DE1959739B2 - Hydrostatische schaltkupplung mit veraenderlichem anlaufdrehmoment - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf hydrostatische Schaltkupplungen mit veränderlichem Ankuifdrchmoment, deren Kupplungsglied aus einer Mehrkolbenpumpc mit zwei zu ihrem Betrieb gegeneinander verdrehbaren Teilen besteht, von denen einer an die treibende und der andere an die gciricbcne Welle anschlicßbar ist, und deren Druckseite über ein Regelventil mit von außen veränderlichem Durchlaßqucrschnitt an einen Druckflüssigkeit enthaltenden Gchäuscraum angeschlossen ist.

Die Erfindung strebt die Schaffung eines schaltbaren hydrostatischen Wellenkupplung an, die im Gegensatz zu den bekannten FlUssigkeitskupplungen mit Drehmomentwandle.ro auch bei kleinen Abmessangen hinter Kraftmaschinen mit niedriger Drehzahl und großer Leistung anwendbar ist und überdies eine praktisch verlustlose Leistungsübel tragung zwischen den durch sie gekuppelten Wellen gestattet.
Dazu wählt sie unter den bekannten hydrostati-

xo sehen Schaltkupplungen mit aus einer Flüssigkeitspumpe bestehendem Kupplungsglied solche mit Mehrkolbenpumpe aus, weil nur bei solchen Pumpen sich im Gegensatz zu gleichfalls als Kupplungsglieder bereits verwendeten Radialschieber- und Zahnradpumpen die Pumpenräume so zuverlässig abdichten lassen, daß auch bei nicht völlig dicht schließendem Regelventil zwischen Pumpenauslaß und Flüssigkeitsraum ein Flüssigkeitsaustausch zwischen Zylindern und Flüssigkeitsraum verhindert und infolge-

ao dessen über die Pumpe die voile Leistung der treibenden Welle auf die getriebene Welle übertragen werden kann.

Diese Möglichkeit ist offenbar bisher nicht erkannt, jedenfalls nicht ausgenutzt worden, vermut-

lieh deshalb, weil bei den meistverbreiteten Axial- und Radialkolbenpumpen die Zylinderräume mit einer einzigen öffnung abwechselnd in verschiedene Ausnehmungen eines flachen oder hohlzylindrischen Steuerspiegels münden, über die sie in ständigem

Wechsel einmal mit einer Saugleitung und einmal mit einer Druckleitung verbunden werden, und weil solche Steuerspieeel keinen jeden Flüssigkeitsaustausch verhindernden Abschluß der Zylinderräume bilden können.

Auch bei einer aus der britischen Patentschrift 558 992 bekannten hydrostatischen Schaltkupplung, deren Kupplungsglied aus einer Axialkolbenpumpe besteht, sind die Zylinderräume nicht dicht verschließbar. Der Pumpe fehlt sogar ein Steuerspiegd, und die Zylinderräume stehen über jeweils nur eine axial nach innen gerichtete Öffnung mit einem zentralen Flüssigkeitsraum unmittelbar über das Regelventil in Verbindung, dessen axial verschieblicher Ventilkörper aus einem Hohlzylinder ber.tcht. der den Flüssigkeitsraum umschließt. Auch wenn dieser nicht mit den Zylindern umlaufende Regelschieber die Zylinderöffnungen völlig überdeckt, findet um ihn herum ebenso wie bei den bekannten Steuerspiegeln noch ein gewisser Flüssigkeitsaustausch zwisehen den Zylindern und dem inneren Flüssigkeitsraum statt, der die durch die Kupplung übertragbare Leistung herabsetzt. Diese Leistung ist weiter nocl· dadurch verringert, daß die Zylinderräumc durch ji ein gegen sie öffnendes Rückschlagventil im Zylinder deckel und eine in Nähe des unteren Kolbentoi punkts angeordnete ventillose öffnung in der Zylin derwand mit einem äußeren Flüssigkeitsraum ver bunden sind.

Fin weiterer Nachteil der bekannten Kupplung der sie für die Übertragung großer Leistungen auc im Dauerbetrieb ungeeignet macht, besteht darii daß der im Innern des Zylinderblocks angeordnet FKissigkeitsraiim notwendigerweise relativ klein is beim Betrieb der Pumpe also eine entsprechen kleine, stänclit*. mit wechselnden Richtungen durc enge Öffnungen getriebene Flüssiekeitsmengc sit außerordentlich schnell auf hohe Temperaturen e wärmt, die nicht nur zu einer vorschnellen Zersc

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ziing der Druckflüssigkeit führen, son'dem auch eine Uberein, daß die jeweils verwendete Pumpe Flüssigstarke Ausdehnung der Druckflüssigkeit bewirken, keit aus dem als allseitig geschlossener Druckflüssigtier bei der bekannten Kupplung dadurch Rechnung keitsbehSlter ausgebildeten Pumpengehäuse in das getragen ist, daß überschüssige Druckflüssigkeit über gleiche Gehäuse fördert, und das den Querschnitt ein Überdruckventil ins Freie entlassen wird. Das 5 der von radialen Bohrungen einer Hohlwelle gebilfiihrt zu Flüssigkeitsverlusten, für deren Ersatz keine deten Auslaßöffnungen des Regelventil!, stufenweise Sorge getragen ist, und damit zur Bildung von Unter- oder stufenlos verändernde Regelglied aus einer im druck mit der daraus folgenden Bildung von Blasen Bereich dieser Bohrungen auf der Welle axial ver- und Schaum in der Druckflüssigkeit, die die über- schieblichen, durch das Kupplungsgehäuse dicht nach tragbare Leistung weiter verschlechtern. io außen geführten Büchse besteht, die mit Hilfe eines

Demgegenüber erreicht die Erfindung das ge- außen ortsfest gelagerten, mit Nocken an einem

steckte Ziel bei einer hydrostatischen Schaltkupplung gabelförmigen Ende in eine Ringnut eines auf dem

der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch äußeren Ende der Büchse sitzenden Stdlrings ein-

die Vereinigung folgender Merkmale: greifenden doppelarmigen Stellhebels verschoben

15 werden kann. Selbstverständlich sind auch andere

a) Die Zylinderräume der Pumpe sind in an sich Ausführungen und Betätigungsarten des Regelbekannter Weise durch je ein als Rückschlag- ventils möglich.

ventil ausgebildetes Einlaß- und Auslaßventil Da bei beiden A-^führungsbeispielen damit geabgeschlossen, rechnet werden muß, daß die das Kupplungsgehäuse .-•v_lA.. jT.-j.. .20 unter Umständen nicht völlig ausfüllende Druckflüs-

' 7'^sch^end^enA.^usg^an8^ende^rZyl,nderraumeund _{sj keU beim Betrieb der} kupplung durch Zentri-

dem Regelvennl ,st em Flussigkeitsraum ange- _flf_ga,_{kräfte oder die} Schleuden^irkung umlaufender

Pumpenteile an die Außenwand des mitumlaufenden

c) die Einlaßöffnungen der Zylinderräume sind ent- Gehäuses verdrängt wird, sind die Ansaugöffnungen

fernt von den Auslaßöffnungen des Regelventils as der Pumpe durchweg radial gerichtet und nahe genug

und ebenso wie diese an den die Pumpe um- an der Kupplungsgehäusewand angeordnet,
gebenden Gehäuseraum angeschlossen. Der Wirkungsgrad dtT den Gegenstand der Erfin

dung bildenden Kupplung ist außerordentlich hoch.

Bei einer derart ausgebildeten Kupplung dichten Er wird lediglich verringert durch Leckverluste im

«lic Rückschlagventile im Ein- und Auslaß bei voller 30 Flüssigkeitsumlauf, die sich bei Kolbenpumpen mit

Leistungsübertragung alle Zylinderräume zuverlässig guter Dichtigkeit bis auf 1 °/o verringern lassen. An-

nb, wobei der Flüssigkeitsraum zwischen dem Regel- dererseits bedeuten gleitende und rollende Reibung

ventil und den Auslaßventilen eine willkommene sowie Hafteffekte zwischen gegeneinander bcwsg-

Herabsetzung der Druckdifferenz an diesen Ven- liehen Teilen der Kupplung, auch soweit sie durch

(ilen bewirkt. Außerdem macht dieser Raum die An- 35 Kolbenverkantungen u. dgl. \erstarkt sind, keinen

Ordnung des Regelventils unabhängig von der der Verlust, sondern Gewinn an übertragender Leistung.
Zylindcrvcntile. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist die

Die Verwendung des die Pumpe umgebenden Ge- Verbindung des eine Axialkolbenpumpe enthalten-

luiuseraums als Flüssigkeitsbehälter gestaltet die den Kupplungsgchäuses 1 über dessen Stirndeckel 2

Unterbringung einer relativ großen Flüssjgkeits- 40 mit einer Antriebsmaschine mittels Schrauben vor-

mcngc, erlaub! die Anordnung des Regelventil ent- gesehen. Diese Maschine treibt mit dem Gehäuse 1

fernt von den Zylindereinlässen, wodurch dem Wie- auch die mit dem Gehäusedeckel 2 fest verbundene

tlcransaugen gerade ausgestoßener, erwärmter Flüs- Schrägscheibe 3 der Pumpe an. Andererseits ist die

sigkeit entgegengewirkt wird, und die Begrenzung des _mit dem Zylinderblock 4 über den damit ver-

Flüssigkcitsraums durch die großflächige, äußere Ge- 45 schraubten Ventilblock 5 verbundene Antriebswelle 6

häiiserwand hat eine günstige Wärmeleitung an die _ZUm Anschluß an eine Arbeitsmaschine bestimmt.

Außenluft zur Folge. Der vom Gehäuse 1 und dem Deckel 2 allseits dicht

Der uußcnliegcndc Flüssigkeitsbehälter ermöglicht umschlossene Raum ist nahezu völlig mit Druckflüsferncr, daß sich beim Betrieb der Kupplung infolge sigkeit gefüllt. Beim Drehen der Schrägscheibe 3 mit Fliehkraft und Schlcudcrwirkung im Flüssigke.tsraum 50 dem Gehäuse 1 gegenüber dem zunächst durch die vor dem Regelventil ein flüssigkeitsfreier zentraler Arbeitsmaschine festgehakenen Zylinderblock 4 wird Hohlraum bildet, über den Druckuntcrschicde zwi- von den jeweils durch Druckfedern 8 auswärts besehen dem Gchäuscinnern und der Außenluft durch wegtcn Hohlkolben 7 durch die Kolbenwandbohrunein in oder nahe der Drehachse angeordnetes Über- gen 10. den Ringraum 11 und die Bohrungen 12 druckventil ohne Flüxsigkcitsveilust ausgeglichen 55 über das Ansaugventil 13 unter Anheben der Venwerden können, tilplatlc 13a gegen die Schließfeder 13 6 Druckflüs-

Zur Erläuterung der Erfindung dienen zwei in der sigkeit aus dem Gehäuseraum in den Zylinderraum 9

Zeichnung schematisch dargestellte Ausführungsbei- hinter dem auswärtsgehenden Kolben 7 eingesaugt,

spiele für den Gegenstand der Erfindung. In der Andererseits wird von den jeweils durch die Schräg-

Zeichnung zeigt 60 scheibe in den Zylinderblock 4 eingeschobenen KoI-

F i g. I im Längsschnitt ein erstes Ausführiings- ben 7 Druckflüssigkeit aus den zugeordneten Zylin-

beispiel für iinc Kupplung nach der Erfindung mit dcrräumen 9 durch die Bohrungen 14,15. 16 mit

einer Axialkolbenpumpe, dem Rückschlagventil 17 in den hohlen, die Antriebs-

F i g. 2 ein zweites Ausfiihrungsbeispiel im Längs- welle 6 bildenden außen dicht verschlossenen Achsschnitt mit einer Radialkolbenpumpe. 65 zapfen des v'entilblocks 5 gedrückt, von wo aus sie

F i g. 3 einen Querschnitt im Zuge der Linie A-A durch die radialen Auslaßbnhrungcn 18 des Regel-

der F i g. 2. ventils in den Gehäuseraum zurückge'angt.

Die beiden Ausführiingsbcispiele stimmen darin Die in achsparallclcn Reihen angeordneten Aus-

laßbohrungen 18 können nacheinander durch eine Leistung der Kraftmaschine auf die mit der Ab-

Steucrbüchse 19 überdeckt werden, die auf der Ab- triebswelle 7 verbundene Arbeitsmaschine zu über-

triebswelle 6 axial verschiebbar und mit dieser ge- tragen. Arbeitsweise und Wirkung dci Kupplung sind

meinsam über ein Nadellager 20 im Gehäuse 1 ge- unabhängig vom Drehsinn und auch von der Anord-

lagert ist. Zum Verstellen der Steuerbüchse 19 dient 5 nung der Kupplung zwischen den Maschinen,

ein außen ortsfest gelagerter doppelarmiger Schwenk- Bei dem Ausfülminiisbcispiel nach den 1-i g. 2

hebel 21, der mit seinem einen gegabelten Ende in und 3 findrt für den Zweck der Erfindung eine

eine Ringnut des auf dem äußeren Ende der Steuer- Radialkolbenpumpe Verwendung. Hier sind nut der

büchse 19 sitzenden Stellrings 19 α eingreift. Antriebswelle 30 durch einen Keil 31 der Deckel 2'

Die Steuerbüchse 19 kann auf der Welle 6 über j.o des Gehäuses Γ. sowie über einen Keil 32 die Dop-

durch Federn 22 belastete Kugeln 23 und im axialen pelexzenterscheibe 33 drehfest verbunden. Der Zylin-

Abstand der Auslaßbohrungen 18 angeordnete Ring- derblock 34 ist einerseits über Kugellager 35 auf der

nuten 24 in verschiedenen Stellungen verrastet wer- Antriebswelle 30, anderseits mit einem zentrischen,

den. Diese Stellungen entsprechen den Stellungen L, zugleich die Abtriebswelle 36 bildenden Achszapfen

I, II und III des Schwenkhebels 21. 15 gemeinsam mit der darauf axial verschieblichen

Sieht man an Stelle der in achsparallelen Rei- Steuerbüchse 19' über ein Nadellager 37 im Gehen angeordneten Auslaßbohrungen 18 Langlöcher häuse Γ gelagert.

(vgl. 2) vor, und macht man die Büchse 19 konti- Die im Zylinderblock 34 geführten Radialkolben nuierlich verschiebbar und den Schwenkhebel 21 in 38 werden durch die Kolbenfedern 38 α über Gleitbeliebigen Stellungen feststellbar, so ist eine stufen- ao schuhe 40 mit dem Doppelexzenter 3 in steter Anlage lose Veränderung des Durchlaßquerschnitts der Aus- gehalten. Druckflüssigkeit wird von den jeweils gegen laßöffnungen möglich. Druckflüssigkeitsverluste die Welle 30 bewegten Kolben 38 aus dem Gehäusedurch die Spalte zwischen der Steuerbüchse 19 und raum durch je einen von mehreren Bohrungen geder Abtriebswelle 6 einerseits sowie dem Gehäuse bildet«'. Ansaugkanal 41 mit dem Rückschlagventil andererseits verhindern Ringdichtungen 25 bzw. 25'. »5 42 in die einzelnen Zylinderräume 39 angesaugt, und

Die vom angetriebenen Gehäuse 1 auf die Ab- von den jeweils entgegengesetzt bewegten Kolben aus

triebswelle 6 übertragene Leistung ist davon abhän- den Zylinderräunien 39 durch den Kanal 43, das

gig, wie viele der Auslaßbohrungen 18 von der Rückschlagventil 44 sowie devi gleichfalls aus mehre-

Steuerbüchse 19 überdeckt sind. Sind durch sie alle ren Bohrungen bestehenden Druckkanal 45 zu den

öffnungen verschlossen, sind die Schrägscheibe 3 30 Auslaßöffnungen 46 des Steuerventils im hohlen,

und der Zylinderblock 4 über die Kolben 7 und die nach außen abgedichteten Achszapfen 36 gedruckt

im Zylinderblock 4 eingeschlossene Druckflüssigkeit und über diese in den Gehäuseraum zurückgeführt,

praktisch festgekuppelt, so daß die Drehbewegungen Die Beeinflussung des Auslaßquerschnitts erfolgt

des Gehäuses 1 auf die Abtriebswelle 6 annähernd auch hier mit Hilfe der Steuerbüchse 19', des Stell-

im Verhältnis 1 . I übertragen werden. Dieses Ver- 35 rings 19' a und des Schwenkhebels 21 in der bei dem

hältnis verringert sich lediglich durch die Druck- verbeschriebenen Ausführungsbeispiel gezeigten

mittelverluste an den Kolben und an der Steuer- Weise,

büchse 19. Auch hier ist der Wärmeausdehnung der Druck-

Zum Ausgleich unerwünschten Überdrucks durch flüssigkeit durch ein ins Freie öffnendes Rückschlag-Wärmeausdehnung der Druckflüssigkeit im Gehäuse *o ventil 26' Rechnung getragen, und die Möglichkeit ist das überdruckventil 26 vorgesehen, das den Ge- einer Beeinflussung der zu übertragenden Leistung häuseraum ins Freie öffnet. durch einstellbare Überdruckventile 26' geschaffen.

Ein weiteres — einstellbares — Überdruckventil die die Räume zwischen den Auslaßventilen 44 und

27 mit Feder 27 α in den Verbindungskanälen 28 α dem Regelventil 46.19' gegen den Gehäuseraum

bis d zwischen der Druckseite der Pumpe und dem 45 öffnen.

Gehäuseraum dient einer allenfalls gewünschten Die Wirkung der Kupplung hinsichdich der

Leistungsbegrenzung. Kräfteübertragung zwischen den durch sie verbunde-

Mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es nen Wellen ist die gleiche wie bei dem zuvor bemöglich, auch bei niedrigsten Drehzahlen die volle schriebenen Ausführungsbeispiel.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

I 959 739 Patentansprüche:

1. Hydrostatische Schaltkupplung mit veränderlichem Anlaufdrehmoment, deten Kupplungsglied aus einer Mehrkolbenpumpe mit xwei zu ihrem Betrieb gegeneinander verdrehbaren Teilen besteht, von denen einer an die treibende und der andere an die getriebene Welle anschließbar ist, und deren Druckseite über ein Regelventil mit von außen veränderlichem Darchlaßquerschnitt an einen Druckflüssigkeit enthaltenden Gehäuseraum angeschlossen ist, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) die Zylinderräume (9, 59) der Pumpe sind in an sich bekannter Weise durch je ein als Rückschlagventil ausgebildetes Einlaß- und Auslaßventil (13, 17; 62, 64) abgeschlossen,

b) zwischen dea Ausgängen (17, 64) der Zylinderräume und dem Regelventil ^18, 19; 66, 19") ist ein Flüssigkeitsraum (16, 28 a; 65) angeordnet,

c) die Einlaßöffnungen (12,61) der Zylinderräume sind entfernt von den Auslaßöffnungen _V18, 66) des Regelventils und ebenso wie diese an den die Pumpe umgebenden Gehäi'.seraum aneeschiossen.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsraum (16, 28a; 65) zwischen den Zylinderauslässen (17, 64) und dem Regelventil (18, 19; 66, 19") über wenigstens einen ein Überdruckventil (27, 27') enthaltenden Kanal (28 b, 25 c, 28 d) mit dem Gehäusernum verbunden ist.

3. Kupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (18, 19; 66, 19") und das den Flüssigkeitsraum (16, 28 α, 65) absichernde Überdruckventil (27, 27') über nach außen gerichtete radiale öffnungen oder Kanäle (28</) in den Gehäuseraum münden.

4. Kupplung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (12, 61) der Zylinder (9, 59) der Umfangswand (1) des Pumpengehäuses mit geringerem Abstand gegenüberliegen als die Auslaßöffnungen (18, 66) des Regelventil.

5. Kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseraum über ein in oder nahe der Drehachse des Zylindcrblocks angeordnetes Überdruckventil (26, 26') rrit der Außenluft in Verbindung steht.