DE1550749B2 - Hydrostatisches radialkammerngetriebe mit geschlossenem kreislauf - Google Patents

Description

Die bekannten hydrostatischen Getriebe der im Oberbegriff des Hauptanspruchs aufgeführten Gattung ermöglichen hohe Drehzahlen wegen der günstigen Zuströmbedingungen, die aufgrund der radial innenliegenden Steueröffnungen (Innenbeaufschlagung) insbesondere für den Flüssigkeitseintritt herrschen (»Flüssigkeitsgetriebe bei Werkzeugmaschinen«, Hans Krug, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1959, S. 93). Unter hydrostatischen Radialkammeraggregaten werden sowohl Radialkolben- als auch Flügel-Aggregate verstanden; beide Aggregate haben das gemeinsame Merkmal, daß die vom Fluid durchströmten Arbeitskammern ihr Volumen periodisch beim Rotorumlauf einmal in radialer Richtung vergrößern und verkleinern. Da diese Verkleinerung und Vergrößerung radial gerichtet ist, werden die bei Flügelaggregaten zwischen den Flügeln gelegenen Arbeitskammern und die bei Kolbenaggregaten vorhandenen Zylinder generell Radialkammern genannt.

Die Steuerkörper für die innenbeaufschlagten Verdrängereinheiten müssen zur Vermeidung hoher Gleitgeschwindigkeiten an den Steuerflächen kleine Durchmesser aufweisen, so daß infolge der geringen radialen Abmessungen nur kleine Querschnitte für die Flüssigkeitsleitungen möglich sind. Diese kleinen Querschnitte für die Flüssigkeitsleitungen haben aber zur Folge, daß hohe Leistungsverluste auftreten und die entstehende Wärme nur schwer in ausreichendem Maße abgeführt werden kann.

Es ist zwar schon bekannt, Getriebe mit außenbeaufschlagten Rotoren auszustatten, bei denen infolge der außenliegenden Flüssigkeitsleitungen keine Kühlprobleme auftreten (DT-PS 3 61 823), jedoch lassen diese Getriebe keine hohen Drehzahlen zu und sind demgemäß nur von begrenzter Leistung. Dies ist eine Folge davon, daß die radialen Zuflüsse und Abflüsse der Außenbeströmung dieser Aggregate eine Zuströmung zur Pumpe des Getriebes in radialer Richtung nach einwärts erfordern, wobei aufgrund der Fliehkraft der Zustrom zur Pumpe bei hohen Drehzahlen verhindert wird und demgemäß die Pumpe bei hohen Drehzahlen nicht mehr funktionsfähig ist.

Es ist auch schon bekannt, bei solchen Getrieben für jede Strömungsrichtung mehrere Leitungen vorzusehen (US-PS 25 73 472). Es sind auch außenbeaufschlagte Verdrängereinheiten mit mehreren Verdrängerkammern bekannt, die voneinander getrennte Flüssigkeitsströme umwälzen. Durch bestimmte Schaltungen dieser Flüssigkeitsströme können in einem hydraulischen Getriebe mehrere Übersetzungsverhältnisse erzielt werden (US-PS 25 91 363).

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Getriebe der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß die Kühlprobleme trotz möglichst kompaktem Getriebeaufbau gemeistert werden können und große Flüssigkeitsströme umwälzbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die unter der Merkmalsgruppe a) des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale sind bei Mehrkammer-Verdrängermaschinen bekannt. Bei diesen Getrieben werden durch jeden separaten Flüssigkeitsstrom der Mehrkammerpumpe mehrere von der Pumpe getrennt angeordnete Hydromotoren angetrieben (DT-PS 10 54 300,10 84 539, US- PS 32 70 685).

Es ist auch schon bekannt, bei Getrieben mit innenbeaufschlagten Verdrängermaschinen, die einen frei drehbaren exzentrischen Steuerring aufweisen, die im Steuerring angeordneten Flüssigkeitsverbindungen in mehrere Kanäle aufzuspalten. Die Flüssigkeitsströme vereinigen sich jedoch dort vor den Ein- und Austritten der Verdrängermaschinen in einem Ringspalt. Mehrere getrennte Flüssigkeitsströme wie bei einem Mehrkammerprinzip sind nicht vorgesehen (DT-PS 11 48 426).

Es ist auch bei Axialkolbengetrieben schon bekannt (US-PS 31 26 707, Fig. 10 bis 12), mit geschlossenem Kreislauf zu arbeiten und dabei die gerade den gleichen Arbeitszyklus ausführenden Flüssigkeitszellen der axial nebeneinander angeordneten, als Pumpe und Hydromotor wirkenden, rotierenden Verdrängereinheiten hydraulisch zu koppeln, und zwar über eine Vorlauf- und eine Rücklaufverbindung, die beide in einem ortsfest als Steuerkörper dienenden Teil angeordnet sind. Bei diesen bekannten Axialkolbengetrieben ist jedoch keine Innenbeaufschlagung vorgesehen und es ist auch nicht erkennbar, zu welchem Zweck die Kanäle im Steuerspiegel voneinander getrennt werden.
Die Maßnahme nach dem Merkmal b) des Anspruchskennzeichens ist bei außenbeaufschlagten Radialkolbenmaschinen insoweit bekannt, als dort jede Kammer voneinander getrennte Vor- und Rücklaufleitungen aufweist, die durch den Getriebeaußenteil geleitet

werden (US-PS 25 73 472).

Durch die Erfindung wird vor allem der Vorteil erreicht, daß durch die zwangsläufige Aufspaltung der Förderströme nach dem Mehrkammerprinzip sich die gekühlten und die nicht gekühlten Fluidstromanteile im Getriebe wieder zu einer mittleren Temperatur vermischen und auf diese Weise die Mängel der herkömmlichen Kühlungsprobleme in hydrostatischen oder hydrostatisch-mechanischen, hochbelasteten oder schnellaufenden Getrieben wirksam behoben werden und eine wesentlich niedrigere Betriebstemperatur der Getriebe bei höherem Gesamtwirkungsgrad erreicht werden kann.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wälzt die Pumpe des Getriebes mehrere hydraulisch voneinander getrennte Förderströme um.

In der Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch die inneren Getriebeteile eines hydrostatischen oder hydrostatisch-mechanischen Getriebes, wobei besonderer Wert auf die Verdeutlichung der Fluidstrom- und Kühlanordnung gelegt ist.

Die Zeichnung läßt erkennen, daß Fluid aus sich verkleinernden Verdrängerkammern 15 der Hydropumpe durch die Rotorpassagen 17, durch ein entsprechendes Steuerfenster in einem an einem Rotor 1 anliegenden Steuerkörper 4 und dann durch die Fluidleitung 302 und ein Steuerfenster 321 eines am Hydromotorenrotor 20 anliegenden Steuerkörpers 23 sowie Passagen in sich vergrößernde Arbeitskammern 25 des Hydromotors fließt. Das zurückströmende Fluid fließt aus sich verkleinernden Arbeitskammern 25 des Hydromotors 20 durch entsprechende Rotorpassagen 18 und ein Steuerfenster 221 eines an dem Hydromotor anliegenden Steuerkörpers 23 zur Fluidpassage 301 und durch diese hindurch, von wo aus es durch ein entsprechendes Steuerfenster 219 in einem an dem Hydropumpenrotor 1 anliegenden Steuerkörper 4 und Rotorpassagen in sich vergrößernde Verdrängerkammern 15 der Hydropumpe 1 hineinströmt.

Wird der Verdrängerhub der Hydropumpe 1, z. B. der Verdrängerhub, über die Mittellage hinaus verstellt, dann fließt der Fluidstrom in umgekehrter Richtung und bei Mittelstellung der Verdrängerhubverstellung ist kein Fluidstrom vorhanden. Diese Ausführung ist an sich bekannt.

Man kann nun die Leistungsübertragungsfähigkeit des Getriebes erheblich steigern, bis etwa verdoppeln, wenn man einen weiteren, zusätzlichen Fluidstromkreis anordnet. Dieser wird außen um das Getriebe 55 oder durch dessen Außenwandung(en) durch Passagen 305 und 306 geleitet. Dadurch ist es besonders leicht möglich, Kühler anzubringen, oder den zweiten Fluidstromkreis durch die Getriebeaußenwand zu kühlen. Die Schwierigkeit innenbeströmter Maschinen, keinen Platz für ausreichende Kühlung zu haben, wird dadurch überwunden.

Dementsprechend wird Fluid aus sich verkleinernden Verdrängerkammern 14 der Hydropumpe 1 durch Rotorpassagen 16 und durch ein Steuerfenster 320 eines am Pumpenrotor 1 anliegenden Steuerkörpers 3 in Fluidpassagen 304, beispielsweise durch einen Anpreßkörper 2 hindurch, geleitet, von wo aus es durch eine Mündung 5 und eine Fluidpassage 306 geleitet wird, die um das Getriebe herumgeleitet oder durch dessen Außenteile hindurchgeleitet wird. Aus der Fluidpassage 306 heraus strömt das Arbeitsfluid durch eine Mündung 308 und durch ein entsprechendes Steuerfenster 322 eines an dem Hydromotorenrotor 20 anliegenden Steuerkörpers 24 und durch Rotorpassagen 19 in sich vergrößernde Verdrängerkammern 25 des Hydromotors hinein. Der Rückstrom des Fluids erfolgt aus sich verkleinernden Verdrängerkammern 25 des Hydromotors 20 heraus durch entsprechende Rotorpassagen 19 und durch ein entsprechendes Steuerfenster 322 eines an dem Hydromotorenrotor 20 anliegenden Steuerkörpers 24 hindurch in die Fluidstrommündung 307 hinein. Von dieser aus strömt das Rückfluid durch die um das Getriebe 55 herum oder durch dessen Außenwände hindurch durch die Fluidpassage 305 zur Passagenmündung 303. Von dieser aus strömt es durch ein entsprechendes Steuerfenster 319 eines am Pumpenrotor 1 der Hydropumpe 1 anliegenden Steuerkörpers 3 in die entsprechenden Rotorpassagen 16 und von diesen aus in sich vergrößernde Verdrängerkammern 14 der Hydropumpe 1 hinein.

Je nach Ausführungsart können Passagenkörper 2 und Fluidkammern 5 und 6 auch fortgelassen werden.

Bei Umkehrung der Förderrichtung der Hydropumpe 1 durch Verstellung des₍Verdrängerelementenantriebes 31 usw. über die Nullage hinaus in die oppositionelle Lage hinein, oder durch Umkehrung der Pumpenumlaufrichtung wird der Fluidstrom in umgekehrte Strömungsrichtung versetzt.

In die Fluidleitungen 306 und 305 können Kühler einfach eingebaut werden. Oder die Kühlung des Fluids erfolgt durch die Außenwand des Getriebes hindurch. Da die Fluidleitungen 305 und 306 beliebig nahe der Getriebeoberfläche und beliebig dimensioniert ausgebildet werden können, ist eine wirksame Kühlung des Fluids in den Fluidpassagen 305 und 306 verwirklichbar.

Der nicht gekühlte erste, innere Fluidstromkreis erhält seine Kühlung dadurch, daß sich das Fluidum dieses Stromkreises im Hydromotor oder in der Hydropumpe wieder mit dem gekühlten, äußeren, zweiten Stromkreis vermischt. Auf diese Art und Weise werden durch Wärmeleitung auch die inneren Getriebeteile wirksamer gekühlt, als das bei bisherigen Getrieben mit nur inneren Fluidstromkreisen möglich war.

Eine besondere Wirkungsgradsteigerung und damit auch gleichzeitige Erhitzungsverminderung tritt bei der beschriebenen Ausführung noch dadurch ein, daß bei sonst gleichen Abmessungen der Steuerspiegel die Strömungsgeschwindigkeiten etwa halbiert werden, was zu bedeutender Verminderung der Getriebehöchsttemperatur führt. Man kann auch die Steuerspiegelabmessungen verkleinern, was dann zu geringerer Reibung in den Steuerspiegeln führt. Diese Wirkungsgradsteigerungen sind für den praktischen Betrieb und auch für den Wärmehaushalt des Getriebes noch wichtiger, als die reine Kühlung des Arbeitsfluids.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydrostatisches Radialkammerngetriebe mit geschlossenem Kreislauf, bei dem die gerade den gleichen Arbeitszyklus ausführenden Flüssigkeitszellen der axial nebeneinander angeordneten, als Pumpe und Hydromotor wirkenden, rotierenden Verdrängereinheiten hydraulisch gekoppelt sind über eine Vorlauf- und eine Rücklaufverbindung, die beide in einem drehfesten als Steuerkörper dienenden Teil angeordnet sind, dessen axial gerichtete Steueröffnungen radial innen liegende Steuerkanten aufweisen (Innenbeaufschlagung), dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine der Verdrängereinheiten (1 bzw. 20) mindestens zwei Vorlaufleitungen (302, 306) und zwei Rücklaufleitungen (301,305) aufweist, von denen jede einen der Flüssigkeitsströme führt, die von der einen Verdrängereinheit hydraulisch voneinander getrennt umgewälzt werden; wobei

b) einer der voneinander getrennten Flüssigkeitsströme (Vorlaufleitung 306, Rücklaufleitung 305) durch einen Getriebeaußenteil (55) geleitet wird;

c) die Aufteilung des Flüssigkeits-Umwälzstromes in mehrere Flüssigkeitsströme in mindestens einer der Verdrängereinheiten erzwungen wird, und

d) die Vorlaufleitung (306) und die Rücklaufleitung (305) des durch den Getriebeaußenteil (55) geleiteten Flüssigkeitsstromes, an den axial außen liegenden Seiten der Verdrängereinheiten (1 und 20) angeordnet ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (1) des Getriebes mehrere hydraulisch voneinander getrennte Förderströme umwälzt.