DE1934519B1 - Stufenlos einstellbare Verdraengermaschine fuer ein hydrostatisches Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine stufenlos einstellbare Verdrängermaschine (Pumpe und/oder Hydromotor) für ein hydrostatisches Getriebe mit rotierenden Verdrängern.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein solches Getriebe zu schaffen, bei dem eine stufenlose Einstellung des Verdrängervolumens der hydrostatischen Maschine mit einfachen und nicht aufwendigen Mitteln möglich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß am rotierenden Verdränger auffüllbare Kammern mit beweglichen Wänden vorgesehen sind, wobei die auffüllbaren Kammern mit den Arbeitskammern der Verdrängermaschine in Verbindung stehen und der Druck auf der Niederdruckseite der Verdrängermaschine einstellbar und hierdurch das Volumen der auffüllbaren Kammern beim Durchlaufen der Niederdruckseite derart veränderlich ist, daß beim Variieren des Niederdrucks das Verdrängervolumen der hydrostatischen Maschine geändert wird.

Es ist bereits bekannt, die Fördermenge von Verdrängerpumpen durch Saugdrosselung zu variieren. Bei dieser Saugdrosselung tritt jedoch bei gedrosseltem Saugstrom ein starkes Geräusch, eine größere Ungleichförmigkeit und eine stärkere Erwärmung auf.

Weiterhin ist es bei Kolbenpumpen mit stehendem Zylinder in Anwendung bei einem hydrostatischen Gestänge bekannt, zusätzlich einen Ausgleichskolben vorzusehen, der eine auffüllbare Kammer aufweist, die mit der einzigen Verbindungsleitung zwischen der Pumpe und dem abtriebsseitigen Kolbenmotor in Verbindung steht. In dieser Kammer ist zwecks Veränderung des Kammervolumens ein unter Vorspannung stehender, zwischen zwei Anschlägen verschiebbarer Kolben vorgesehen, wobei die Lage des einen Anschlages veränderlich ist, so daß der Hub dieses Ausgleichskolbens einstellbar ist. Bei gleicher Hubverdrängung am Pumpenkolben und am Ausgleichskolben ist die wirksame Pumpenförderung gleich Null, und mit abnehmendem Hub des Ausgleichskolbens steigt die Fördermenge der Pumpe an, und der Arbeitskolben wird mit zunehmenden Amplituden hin und hergeschoben.

Bei einer anderen bekannten Kolbenpumpe mit stehendem Zylinder, die einen kontinuierlichen Förderstrom erzeugt, ist ein zweiteiliger Förderkolben vorgesehen, wobei trotz einer unveränderlichen Hubbewegung des treibenden Exzenters die Pumpenfördermenge durch gesteuerte Relativbewegungen zwischen den beiden hintereinandergeschalteten Teilen des zweiteiligen Förderkolbens einstellbar ist. Die Fördermengenverstellung wird durch Drosselung des Saugstromes hervorgerufen, wobei der Druck im Raum zwischen den beiden Kolbenteilen zusammen mit dem veränderbaren Druck hinter der Saugdrossel variierbar ist und die zu diesem Zwischenraum fördernden Verbindungsbohrungen einen geringeren Durchflußwiderstand aufweisen als die Saugbohrungen zwischen dem Saugraum und dem Arbeitsraum des Förderkolbens.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß über den gesamten stufenlos einstellbaren Drehzahlregelbereich der Verdrängermaschine (Hydromotor) das Drehmoment des Hydromotors, bei konstantem hydrostatischen Druck des Energieübertragungselementes, beispielsweise Hydrauliköl, konstant ist. Dieser Vorteil der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine ermöglicht den Einsatz dieser Verdrängermaschine als stufenlos einstellbares Getriebe für Arbeitsmaschinen, die ein konstantes Drehmoment trotz Variieren der Antriebsdrehzahl benötigen. Mit der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine wird diese technische Forderung mit geringstem technischem Aufwand wirtschaftlich verwirklicht.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal des Erfindungsgegenstandes ist darin zu sehen, daß mit denkbar geringem Aufwand an technischen Mitteln die einstellbare stufenlose Drehzahlregelung des Hydromotors der Verdrängermaschine erreicht wird, denn aufwendige Stellorgane zur Änderung des Schluckvolumens der Verdrängermaschine (Hydromotor bzw. Hydropumpe) um dadurch eine stufenlose Drehzahleinstellung des Hydromotors zu erreichen, können entfallen.

Des weiteren wird bei der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine ein Leistungsgewicht erreicht, das günstiger ist als bei bekannten Verdrängermaschinen, wie z. B. Axialkolben- oder Radialkolben- und Flügelverdrängermaschinen mit stufenlos einstellbarer Drehzahlregelung des Hydromotors.

Die Saugdrosselung bei den bekannten Verdrängermaschinen als technisches Mittel der Schluckvolumeneinstellung und somit Drehzahleinstellung wird beim Erfindungsgegenstand durch einen variierbaren hydrostatischen Druck der Arbeitsflüssigkeit, beispielsweise Hydrauliköl, auf der Niederdruckseite der Hydropumpe und/oder des Hydromotors ersetzt. Dadurch wird eine exakte und verlustlose Schluckvolumenveränderung der Verdrängermaschine erreicht. Die durch das einstellbare Auffüllen der Kammern des Verdrängers (beispielsweise Hydromotor) auf der Niederdruckseite gespeicherte Energie wird in der Hochdruckseite des Hydromotors wieder genutzt.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die beweglichen Wände der auffüllbaren Kammern der Verdrängermaschine in den Arbeitskolben der Verdrängermaschine angeordnet und beispielsweise als federbelastete Kolben ausgebildet werden. Dadurch wird eine raumsparende Konstruktion erreicht.

Des weiteren können solche federbelasteten Kolben axial in dem rotierenden Verdränger der Verdrängermaschine angeordnet sein, um keine Unwucht am rotierenden Verdränger zu erzeugen.

Dies könnte insbesondere bei schnellaufenden Radialkolben oder Zellenverdrängermaschinen von Bedeutung sein.

In der Zeichnung ist ein in der nachfolgenden Beschreibung erläutertes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

A b b. 1 einen Querschnitt durch die Hydropumpe und den Hydromotor mit konstantem Schluckvolumen der Arbeitskolben eines hydrostatischen Getriebes sowie einen hydrostatischen Druckregler,

A b b. 2 ein erfindungsgemäßes Getriebe in Kompaktbauform, getrieben durch eine Gasturbine mit einem zwischengeschalteten Untersetzungsgetriebe,

A b b. 3 ein Kompaktgetriebe, angetrieben durch einen Verbrennungsmotor.

In A b b. 1 sind die Hydropumpe 1 und der Hydromotor 2 als Radialkolbenverdrängermaschine ausgebildet.

Die acht Arbeitskolben 30 der Hydropumpe 1 so-

wie die ebenfalls acht Arbeitskolben 31 des Hydromotors 2 sind in den radialen Läuferringen 1 und 2 gelagert und stützen sich mit ihren Kugelgelenken 32 bzw. 33, die in den Drehringen 34 bzw. 35 befestigt sind, gegen die Mittel- bzw. Drehpunkte E bzw. H der Läuferringe 1 bzw. 2 ab.

Die Drehringe 34 bzw. 35 der Hydropumpe 1 bzw. des Hydromotors 2 sind auf Kugellager 40 bzw. 42 auf den starren Achsen 41 bzw. 43 mit den Mittelpunkten F bzw. G gelagert. Das Antriebsdrehmoment für die Hydropumpe 1 bzw. für die dem Hydromotor 2 nachgeschaltete Arbeitsmaschine, beispielsweise das Differentialgetriebe eines Kraftfahrzeuges, hängt von dem Arbeitsdruck, der Anzahl und der somit wirksamen Gesamtfläche der Arbeitskolben 30 bzw." 31 sowie der Abstand der Mittelpunkte F zu E bzw. G zu H ab. Soll der feststehende Abstand der Mittelpunkte F zu E bzw. G zu H beispielsweise 20 mm betragen, so ergibt sich ein konstanter Verdrängerhub der Arbeitskolben 30 bzw. 31 von 40 mm, und auf Grund der konstanten Abmessung der Arbeitskolben 30 bzw. 31 ergibt sich ein konstantes Schluckvolumen.

Im rotierenden Läufer 1 bzw. 2 oder in den Arbeitskolben 30 bzw. 31 der Hydropumpe 1 bzw. des Hydromotors 2 können Kolben 36 bzw. 38 gelagert sein. Diese Kolben 36 bzw. 38, die sich gegen die Federn 37 bzw. 39 abstützen, übernehmen die Funktion der auffüllbaren Kammern c bzw. α in der Hydropumpe 1 bzw. im Hydromotor 2. Die Federn 37 bzw. 39 der Kolben 36 bzw. 38 können beispielsweise so ausgelegt sein, daß das Schluckvolumen dieser Kolben bei einem hydrostatischen Druck des Hydrauliköls von 1 atü gleich 0 und bei 4 atü gleich maximal 6 bzw. 18 Volumeneinheiten beträgt. Dabei soll das konstante Schluckvolumen der Arbeitskolben 30 bzw. 31 der Hydropumpe 1 bzw. des Hydromotors 2 für beide 6 Volumeneinheiten betragen.

Wird die Hydropumpe 1 mit einer bestimmten Drehzahl in der in A b b. 1 dargestellten Drehrichtung angetrieben und in den Kammern 7 sowie 50 und den Druckleitungen 3 und 10, die mit dem Druckregler 9 und den Kammern 7 sowie 50 verbunden sind, durch das Druckregelelement 18 ein Druck von beispielsweise 1 atü eingestellt, so ist die Fördermenge der Hydropumpe 1 in die Kammer 8 gleich: 6 Einheiten (je Arbeitskolben 30) minus 6 Einheiten (auffüllbare Kammer) also gleich 0, und das Schluckvolumen des Hydromotors 2 in der Kammer 51 ist in diesem Fall, wenn die Hydropumpe 1 fördern würde, 6 plus 18 gleich maximal 24 Volumeneinheiten je Arbeitskolben 31. Wie beschrieben, befindet sich der Läufer 2 des Hydromotors 2 bei angetriebener Hydropumpe 1 im Stillstand, wenn bei der in A b b. 1 dargestellten Drehrichtung der Hydropumpe 1 und des Hydromotors 2 der Druck in den Rücklauf leitungen 3 und 10 durch den Druckregler auf 1 atü eingestellt wird. Im anderen extremen Fall wird der hydrostatische Druck in den Rücklaufleitungen 3 und 10 durch den Druckregler 18 auf maximal 4 atü eingestellt, so daß die Kolben 36 mit 6 Volumeneinheiten in der Kammer 7 gefüllt werden und die Arbeitskolben 30 in der Kammer 8 je 6 Volumeneinheiten fördern. Diese von der Hydropumpe 1 geförderte maximale Menge wird von der Kammer 8 über die Druckleitung 4, den hydrostatischen Regler 9, die Druckleitung 11, in die Kammer 51 des Hydromotors 2 gedrückt. Da bei einem Druck von beispielsweise 4 atü in der Kammer 50 des Hydromotors 2 die druckabhängig betätigten Kolben 38 mit je 18 Volumeneinheiten aufgefüllt werden, können die Arbeitskolben 31 des Hydromotors 2 in der Kammer 51 nur noch je 24 minus 18 ist gleich 6 Volumeneinheiten aufnehmen. Somit wird bei der maximalen Förderleistung von ebenfalls 6 Volumeneinheiten pro Arbeitskolben 30 der Hydropumpe 1 die Drehzahl des Läufers 2 des Hydromotors 2 gleich der Antriebsdrehzahl der Hydropumpe 1 sein. Wird die Hydropumpe 1 beispielsweise mit 2500 Umdrehungen pro Minute angetrieben, so kann die Abtriebsdrehzahl des Hydromotors 2 von 0 bis 2500 Umdrehungen pro Minute stufenlos eingestellt werden. Das Druckregelelement 18 des hydrostatischen Reglers 9 kann ferngesteuert, beispielsweise durch das hydrostatische Stellgerät 46 über die Druckleitung 45, eingestellt werden. Das Druckregelelement 18 kann weiterhin so ausgelegt sein, daß trotz Einstellung des hydrostatischen Druckes 4 atü am Stellgerät 46, entsprechend der maximalen Drehzahl des Läufers 2 des Hydromotors, der hydrostatische Druck in den Rücklaufleitungen 3 und 10 z. B. von einem Arbeitsdruck ab 150-bis 250 atü linear von 4 atü bis auf 2,5 atü abgesenkt wird. Damit wird die Abtriebsdrehzahl des Hydromotors automatisch zurückgeregelt, damit die übertragene Leistung (Produkt aus Drehmoment mal Drehzahl) ab 150 bis 250 atü Arbeitshochdruck konstant bleibt und die Antriebsmaschine 16 gegen Überlastung geschützt wird.

Das Schluckvolumen der druckabhängigen Kolben 36 der Hydropumpe 1 kann selbstverständlich nicht nur gleich, sondern auch kleiner als das der Arbeitskolben 30 sein, wenn es nicht erforderlich ist, die Abtriebsdrehzahl des Hydromotors 2 von 0 bis zu einer gewünschten maximalen Drehzahl, sondern von einer minimalen Drehzahl, beispielsweise 100 Umdrehungen pro Minute, bis zu einer maximalen Drehzahl, beispielsweise 2500 Umdrehungen pro Minute, stufenlos einzustellen.

Der Hydropumpe 1 bzw. dem Hydromotor 2 sind je zwei voneinander getrennte Kammern 7 und 8 bzw. 50 und 51 zugeordnet, damit die Hydropumpe 1 bzw. der Hydromotor 2 in beiden Drehrichtungen betrieben werden können. Natürlich können die Kammern 7 und 8 bzw. 50 und 51 räumlich absolut getrennt von der Hydropumpe 1 bzw. dem Hydromotor 2 angeordnet werden. Die Läufer 1 und 2 der Hydropumpe und des Hydromotors können zentrisch in dem mit Kühlrippen 14 und 49 ausgerüsteten Gehäusen auf Kugellagern gelagert sein und sind außer der stirnseitigen Abdichtung radial nur im Bereich der Gehäuseteile 52 und 53 bzw. 54 und 55 gegen die Gehäuse abgedichtet, damit je nach Drehrichtung eine Hochdruck- bzw. Niederdruckseite 7 und 8 bzw. 51 und 50 entsteht.

Wird die Hydropumpe 1 unmittelbar oder unter Vorschaltung eines Planetengetriebes 56 von einer mit relativ hoher Drehzahl arbeitenden Gasturbine 16 und somit nur in einer Drehrichtung angetrieben·, und der Hydromotor 2 soll in beiden Drehrichtungen· arbeiten, so kann die jeweils gewünschte Drehrichtung der Abtriebswelle 48 durch manuelles oder maschinelles Umschalten des Schalthebels 44 des, Reglers 9 in Stellung / oder / gewählt werden.

Der Läufer 1 der Hydropumpe ist mit der An-

triebswelle 47 und der Läufer 2 des Hydromotors ist mit der Abtriebswelle 48 starr verbunden.

In A b b. 2 wird die Verdrängermaschine durch eine Gasturbine 16 mit zwischengeschaltetem Planetengetriebe 56 angetrieben. Ein Gebläse 15 dient zur Erhöhung der Wirksamkeit der Kühlrippen bzw. 49.

In A b b. 3 wird die Verdrängermaschine, die in einem Kompaktgetriebe 1 und 2 angeordnet ist, unmittelbar von einem Dieselmotor 16 angetrieben.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Stufenlos einstellbare Verdrängermaschine (Pumpe und/oder Hydromotor) für ein hydrostatisches Getriebe mit rotierenden Verdrängern, dadurch gekennzeichnet, daß am rotierenden Verdränger (1 bzw. 2) auffüllbare Kammern (c bzw. ä) mit beweglichen Wänden (36 bzw. 38) vorgesehen sind, wobei die auffüllbaren Kammern mit den Arbeitskammern (7, 8 bzw. 50, 51) der Verdrängermaschine in Verbindung stehen und der Druck auf der Niederdruckseite (7 bzw. 50) der Verdrängermaschine einstellbar und hierdurch das Volumen der auffüllbaren Kammern beim Durchlaufen der Niederdruckseite (7 bzw. 50) derart veränderlich ist, daß beim Variieren des Niederdrucks das Verdrängervolumen der hydrostatischen Maschine geändert wird.

2. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Wände der auffüllbaren Kammern (c bzw. a) mit zunehmendem Niederdruck beim Durchlaufen der Niederdruckseite (7 bzw. 50) im Sinne einer Volumenvergrößerung (Pumpe) bzw. einer VoIumenverringerrung (Hydromotor) der auffüllbaren Kammer verschoben werden.

3. Verdrängermaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängermaschine in bekannter Weise als Radialkolbenmaschine ausgebildet ist.

4. Verdrängermaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auffüllbaren Kammern (α) in den Arbeitskolben (31) des rotierenden Verdrängers (2) angeordnet sind.

5. Verdrängermaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Wände der auffüllbaren Kammern in Axialrichtung des rotierenden Verdrängers verschiebbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen