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Hydrostatisches Getriebe Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisches
Getriebe mit einem Gehäuse, in dem eine Schwenkkopfpumpe und ein mit dieser hydraulisch
verbundener Schwenkkopfmotor Seite an Seite angeordnet sind, wobei die Schwenkköpfe
um im wesentlich parallele Achsen schwenkbar und zwecks gemeinsamer Schwenkung durch
ein Glied gelenkig miteinander verbunden sind und wobei der Motorkopf so angeordnet
ist, daß er sich in der Stellung seines gOßten Schluckvermögens befindet, wenn der
Pumpenkopf in oder nahe seiner Stellung >Tördermenge Null« ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisches Getriebe
so auszubilden, daß das Getriebe samt der Verstellvorrichtung einen geringen Raumbedarf
und einen weiten übersetzungsbereich aufweist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß sich die Triebwellen der Pumpe
und des Motors voneinander weg erstrecken und sich die Schwenkbereiche der beiden
Schwenkköpfe überschneiden und daß das Glied drehbar einerseits direkt an dem einen
Schwenkkopf und andererseits an einem sich von dem anderen Schwenkkopf in Richtung
auf den ersten Schwenkkopf erstreckenden Fortsatz derart befestigt ist, daß bei
maximalem Schwenkausschlag des Motorkopfes die Drehachsen des Gliedes und die Schwenkachse
des Pumpenschwenkkopfes in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei der Verstellhebel
am Pumpenschwenkkopf angelenkt ist.
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Die beiden Schwenkköpfe bilden zusammen mit dem Verbindungsglied ein
Gelenkviereck. Obgleich die Kinematik des Gelenkvierecks bekannt ist, wurde sie
bei hydrostatischen Getrieben bisher nicht in dieser Weise ausgenutzt.
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Bei einem bekannten Getriebe dieser Art sind der Pumpenschwenkkopf
und der Motorschwenkkopf derart miteinander verbunden, daß bei einer Schwenkung
des Pumpenkopfes eine etwa gleich große Schwenkung des Motorkopfes stattfindet.
Dabei ist das Glied an kurzen Fortsätzen des Pumpen- und Motorschwenkkopfes. befestigt.
Es ist auch bekannt, bei hydrostatischen Getrieben zunächst nur den Pumpenschwenkkopf
aus seiner Nullstellung zu schwenken, um ein hohes Anfahrdrehmoment zu erhalten,
und möglichst erst bei voll ausgeschwenktem Pumpenschwenkkopf eine Verstellung des
Motorschwenkkopfes im Sinn einer Verringerung des Schwenkausschlages zwecks Erhöhung
der Abtriebsdrehzahl durchzuführen.
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Weiterhin ist es bekannt, daß sich bei solchen Getrieben die Triebwellen
von Pumpe und Motor voneinander weg erstrecken und der Verstellhebel am Pumpenschwenkkopf
angelenkt ist.
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Durch die Erfindung wird zunächst ein organischer Einbau des Getriebes
zwischen einem Antriebsmotor und der anzutreibenden Last, z. B. den Antriebsrädern
eines Kraftfahrzeuges, ermöglicht, wobei durch die überschneidung der Schwenkbereiche
der Raumbedarf des Getriebes so gering wie möglich gemacht wird. Durch die Anordnung
des Verbindungsgliedes in der Weise, daß dieses bei maximalem Schwenkausschlag des
Motorkopfes eine Strecklage in bezug auf die Schwenkachse des Pumpenkopfes einnimmt,
wird bei einer Schwenkung des Pumpenkopfes aus der Nullstellung in die eine oder
die andere Richtung der Motorkopf zunächst nur unbedeutend verstellt, womit ein
hohes Anfahrdrehmoment erreicht wird. Erst wenn der Pumpenkopf weitergeschwenkt
wird, wird der Schwenkausschlag des Motorkopfes allmählich verringert, wodurch die
Abtriebsdrehzahl erhöht wird. Damit wird die gewünschte Verstellungscharakteristik
des Getriebes in beiden Drehrichtungen und gleichzeitig die Feinfühligkeit der übersetzungseinstellung
im Anfahrbereich mit einfachen Mitteln erreicht. Durch die
Anlenkung
des Verstellhebels am Pumpenschwenkkopf wird gewährleistet, daß das Glied aus seiner
Strecklage bewegt werden kann.
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Der eine Schwenkkopf kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
zwei im Abstand voneinander befindliche, zueinander parallele Fortsätze aufweisen,
an denen je ein Glied drehbar befestigt ist, das andererseits drehbar direkt
an dem anderen Schwenkkopf befestigt ist, wobei in den Fortsätzen und den Gliedern
in bekannter Weise Flüssigkeitskanäle zur hydraulischen Verbindung zwischen Pumpe
und Motor vorgesehen sind.
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Die Glieder können am Schwenkkopf an dessen von dem anderen Schwenkkopf
abgewandten Seite befestigt sein, so daß sie zusammen mit den Fortsätzen diesen
Schwenkkopf umgreifen. Dadurch wird eine sehr raumsparende Anordnung erreicht.
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Wenn die Schwenkköpfe in an sich bekannter Weise in einer gemeinsamen
Ebene schwenkbar sind, kann jeder Schwenkkopf an seiner dem anderen Schwenkkopf
benachbarten Seite eine Aussparung aufweisen, in welche der andere Schwenkkopf bei
vollem Schwenkausschlag eingreift. Dadurch wird der Raumbedarf weiter verringert.
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Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand
der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch
das erste Ausführungsbeispiel, F i g. 2 einen Schnitt gemäß Linie H-II in
F i g. 1,
F i g. 3 und 4 die Endstellungen der Schwenkköpfe der Ausführung
gemäß F i g. 1,
F i g. 5 und 6 schematische Darstellungen
des zweiten und dritten Ausführungsbeispieles, F i g. 7 einen Längsschnitt
durch das vierte Ausführungsbeispiel, F i g. 8 eine Ansicht des Pumpenschwenkkopfes
aus F i g. 7 ohne Zylindertrommel und F i g. 9 einen Schnitt gemäß
Linie IX-IX in F i g. 7.
Die Ausführung nach F i g. 1 und 2 ist insbesondere
für ein Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehen. Das Getriebe ist in einem Gehäuse
1 angeordnet, das durch ein glockenförmiges Gehäuseteil 2 direkt am Fahrzeugmotor
befestigt werden kann. In diesem Gehäuseteil 2 ist das Schwungrad 3 angeordnet.
Die Getriebepumpe 4 und der Getriebemotor 8 sind im Gehäuse 1 an einem
Lagerflansch 5 bzw. 9 befestigt, der ein Teil eines Deckels
6 bzw. 11 bildet, der durch Schraubenbolzen 7 bzw. 12 am Gehäuse
1 befestigt ist.
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Die Getriebepumpe 4 und der Getriebemotor 8
sind von gleicher
Konstruktion, so daß im folgenden nur die Pumpe 4 im einzelnen beschrieben wird.
Die Pumpenantriebswelle 13 ist über ein Lager 14 im Lagerflansch
5 gelagert. Das innere Ende der Welle 13 ist einstückig mit einem
TriebIlansch 15, der sich axial gegen eine Lagerfläche 16 des Lagerflansches
5
abstützt. Im Triebflansch 15 sind mehrere Kugelgelenke
17 angeordnet, deren Mitten auf einem Kreis koaxial zur Welle 13 liegen.
An den Kugelgelenken 17 sind Kolbenstangen 18 angebracht. Der Lagerflansch
5 weist zwei Arme 19 auf, die koaxiale Schwenkzapfen 21 aufnehmen,
deren Achse einen Durchmesser des Kreises bildet, auf dem die Mitten der Kugelgelenke:17
liegen.
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Auf den Schwenkzapfen 21 ist der Pumpenschwenkkopf 22 drehbar gelagert.
Eine Aussparung 23 im Schwenkkopf 22 nimmt eine urnlaufende Zy-
lindertrommel
24 auf, die eine Mehrzahl von achsparallelen Zylinderbohrungen 25 enthält
und mit dem Schwenkkopf 22 um die Achse der Schwenkzapfen 21 schwenkbar ist. Die
Zylindertrommel 24 läuft an einem ebenen Steuerspiegel 26 eines Ventilkörpers
an, der ein Teil des Schwenkkopfes 22 bildet. Von dem Steuerspiegel 26 geht
ein Lagerzapfen 27 aus, der sich in eine Mittelbohrung 28 der Zylindertrommel
24 hinein erstreckt und auf dem die Zylindertrommel gelagert ist.
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In jeder Zylinderbohrung 25 ist ein Kolben 29 verschiebbar
angeordnet, der eine tiefe Bohrung zur Aufnahme des Endes der zugehörigen Kolbenstange
18 aufweist. Die Kolbenstangen 18 sind in den Kolbenbohrungen derart
festgelegt, daß sie gerinfügige Schwenkbewegungen durchführen können. Dadurch können
sie während der Drehung des Triebflansches an den Wänden der Kolbenbohrung anliegen
und die Zylindertrommel 24 mitnehmen.
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Die Fläche 31 der Zylindertrommel 24, die mit dem Steuerspiegel
26 zusammenwirkt, enthält eine Mehrzahl von Steueröffnungen 32, eine
für jede Zylinderbohrung 25. Im Steuerspiegel 26 sind zwei nierenförmige
Steueröffnungen 33 und 34 (F i g. 2) vorgesehen, von denen Kanäle
35 und 36 ausgehen, die sich in einem Fortsatz 37 fortsetzen,
der von einer Seite des Schwenkkopfes 22 ausgeht.
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Die Pumpenantriebswelle 13 ist hohl und an ihrem inneren Ende
durch eine Kellverzahnung mit einer Welle 38 verbunden, die an ihrem anderen
Ende ebenfalls durch eine Keilverzahnung mit dem Schwungrad 3 verbunden ist.
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Wenn der Pumpenschwenkkopf geschwenkt ist, so daß sich die Drehachsen
der Zylindertrommel 24 und der Antriebswelle 13 schneiden, wird Flüssigkeit
durch die Steueröffnungen 33 und 34 gefördert. Die Förderrichtung hängt ab
von der Richtung, in der der Schwenkkopf aus der Nullstellung geschwenkt wird, und
von der Drehrichtung der Antriebswelle 13.
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Der Motor 8 weist jedoch keinen Fortsatz wie die Pumpe
37 auf. Die Motorabtriebswelle 41 ist mit ihrem Triebflansch im Lagerflansch
9 gelagert. Der Motorschwenkkopf 42 ist um den Schwenkzapfen 43 schwenkbar
und nimmt eine Zylindertrommel mit Zylinderbohrungen und Kolben auL Die Schwenkköpfe
von Pumpe und Motor sind durch zwei gleiche parallele Glieder 44 und 45 (F i
g. 2) miteinander verbunden. Diese Glieder sind drehbar einerseits am Fortsatz
37 und andererseits am Motorschwenkkopf 42 befestigt. Das Glied 45 ist in
F i g. 2 im Querschnitt gezeigt und weist zwei querdurchbohrte Endteile 46
und 47 auf, die durch ein Rohr 48 miteinander verbunden sind. Das Endteil 46 enthält
einen Ansatz 49, der genau in eine Aussparung 51 am Ende des Fortsatzes
37 paßt, während das Endteil 47 einen Ansatz 52 aufweist, der genau
in eine Aussparung 53 an einer Seite des Schwenkkopfes 42 paßt. Das Endteil
46 wird mit seinem Ansatz 49 durch einen Flansch 57, einen Bolzen 54, eine
Distanzhülse 55 und eine Mutter 56
in der Aussparung 51 gehalten.
Desgleichen wird das Endteil 47 mit seinem Ansatz 52 durch einen Flansch
58, einen Bolzen 59, eine Distanzhülse 61 und eine Mutter
62 in der Aussparung 53 des Schwenkkopfes 42 gehalten. In gleicher
Weise erfolgt die Befestigung des Gliedes 44, wobei die Bolzen 54 und
59 durchgehend sind und zur Befestigung beider Glieder 44 und 45 dienen.
Im Ventilkörperteil des Motorschwenkkopfes
42 erstreckt sich ein
Kanal 63 von der nierenförmigen Steueröffnung 33 zu der Aussparung
53, die durch das Rohr 48 und den Kanal 35 im Fortsatz 37 mit
der entsprechenden Steueröffnung 33
der Pumpe in Verbindung steht. In gleicher
Weise wird eine hydraulische Verbindung zwischen den Steueröffnungen 34 von Pumpe
und Motor durch den Kanal 64 gebildet, der sich im Glied 44 fortsetzt und mit dem
Kanal 36 im Fortsatz 37 in Verbindung steht.
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Die Pumpe 4 und der Motor 8 sind so im Gehäuse 1 angeordnet,
daß die Achsen der Schwenkzapfen 21 und 43 parallel zueinander sind. Die Drehachsen
der Glieder 44 und 45 werden durch die zueinander parallel angeordneten Bolzen 54
und 59 gebildet und sind zu den Achsen der Schwenkzapfen 21 und 43 parallel.
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Die Schwenkbereiche der Schwenkköpfe 22 und 42 überschneiden sich.
In der in F i g. 1 gezeigten Nullstellung des Pumpenschwenkkopfes fluchten
die Achsen der Zylindertrommel 24 und des Triebffansches 15, so daß eine
Drehung der Welle 39 keine Förderung verursacht. In dieser Nullstellung liegen
die Drehachsen der Glieder 44, 45 in einer durch die Achse der Schwenkzapfen
21 gelegten gemeinsamen Ebene, wobei die Achse des Bolzens 59 den größtmöglichen
Abstand von der Achse der Schwenkzapfen 21 hat. Diese Lage entspricht gleichzeitig
dem größtmöglichen Schwenkausschlag des Motorkopfes. Durch diese Strecklage der
Glieder 44, 45 wird erreicht, daß eine Schwenkung des Pumpenschwenkkopfes aus der
Nullstellung in die eine oder die andere Richtung eine zunächst sehr geringe Verringerung
des Schwenkausschlages des Motorkopfes verursacht, was zur Folge hat, daß beim Anfahren
ein hohes Drehmoment zur Verfügung steht, das bei steigender Drehzahl,
d. h. bei weiterem Schwenken des Pumpenschwenkkopfes, sinkt.
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Zum Verstellen der Schwenkköpfe dient ein Stellmotor 65 mit
einem Kolben 66, der unter hydraulischem Druck in einem Zylinder
67 bewegbar ist. Vom Kolben 66 erstreckt sich eine Kolbenstange
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durch einen Dichtring 69 hindurch zu einem Gelenkglied
71, über das es mit einem am Pumpenkopf befestigten Arm 72 verbunden
ist. Die Steuerung des Stellmotors gehört nicht zur Erfindung.
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In der in F i g. 1 gezeigten Stellung ist das Getriebe im Leerlauf,
da eine Drehung der Pumpentriebwelle 13 keine Flüssigkeitsförderung und damit
keinen Antrieb der Motortriebwelle 41 verursacht. Bei einer geringen Schwenkung
des Pumpenkopfes fördert die Pumpe eine geringe Flüssigkeitsmenge unter hohem Druck.
Entsprechend wird die Motortriebwelle bei hohem Drehmoment langsam gedreht. Eine
Vergrößerung des Pumpenschwenkwinkels erhöht die Förderung und verringert den Schwenkwinkel
und damit das Schluckvermögen des Motors, wodurch die Drehzahl der Motortriebwelle
in Vorwärtsfahrtrichtung erhöht wird. In F i g. 3 ist der Pumpenkopf um einen
maximalen Winkel A in Vorwärtsförderrichtung verschwenkt, und diese Verschwenkung
verursacht eine Verringerung des Schwenkwinkels des Motorkopfes um den Betrag B.
Dadurch wird der Hub der Motorkolben beträchtlich verringert, ohne jedoch die Drehrichtung
des Motors umzukehren. Der Winkel A kann z. B. 25' und der Winkel
B 15' sein. Der maximale Schwenkwinkel des Motorkopfes in F i
g. 1 beträgt 25'.
Für die Umkehrung der Förderrichtung wird der Pumpenkopf
durch den Stellmotor 65 nach oben geschwenkt (s. F i g. 4), wobei
der größtmögliche Schwenkwinkel in dieser Richtung mit C bezeichnet ist.
In dieser Stellung ist der Schwenkhebel des Motors um den Betrag D verringert.
Da hierdurch die Förderrichtung umgekehrt wird, dreht sich auch die Drehrichtung
der Motortriebwelle um.
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Zur Füllung des hydrostatischen Getriebes ist im Lagerflansch
5 eine Niederdruck-Zahnradpumpe 73
angeordnet, die von der Pumpentriebwelle
13 angetrieben wird. Die von der Zahnradpumpe 73 geförderte Flüssigkeit
wird über übliche Rückschlagventile dem Getriebekreislauf zugeführt und kann gleichzeitig
zur Betätigung des Stellmotors 65 dienen.-Im Betrieb werden Pumpenkopf und
Motorkopf in einer vertikalen Ebene um ihre Schwenkachsen geschwenkt. Wenn das Getriebe
außer Betrieb ist und von der Pumpe 73 kein Druck erzeugt wird, um den Stellmotor
65 zu versorgen, so fallen Pumpenkopf und Motorkopf in die in F i
g. 3 gezeigte Stellung. Dies ist außerordentlich nachteilig, denn beim Starten
des Antriebsmotors würde das Getriebe, das in dieser Stellung das Fahrzeug antreiben
will, ein sehr hohes Drehmoment verlangen. Um dies zu vermeiden, ist eine Sperre
vorgesehen, die einen Bolzen 74 aufweist, der mit einem Fortsatz 75 am Pumpenkopfgehäuse
22 zusammenwirkt. Der Bolzen 74 erstreckt sich von einem Kolben 76, der verschiebbar
in einem Zylinder 70 angeordnet ist. Eine Feder 77
ist bestrebt, den
Kolben 76 in einer Stellung zu halten, in der der Bolzen 74 mit dem Ansatz
75 zusammenwirkt. Das eine Ende des Zylinders 70 ist durch eine Leitung
78 mit der Füllpumpe 73 verbunden, so daß während des Betriebes des
Gemisches der von dieser Pumpe erzeugte Druck den Kolben 76 entgegen der
Wirkung der Feder 77 nach links verschiebt und der Bolzen 74 von dem Ansatz
75 freikommt. Wenn jedoch der Antriebsmotor stillgesetzt wird, so kann der
Bolzen 74 unter Wirkung der Feder 77 mit dem Fortsatz 75 zusammenwirken
und ein Schwenken der Schwenkköpfe unter Wirkung der Schwerkraft verhindern. Vorzugsweise
verriegelt der Bolzen 74 die Köpfe in der Nullstellung des Pumpenkopfes.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 bis 4 verlaufen die Triebwellen
von Pumpe und Motor zueinander parallel. Im Ausführungsbeispiel gemäß F i
g. 5
ist der Aufbau des Getriebes derselbe wie in F i g. 1,
mit
dem einzigen Unterschied, daß die Wellen 13 und 41 geringfügig gegeneinander
geneigt sind. Trotzdem sind Pumpe und Motor so nebeneinander angeordnet, daß sich
die Schwenkbereiche ihrer Schwenkköpfe überschneiden.
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In den beiden Ausführungen gemäß F i g. 1 bis 5
enthält
der Pumpenkopf den Fortsatz, an dem das Glied befestigt ist. F i g. 6 zeigt
eine Anordnung, bei welcher der Fortsatz 86 vom Motorkopf 85 ausgeht
und das Glied 87 direkt am Pumpenkopf 88 befestigt ist. Die Pumpentriebwelle
81 und die Motortriebwelle 82 hegen parallel zueinander, und die Pumpe
83 und der Motor 84 sind nebeneinander angeordnet. Die Drehachsen
89 und 91 des Gliedes 87 liegen in der Strecklage des Gliedes
87, die der Nullstellung der Pumpe entspricht, in einer Ebene mit der Schwenkachse
92 des Pumpenkopfes 88. Eine Bewegung des Pumpenkopfes 88 aus
dieser Nullstellung in die eine oder die andere Richtung verursacht eine Verringerung
des
Schwenkwinkels des Motorkopfes 85. In der gezeigten Strecklage hält das Glied
87 den Motorkopf 85 in der Stellung »Maximales Schluckvermögen«.
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Ein viertes Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 7
bis
9 zekt eine Abwandlung der Ausführung gemäß F i g. 1 und 2, wobei
gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet wurden. Der Hauptunterschied gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß der Pumpenschwenkkopf 22 und der
Motorschwenkkopf 42 noch näher beieinanderliegen. Um dies zu ermöglichen, sind an
Stelle eines Fortsatzes,37 zwei parallele Fortsätze37a und 37b in einem Abstand
voneinander angeordnet, und beide Schwenkköpfe 22 und 42 sind mit Aussparungen 121
bzw. 122 an den einander benachbarten Seiten versehen. In F i g. 7 ist die
Zylindertrommel des Motors weggelassen, damit die Lage des Fortsatzes
37 b und des zugehörigen Gliedes 44 besser ersichtlich ist. Die Drehverbindungen
zwischen den Enden der Fortsätze 37a und 37b und den Gliedern 44 und 45 entsprechen
den in F i g. 1 gezeigten, mit dem Unterschied, daß zwei getrennte Bolzen
56 a und 56 b zur Verbindung der Glieder 44 und
45 mit den Fortsätzen vorgesehen sind. Weiterhin liegt die Drehverbindung zwischen
den Gliedern und dem Motorschwenkkopf 42 auf der der Pumpe abgewandten Seite der
Motorzylindertrommel. Die beiden Fortsätze 37 a und 37 b
umgeben zusammen
mit den Gliedern 44 und 45 die Motorzylindertrommel. Wie im Ausführungsbeispiel
gemäß F i g. 1 und 2 enthalten die Fortsätze und Glieder Kanäle zur hydraulischen
Verbindung zwischen Pumpe und Motor.