DE19923851B4

DE19923851B4 - Hydraulische Zahnradmaschine

Info

Publication number: DE19923851B4
Application number: DE19923851A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Buchmüller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2012-03-29
Anticipated expiration: 2019-05-26
Also published as: DE19923851A1; JP2000035107A; NL1012163A1; NL1012163C2; US6179595B1

Abstract

Hydraulische Zahnradmaschine, wie beispielsweise Pumpe oder Motor, in einem Getriebe.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Zahnradmaschine, wie Pumpe oder Motor, insbesondere Innenzahnradpumpe, Außenzahnradpumpe oder ähnliches nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Solche hydraulische Zahnradmaschinen sind beispielsweise durch die DE 29 42 417 A1 bekannt geworden. Bei diesen Pumpen wird der Antrieb durch eine gesonderte Welle realisiert, die von einem Antriebsmotor angetrieben wird. Dies hat den Nachteil, daß ein zusätzliches Element verwendet werden muss und dass ein erhöhter Bauraumbedarf besteht.
Aus den Veröffentlichungen DE 34 16 400 A1 , US 5 263 818 A , DE 34 10 015 C2 und DE 32 02 179 C2 sind ebenfalls gattungsgemäße Zahnradmaschinen bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Zahnradmaschine zu schaffen, die einen geringen Teileumfang aufweist und die möglichst bauraumsparend ausgebildet ist.
Dies wird bei erfindungsgemäßen hydraulischen Zahnradmaschinen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erreicht. Die Lagerung dient der Radiallagerung von Pumpenzahnrad einerseits und Getriebewelle andererseits.
Ritzels, angeordnet ist und das Lagerrohr eine Getriebewelle eines Fahrzeuggetriebes aufnimmt und diese Getriebewelle mittels eines Lagers radial zwischen Welle und Lagerrohr in dem Lagerohr gelagert aufgenommen ist. Die Lagerung dient der Radiallagerung von Pumpenzahnrad einerseits und Getriebewelle andererseits.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Getriebewelle die Getriebeeingangswelle ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann es zweckmäßig sein, wenn die Getriebewelle die Getriebeausgangswelle ist. Auch kann es bei einem weiteren Ausführungsbeispiel vorteilhaft sein, wenn die Welle eine Zwischenwelle, wie beispielsweise Vorgelegewelle ist. Das Fahrzeuggetriebe kann dabei ein Zahnradgetriebe, wie Stirnradgetriebe oder ein Planetensatzgetriebe sein. Ebenso kann das Fahrzeuggetriebe ein stufenlos einstellbares Getriebe, wie Kegelscheibenumschlingungsgetriebe sein.
Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn das Ritzel, wie außenverzahntes Zahnrad von der Getriebewelle angetrieben wird.
Zweckmäßig ist es, wenn das eine Zahnrad, wie das Ritzel, mit einem kreisringförmigen Element drehfest verbunden ist, das einen Innenverzahnung aufweist, die in eine Außenverzahnung der Getriebewelle eingreift.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen der Getriebewelle und dem Lagerrohr eine Dichtung, wie ein Dichtring, angeordnet ist.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn das Gehäuse der Zahnradmaschine oder Pumpe an einem Getriebegehäuse befestigt ist. Dabei ist es bei einem Ausführungsbeispiel vorteilhaft, wenn das Gehäuse der Zahnradmaschine auf der Innenseite des Getriebegehäuses angeordnet ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn das Gehäuse auf der Außenseite des Getriebegehäuses angeordnet ist.
Weiterhin ist es besonders zweckmäßig, wenn zwischen Welle und Gehäuse des Getriebes eine Dichtung angeordnet ist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Lager, wie Gleitlager oder insbesondere Wälzlager, mittels einer Schmiermittelversorgung zu dem Schmiermittel der Pumpe oder des Getriebes in Verbindung steht. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Versorgung mit Schmiermittel mittels einer Verbindung, wie Bohrung oder Kanal erfolgt, der zwischen einem mit Schmiermittel gefüllten Raumbereich und dem Lager ausgebildet ist oder sich dazwischen erstreckt. Ebenso ist es zweckmäßig, wenn die Schmiermittelversorgung mittels eines Kanals von dem Lager zu einem Raumbereich mit Schmiermittel ausgebildet ist.
Anhand der Figuren sei die Erfindung beispielhaft und ohne Beschränkung der Allgemeinheit näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine Zahnradmaschine, wie Pumpe, im Schnitt,
2 eine Zahnradmaschine, wie Pumpe, im Schnitt,
3 eine erfindungsgemäße Zahnradmaschine im Schnitt,
4 eine erfindungsgemäße Zahnradmaschine im Halbschnitt und
5 ein Getriebe.
Die 1 und die 3 zeigt eine Zahnradmaschine 1, wie Pumpe, bei welcher ein innenverzahntes Hohlrad 2 und ein außenverzahntes Ritzel 3 in einer Bohrung 4 eines Gehäuses 5 drehbar angeordnet und gelagert sind. Das Ritzel 3 ist mittels eines Lagerrohres 6 innerhalb des Gehäuses 5 drehbar gelagert. Durch das Lagerrohr greift eine Welle 7, wie Getriebewelle, hindurch. Die Getriebewelle 7 weist ein Verbindungselement 8 auf, wie im wesentlichen kreisringförmiges Flanschelement, das mit der Getriebewelle 7 drehfest verbunden ist uns ebenso mit dem Ritzel 3 drehfest verbunden ist, so daß bei Drehung der Getriebewelle 7 das Ritzel 3 antreibbar ist.
Das Flanschelement 8 weist radial innen eine Verzahnung 8a oder zumindest einzelne Vorsprünge auf, die in eine Gegenverzahnung 9 oder entsprechende Aussparungen der Welle 7 eingreifen. Radial außen weist das Flanschelement 8 eine Außenverzahnung 8b oder Vorsprünge auf, die in eine entsprechende Innenverzahnung 10 oder Ausnehmungen des Ritzels 3 eingreifen. Vorzugsweise sind zumindest zwei, beispielsweise drei Vorsprünge 8b vorgesehen, die in entsprechende Aufnahmen des Ritzels eingreifen.
Zwischen Ritzel 3 und Lagerrohr 6, das im wesentlichen mit dem Getriebegehäuse drehfest angeordnet ist, ist eine Lagerung 11, wie Wälzlagerung oder Gleitlagerung, angeordnet, wobei die Wälzkörper der Wälzlagerung direkt auf dem Außenumfang der Lagerrohres 6 umlaufen. Dafür ist das Lagerrohr 6 vorzugsweise gehärtet.
Die Getriebewelle 7 ist mittels des Lagers 12 radial innerhalb des Lagerrohres 6 gelagert, wobei auch in diesem Anwendungsfall die Wälzkörper des Lagers direkt auf dem Innenmantel des Lagerrohres laufen. Somit bildet das Lagerrohr sowohl radial innen als auch radial außen die Lauffläche der Lagerwälzkörper. Das Lagerrohr 6 dient als Lagerstelle für die Getriebewelle 7 oder für ein die Getriebewelle lagerndes Lager 12. Vorteilhaft ist das Lager 12 als Wälzlager, wie Rollenlager oder Nadellager ausgebildet. Auch kann das Lager 12 in einem anderen Ausführungsbeispiel als Gleitlager ausgebildet sein.
Bei der Anordnung dieses Lagers 12 ist es zweckmäßig, wenn das Lager in einer Nut 7b, wie Umfangsnut, der Welle 7 aufgenommen ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Lager 12 im axialen Bereich der Pumpe, insbesondere der Zahnräder der Pumpe angeordnet ist. In diesem Fall kann das Lager 12 Radialkräfte der Pumpe nach radial innen aufnehmen, die eine zumindest dynamische Verformung des Lagerrohrs 6 bewirken können. Dadurch werden die dynamischen Radialkräfte der Pumpe von der in der Regel massiven Getriebewelle aufgefangen.
Vorteilhaft ist bei dieser Ausgestaltung, daß die Pumpe keine zusätzliche Antriebswelle benötigt. Der Antrieb erfolgt über die Getriebewelle. In einigen vorteilhaften Anwendungsfällen kann die Getriebewelle derart gelagert werden, daß sie pumpenseitig keine zusätzliche Lagerung benötigt. In diesen Fällen ist die Lagerung mittels des Lagers 12 und des Rohres 6 die einzige motorseitlge oder pumpenseitige Lagerung der Welle.
Die Schmiermittelversorgung, wie Schmierölversorgung, des Lagers 12 wird durch eine Anbindung des Lagerraumes an einen Druckraum 13 im Getriebe erreicht. Diese Anbindung erfolgt dadurch, daß die Dichtung, wie der Dichtring 14, die zur Abdichtung der Drehdurchführung verwendet wird, derart angeordnet ist, daß das Lager und der Druckraum 13 miteinander in Verbindung stehen und die Dichtung 14 nicht zwischen Druckraum 13 und Lager 12 angeordnet ist. Dazu ist der Dichtring in eine Umfangsnut der Welle 7 aufgenommen und gegen das Lagerrohr auf der Innenseite beaufschlagt. Die Dichtung 14 ist axial zwischen Lagerung 13 und Flansch 8 angeordnet.
Die Dichtung 15, wie Radialwellendichtring, dichtet die Welle des Getriebes gegen das Getriebegehäuse ab.
Die Pumpe mit Gehäuse 5 ist vorteilhaft mehrteilig ausgebildet und besteht zumindest aus zwei Axialplatten 20, 21 und einem zentralen Gehäuseteil 5 mit der Bohrung 4, Diese Bauteile begrenzen den Innenraum der Pumpe, in welchem die Zahnräder angeordnet sind und dichten diesen bis auf Anschluß 22 und Abfluß 23 ab. Für Anschluss (Zulauf) und Abfluss (Ablauf) sind Kanäle 24, 25 im Getriebegehäuse 40 vorgesehen.
Die eine Axialplatte 20 ist vorteilhaft in einer Vertiefung 90 des Getriebegehäuses 40 oder Getriebegehäusedeckels aufgenommen, wobei das Pumpengehäuse 5 gegenüber der Axialplatte 20 zurückgenommen ist. Dadurch wird erreicht, daß das Getriebegehäuse in diesem Bereich bei fest vorgegebenem axialen Bauraum eine höhere Wandstärke aufweist, die zweckmäßigerweise die Verschraubungsgewinde zur Befestigung der Pumpe 5 trägt, die jedoch in der Figur nicht dargestellt sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Axialplatten 20, 21 in dem Pumpengehäuse 5 und/oder im Getriebegehäuse 40 mittels zumindest zwei Stiften 91, 92 fixiert sind. Diese Stifte greifen beispielsweise in Bohrungen der Axialplatten und Gehäuse ein. Durch die Fixierung wird ein auswandem oder Verdrehen der Axialplatten aufgrund der Reibkräfte verhindert.
Vorteilhaft ist es auch, wenn zumindest eine Axialplatte 230, 231 im Bereich des Mitnehmers 202 und des Wiederlagers 32 axial fixiert ist, siehe 3 und 4.
Zwischen den beiden Verzahnungen des innenverzahnten Hohlrades 2 und dem außenverzahnten Ritzel 3 ist ein sichelförmiger Hohlraum 4 gebildet, in welchem zumindest ein Füllstück 31 oder ein geteiltes Füllstück mit den Füllstückteilen angeordnet ist, welches sich an einem Füllstift 32 anlegt und/oder abstützt. Der Füllstift durchsetzt den Raum 4 und ist vorzugsweise in den Axialplatten, vorteilhaft in Bohrungen, aufgenommen. Zwischen den Füllstückteilen ist vorteilhaft ein Dichtelement 33 angeordnet.
Das Pumpengehäuse 5 ist an dem Getriebegehäuse 40 befestigt, wie geschraubt. Zwischen Pumpengehäuse und Getriebegehäuse ist zumindest eine Dichtung 41 angeordnet. Zur Befestigung sind nicht dargestellte Bohrungen in dem Pumpengehäuse, durch die Schrauben hindurch greifen, die in Gewindelöchern in dem Getriebegehäuse eingeschraubt sind. Dadurch ist das Getriebegehäuse 40 nicht wegen Befestigungsbohrungen abzudichten.
Die Getriebewelle ist vorteilhaft die Getriebeeingangswelle, da diese zweckmäßigerweise mit höherer Drehzahl dreht als die Abtriebswelle. Vorteilhaft ist dabei, wenn die Getriebeeingangswelle eine Verzahnung 7a aufweist, mit der sie an einen Antriebsmotor antriebsseitig angeschlossen ist, und diese Verzahnung außerhalb des Getriebegehäuses 40 liegt.
In der 3 ist eine weitere Ausbildungsvariante dargestellt, bei der die Lagerung 52 axial zwischen Dichtung 51 und Flansch oder Koppelelement 53 angeordnet ist, wobei der Flansch 53 axial zwischen der Dichtung 54 und der Lagerung 52 angeordnet ist. Zur Schmiermittelversorgung ist von dem Niederdruckraum/Hochdruckraum 56 der Pumpe ein Kanal 57 im Gehäuse 5 und ein Kanal 58 im Lagerrohr 59, so dass das Lager mit dem vorzugsweise Niederdruckraum in Verbindung steht. Das Koppelelement 53 ist vorteilhaft zwischen einer Axialplatte 20 und einem Ritzel 3 axial fixiert.
Besonders vorteilhaft bei einer erfindungsgemäßen ist, dass durch das Lagerrohr 6 vom Pumpentrieb 7 ausgehende Querkräfte aufgenommen werden können.
Die 4 zeigt einen Halbschnitt einer Pumpe 201, wie Zahnradmaschine, bei der der Flansch 202 im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 nicht scheibenförmig sondern mit einem I-förmigen Schnitt ausgestaltet ist. Der Flansch 302 weist einen sich in radialer Richtung erstreckenden Bereich 202a auf, der radial außen in eine Verzahnung oder Ausnehmungen des Ritzels 203 eingreift. Weiterhin weist der Flansch einen sich in axialer Richtung erstreckenden Bereich 202b auf, wobei zwischen diesem Bereich 202b und dem Gehäuse 210 eine Dichtung 211, wie beispielsweise ein Radialwellendichtring, angeordnet ist. Am axial dem Bereich 202a abgewandten Ende des Flansches 202 ist eine Innenverzahnung 202c angeordnet, die in eine Verzahnung der innerhalb des Rohres 204 aufgenommenen, nicht dargestellten Getriebewelle eingreift. Die Verzahnung 202c ist somit nicht in dem durch die Dichtung 211 abgedichteten Raum, wie in 1 dargestellt.
Das die Pumpe 201 tragende Getriebegehäuse 210 ist als Getriebedeckel ausgebildet, der an das eigentliche Getriebegehäuse mit Schrauben zur Befestigung befestigt ist. Dazu sich die Anschrauböffnungen 220 vorgesehen, die radial außen am Deckel angeordnet sind.
Vorteilhaft ist es, wenn das Lagerrohr 204 in das Pumpengehäuse 205 eingepresst ist, so dass die Anlagefläche zwischen Gehäuse und Lagerrohr abgedichtet ist. Dies kann gegebenenfalls auch mit einer Dichtung abgedichtet werden.
Die in der 5 teilweise dargestellte Ausführungsvariante eines stufenlos einstellbaren Kegelscheibenumschlingungsgetriebes besitzt ein antriebsseitiges auf der Antriebswelle A drehfest angeordnetes Scheibenpaar, wie Scheibensatz, 101 und ein auf der Abtriebswelle B drehfest angeordnetes Scheibenpaar 102. Jedes Scheibenpaar hat ein axial bewegbares Scheibenteil, wie Kegelscheibe, 101a und 102a und je ein axial festes Scheibenteil, wie Kegelscheibe, 101b und 102b. Zwischen den beiden Scheibenpaaren ist zur Drehmomentübertragung ein Umschlingungsmittel in Form einer Kette oder eines Bandes 103 vorgesehen.
In der oberen Hälfte der jeweiligen Darstellung des entsprechenden Scheibenpaares 101, 102 ist jeweils die relative axiale Stellung zwischen den entsprechenden Scheibenteilen 101a, 101b bzw. 102a, 102b gezeigt, die der größten Übersetzung des Getriebes ins Langsame entspracht (engl.: underdrive), wohingegen in der unteren Hälfte dieser Darstellungen diejenige Relativposition zwischen den entsprechend zugeordneten Scheibenteilen 101a, 101b bzw. 102a, 102b gezeigt ist, die der größten Übersetzung ins Schnelle (engl.: overdrive) entspricht, dargestellt ist.
Das Scheibenpaar 101 ist über ein Stellglied, wie Stellmittel, 104, das als Kolben-/Zylindereinheit ausgebildet ist, axial verspannbar. Das Kegelscheibenpaar 102 ist in ähnlicher Weise über ein Stellglied, wie Stellmittel, 105, das ebenfalls als Kolben-/Zylindereinheit ausgebildet ist, axial gegen die Kette 103 verspannbar. In dem Druckraum 6 der Kolben-/Zylindereinheit 105 ist ein durch eine Schraubenfeder gebildeter Kraftspeicher 107 vorgesehen, der das axial bewegbare Scheibenteil 102a in Richtung des axial festen Scheibenteils 102b drängt. Wenn sich die Kette 103 abtriebsseitig im radial inneren Bereich des Scheibenpaares 102 befindet, ist die von dem Kraftspeicher 107 aufgebrachte Verspannkraft größer als wenn sich die Kette 103 im größeren Durchmesserbereich des Scheibenpaares 102 befindet. Das bedeutet also, dass mit zunehmender Übersetzung des Getriebes ins Schnelle die von dem Kraftspeicher 107 aufgebrachte Vorspannkraft zunimmt. Die Schraubenfeder 107 stützt sich einerseits unmittelbar am axial bewegbaren Scheibenteil 102a und andererseits an einem den Druckraum 106 begrenzenden topfförmigen und mit der Abtriebswelle B starr verbundenen Bauteil 108 ab.
Wirkungsmäßig parallel geschaltet zu den Kolben-/Zylindereinheiten 104, 105 ist jeweils eine weitere Kolben-/Zylindereinheit 110, 111 vorgesehen, die zur Übersetzungsänderung des Getriebes dienen. Die Druckkammern 112, 113 der Kolben-/Zylindereinheiten 110, 111 können wechselweise entsprechend dem geforderten Übersetzungsverhältnis mit Druckmittel befüllt oder entleert werden. Hierfür können die Druckkammern 112, 113 entsprechend den Erfordernissen entweder mit einer Druckmittelquelle, wie einer Pumpe, verbunden werden oder aber mit einer Ablassleitung. Bei einer Übersetzungsänderung wird also eine der Druckkammern 112, 113 mit Druckmittel befüllt, also deren Volumen vergrößert, wohingegen die andere Druckkammer 113, 112 zumindest teilweise entleert, also deren Volumen verkleinert wird. Diese wechselseitige Druckbeaufschlagung bzw. Entleerung der Druckkammern 112, 113 kann mittels eines entsprechenden Ventils erfolgen. Bezüglich der Ausgestaltung und der Funktionsweise eines derartigen Ventils wird insbesondere auf den bereits erwähnten Stand der Technik verwiesen.
Zur Erzeugung eines zumindest momentabhängigen Druckes ist ein Drehmomentfühler 114 vorgesehen, der auf einem hydromechanischen Prinzip basiert. Der Drehmomentfühler 114 überträgt das über ein Antriebszahnrad oder Antriebsritzel 115 eingeleitete Drehmoment auf das Kegelscheibenpaar 101. Das Antriebszahnrad 115 ist über ein Wälzlager 116 auf der Antriebswelle A gelagert und ist über einen Formschluss bzw. eine Verzahnung 117 drehfest mit der sich auch axial am Antriebszahnrad 115 abstützenden Kurvenscheibe 118 des Drehmomentfühlers 114 verbunden. Der Momentenfühler 114 besitzt die axial feststehende Kurvenscheibe 118 und eine axial verlagerbare Kurvenscheibe 119, die jeweils Auflauframpen besitzen, zwischen denen Spreizkörper in Form von Kugeln 120 vorgesehen sind. Die Kurvenscheibe 119 ist auf der Antriebswelle A axial verlagerbar, jedoch gegenüber dieser drehfest. Hierfür weist die Kurvenscheibe 119 einen axial von den Kugeln 120 weg weisenden radial äußeren Bereich 119a auf, der eine Verzahnung 119b trägt, die mit einer Gegenverzahnung 121a eines mit der Antriebswelle A sowohl axial als auch in Umfangsrichtung fest verbundenen Bauteils 121 zusammenwirkt. Die Verzahnung 119b und Gegenverzahnung 121a sind dabei in bezug aufeinander derart ausgebildet, daß eine axiale Verlagerung zwischen den Bauteilen 119 und 121 möglich ist.
Die Bauteile des Drehmomentfühlers 114 begrenzen zwei Druckräume 122, 123. Der Druckraum 122 ist durch ein mit der Antriebswelle A starr verbundenes ringförmiges Bauteil 124 sowie durch von der Kurvenscheibe 119 gebildete bzw. getragene Bereiche bzw. Bauteile 125,126 begrenzt. Der ringförmige Druckraum 123 ist praktisch radial außerhalb des ringförmigen Druckraumes 122, jedoch axial gegenüber letzterem versetzt angeordnet. Begrenzt wird der zweite Druckraum 123 ebenfalls durch das ringförmige Bauteil 124 sowie durch das mit letzterem fest verbundenen hülsenartigen Bauteil 121 und weiterhin durch das mit der Kurvenscheibe 119 fest verbundene ringförmige Bauteil 125, das axial verlagerbar ist und kolbenähnlich wirkt.
Die den Drehmomentfühler 114 und das Kegelscheibenpaar 101 tragende Eingangswelle A ist drehmomentfühlerseitig über ein Nadellager 127 und auf der dem Momentenfühler 114 abgewandten Seite des Kegelscheibenpaares 101 über ein die axialen Kräfte aufnehmendes Kugellager 128 und ein für die radialen Kräfte vorgesehenes Rollenlager 129 in einem Gehäuse 130 gelagert. Die das Abtriebsscheibenpaar 102 aufnehmende Abtriebswelle B ist an ihrem den Stellgliedern 105 und 111 benachbarten Ende über ein Zweifachkegelrollenlager 131, das sowohl Radialkräfte als auch die in beiden Axialrichtungen auftretenden Axialkräfte abfängt, und auf der den Stellgliedern 105, 111 abgekehrten Seite des Scheibenpaares 102 über ein Rollenlager 132 im Gehäuse 130 gelagert. Die Abtriebswelle B trägt an ihrem den Stellgliedern 105, 111 abgewandten Ende ein Kegelzahnrad 133, das z. B. mit einem Differential in Wirkverbindung steht.
Zur Erzeugung des über den Drehmomentfühler 114 zumindest momentabhängig modulierten Druckes, der für die Verspannung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes erforderlich ist, ist eine Pumpe 134, P₁ vorgesehen, die über einen in der Antriebswelle A eingebrachtes Hohlrohr 135 mit zumindest zwei Kammern, der in wenigstens einen radialen Kanal 136 mündet, mit dem Druckraum 122 des Drehmomentfühlers 114 in Verbindung steht. Die Pumpe 134 ist weiterhin über eine Verbindungsleitung 137 mit der Druckkammer 106 der Kolben-/Zylindereinheit 105 am zweiten Scheibenpaar 102 verbunden. Die Verbindungsleitung 137 mündet in einen in der Abtriebswelle B vorgesehenen Hohlrohr 138 mit zumindest durch Stege gebildetet zwei Kammern, der wiederum über wenigstens einen radial verlaufenden Kanal 139 mit der Druckkammer 106 verbunden ist.
Der Druckraum 122 des Drehmomentfühlers 114 ist über den gegenüber dem Schnitt gemäß 5 in Umfangsrichtung versetzten und daher gestrichelt dargestellten Kanal 140 mit der Druckkammer 109 der Kolben-/Zylindereinheit 104 verbunden. Der Kanal 140 ist in das mit der Welle A starr verbundene ringförmige Bauteil 124 eingebracht. Über den Kanal 140 ist also stets eine Verbindung zwischen dem ersten Druckraum 122 und der Druckkammer 109 vorhanden. In der Antriebswelle A ist weiterhin wenigstens ein Abflusskanal 141 vorgesehen, der mit dem Druckraum 122 in Verbindung steht bzw. in Verbindung bringbar ist und dessen Abflussquerschnitt in Abhängigkeit zumindest des übertragenen Drehmomentes veränderbar ist. Der Abflusskanal 141 mündet in eine zentrale Bohrung 142 der Welle A, die wiederum mit einer Leitung verbunden sein kann, über die das aus dem Drehmomentfühler 114 abfließende Öl, z. B. zur Schmierung von Bauteilen, an die entsprechende Stelle geleitet werden kann. Die axial bewegbaren Rampen – bzw. Kurvenscheibe 119, welche axial verschiebbar auf der Antriebswelle A gelagert ist, bildet mit dem inneren Bereich 126a einen mit dem Abflusskanal 141 zusammenwirkenden Schließbereich, der in Abhängigkeit zumindest des anstehenden Drehmomentes den Abflusskanal 141 mehr oder weniger verschließen kann. Der Schließbereich 126a bildet also in Verbindung mit dem Abflusskanal 141 ein Ventil bzw. eine Drosselstelle. Zumindest in Abhängigkeit des zwischen den beiden Scheiben 118, 119 anstehenden Drehmoments wird über die als Steuerkolben wirksame Scheibe 119 die Abflussöffnung bzw. der Abflusskanal 141 entsprechend geöffnet oder geschlossen, wodurch ein wenigstens dem anstehenden Moment entsprechender, durch die Pumpe 134 aufgebrachter Druck zumindest in dem Druckraum 122 erzeugt wird. Da der Druckraum 122 mit der Druckkammer 109 und über die Kanäle bzw. Leitungen 135, 136, 137, 138 und 139 auch mit der Druckkammer 106 in Verbindung steht, wird auch in diesen Kammern 109, 106 ein entsprechender Druck erzeugt.
Aufgrund der Parallelschaltung der Kolben-/Zylindereinheiten 104, 105 mit den Kolben-/Zylindereinheiten 110, 111 werden die durch den vom Drehmomentfühler 114 gelieferten Druck auf die axial verlagerbaren Scheiben 101a, 102a erzeugten Kräfte hinzuaddiert zu den Kräften, welche auf diese Scheiben 101a, 102a einwirken infolge des in den Kammern 112, 113 vorhandenen Druckes für die Einstellung der Übersetzung des Getriebes.
Die Versorgung mit Druckmittel der Druckkammer 112 erfolgt über einen in der Welle A vorgesehenen Kanal 143, der über eine radiale Bohrung 144 mit einer in die Welle A eingebrachten Ringnut 145 in Verbindung steht. Von der Ringnut 145 geht wenigstens ein in das ringförmige Bauteil 124 eingebrachter Kanal 146 aus, der eine Verbindung herstellt mit dem in das hülsenförmige Bauteil 121 eingebrachten radialen Durchlass 147, der in die Druckkammer 112 mündet. In ähnlicher Weise wird auch die Druckkammer 113 mit Öl versorgt, und zwar über den um den Kanal 138 gelegten Kanal 148, der über radial verlaufende Verbindungskanäle 149 mit der Druckkammer 113 kommuniziert. Die Kanäle 143 und 148 werden von einer gemeinsamen Druckquelle unter Zwischenschaltung wenigstens eines Ventils 150 über Verbindungsleitungen 151, 152 versorgt. Die mit dem Ventil 150 bzw. dem Ventilsystem 150 in Verbindung stehende Druckquelle 153 kann durch eine separate Pumpe gebildet sein oder aber auch durch die bereits vorhandene Pumpe 134, wobei dann ein entsprechendes Volumen- bzw. Druckverteilungssystem 154, das mehrere Ventile umfassen kann, erforderlich ist. Diese Alternativlösung ist gestrichelt dargestellt.
Der bei Druckbeaufschlagung wirkungsmäßig parallel mit dem Druckraum 122 geschaltete Druckraum 123 ist in der in der oberen Hälfte der Darstellung des Kegelscheibenpaares 101 gezeigten relativen Lage der einzelnen Bauteile von einer Druckmittelversorgung getrennt, und zwar, weil die mit dem Druckraum 123 in Verbindung stehenden Kanäle bzw. Bohrungen 155, 156, 157, 158, 159, 160 nicht mit einer Druckmittelquelle, wie insbesondere der Pumpe 134, in Verbindung stehen. Aufgrund der Position der axial verlagerbaren Scheibe 101a ist die radiale Bohrung 160 voll geöffnet, so daß der Raum 123 druckmäßig voll entlastet ist. Die infolge des zu übertragenden Drehmomentes vom Drehmomentfühler auf die Nocken bzw. Kurvenscheibe 119 ausgeübte Axialkraft wird lediglich über das sich im Druckraum 122 aufbauende Druckölpolster abgefangen. Dabei ist der im Druckraum 122 anstehende Druck um so höher je größer das zu übertragende Drehmoment ist. Dieser Druck wird, wie bereits erwähnt, über die als Drosselventil wirksamen Bereiche 126a und Abflussbohrung 141 gesteuert.
Bei einer Übersetzungsänderung ins Schnelle wird die Kegelscheibe 101a nach rechts in Richtung der Kegelscheibe 101b verlagert. Dies bewirkt am Kegelscheibenpaar 102, daß die Kegelscheibe 102a sich von der axial festen Kegelscheibe 102b axial entfernt. Wie bereits erwähnt, sind in den oberen Hälften der Darstellungen der Kegelscheibenpaare 101, 102 die Relativstellungen zwischen den Scheiben 101a, 101b und 102a, 102b dargestellt, welche der Extremposition für eine Übersetzung ins Langsame entspricht, wohingegen in den unteren Hälften dieser Darstellungen die Relativpositionen zwischen den entsprechenden Scheiben 101a, 101b und 102a, 102b gezeigt sind, die der anderen Extremstellung der Scheiben 101a, 101b und 102a, 102b relativ zueinander für eine Übersetzung ins Schnelle entsprechen.
Um von dem in den oberen Hälften der Darstellungen der Kegelscheibenpaare 101, 102 gezeigten Übersetzungsverhältnis überzugehen in das in den entsprechenden unteren Hälften gezeigte Übersetzungsverhältnis wird durch entsprechende Steuerung des Ventils 150 die Druckkammer 112 entsprechend befüllt und die Druckkammer 113 entsprechend entleert bzw. im Volumen verringert.
Die axial verlagerbaren Kegelscheiben 101a, 102a sind mit der ihnen zugeordneten Welle A bzw. B jeweils über eine Verbindung 161, 162 mittels Verzahnungen drehfest gekoppelt. Die durch eine Innenverzahnung an den Scheiben 101a, 102a und eine Außenverzahnung an den Wellen A und B gebildeten drehfesten Verbindungen 161, 162 ermöglichen eine axiale Verlagerung der Scheiben 101a, 102a auf der entsprechenden Welle A, B.
Die in der oberen Hälfte der Darstellung des antreibenden Scheibenpaares 101 strichpunktiert dargestellte Stellung der axial verlagerbaren Scheibe 101a und der Kette 103 entspricht der höchstmöglichen Übersetzung des Getriebes ins Schnelle. Der strichpunktiert dargestellten Position der Kette 103 des Scheibensatzes 101 ist die voll ausgezogene Darstellung der Kette 103 des Scheibensatzes 102 zugeordnet.
Die in der unteren Hälfte der Darstellung des getriebenen Scheibensatzes 102 strichpunktiert dargestellte Position der axial verlagerbaren Kegelscheibe 102a und der Kette 103 entspricht der größtmöglichen Übersetzung des Getriebes ins Langsame. Dieser Position der Kette 103 ist die in der oberen Hälfte der Darstellung des ersten Scheibensatzes 101 voll ausgezogen dargestellte Position der Kette zugeordnet.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die Scheiben 101a, 102a radial innen Zentrierbereiche 163, 164 bzw. 165, 166, über die sie unmittelbar auf der entsprechenden Welle A bzw. B aufgenommen bzw. zentriert sind. Die praktisch spielfrei auf der Mantelfläche der Welle A aufgenommenen Führungsbereiche 163, 164 der axial verlagerbaren Scheibe 101a bilden in Verbindung mit den Kanälen 159, 160 Ventile, wobei die Scheibe 1a in bezug auf die Kanäle 159, 160 praktisch als Ventilschieber dient. Bei einer Verlagerung der Scheibe 101a aus der in der oberen Hälfte der Darstellung des Scheibensatzes 101 gezeigten Position nach rechts, wird nach einer bestimmten Wegstrecke der Kanal 160 mit zunehmendem Axialweg der Scheibe 101a durch den Führungsbereich 164 allmählich verschlossen. Das bedeutet also, daß der Führungsbereich 164 radial über dem Kanal 160 zu liegen kommt. In dieser Lage ist auch der Kanal 159 radial nach außen hin durch die Kegelscheibe 1a verschlossen, und zwar durch den Führungsbereich 163. Bei Fortsetzung der axialen Verlagerung der Scheibe 101a in Richtung der Scheibe 101b bleibt der Kanal 160 verschlossen, wohingegen die Scheibe 101a bzw. deren Steuer bzw. Führungsbereich 163 den Kanal 159 allmählich öffnet. Dadurch wird über den Kanal 159 eine Verbindung zwischen der Druckkammer 109 der Zylinder-/Kolbeneinheit 104 und dem Kanal 158 hergestellt, wodurch wiederum über die Kanäle 157, 156 und 155 eine Verbindung zum Druckraum 123 hergestellt wird. Da der Kanal 160 praktisch geschlossen ist und nun eine Verbindung zwischen der Druckkammer 109 und den beiden Druckräumen 122 und 123 vorhanden ist, stellt sich in den beiden Druckräumen 122, 123 und in der Druckkammer 109 und somit auch in der über den Kanal 135 und die Leitungen 137, 138 mit diesen wirkungsmäßig verbundenen Kammer 106 – abgesehen von den im Übertragungsweg eventuell vorhandenen geringen Verlusten – praktisch der gleiche Druck ein. Durch die übersetzungsabhängige Verbindung zwischen den beiden Druckräumen 122 und 123 ist die axial wirksame Fläche des im Drehmomentfühler 114 vorhandenen Druckmittelpolsters vergrößert worden, und zwar, weil die axial wirksamen Flächen der beiden Druckräume 122, 123 wirkungsmäßig sich addieren. Diese Vergrößerung der axial wirksamen Abstützfläche bewirkt, dass bezogen auf ein gleiches Drehmoment der vom Drehmomentfühler aufgebaute Druck praktisch proportional zur Flächenzunahme verringert ist, was wiederum bedeutet, daß auch in den Druckkammern 109 und 106 ein entsprechend reduzierter Druck anliegt. Es kann also mittels des erfindungsgemäßen Drehmomentfühlers 114 auch eine der drehmomentabhängigen Modulierung des Druckes überlagerte übersetzungsabhängige Modulierung des Druckes erzeugt werden. Der dargestellte Drehmamentfühler 114 ermöglicht praktisch eine zweistufige Modulierung des Druckes bzw. des Druckniveaus.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Kanäle 159, 160 in bezug zueinander und zu den mit diesen zusammenwirkenden Bereichen 163, 164 der Scheibe 101a derart angeordnet bzw. ausgebildet, dass die Umschaltung von dem einen Druckraum 122 auf beide Druckräume 122 und 123 und umgekehrt bei einem Übersetzungsverhältnis von ca. 1:1 des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes erfolgt. Wie bereits angedeutet, kann jedoch eine derartige Umschaltung aufgrund der konstruktiven Ausführung nicht schlagartig erfolgen, so daß es einen Übergangsbereich gibt, bei dem der Abflusskanal 160 zwar bereits geschlossen ist, der Verbindungskanal 159 jedoch noch keine Verbindung mit der Druckkammer 109 aufweist. Um in diesem Übergangsbereich die Funktion des Getriebes bzw. des Drehmomentfühlers 114 zu gewährleisten, wofür eine axiale Verlagerungsmöglichkeit der Kurvenscheibe 119 sicherstellt sein mus, sind Ausgleichsmittel vorgesehen, die eine Volumenänderung des Druckraumes 123 ermöglichen, so dass der Drehmomentfühler 114 pumpen kann, was bedeutet, dass die Zylinderbauteile und die Kolbenbauteile des Drehmomentfühlers 114 axial zueinander sich bewegen können. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Ausgleichsmittel durch eine Zungen- bzw. Lippendichtung 167 gebildet, die in einer radialen Nut des ringförmigen Bauteils 124 aufgenommen ist und mit der inneren Zylinderfläche des Bauteils 125 zusammenwirkt, um die beiden Druckräume 122, 123 in bezug aufeinander abzudichten. Der Dichtungsring 167 ist dabei derart ausgebildet und angeordnet, dass dieser nur in einer axialen Richtung absperrt bzw. einen Druckausgleich zwischen den beiden Kammern 122 und 123 verhindert, wohingegen in die andere axiale Richtung zumindest bei Vorhandensein eines positiven Differenzdruckes zwischen dem Druckraum 123 und dem Druckraum 122 ein Druckausgleich bzw. eine Durchströmung des Dichtringes 167 möglich ist. Der Dichtungsring 167 wirkt also ähnlich wie ein Rückschlagventil, wobei eine Strömung von dem Druckraum 122 in den Druckraum 123 verhindert wird, jedoch ein Durchströmen der durch den Dichtungsring 167 gebildeten Dichtungsstelle bei einem gewissen Überdruck im Druckraum 123 gegenüber dem Druckraum 122 möglich ist. Bei einer Bewegung der Kurvenscheibe 119 nach rechts kann also Druckflüssigkeit vom verschlossenen Druckraum 123 in den Druckraum 122 fließen. Bei einer darauf folgenden Bewegung der Kurvenscheibe 119 nach links kann im Druckraum 123 zwar ein Unterdruck entstehen und sich gegebenenfalls gar Luftbläschen innerhalb des Öls bilden. Dies ist jedoch für die Funktion des Drehmomentfühlers bzw. des Kegelscheiben umschlingungsgetriebes nicht schädlich.
Anstatt der rückschlagventilähnlich wirkenden Dichtung 167 könnte auch ein zwischen den beiden Druckräumen 122, 123 wirksames Rückschlagventil vorgesehen werden, das in dem ringförmigen Bauteil 124 installiert wäre. Es könnte dann eine in beide axiale Richtungen wirksame Abdichtung 167 Verwendung finden. Weiterhin könnte ein derartiges Rückschlagventil auch derart angeordnet werden, daß dieses zwischen den beiden Kanälen 135 und 158 wirksam ist. Das Rückschlagventil muss dabei derart angeordnet sein, dass ein Volumenstrom von dem Druckraum 123 in Richtung des Druckraumes 122 möglich ist, in umgekehrter Richtung das Rückschlagventil jedoch sperrt.
Aus der vorausgegangenen Funktionsbeschreibung geht hervor, dass praktisch über den gesamten Teilbereich des Übersetzungsbereiches, in dem das Getriebe ins Langsame übersetzt (engl.: underdrive), die durch die an den Scheiben 118, 119 vorgesehenen Kugelrampen erzeugte Axialkraft lediglich durch die vom Druckraum 122 gebildete, axial wirksame Fläche abgestützt wird, wohingegen praktisch über den gesamten Teilbereich des Übersetzungsbereiches, in dem das Getriebe ins Schnelle übersetzt (engl.: overdrive), die durch die Kugelrampen auf die Scheibe 119 erzeugte Axialkraft durch beide axial wirksame Flächen der Druckräume 122, 123 abgefangen wird. Somit ist, bezogen auf ein gleiches Eingangsmoment, bei einer Übersetzung des Getriebes ins Langsame der vom Drehmomentfühler erzeugte Druck höher als derjenige, der vom Drehmomentfühler 114 erzeugt wird bei einer Übersetzung des Getriebes ins Schnelle. Wie bereits erwähnt, ist das dargestellte Getriebe derart ausgelegt, daß der Umschaltpunkt, der eine Verbindung oder eine Trennung zwischen den beiden Druckräumen 122, 123 bewirkt, im Bereich einer Getriebeübersetzung von ca. 1:1 liegt. Durch entsprechende Anordnung und Ausgestaltung der Kanäle 159, 160 und der mit diesen zusammenwirkenden Bereiche 163, 164 der Kegelscheibe 101a kann jedoch der Umschaltpunkt bzw. der Umschaltbereich innerhalb des Gesamtübersetzungsbereiches des Kegelscheibengetriebes entsprechend verlagert werden.
Die Verbindung bzw. Trennung zwischen den beiden Druckräumen 122, 123 kann auch über ein hierfür vorgesehenes spezielles Ventil erfolgen, das im Bereich eines die beiden Druckräume 122, 123 verbindenden Kanals angeordnet sein kann, wobei dieses Ventil darüber hinaus nicht unmittelbar über die Scheibe 101a oder 102a betätigbar sein muss, sordern z. B. von einer äußeren Energiequelle betätigbar sein kann. Hierfür kann z. B. ein elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbares Ventil Verwendung finden, das in Abhängigkeit des Übersetzungsverhältnisses bzw. einer Übersetzungsänderung des Getriebes schaltbar sein kann. Es kann z. B. ein sogenanntes 3/2-Ventil Verwendung finden, das eine Verbindung oder Trennung zwischen den beiden Druckräumen 122, 123 bewirkt. Es können jedoch auch Druckventile Verwendung finden. Ein entsprechendes Ventil könnte im Bereich einer die beiden Kanäle 135 und 158 verbindenden Leitung vorgesehen werden, wobei dann die beiden Kanäle 159 und 160 verschlossen bzw. nicht vorhanden sind. Das entsprechende Ventil ist derart geschaltet bzw. angeschlossen, daß bei getrennten Druckräumen 122, 123 der Druckraum 123 über das Ventil druckentlastet ist. Hierfür kann das Ventil mit einer in den Ölsumpf zurückführenden Leitung verbunden sein.
Bei Verwendung eines von außen steuerbaren Ventils kann dieses auch noch in Abhängigkeit anderer Parameter betätigbar sein. So kann dieses Ventil beispielsweise auch in Abhängigkeit von im Antrieb auftretenden Drehmomentstößen betätigbar sein. Dadurch kann beispielsweise ein Durchrutschen der Kette zumindest bei bestimmten Betriebszuständen bzw. Übersetzungsbereichen des Kegelscheibengetriebes vermieden bzw. wenigstens reduziert werden.
Bei der in 5 dargestellten Konstruktion ist der Drehmomentfühler 114 antriebsseitig und der axial verlagerbaren Kegelscheibe 101a benachbart angeordnet. Der Drehmomentfühler 114 kann jedoch im Drehmomentfluss an einer beliebigen Stelle vorgesehen und entsprechend adaptiert werden. So kann ein Drehmomentfühler 114, wie an sich bekannt, auch abtriebsseitig, z. B. auf der Abtriebswelle B, vorgesehen werden. Ein derartiger Drehmomentfühler kann dann – in ähnlicher Weise wie der Drehmomentfühler 114 – der axial verlagerbaren Kegelscheibe 102a benachbart sein. Auch können, wie an sich auch bekannt, mehrere Drehmomentfühler Verwendung finden. So kann z. B. sowohl antriebsseitig als auch abtriebsseitig ein entsprechender Drehmomentfühler angeordnet werden.
Auch kann der erfindungsgemäße Drehmomentfühler 114 mit wenigstens zwei Druckräumen 122, 123 mit anderen an sich bekannten Maßnahmen zur drehmomentabhängigen und/oder übersetzungsabhängigen Druckmodulierung kombiniert werden. So könnten beispielsweise die Wälzkörper 120, ähnlich wie dies in der DE 42 34 294 A1 beschrieben ist, in Abhängigkeit einer Übersetzungsänderung in radialer Richtung entlang der mit diesen zusammenwirkenden Abwälzrampen bzw. Abwälzbahnen verlagerbar sein.
Bei der beschriebenen Ausführungsform gemäß 5 ist die Druckkammer 106 mit dem Drehmomentfühler 114 verbunden. Es kann jedoch auch die äußere Druckkammer 113 mit dem vom Drehmomentfühler 114 gelieferten Druck beaufschlagt werden, wobei dann die innere Druckkammer 106 zur Übersetzungsänderung dient. Hierfür ist es lediglich erforderlich, die Anschlüsse der beiden Leitungen 152 und 137 am zweiten Scheibensatz 102 alternieren bzw. gegenseitig auszutauschen.
Bei der Ausführungsform des Drehmomentfühlers 114 gemäß 5 sind die diesen bildenden Teile weitgehend aus Blech hergestellt. So können insbesondere die Kurvenscheiben 118 und 119 als Blechformteil, z. B. durch Prägen, hergestellt werden. Zur Drucksteuerung der einzelnen Druckkammern sind gegebenenfalls zumindest einzelne Ventile V₁ vorgesehen, die von einer Pumpe P₁ mit einem Druckmittel versorgt werden und mittels Hydraulikleitungen 90 versorgt werden.

Claims

Hydraulische Zahnradmaschine (1), wie beispielsweise Innenzahnradpumpe, mit einem Gehäuse und einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten ersten Zahnrad (2), wie beispielsweise Hohlrad, und einem drehbar gelagerten angetriebenen zweiten Zahnrad (3), wie beispielsweise Ritzel, mit einem zentralen Lagerrohr (6) zur Lagerung des zweiten Zahnrades, wie Ritzels, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerrohr eine Getriebewelle (7) eines Fahrzeuggetriebes aufnimmt und diese Getriebewelle (7) mittels eines Lagers (12) radial zwischen Welle und Lagerrohr in dem Lagerohr gelagert aufgenommen ist, dass das Ritzel von der Getriebewelle angetrieben wird, und dass die Getriebewelle axial durch das Lagerrohr hindurch greift.
Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebewelle (7) die Getriebeeingangswelle ist.
Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebewelle (7) die Getriebeausgangswelle ist.
Zahnradmaschine, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel (3) mit einem kreisringförmigen Element drehfest verbunden ist, das einen Innenverzahnung aufweist, die in eine Außenverzahnung der Getriebewelle eingreift.
Zahnradmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Getriebewelle (7) und Lagerrohr (6) eine Dichtung (14) angeordnet ist.
Zahnradmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse an einem Getriebegehäuse befestigt ist.
Zahnradmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse auf der Innenseite des Getriebegehäuses angeordnet ist.
Zahnradmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse auf der Außenseite des Getriebegehäuses angeordnet ist.
Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Welle und Gehäuse des Getriebes eine Dichtung (15) angeordnet ist.
Zahnradmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (12) mittels einer Schmiermittelversorgung zu dem Schmiermittel der Pumpe oder des Getriebes in Verbindung steht.
Zahnradmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelversorgung mittels eines Kanals von dem Lager (12) zu einem Raumbereich mit Schmiermittel ausgebildet ist.