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Geschwindigkeitswandler mit Leistungs-Überlagerung Bei Wandlern der
obengenannten Art wird als Ubertragungs-Organ eine Ol-Umlaufpumpe verwendet, mit
der die Fördermenge durch Veränderung des wirksamen Hubes der hin-und hergehenden
Pumpenelemente variiert wird. Auf diese Weise wird nur ein Teil der kntriebsleistung
ausgenutzt.
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Ein wichtiges Ziel der Erfindung besteht in einer kontinuierlichen
Steigerung der Drehzahl der Abtriebswelle von Null bis zur Drehzahl der liLtriebswelle
ohne Inderung der zeitlichen Fördermenge der Ölpumpe, d.h. unter Verwendung der
ganzen Antriebsleistung. Gemäß vorliegender Erfindung, welche den ganzen Variationsbereich
des Wandlers ausnutzt, erreicht man dies ohne Verringerung des Gesamthubrauis dadurch,
daß die Drehzahl der Pumpe variiert wird.
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Die Erfindung ermöglicht es außerdem, das Abtriebs-Drehmoment im
Vergleich zum Vntriebs-Drehmoment stetig bis zu einem mehrfachen Wert zu steigern,
wobei die Abtriebs-Drohzahl
entsprechend vermindert wird.
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Ein erfindungsgemäßer Wandler besteht insbesondere aus folgenden
Konstruktionsteilen: einer Antriebswelle; einer Abtiebswelle; einer von der Antriebswelle
mit konstantem Hub gesteuerten Umlaufpumpe, welche eine mit einem Flüssigkeitsbehälter
verbundene Saugleitung und eine Druckleitung aufweist; eines mit veränderlichem
EublBlüssigkeitsmotors! dessen Eintrittsseite mit der Druckleitung der Umlaufpumpe
verbunden ist und dessen Austrittsseite mit dem Flüssigkeitsbehälter in Verbindung
steht; einer Regeleinrichtung für den Hub des Flüssigkeitsmotors; einem iusgleichsgetriebe,
dessen Ritzel und Zahnkranz jeweils mit der Antriebswelle bzw. mit der Abtriebswelle
starr verbunden sind und über eine Anzahl von Satelliten bzw. Planetenrädern in
kinematischer Verbindung stehen, wobei die Satelliten auf einem mit dem Flüssigkeitsmotor
starr verbundenen Kranz von Zapfen frei drehbar gelagert sind.
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Weitere merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. Deren einzige Figur zeigt
eine schematisierte Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Wandlers.
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Ein Gehause 1 enthält folgende Teile: eine Antriebswelle 2 und eine
Abtriebswelle 3, mit der ein Pumpengehäuse 4 fest verbunden ist, welches einen Kranz
von Kapselelementen 5 aufweist, ferner den Körper 6 ein-es Flüssigkeitsmotors mit
einem Kranz von Kapselelementen 7, einen mit der Abtriebswelle 3 fest verbundenen
Zahnradkranz 8, welcher mit auf Zapfen 10 gelagerten Satelliten bzw. Planetenrädern
9 und einem mit der Antriebswelle 2 fest verbundenen Ritzel 11 ein epizyklisches
Getriebe bildet, eine mit der Antriebswelle 2 fest verbundene Taumelscheibe 12 mit
Drucklager 13, einen schwenkbaren Regulierring 14 mit Druclrlager 15, schließlich
3sich
sen 16, in welchen die Zapfen des Taumeiringes 14 drehbar
gelagert sind, einen Zapfen 17 zur Einstellung der Schwenklage des Taumelringes
14 und einen Flüssigkeitsbehälter 18.
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Vorstehend wurden die hauptsächlichen Bauelemente des erfindungsgemäßen
Wandlers angegeben. Weitere an sich bekannte Bestandteile wie Schrauben, Keile,
Lager, Rückschlag~ ventile der Pumpe 4, Abdichtungsorgane wie 0-Ringe usw. sind
dabei einfachheitshalber weggelassen worden.
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Im folgenden wird nun zur Verdeutlichung der Erfindung die Punktion
des Wandlers nach dem Ausführungsbeispiel beschrieben. Um die Arbeitsweise klarzumachen,
werden zunächst zwei extreme,Betriebsfälle erläutert, und zwar zunächst der Lauf
der Antriebswelle 2 in gleichem Betriebszustand wie die Abtriebswelle 3 und dann
der- entgegengesetzte Fall, wobei die Antriebswelle 2 mit normaler Drehzahl und
Leistung umläuft und die Abtriebswelle 3 stillsteht. Schließlich werden die zwischen
den beiden Grenzfällen liegenden Betriebszustände besprochen.
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Beim Anlassen der Antriebswelle 2 mit einer vorbestimmten Leistung
und unter der Voraussetzung, daß der Regulierring 14 wie gezeichnet senkrecht zur
Drehachse der Wellen liegt, beginnt die Taumelscheibe 12 die Kolben 5 zu betätigen,
wobei die Abtriebswelle 3 und der mit ihr festverbundene Pumpenkörper 4 noch stillstehen.
Die Kolben 5 führen daher wegen des spitzen Winkels, welchen die Taumelscheibe 12
mit der Drehachse der Wellen 2 und 3 bildet, im Pumpenkörper 4 eine hin- und hergehende
Bewegung aus.
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Auf diese Weise beginnt die Förderung von Flüssigkeit vom Behälter
18 durch Leitungen A, B und C zu dem Flüssigkeitsmotor 6 hin. Dieser Zustand dauert
bis zur vollständigen Fiillung des obenbeschriebenen hydraulischen Systems an. Da
in
der gezeichneten Lage des Regulierringes 14 das Lager 15 keine
hin- und hergehende Bewegung der Kolben 7 im Motorkörper 6 erlaubt, läßt dieser
keine Flüssigkeit zum Behälter 18 über eine Leitung D durchfließen. Infolgedessen
vermögen die Kolben 5 ihre hin- und hergehende Bewegung nicht weiter fortzusetzen,
und sie stellen deshalb über die Taumelscheibe 12 eine kinematische Verbindung zwischen
der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3 her. Die Taumelscheibe 12 kann nämlich
wegen ihrer Neigung zur Längsachse des Pumpenkörpers 4 nicht um die Abtriebswelle
3 rotieren, weil die Kolben 4 keine Flüssigkeit durch die Leitungen Bg C fördern
können. In diesem Zustand laufen die Wellen 2, 9 mit einem Uberæetsungsverhältnis
von 1:1.
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Die Lage der übrigen Antriebsorgane ist wie folgt. Da das mit der
Antriebswelle 2 fest verbundene Ritzel 11 sich synchron zu dem mit der Abtriebswelle
3 fest verbundenen Zahnkranz 8 dreht, können die Planetenräder 9 nicht um die Zapfen
10 laufen, und weil sie mit dem Motorkörper 6 fest verbunden sind, nehmen sie diesen
mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit der Wellen 2, 3 im Leerlauf mit. Nun läuft
der ganze Wandler als in sich geschlossener Körper in bezug auf das Gehäuse 1 um,
wobei er die Leistung der Antriebswelle 2 auf die Antriabswelle 3 im Ubersetzungsverhiltnis
1:1 überträgt.
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Jegliches auf die Abtriebswelle 3 wirkenden Widerstandsmomentbßirkt
einen Schlupf zwischen den beiden Wellen 2, 3.
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Die Taumelscheibe 12 steigert daher über die Kolben 5 den im hydraulischen
System herrschenden Druck und folglich auch die kinematische Kupplung zwischen den
Wellen 3 und 2. Man erkennt, daß es auf diese Weise möglich ist, die Abtriebswelle
3 unter einer der Antriebsleistung entsprechenden Belastung anfahren zu lassen.
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Im entgegengesetzten Zustand, d.h. im zweitem Fall, soll die Abtriebswelle
3 bei normal laufender Antriebswelle 2
stillstehen. Zu diesem Zweck
muß die Winkelgeschwindigkeit des Ritzels 11 in den Planetenrädern 9 ausgeglichen
werden, damit der Zahnkranz 8 keine Drehung auf die Abtriebswelle 3 überträgt. Wenn
auch in diesem Fall der Pumpenkörper 4 stillsteht, so beaufschlagt die mit der bntriebswelle
2 synchron rotierende Xaumelseheibe 12 doch die Kolben 5 mit maximaler Fördermenge,
da die Relativgeschwindigkeit zwischen Pumpenkörper 4 und Taumelscheibe 12 jetzt
ihren Höchstwert erreicht.
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Um nun zu erzielen, daß der Satellitonkrana unter Ausgleich der Winkelgeschwindigkeit
des Ritzels 11 um die gemeinsame Drehachse der Wellen 2, 3 rotiert, muß der Flüssigkeitsmotor
6 mit einer entsprechenden Winkelgeschwindigkeit umlaufen. Mit Rücksicht darauf,
daß die Pumpe 4 den Motor 6 weiter mit maximaler Fördermenge beschickt, wird die
von diesem Motor erzeugte Leistung über die Zapfen 10 auf die Planetenräder 9 übertragen.
So wirkt eine ständige Drehmoment-Regelung auf den Zahnkranz 8, der dadurch imstande
ist, ein auf die Abtriebswelle 3 wirkendes Gleichgewichts-Belastungsmoment auszuüben.
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Damit der Motor 6 wie beschrieben wirken kann, muß der Regulierring
14 seine Winkellage so ändern, daß die Kolben 7 sich mit maximalem Hub bewegen können
und somit das unter Druck durch die Leitung C eintretende Öl über die Leitung D
zum Behälter 18 fördern.
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Das Ausgleichsgetriebe ist je nach Bedarf unter- oder übersetzt.
Liegt eine Untersetzung vor, z. B. im Verhältnis 1:7, so wird der Gesamthubraum
des Motors 6 ein Mehrfaehes, z. B. das Siebenfache des koinianten Gesamthubraums
der Pumpe 4, d.h. der Flüssigkeitsmotor 6 vorsiebenfaehtt das Drehmoment der Antriebswelle
2 und läuft mit einem Siebentel der Drehzahl der Antriebswelle 2.
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Was die zwischen den beschriebenen Grenzfällen liegenden Betriebszustände
anbelangt, so kann der Regulierring 14, der den Gesamthubraum des Flüssigkeitsmotors
6 regelt, zwischen seinen beiden obenerwähnten Endlagen alle Zwischenlagen einnehmen.
Auf die Weise ist es möglich, so wohl die Geschwindigkeit als auch das Drehmoment
der Abtriebswelle 3 kontinuierlich zu variieren, wobei zwischen dem jeweils verfügbaren
Drehmoment an der Abtriebswelle 3 und der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsmotors
6 folgende Beziehung besteht: M = N/n x 716 (mkp), worin M das Drehmoment (in mkp)
an der Abtriebswelle 3 ist, N die Leistung (in PS) an der Antriebswelle 2 und n
die Drehzahl pro ffl nute des Flüssigkeitsmotors 6. Dieses theoretische, auf die
Drehachse der Welle 3 bezogene Abtriebs-Drehmoment ist sowohl durch die hydraulischen
als auch durch die mechanischen Wirkungsgrade des Wandlers beschränkt.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß man nach der Erfindung schon
bei kleinsten Drehzahlen maximale Anlauf smomente erreichen kann, ohne daß die Betriebszustände
von dem wie erwähnt stets konstanten Hubraum der hydraulischen Pumpe 4 beeinflußt
würden.
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in der Welle 17 des Regulierringes 14 können sowohl Handals auch
Fernsteuerungen sowie auch durch den Druck im hydraulischen Kreis gesteuerte Betätigungsvorrichtungen
angebracht werden.
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Das im iusführungsbei spiel zugrundegelegte Ubertragungs-Verhältnis
im iusgleichgetriebe ist nicht bindend und kann
daher sowohl kleiner
als auch größer als der angegebene Wert sein. Die Bezeichnungen tEapselmotort und
tEapselpumpeN sind allgemein zu verstehen, da der Grundgedanke der Erfindung auf
eine Pumpe und einen hydraulischen Motor der in verschiedensten Ausführungen vorhandenen
und gebräuchlichen Arten anwendbar ist.
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Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Änderungen sowohl der Gestaltung
als auch der konstruktiven Ausführung des Wandlers möglich. Sämtliche aus den Ansprüchen,
der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung,
einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten,
können sowohl für sich als auch in beliebiger Eombination erfindungswesentlich sein.
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- Patentansprüche -