohrungen 109, 108 wird dem Servomotor Druckflüssigkeit,
z. B. Öl, zugeführt. Auf die Stirnfläche 92 des Kolbens 89 wirkt daher eine Kraft,
die den Kolben nach rechts zu schieben versucht (F i g. 3). Hierdurch wird das den
Zylinderraum 111 ausfüllende Öl zusammengedrückt. Da die Kolbenfläche 93, die vom
Öldruck beaufschlagt wird, erheblich größer ist als die Kolbenfläche 92, stellt
sich ein Gleichgewicht ein, wenn der Druck im Raum 110 entsprechend höher ist als
im Raum 111. Wird nun
die Regelstange 91 gegen den Druck der Tellerfeder
96 in Richtung D verschoben, so wird die Ringnut 118 mit der Ausnehmung 131 des
Kolbens verbunden (F i g. 3 und 4). Da im Raum 110 ein höherer Druck herrscht als
im Raum 111, kann das Öl durch die Bohrung 112, die Ringnuten 118 und 131 und die
Bohrungen 114, 113, 115 zum Zylinderraum 111 fließen. Die Räume 110 und 111 gelangen
auf diese Weise in offene Verbindung; daher ist der Druck in beiden Räumen gleich,
während die beaufschlagten Kolbenflächen verschieden groß sind, so daß sich der
Kolben nach links in Verstellrichtung D bewegt. Wird die Regelstange 91 in einer
bestimmten Verschiebelage gehalten, so verschiebt sich der Kolben 89 so weit in
Richtung D, daß er mit der Regelstange die in F i g. 3 dargestellte Gleichgewichtslage
wieder einnimmt. Bei weiterer Verschiebung der Regelstange 91 in Richtung D wird
der Kolben in dieser Richtung mitgenommen. Wird die Regelstange 91 dagegen in Richtung
E verstellt, so verschiebt sie sich in der Kolbenbohrung 90 gegen den Druck der
Tellerfeder 97. Der abgesetzte Teil 117 der Regelstange 91 gelangt dabei in Verbindung
mit der Ausnehmung 131 (F i g. 5). Der Raum 111 ist dann über die Bohrungen
115, 113 und 114 und die Ausnehmung 131 in offener Verbindung mit
der Innenbohrung 121 des Kolbens 89, so daß das Öl aus dem Raum 111 zur Sammelkammer
122 strömen kann. Die im Raum 110 vorhandene Druckflüssigkeit verschiebt
daher den Kolben 89 in Richtung E. Wird die Regelstange 971 nicht weiter verschoben,
so tritt wieder die in F i g. 3 dargestellte Gleichgewichtslage ein. Wird die Regelstange
91 weiter in Richtung des Pfeiles E bewegt, so wird der Kolben weiter mitgenommen.
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Um ein weiches Einsetzen der Kolbenbewegung zu ermöglichen, sind die
beiden keilförmigen Schlitze 119, 120 im Anschluß an die Ringnut 118 bzw. den abgesetzten
Teil 117 der Regelstange vorgesehen (F i g. 6). Beim Verschieben der Regelstange
wird die Verbindung zwischen dem Teil 117 bzw. der Ringnut 11# mit der Ausnehmung
131 im Kolben zunächst über die Keilschlitze 119 bzw. 120 hergestellt, so daß der
Ölzutritt allmählich erfolgt.
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Für den Fall, daß der Öldruck aussetzt und eine hydraulische Steuerung
darum nicht mehr möglich ist, kann der Kolben 89 trotzdem über die Regelstange 91
verschoben werden, da die Regelstange nur so weit relativ zum Kolben zu bewegen
ist, als es die Tellerfedern 96 oder 97 zulassen. Bei zusammengedrückter Tellerfeder
96 oder 97 wird der Kolben 89 in der entsprechenden Verschieberichtung von der Regelstange
mitgenommen.
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Der Raum 110, dem das zur Betätigung des Servomotors erforderliche
Öl zugeführt wird, ist durch ein Rücklaufventil 123 mit dem ölgefüllten Raum 124
verbunden. Wenn die Druckmittelzufuhr durch die Kanäle 108 und 109 ausfällt und
der Kolben 89 in Richtung des Pfeiles E bewegt wird, kann im Raum 110 Unterdruck
entstehen, so daß der Kolben die Tendenz hat, sich in Richtung D zurückzubewegen,
sobald die Regelstange 91 gelöst wird. In diesem Fall würde das Wechselgetriebe
nicht mit dem gewünschten eingestellten übersetzungsverhältnis weiterrotieren. Um
dies zu verhindern, wird ein Unterdruck im Raum 110 über das Rücklaufventil 123
ausgeglichen, das den Zylinderraum 71.10 mit dem ölgefüllten Raum 124 in Verbindung
bringt. Bewegt sich der Kolben 89 in Richtung des Pfeiles E, während durch die Kanäle
108 und 109 kein Öl zugeführt wird, so wird beim Auftreten eines bestimmten Unterdrucks
im Raum 110 die Ventilkugel 126 gegen den Druck der Feder 127 von ihrem Sitz 128
abgehoben, so daß Öl aus dem Raum 124 durch den Kanal 129 des Rücklaufventils 123
und die Bohrung 130 in den Zylinderraum 110 strömt. Sobald die Regelstange 91 gelöst
wird und der Kolben sich in Richtung D zu bewegen versucht, schließt das Rücklaufventil,
und der Kolben stellt sich in eine Gleichgewichtslage ein.