DE1650802B1 - Hydraulisches getriebe - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches kraftmaschine verbundenen hydraulischen Getriebes Getriebe mit einer hydrodynamischen Pumpe und , die Leistung der Brennkraftmaschine durch einen in

einem hydrostatischen Motor. einer Steuerhülse verschiebbar gehaltenen Steuer-

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht kolben zu beeinflussen, wobei im Steuerkolben und darin, für ein solches Getriebe eine Drehzahlsteuerungs- 5 in der Steuerhülse zusammenwirkende Steueröffnungen einrichtung zu schaffen, mit der trotz der selbst- angeordnet sind, die in Abhängigkeit von der Relativregelnden Charakteristik des eingangs aufgeführten stellung zwischen diesen Teilen drei Funktionslagen Getriebes eine willkürlich einstellbare Getriebeaus- einnehmen können, von denen die mittlere Lage eine gangsdrehzahl aufrechterhalten werden kann. Blockierstellung ist, in der kein Druckmittel zu Stell-

Diese Aufgabe wird durch die Vereinigung folgender io motoren geleitet wird.

Merkmale gelöst: Durch die Erfindung ist ein Getriebe der eingangs

aufgeführten Gattung mit einer Drehzahlsteuerein-

a) In der Rücklaufleitung des Getriebes ist ein richtung geschaffen, bei dem eine willkürlich einstell-Venturirohr angeordnet, dessen Druckabfall über bare Getriebeausgangsdrehzahl aufrechterhalten und Leitungen auf eine mit einem Steuerkolben 15 somit das Getriebe z. B. in vorteilhafter Weise in verbundene Stellmembran wirkt; Kraftfahrzeugen verwendet werden kann, da hierdurch

b) der Steuerkolben ist in einer durch ein Pedal ^die gewünschten und willkürlich einstellbaren Fahrverschiebbaren Hülse beweglich geführt, wobei in zeuggeschwindigkeiten auf einfache und unmittelbare der Hülse angeordnete Steueröffnungen mit ^Wf^se eingehalten werden können

einem Stellmotor zur Steuerung der Getriebe- ^ao In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ent-

eingangsdrehzahl bzw. mit einem Stellmotor zum ^^ncht*? ^S1f ^{h m eiI}f ^axialen Schnittebene ergebende

Bremsen der Getriebeausgangswelle in Verbindung Querschnittskurve der trompetenmundungsartig ge-

stehen und entsprechend der Lage der Hülse und krümmten Wand im wesentlichen der Formel
des Steuerkolbens entweder in einer Mittelstellung

der Zufluß zu den beiden Stellmotoren blockiert ²⁵ j fr²—l")²

ist bzw. der eine oder der andere Stellmotor ν = — —,

über im Steuerkolben angeordnete Verteiler- ^a '^a
Öffnungen und eine an das Venturirohr angeschlossene Leitung mit Druckflüssigkeit beauf-

schlagt wird· ³° ^{m x m} R¹⁰^¹¹¹¹S des Radius, y m Richtung der ' Stellmembranachse gemessen ist, α den Durchmesser c) die Stellmembran ist derart eingespannt, daß sie der Stellmembran, in ihrer mittleren Ruhestellung sich bei zunehmendem Druckabfall am Venturi- bedeutet und
rohr in zunehmendem Maße gegen eine trompetenmundungsartig geformte Wand anlegt, so ₃₅ . _ 16 K² Ee³

daß der am Venturirohr erzeugte und auf die 3 q -n

Stellmembran einwirkende Druckabfall eine der

Getriebeausgangsdrehzahl proportionale Verlage- einen festen Wert bedeutet, wobei K der Proportionali-

rung des Steuerkolbens bewirkt. tätskoeffizient zwischen der Verschiebung des Kolbens

40 und der Abtriebsdrehzahl, E der Elastizitätsmodul der

Ein hydraulisches Getriebe der eingangs genannten Stellmembran, e die Dicke der Membran und γ der

Art ist aus der französischen Patentschrift 1 325 707 Poisson-Koeffizient ist.

bekannt. Die Erfindung ist nunmehr ausführlicher unter

Aus der USA.-Patentschrift 3 152 445 ist es bekannt, Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in der ein ä in der Rücklaufleitung des Getriebes eine Drosselstelle 45 Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigt ™ vorzusehen und deren Druckabfall auf einen Steuer- F i g. 1 eine allgemeine schematische Darstellung kolben einwirken zu lassen. Dabei bewirkt bei Ab- eines hydraulischen Getriebes gemäß der Erfindung, weichung der Ausgangsdrehzahl von der Solldrehzahl F i g. 2 eine Drehzahlsteuerungseinrichtung,
die Änderung des Druckabfalls an der Drosselstelle Das hydraulische Getriebe enthält eine Antriebseine Betätigung eines Stellmotors zum Bremsen der 50 maschine 1. Diese Maschine kann eine ganz beliebige Ausgangswelle bzw. zum Beschleunigen der Getriebe- Brennkraftmaschine sein. Wenn man eine Brennkraftausgangswelle. Bei diesem bekannten Getriebe wird maschine benutzt, wird man vorzugsweise eine mögdas Fördervolumen einer hydrostatischen Pumpe liehst Schnellauf ende Maschine auswählen, oder eine gesteuert und lediglich die Verschiebung eines Gasturbine, um Zentrifugalpumpen mit kleinen Abhydraulischen Steuerschiebers für das Pumpenstell- 55 messungen anwenden zu können,
gerät geändert. Die Maschine 1 treibt eine hydrodynamische Pumpe Aus der USA.-Patentschrift 3 247 669 ist es bekannt, 2 an, die ihrerseits einen hydrostatischen Motor 3 den Druckabfall, der in einem Drosselglied auftritt, beliebiger Bauart mit Druckflüssigkeit speist,
zur Steuerung auszunutzen, wobei der an dem Drossel- Die geförderte Druckflüssigkeit wird durch die glied eintretende Druckabfall auf eine Stellmembran 60 Pumpe 2 in eine Vorlauf leitung 4 hineingedrückt und einwirkt, die mit einem Steuerkolben verbunden ist, wird der Pumpe durch eine Rücklaufleitung 5 wieder der innerhalb einer Hülse verschiebbar gelagert ist. zugeführt.

Bei diesem bekannten Getriebe handelt es sich eben- Die sehr schnellaufenden Pumpen unterliegen stets

falls um ein rein hydrostatisches Getriebe. Die eingangs den Gefahren des Auftretens von Kavitation, und der

erläuterte Problemstellung tritt bei diesem Getriebe 65 Ansaugedruck Pa in der Rücklaufleitung 5 darf nicht

nicht auf. unter einen vorher bestimmbaren minimalen Wert Pm

Weiterhin ist es aus der schweizerischen Patentschrift absinken.

189 226 bekannt, zur Regelung eines mit einer Brenn- Um dieses Ziel zu erreichen, enthält das Getriebe

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einen Flüssigkeits-Vorratsbehälter 6, der unter atmo- verschiebbare Hülse 28 angeordnet ist, die einen sphärischem Druck steht, und eine Saugstrahlpumpe 7, Steuerkolben in sich aufnimmt.

deren Strahldüse als direkte Verbindung zwischen die Die Hülse 28 wird mittels einer im Gelenkpunkt 31

Vorlaufleitung 4 und* die Rücklaufleitung 5 einge- an ein Pedal 32 zur Steuerung der Fahrgeschwindigkeit schaltet werden kann. Das Arbeiten der Strahlpumpe 7 5 bzw. der Abtriebsdrehzahl angeschlossenen Stange 30 wird von einem Servo-Motor 8 gesteuert, der einen betätigt. Der Steuerkolben 29 hat einen Durchmesser, Kolben 9 aufweist, welcher starr mit einer Stange 10 der dem Durchmesser der Stange 30 gleich ist, so daß verbunden ist, durch die Queröffnungen 11 und 12 die Drücke, welche auf die Ringstirnflächen 33 und 34 gebohrt sind. Die Öffnung 11 gestattet eine Verbindung der Hülse 28 wirken, sich gegenseitig aufheben oder der Leitungen 4 und 5 über die Strahlpumpe 7. Die io ausgleichen. Weiterhin verbindet eine in der Hülse 28 Öffnung 12 gestattet ein Speisen der Strahlpumpe 7 vorgesehene Längsbohrung 35 die Hohlräume oder mit Flüssigkeit, die aus dem Vorratsbehälter 6 kommt. Arbeitskammern beiderseits der Hülse 28. Man Der Servo-Motor 8 ist über eine Betätigungsleitung erhält auf diese Weise stets einen Ausgleich der 14 mit der Rücklauf leitung 5 verbunden, deren Druck Drücke, und infolgedessen ist die Hülse 28 nur der somit auf den Kolben 9 wirkt. 15 Druckkraft einer Feder 36 unterworfen, gegen deren

Eine Druckfeder 15 ist bestrebt, den Kolben 9 im Rückführkraft sie über das Pedal 32 betätigt wird. Sinne eines Öffnens der Öffnungen 11 und 12 zu Die Bohrung 35 kann derart kalibriert oder mit

verschieben, um so die Verbinduig zwisrhai den einer Blende versehen sein, daß die Verschisbungs-Leitungen 4 und 5 herzustellen und die Strahlpumpe 7 geschwindigkeit der Hülse 28 auf einen erwünschten mit Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 6 zu speisen. 20 Wert begrenzt wird.

Wenn der Druck in der Rücklaufleitung 5 größer Die Verschisbung des Steuerkolbens 29 wird durch

als ein Druck Pm ist, unter den der Leitungsdruck eine Stellmembran 37 gesteuert, die einerseits einem nicht heruntergehen darf, damit sich nicht Abreiß- Druck Pm unterliegt, wie er vor dem Venturirohr 26 vorgänge bzw. Kavitationsanschläge in der Pumpe 2 herrscht, und auf der anderen Seite dem Druck Pav, ergeben können, bewirkt dieser oberhalb Pm liegende 25 wie er in dem Hals oder der Einschnürungsstelle des Druck die Verschiebung des Kolbens 9 in der Zeich- Venturirohres herrscht.

nung nach links und ein Verschließen der Öffnungen 11 Um diese Drücke auf beiden Seiten der Stellmem-

und 12. Dabei schiebt sich das Ende der Stange 10 bran 37 zu erzielen, ist eine Leitung 38 vor dem in einen kleinen Hohlraum 16 hinein. Dieser kleine Venturirohr 26 von der Rücklauf leitung 5 abgezweigt; Hohlraum steht mit der Leitung 13 über einen Ver- 30 diese Leitung mündet an einer Stelle rechts von der bindungskanal 17 derart in Verbindung, daß in dem Stellmembran 37; weiterhin ist eine Leitung 39 unkleinen Hohlraum 16 weder ein Über- noch ein Unter- mittelbar von der Einschnürungsstelle des Venturidruck auftreten kann. rohres abgezweigt, diese Leitung mündet an der anderen

Das hydraulische Getriebe umfaßt weiterhin einen Seite der Stellmembran 37 in das Membrangehäuse, hydropneumatischen Akkumulator 18, dessen Be- 35 Es ist bekannt, daß die Druckdifferenz Pam—Pav hälterraum 19 mit der Rücklauf leitung 5 in Verbindung nicht dem Flüssigkeitsdurchsatz, d. h. der Getriebesteht. Dieser Akkumulator kann bekannter Bauart ausgangsdrehzahl oder der Fahrzeuggeschwindigkeit, sein und im Inneren seines Behälters eine in sich proportional ist, sondern proportional dem Quadrat geschlossene Dehnungsblase 20 aufweisen, die mit des Flüssigkeitsdurchsatzes, d. h. proportional dem einem Gas, wie beispielsweise Luft, gefüllt ist. 40 Quadrat der Fahrzeug-Fahrgeschwindigkeit. Bei dem

Der bisher beschriebene Teil des hydraulischen hydraulischen Getriebe gemäß der Erfindung wird je-Getriebes gestattet es, in der Rücklauf leitung 5 einen doch eine Verschiebung des Steuerkolbens 29 erhalten, genügend hohen Druck aufrechtzuerhalten, bei dem die proportional zur Getriebeausgangsdrehzahl oder keine Kavitationsvorgänge in der Pumpe 2 zu befürch- Fahrzeuggeschwindigkeit ist; durch diese Abhängigten sind. 45 keit der Steuerkolbenverschiebung soll durch das

Die Einstellung der Geschwindigkeit bzw. der Regel-Stellgerät eine bessere Steuerung oder Regelung Getriebeausgangsdrehzahl erfolgt über ein Regel- erzielbar sein.

Stellgerät 21 mit Stellmembran, das entweder einen Das Stellgerät 21 ist derart ausgelegt, daß beim

die Brennstoffzufuhr, z. B. die Gasklappe, der An- Durchbiegen der Stellmembran 37 unter der Wirkung triebsmaschine über ein Gestänge steuernden Stell- 50 einer Druckdifferenz die Fläche dieser Stellmembran, motor 22 speist oder einen Stellmotor 24, der den auf welche sich diese Druckdifferenz auswirkt, stetig Nocken einer Bremse, beispielsweise einer Trommel- verkleinert wird. Um dieses Ziel zu erreichen, hat das bremse, über ein Gestänge 25 betätigt. Der Stellmotor Membrangehäuse an seinem der Hülse 28 und dem 24 kann überdies aus dem Hauptzylinder des hydrau- Steuerkolben 29 zugewandten Ende eine trompetenlischen Bremssystems eines Fahrzeuges bestehen. 55 mündungsartig sich erweiternde Wand 40, an der sich

Das Regel-Stellgerät 21 bewirkt die Anpassung der die Stellmembran 37 während ihrer Verformung mit tatsächlichen Drehzahl an der Ausgangswelle des einer stetig mehr und mehr zunehmenden Ringfläche hydraulischen Getriebes an die Soll-Drehzahl. Zu anlegt und abstützt. Die sich aufweitende gebogene diesem Zweck empfängt das Stellgerät Kontrollgrößen Wand 40 ist derart berechnet, daß die tatsächliche über die tatsächliche Geschwindigkeit, db ihrerseits 60 Verlagerung des Steuerkolbens 29 proportional zur proportional dem Flüssigkeitsdurchsatz ist, der aus Getriebeausgangsdrehzahl oder Fahrzeuggeschwindigdem hydrostatischen Motor 3 austritt. Diese Angaben keit ist; die Stellmembran 37 wirkt der Druckdifferenz werden mittels eines Venturirohres 26 ermittelt und im übrigen nur mit ihrer Eigenelastizität entgegen, weitergegeben. Es ist leicht, die Querschnittslinie der nach Art

Das Regel-Stellgerät 21 ist in seinem Aufbau 65 einer Trompetenmündung gekrümmten Wand 40 zu genauer in der F i g. 2 dargestellt. bestimmen, die zum Erzielen dieses Ergebnisses

Dieses Regel-Stellgerät hat ein Gehäuse 27 in Form erforderlich ist. eines Zylinders, in dem eine konzentrisch angeordnete Die Querschnittskurve der Wand 40 des Regel-

Stellgeräts 21, die in einer durch die Achse dieser Wand gehenden Ebene liegt, kann im wesentlichen der Formel

entsprechen, worin χ in Richtung des Radius und y in Richtung der Achse des Membrangehäuses gemessen wird; α ist der Durchmesser der Stellmembran in ihrer mittleren Ruhestellung und A ist eine feste Größe, wie

_Λ 16K^zE-e³

3 (1—v²> '"

K ist der Proportionalitätskoeffizient zwischen der Verschiebung des Kolbens und der Abtriebsdrehzahl bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit, E ist der Elastizitätsmodul der Stellmembran, e die Dicke der Stellmembran und ν die Poisson-Konstante bzw. die Qi erzähl.

In dem Steuerkolben 29 ist ein Kanal 41 vorgesehen, der von der Kammer 42 des Regel-Stellgeräts gespeist wird, die ihrerseits über die Leitung 39 mit der Einschnürungs- oder Halssteife des Venturfrohres verbunden ist. In der Kammer 42 herrscht somit der Druck Pav. Der Kanal 41 mündet mit radialen Verteileröffnungen 43 und 44 an der Innenwand der Hülse 28. Diese Hülse weist Steueröffnungen 45 und 46 auf, die relativ zu den Verteilercffnungen 43 und 44 axial in einander entgegengesetzten Richtungen um ein gerade noch den gleichzeitigen Abschluß beider Verteileröffnungen gewährleistendes Maß versetzt sind. Die Steueröffnungen 45 und 46 münden ihrerseits in Kammern 47 und 48 in der Wand des Gehäuses 27. Leitungen 49 und 50 speisen den Stellmotor 22 zur Steuerung der Geschwindigkeit und den Stellmotor 24 zur Steuerung der Geschwindigkeit und den Stellmotor 24 zur Steuerung der Bremse.

Der Steuerkolben 29 kann von der sich verformenden Stellmembran 37 in dem einen oder einem anderen, entgegengesetzten Sinn verlagert werden. Jede Verlagerung des Steuerkolbens 29 bewirkt die Speisung einer der Kammern 47 und 48 und infolgedessen die Betätigung des einen oder des anderen der beiden Stellmotoren 22 und 24. Jede Relatiwerschiebung zwischen dem Steuerkolben 29 und der Hülse 28 bestimmt also entweder eine Beschleunigung oder eine Verzögerung bzw. Bremsung. Jeder der Stellmotoren 22 und 24 ist ein Stellmotor mit stetigem Flüssigkeitsablauf und enthält kalibrierte Drosselöffnungen 51 oder 52, so daß beim Fehlen jeder Flüssigkeitszufuhr der entsprechende Stellmotor in seine Ruhestellung zurückgeht. Derartige Stellmotoren sind überdies wohl bekannt, so daß ihre ausführliche Beschreibung unnötig ist.

Leitungen 53, 54 und 55 dienen zur Rückleitung der Leckflüssigkeit von den Stellmotoren und dem hydrostatischen Motor 3 zum Flüssigkeitsvorratsbehälter 6, der unter atmosphärischem Druck steht. Die Leitung 55 sorgt über eine Leitung 56 in der Betätigungsstange der Hülse 28 dafür, daß der Raum 57 zwischen der Hülse 28 und dem Steuerkolben 29 stets unter atmosphärischem Druck bleibt.

Die Wirkungsweise der soeben beschriebenen Kraft-Übertragung ist besonders einfach. Das gesamte hydraulische Getriebe mag in einer bestimmten Betriebsstellung stehen. Wenn der Benutzer das Pedal im Sinne einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit tritt, verschiebt sich die Hülse 28 nach links (F i g. 2), bringt die Verteileröffnung 43 und die Steueröffnung 45 in Verbindung, wodurch die Kammer 47 mit Flüssigkeit gespeist wird, die in der Leitung 49 weiter geleitet wird und den Stellmotor 22 zwecks Steigerung der Geschwindigkeit in Gang setzt.

Die Erhöhung des Druckflüssigkeitsumlaufs bzw. der Fahrgeschwindigkeit, die sich daraufhin ergibt, bewirkt dann eine Vergrößerung der Druckdifferenz Pam—Pav, und die Stellmembran 37 wird nach links eingedrückt, wobei sie den Steuerkolben 29 verlagert, bis ein korrektes Gleichgewicht zwischen der Speisung des Stellmotors 22 und dessen Auslauf durch die kalibrierte Ausflußöffnung 51 erzielt ist.

Ein entsprechender Vorgang spielt sich für das Bremsen ab, wenn man das Pedal 32 losläßt. In diesem Fall wird der Stellmotor 24 über die Verteileröffnung 44 und die Steueröffnung 46, die Kammer 48 und die Leitung 50 mit Flüssigkeit gespeist.

Es wird nur für die Kombination aller im Hauptanspruch aufgeführten Merkmale Schutz begehrt. _Λ

Claims (2)

Patentansprüche: "

1. Hydraulisches Getriebe mit einer hydrodynamischen Pumpe und einem hydrostatischen Motor, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) In der Rücklaufleitung (5) des Getriebes ist ein Venturirohr (26) angeordnet, dessen Druckabfall über Leitungen (38, 39) auf eine mit einem Steuerkolben (29) verbundene Stellmembran (37) wirkt;

b) der Steuerkolben (29) ist in einer durch ein Pedal (32) verschiebbaren Hülse (28) beweglich geführt, wobei in der Hülse angeordnete Steueröffnungen (45, 46) mit einem Stellmotor (22, 23) zur Steuerung der Getriebeeingangsdrehzahl bzw. mit einem Stellmotor (24, 25) zum Bremsen der Getriebeausgangswelle in Verbindung stehen und entsprechend der Lage der Hülse und des Steuerkolbens entweder in einer Mittelstellung der Zufluß _Λ zu den beiden Stellmotoren blockiert ist bzw. f der eine oder der andere Stellmotor über im Steuerkolben (29) angeordnete Verteileröff nungen (43, 44) und eine an das Venturirohr angeschlossene Leitung (39) mit Druckflüssigkeit beaufschlagt wird;

c) die Stellmembran (37) ist derart eingespannt, daß sie sich bei zunehmendem Druckabfall am Venturirohr in zunehmendem Maße gegen eine trompetenmündungsartig geformte Wand (40) anlegt, so daß der am Venturirohr erzeugte und auf die Stellmembran einwirkende Druckabfall eine der Getriebeausgangsdrehzahl proportionale Verlagerung des Steuerkolbens (29) bewirkt.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in einer axialen Schnittebene ergebende Querschnittskurve der trompetenmündungsartig gekrümmten Wand (40) im wesentlichen der Formel

α⁴ · α²
entspricht, in der χ in Richtung des Radius,

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ν in Richtung der Stellmembranachse gemessen ist, einen festen Wert bedeutet, wobei A' der Propor-

a den Durchmesser der Stellmembran (37) in ihrer tionalitätskoeffizient zwischen der Verschiebung

mittleren Ruhestellung bedeutet und des Kolbens (29) und der Abtriebsdrehzahl, E

„₃ der Elastizitätsmodul der Stellmembran, e die

4 _ 16 K-Ee ₅ Dicke der Membran und ν der Poisson-

3(1 —v²) Koeffizient ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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