DE1625152B2 - Lagerung fuer die axialkolbenpumpe eines hydrostatischen getriebes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Lagerung für eine Axialkolbenpumpe im Gehäuse eines hydrostatischen :>5 Getriebes.

Bei der Konstruktion solcher Getriebeeinheiten müssen die auf die rotierende Zylindertrommel der Axialkolbenpumpe einwirkenden Kräfte (hydraulische Kräfte, Antriebskräfte und durch die Anordnung der to Lager und der Schiefscheibe bestimmte Kräfte) beachtet werden, und zwar mit Rücksicht auf die Lagerbelastungen und die nötige Anpreßkraft der Zylindertrommel an den Verteilerspiegel.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung besteht darin, die auf die Zylindertrommellager wirkenden Kräfte möglichst niedrig zu halten bzw. auszugleichen, wobei die zur Abdichtung zwischen Zylindertrommel und Verteilerspiegel nötige AnpreB-kraft in allen Betriebszuständen gewährleistet sein solL Bei der Konstruktion müssen kurze Axialabmessungen erreichbar seia

Diese Aufgabe wird durch die Kombination dsr im Hauptanspruch angeführten Merkmale a) bis c) gelöst

Die Merkmale nach a) sind bereits aus der DT-AS 12 00 135 bekannt. Hierbei erfolgt jedoch die Einleitung der Antriebskraft in die Pumpe über eine zentrale Antriebswelle, die mit einem Antriebswellenzapfen koaxial zur Kolbentrommel durch eine Mittelöffnung der Schiefscheibe hindurchläuft. Entsprechend dient auch das zweite Lager aus dem Merkmal a) bei der bekannten Ausführung gleichzeitig zur Lagerung der Antriebswelle. Ferner ist das Hauptlager am Umfang der Trommel an deren der Schiefscheibe zugewendeten vorderen Ende angeordnet, so daß der hintere Teil der Trommel mit'verhältnismäßig großen Zentrierkräften abgestützt werden muß, wozu im bekannten Fall der sphärisch ausgebildete Verteilerspiegel dient.

Die Merkmale nach b) sind bereits aus der GB-PS 2 03 857 bekannt, in welcher ein hydrostatisches Getriebe aus Pumpe und Motor beschrieben ist, bei dem der ebene Verteilerspiegel der Pumpe im Normalbetrieb mit der Abtriebsdrehzahl umläuft und einen Zapfen aufweist, auf dem die Trommel drehbar abgestützt ist. Der umlaufende Verteilerspiegel ist seinerseits über die Abtriebswelle und einen in der Antriebswelle drehbar abgestützten Wellenzapfen gelagert. Entsprechend werden über das nahe des Zahnkranzes der Kolbentrommel angeordnete Lager am Umfang der Kolbentrommel nicht die Hauptlagerkräfte für die Trommel abgetragen.

Es ist auch bereits bekannt, den Abtriebszahnkranz auf der Kolbenabtriebsscheibe eines Axialkolbenmotors und das auf einer danebenliegenden Abtriebswelle sitzende Ritzel mit Spiralverzahnung zu versehen (US-PS 22 46 018). Die aus der Verzahnung resultierende Axialkraft dient dazu, die Lager für die Abtriebs-Sicheibe von der Kolbenreaktionskraft j:u entlasten. Da der Zahnradabtrieb nicht in der Zylindertrommel erfolgt, sondern an der stirnseitig der Trommel angeordneten Abtriebsscheibe, greifen die von den Abtriebszahnrädern übertragenen Entlastungskräfte nicht an der Trommel selbst an.

Es ist auch schon bekannt, bei Axialkolbenmaschinen einen Ausgleichszylinder vorzusehen, dessen Druckkräfte die — mit einem Wellenzapfen und einem an ihrem Umfang angeordneten Radiallager versehene — Kolbentrommel am Verteilerspiegel in Anlage halten (DT-AS 11 40 421, Fig. 9). Die Druckkammer wird dabei von der jeweils druckführenden Arbeitsleitung der Pumpe mit Hochdruck versorgt.

Durch die Erfindung wird ein weitgehender Ausgleich der auf die rotierende Trommel einwirkenden Kräfte erreicht, die möglichst nahe an der Auflagelinie der Trommel auf dem im Pumpengehäuse vorgesehenen Hauptwälzlager angreifen, in dem die Trommel gelagert ist. Das am Trommelumfang sitzende Hauptlager ist durch seine Größe ausreichend tragfähig, so daß es die auf die Trommel wirkenden Radialkräfte ohne Nachteil für die Baugröße der Pumpe im wesentlichen vollständig aufzunehmen vermag. Da der Zahnkranz möglichst nahe am Hauptlager angeordnet ist, wird das zweite Lager am Ende des die Trommel axial verlängernden Wellenzapfens weitgehend entlastet, so daß es klein sein kann und im wesentlichen nur noch Zentrieraufgaben zu übernehmen braucht.

Der seitliche Antrieb ist außerdem vorteilhaft, wenn die axialen Abmessungen der Vorrichtung beschränkt sind, wie es bei ihrer Verwendung zum Antrieb eines Motorfahrzeuges der Fall ist Diese Anordnung ermöglicht außerdem die Zwischenschaltung einer Geschwindigkeitsuntersetzung, die von großer Bedeutung ist, wenn die Drehzahl des Antriebsmotors zu hoch und das zu übertragende Moment gering ist, weil dann die Verwendung einer direkt angeschlossenen Pumpe sehr schwierig ist Die seitliche Anordnung der Untersetzungszahnräder zum Antrieb der Trommel trägt außerdem zur Verringerung der Übertragungsverluste und zu einem zumindest teilweisen Kräfteausgieich während des Betriebes bei.

Durch die Spiralverzahnung der Antriebsräder wird eine von der Richtung des Antriebsdrehmomentes abhängige Axialkraft auf den Verteilerspiegel ausgeübt, so daß die Trommel beim Arbeiten der Vorrichtung als Pumpe entsprechend gegen den Verteilerspiegel axial angedrückt wird. Diese aufgebrachte Axialkraft kehrt sich jedoch bei einer Drehmomentenumkehr im Getriebe um, so daß sie ein Abheben der Zylindertrommel vom Verteilerspiegel begünstigt. Dieser Nachteil ist jedoch bei der erfindungsgemäßen Lösung durch den Ausgleichszylinder aus dem Merkmal c) beseitigt, weil dadurch die axiale Reaktion der spiralverzahnten Zahnräder bei Betrieb der Pumpe als Motor ausgeglichen wird.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die seitliche Antriebswelle schräg zur Achse der Pumpe angeordnet, und die Zahnräder sind konisch ausgebildet. Hierdurch lassen sich die axialen Abmessungen der Pumpe verringern.

Ferner ist der Verteilerspiegel vorzugsweise sphärisch ausgebildet was an sich aus der obenerwähnten DT-AS 12 00 135 bekannt ist. Ferner ist mit Vorteil die seitliche Welle an der die Hochdrucköffnung aufweisenden Seite der Trommel angeordnet. In der nachfolgenden Beschreibung ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch das hydraulische Getriebe in der Ebene 1-1 in Fig. 2,

Fig.2 einen Schnitt 11-11 in Fig. 1 durch das hydraulische Getriebe in der Ebene, in der die Achse der Pumpe und die Achsen der beiden hydraulischen Motoren liegen,

F i g. 3 einen Schnitt III-III in F i g. 2 durch einen der hydraulischen Motoren in einer zu seiner Achse senkrechten Ebene.

Die Achse der von einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor über eine Kupplung 70 angetriebenen Welle 1 ist zur Achse 3 des Rotors bzw. der Trommel 4 der Pumpe des hydraulischen Getriebes parallel angeordnet (Fig. 1). Die Trommel 4 ist mit Zylinderbohrungen 5 versehen, deren jede einen an einer sphärischen Schiefscheibe 7 anliegenden Kolben mitnimmt. Diese Schiefscheibe 7 ist durch Schwenken um eine zur Achse der Scheibe senkrechte Achse verstellbar, die durch die koaxialen Wälzlager 9 und 10, an dessen Innenringen die Schiefscheibe 7 montiert ist, festgelegt ist. .

Die Pumpe wird über ein Ritzel 12 angetrieben, das auf der die seitliche Welle 1 umschließenden Hohlwelle 11 sitzt, welche über Innenkeilnuten mit der Welle 1 in Triebverbindung steht. Die Hohlwelle ist in einem Rollenlager 13 und in einem Kugellager 14 gelagert. Das Ritzel 12 greift in einen Zahnkranz 15 ein, der direkt in den Umfang der Trommel 4 eingeschnitten ist.

Die Trommel 4 ist im mittleren Teil in einem im Pumpengehäuse 17 vorgesehenen, als Rollenlager ausgebildeten ersten Lager 16 gelagert und ist mittels eines im Flansch 19 des Pumpengehäuses angeordneten zweiten Lagers 18, das als Nadellager ausgebildet ist, in welchem eine mit der Trommel fest verbundene Hohlwelle 20 sitzt, auszentriert

Ein schwimmender sphärischer Verteilerspiegel 21, in dem ein Zulaufkanal 22 und ein Ablaufkanal 23 vorgesehen sind, steht mit den Kanälen 24, 25 in Verbindung, welche die beiden hydraulischen Motoren, die links und rechts von der Schnittebene der F i g. 1 angeordnet sind, mit Flüssigkeit speisen.

Die Hohlwelle 20 der Trommel 4 enthält außerdem einen Kolben 29, dessen Kolbenstange am Boden 30 einer im Flansch 19 vorgesehenen Vertiefung 31 zum Anschlag kommen kann. Eine Feder 32 drückt die Hohlwelle vom Boden 30 des Flansches 19 weg, so daß die Trommel 4 gegen den sphärischen Spiegel des Verteilerspiegels 21 ged-ückt wird, wodurch beim Anlaufen ein unmittelbar einsetzender Pumpendurchsatz sichergestellt ist. Bei Normalbetrieb wirkt in dem Hohlrau.n der Welle 20 über die Kanäle 33 und 34 der Betriebsdruck bzw. der Druck der Flüssigkeitszufuhr: Der Kolben 29 ist nun an dem Boden 30 im Anschlag und der hier ausgeübte Druck, vermindert um den Druck, der auf den Querschnitt des Kanals 34 einwirkt, drückt die Trommel 4 gegen den Verteilerspiegel 21. Bei der Rückwirkung, wobei die Pumpe zum Motor wird. wirkt auf den Kolben 29 der entsprechende Druck ein. Der Kolben besitzt einen genügend großen Querschnitt, um sich der Axialkomponente des Ritzels 12, die nun umgekehrt ist und das Bestreben hat, die Trommel 4 vom Verteilerspiegel 21 wegzudrücken, zu widersetzen. Bei einer derartigen Pumpe ist es damit möglich, die während des Betriebs auftretenden Kräfte weitgehend auszugleichen.

Diese Kräfte bestehen insbesondere aus: der Kraft Fi des Antriebsmomentes, die am Zahnkranz 15 der Trommel durch das Ritzel 12 in Höhe des sphärischen Verteilerspiegels erzeugt wird und eine radiale, auf die Achse 3 zu gerichtete Eingriffskomponente /1 besitzt, der Kraft F2 bzw. Reaktion der Schiefscheibe 7, wobei die Kraft F₂ an der Verstellachse 8 der Schiefscheibe angreift, der Kraft F₃ bzw. Reaktion der Trommel, wobei die Kraft Fi teilweise durch die schräge Anordnung der Zylinderachsen gegenüber der sphärischen Oberfläche des Verteilerspiegels 21 bewirkt wird, und der Kraft F₄, die durch die Einwirkung des Flüssigkeitsdruckes auf die Trommel in Höhe der öffnungen 22 und 23 des Verteilerspiegels 21 erzeugt wird.

Wenn sich die Trommel von der Seite der Schiefscheibe 7 aus gesehen entgegen dem 'Uhrzeigersinn dreht, befindet sich die Druckzone in der oberen Hälfte der Vorrichtung und die Kräfte Ft, F₃ und F₄ greifen in benachbarten Punkten nahe bei der Auflagelinie des ersten Lagers 16, des Hauptträgers der auf die Trommel 4 einwirkenden Kräfte, an.

Der Kräfteausgleich geschieh! direkt durch die Druckzufuhr auf die ebene Fläche des Verteilers.

Durch diese teilweisen Kraftausgleichungen wird der Wirkungsgrad der Pumpe erhöht. Entsprechende Maßnahmen wurden für die hydraulischen Motoren ergriffen.

Die koaxialen Rotoren 36 und 37 dieser Motoren drehen sich um eine gemeinsame Achse 35 (F i g. 2).

Jeder Rotor besitzt mehrere radial angeordnete Zylinder 38 bzw. 39, deren Achsen abwechselnd nach links und nach rechts gegen eine zur Achse 35 senkrechte Ebene leicht geneigt sind. Ein gemeinsamer zylindrischer Verteilerspiegel 28 ist mit der Pumpe über die Kanäle 26 und 27 verbunden. In den Zylindern gleiten Kolben 40 bzw. 41, deren äußere Kolbenenden auf den Bahnen 42 bzw. 43 der Exzenter, die die Änderung ihres Hubes ermöglichen, aufliegen.

Um zu vermeiden, daß die Kolbenenden der Kolben 40 und 41 auf ihren Führungsbahnen gleiten, sind diese an einem doppelten Ring 44 bzw. 45 befestigt, die beide in Wälzlagern 46 bzw. 47 ruhen. Diese Wälzlager werden von dem zur Steuerung des Exzenters dienenden Teil 48 bzw. 49 getragen.

Durch die Ausschaltung des Gleitens der Kolbenenden, die nun die Bahnen 42 und 43 in Drehung versetzen, erhöht sich der Wirkungsgrad des hydraulischen Getriebes. Da die Kolbenenden abgerundet sind, ändern sich während der Drehung ihre Berührungspunkte mit der Bahn und die Kolben werden um ihre eigene Achse in Drehung versetzt Dadurch werden frühzeitige Verschleißstellen vermieden. Kanäle 50, 51, 52 stehen im Inneren des sphärischen Verteilerspiegels 21 miteinander in Verbindung und bewirken über öffnungen am Umfang des Verteilerspiegels dessen teilweisen hydrostatischen Ausgleich.

Auf F i g. 3 ist ein zylindrischer Spiegel 28 dargestellt, der die automatische Versetzung der Brücken des Verteilerspiegels 28 ermöglicht, wenn die Motoren beim Aufhören der Beschleunigung des Fahrzeugs oder beim Abbremsen ihre Betriebsart wechseln und als Pumpen arbeiten, um die kinetische Energie des Fahrzeugs zu absorbieren.

Die Bahn 42 rollt wie oben beschrieben in dem Tragelement 48, das bei 53 abgelenkt ist und das in 54 gesteuert wird. Das Teil 55 dient zur Befestigung des Motors mit dem Rotor bzw. der Trommel 36 in der Verwendungsstellung am Fahrzeug. Der Gehäuseabschnitt 56 ist mit dem Hauptgehäuse 17 verbunden.
Der rückwärtige Teil (F i g. 2) des Gehäuses isi; über

ίο Dämpfungsklötze 57 befestigt, in deren Gummiring 38 der mittels Muttern 60 angezogene Bolzen 59 sitzt.

Auf Fig.2 sind weiterhin die Rohrleitungen 62 dargestellt, in denen das Medium zur Steuerung des Stellzylinders 61 der Schiefscheibe 7 zuströmt, auf der die hydrostatisch ausgeglichenen Kufen 69 der Kolben 6 gleiten. Durch den Kolben des Zylinders 61 wird die Schiefscheibe 7 an ihrem Angriffsstück 64 über die Pleuelstange 63 mit zwei Kugelgelenken um die Achse: 8 geschwenkt. Durch einen Kolben 65, der unter der Wirkung des Steuerdruckes auf das Angriffsstück 67 der Schiefscheibe 7 über die mit zwei Kugelgelenken versehene Pleuelstange 66 drückt, wird jegliches Spiel bei der Verstellung dieser Schiefscheibe ausgeschlossen.

Die Antriebswelle kann auch schräg zur Pumpenachse angeordnet sein, wobei die Pumpe über konische Zahnräder angetrieben wird.

Der Zahnkranz der Trommel 4, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel direkt in diese Trommel eingeschnitten ist, kann aus einem Einzelteil bestehen, das aul die Trommel aufgesetzt und auf jede bekannte Weis« befestigt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Lagerung für eine Axialkolbenpumpe in einem Gehäuse eines hydrostatischen Getriebes, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Eine umlaufende Zylinderkolbentrommel (4) ist mit ihrem einen Ende an einem feststehenden Verteilerspiegel (21) und mit ihrem anderen Ende über ihre Kolben (6) an einer Schiefscheibe (7) axial abgestützt und ist radial geführt durch ein erstes Lager (16) am Außenumfang der Trommel (4) und ein zweites Lager (18), das am Ende eines die Trommel axial verlängernden, durch die Schiefscheibe (7) hindurchgeführien Wellenzapfens angeordnet ist;

b) der mechanische Antrieb der Kolbentrommel (4) erfolgt über eine seitliche Welle (1), deren Ritzel (12) mit einem Zahnkranz (15) kämmt, der fest am Außenumfang der Kolbentrommel (4) dicht neben dem ersten Lager (16) und nahe dem Verteilerspiegel (21) der Pumpe auf der diesem zugewandten Seite angeordnet ist, und

c) es ist ein von der Pumpensaugleitung (33) versorgter Ausgleichszylinder (Hohlwelle 20, Kolben 29) vorgesehen, dessen Druckkräfte die Kolbentrommel (4) am Verteilerspiegel (21) in Anlage halten, wenn bei einer Drehmomentumkehr im Getriebe die Reaktionskräfte der spiralverzahnten Zahnradpaarung (Radkranz 15, Ritzel 12) eine in Richtung Abheben der Kolbentrommel wirkende Reaktionskraft hervorrufen.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Welle (1) schräg zur Achse (3) der Pumpe angeordnet ist und daß die Zahnräder (Ritzel 12 und Radkranz 15) konisch sind.

3. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerspiegel (21) sphärisch ausgebildet ist.

4. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Welle (1) an der die Hochdrucköffnung (23) aufweisenden Seite des Verteilerspiegels (21) angeordnet ist.

5. Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste am Trommelaußenumfang angeordnete Lager (16) axial betrachtet im mittleren Teil der Trommel (4) sitzt.

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