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1'Hydrostatisches Getriebe"
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Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Getriebe mit zwei um die
Motorwelle konzentrisch angeordneten Kränzen von Arbeitszylindern und in diesen
spielenden Arbeitskolben und mit jedem Kranz zugeordneten 5teuerelementen, die für
jeden Arbeitszylinder zusammenwirkende Steuerkantenpaare für die Steuerung von Einlaß
und Auslaß für das Druckmittel aufweisen, bei dem über eine auch bei Betrieb veränderbare
Phasenverschiebung zwischen Arbeitsspiel der Arbeitskolben und Steuerspiel der Steuerelemente
für den einen Kranz von Arbeitszylindern ein Druckölstrom von variablem Anteil über
eine freie Druckausgleichsströmung zwischen Arbeitszylindern mit gegenlEufig bewegbaren
Arbeitskolben kurzschließbar ist und die beiden Kränze von Arbeitszylindern derart
unterschiedlich ausgebildet sind, daß unabhAng von der Phasenverschiebung bei dem
einen Kranz von Arbeitszylindern stets ein Restdrehmoment von den Arbeitskolben
des anderson Kranzes von Arbeitszylindern auf die Motorwelle übertragbar ist.
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Ein hydrostatischer Motor dieser Art ist beispielsweise aus der DE-OS
28 o6 915 bekannt. Hierbei handelt es sich um einen Radialkolbenmotor, bei dem die
beiden Zylinderkränze in zwei im gegenseitigen axialen Abstand angeordneten Ebenen
vorgesehen sind und die Arbeitskolben über umlaufende Exzenter bewegt werden. Die
unterschiedliche Ausbildung der Arbeitszylinder der beiden Kränze besteht darin,
daß die Arbeitszylinder desJenigen Kranzes, bei dem eine veränderbare Phasenverschiebung
nicht vorliegt, größer als der Durchmesser der Arbeitszylinder des anderen Kranzes
sind. Zur Steuerung des Druckmittels ist dabei jedem Arbeitszylinder ein Steuerschieber
zugeordnet, die ebenfalls in zwei im gegenseitigen axialen Abstand angeordneten
Ebenen in entsprechend radialen Bohrungen spielen und über entsprechende Exzenter
auf der Motorwelle angetrieben werden. Zur Veränderung der Phasenverschiebung zwischen
dem Arbeitsspiel der Steuerschieber und dem Arbeitsspiel der Arbeitskolben in dem
zugehörigen Kranz ist dem einen Kranz von Steuerschiebern ein Exzenter zugeordnet,
der gegenüber dem Exzenter der Arbeitskolben um bis zu 1800 verstellt werden kann.
Bei dieser Zwangssteuerung kann durch die Veränderung der Phasenverschiebung ein
Teil des durch die Maschine laufenden Druckmittels innerhalb des hydrostatischen
Getriebes selbst kurzgeschlossen werden. Damit lassen sich Drehmoment und Drehzahl
in weiten Grenzen variieren. Durch die unterschiedliche Ausbildung der beiden Arbeitszylinderkränze
ist deren Schluckvolumen unterschiedlich, so daß stets
ein Restdrehmoment
verbleibt) auch wenn durch die Phasenverschiebung ein großer Anteil des Drucköls
in dem hydrostatischen Getriebe kurzgeschlossen wird. Dies ist für die zuverlässige
Zwangssteuerung des hydrostatischen Motors und für dessen Ruhiglauf von entscheidender
Bedeutung.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, das aus der bekannten Druckschrift bekannte
Zwangssteuerungssystem in einer abgewandelten Weise besonders geeignet sitr die
Anwendung von hydrostatischen Getrieben in Axialbauart zu machen. Dabei soll vor
allem ein wesentlich einfacherer Aufbau eine leichtere Herstellbarkeit und ein noch
ruhigerer zuverlässiger Lauf gewährleistet werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgetmäß dadurch gelöst, daß bei der Ausbildung
als Axialkolbenmotor die beiden Kränze von Arbeitszylindern durch Anordnung auf
Teilkreisen von verschiedenem Durchmesser unterschiedlich ausgebildet sind> wobei
es besonders vorteilhaft ist, wenn bei umlaufenden Arbeitszylindern die Kolbenkränze
einander axial entgegenweisend auf festen Schiefscheiben von entgegengesetzter Neigung
abgestützt sind.
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Die Anordnung der Zylinderkränze auf unterschiedlichen Teilresdurchmessern
emöglicht au einfache Weise die Erzeugung eines Restdrebmomentes für jede eingestellte
Phasenverschiebung zwischen dem Arbeitsspiel der Arbeitskolben des einen Kranzes
von Arbeitszylinderl und der Phaseneinstellung des zugehörigen Steuerelementes.
Die Arbeitszylinder können dabei gleiche
Durchmesser auSweisen und
auch die Hublänge der Arbeitszylinder beider Kränze kann gleich sein. Das bedeutet,
daß die Neigung der fest angeordneten Schiefscheiben zur Drehachse des Motors gleich,
aber entgegengesetzt ausgebildet sein kann. Man erhält außerdem einen außerordentlich
weitgehenden Kräfteausgleich innerhalb des gesamten Systems, so daß ein leichter
und ruhiger Lauf gewährleistet ist. Weiterhin wird dabei die Voraussetzung dafür
geschaffen, daß die beiden Steuerelemente für die Zylinderkränze unmittelbar aneinanderliegend
und in bezug auf die axiale Ausdehnung des Motors mittig angeordnet werden können,
wobei beide Steuerelemente als Steuerspiegel ausgebildet sind und der in der Phase
veränderbare Steuerspiegel frei drehbar an dem gehäusefesten Steuerspiegel gelagert
werden kann. Dadurch ergibt sich ein außerordentlich einfaches Leitungssystem oder
Bohrungssystem für die Zufuhr und die Abfuhr des Druckmittels und für den Druckausgleich,
da beide Arbeitszylinderkränze von den gleichen ringförmigen Verteilerkanälen aus
in derGrenzfläche zwischen den beiden Steuerspiegeln gespeist werden können.
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Die Druckausgleichsleitungen sind dabei zweckmäßigerweise als Bohrungen
in dem frei drehbar gelagerten-Steuerspiegel vorgesehen, während alle anderen Bohrungen
einschl. des Anschlusses zur den Druckausgleichskanal in dem gehäusefesten Steuerspiegel
vorgesehen sind. Die Verstellung des frei drehbaren Steuerspiegels kann auf verschiedene
Weise erfolgen. Hierzu kann ein mechanischer Antrieb, wie Sdhneckenantrieb, eine
elektrische
Verstellung, bevorzugt aber eine durch Druckmittel-Stellmotoren
erfolgende Verstellung, vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an
einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen die Achse des hydrostatischen Motors enthaltenden
Längsschnitt durch den hydrostatischen Motor gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen ähnlichen
Längss"hnitt wie Fig. 1, jedoch in einer um 900 gedrehten Schnittebene und Fig.
3 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-B der Fig. 1.
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Das hydrostatische Getriebe in Form eines Axialkolbenmotors weist
eine Motorwelle 1 auf, die in dem mehrteiligen Gehäuse durch ein die axialen und
radialen Kräfte aufnehmendes Lager 3 frei auskragend gelagert ist. Die Motorwelle
1 weist zwei Wellenverzahnungsabschnitte auf, in die die Innenverzahnungen von zwei
mit der Welle 1 umlaufenden Zylinderblöcken 4 und 5 in Eingriff stehen. Die beiden
Zylinderblöcke sind in dem mehrteilen Gehäuse 2 außen durch Rollenlager 6 bzw. 7
gelagert.
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Jeder Zylinderblock 4 bzw. 5 weist auf einem Teilkreis in regelmäßigen
Abständen angeordnete und sich axial erstreckende Bohrungen auf, die die Arbeitszylinder
8 bzw. 10 bilden. Die
Arbeitszylinder 8 und 10 bilden zwei Arbeitszylinderkränze.
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Diese weisen zweckmäßigerweise gleiche Durchmesser auf und münden
frei in den voneinander abweisenden Stirnflächen der Zylinderblöcke 4 und 5. Die
Teilkreisdurchmesser der beiden Arbeitszylinderkränze sind mit 14 bzw. 15 angegeben,
wobei angenommen ist, daß die Arbeitszylinderachsen 12 bzw. 13 auf den jeweiligen
Teilkreisen liegen. Man erkennt insbesondere aus Fig. 1, daß der Teilkreisdurchmesser
14 des Kranzes der Arbeitszylinder 8 deutlich größer ist als der Teilkreisdurchmesser
15 des Kranzes der Arbeitszylinder 10.
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Auf den voneinander abgewandten Stirnseiten der Arbeitszylinderblöcke
4 und 5 sind in den Arbeitszylinderbohrungen spielende Arbeitskolben 9 bzw. 11 vorgesehen.
Diese stützen sich über eine Doppelkugel-Gelenkverbindung 41 bzw. 43 jeweils auf
einem Laufring ab, der seinerseits auf einer gehäusefest angeordneten Schiefscheibe
40 bzw. 42 abgestützt ist. Eine gedrosselte Verbindung zwischen dem jeweiligen Druckraum
des Arbeitszylinders und den Gleitflächen der Kugel und Gleitlager sorgt für eine
zuverlässige Druckschmierung der Gleitflächen.
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Man erkennt, daß die Schiefscheiben 40,42 etwa unter dem gleichen
Winkel 45 bzw. 46 gegenüber der Drehachse der Motorwelle 1 geneigt sind, wobei die
Neigung jedoch entgegengesetzt verläuft. Das bedeutet, daß die etwa in axialer Fluchtung
liegenden Arbeitskolben 9,11 der beiden Arbeitszylinder'kränze etwa gleiche gegenläufige
Bewegungen ausführen und etwa die
gleiche Phasenlage innerhalb
des Arbeitsspieles annehmen.
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Im Bereich der einander zugewandten Stirnflächen der Arbeitszylinderblöcke
4 und 5 münden die Arbeitszylinder 8 bzw. 10 in langovale SteuerOffnungen, wobei
in Fig. 3 lediglichdie Steueröffnungen 13a für die Arbeitszylinder gezeigt sind.
Diese wirken mit entsprechenden Steuerausnehmungen in den an der betreffenden Stirnfläche
der Arbeitszylinderblöcke 4 bzw. 5 anliegenden Steuerspiege?lächen von mittig zwischen
den beiden Arbeitszylinderblöcken angeordneten Steuerspiegeln 16 und 19.
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Der den Arbeitszylindern 8 mit dem größeren Teilkreisdurchmesser zugeordnete
Steuerspiegel 16 ist gehäusefest angeordnet. Er bildet in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
zugleich einen Teil des mehrteiligen Gehäuses 2 des hydrostatischen Motores.
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In dem gehäusefesten Steuerspiegel 16 sind die Anschlüsse 17 und 18
für den Zufluß und den Abfluß des Druckmittels und entsprechende radial verlaufende
Anschlußbohrungen 22 bzw. 23 vorgesehen, welche jeweils in teilringförmige Verteilernuten
im Bereich der Stirnfläche des gehSusefesten SteuerEpiegels intinden, die dem Arbeitszylinderblock
4 zugeordnet ist. Die beiden teilringförmigen Verteilernuten erstrecken sich über
einen Teil des Umfanges beiderseits einer die Achse des Motors enthaltenden Bezugsebe!ze,
die zugleich die Schnittebene der Fig. 1 darstellt.
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Der dem Arbeitsblockzylinder 5 zugeordnete Steuerspiegel 19 ist an
dem gehäusefesten Steuerspiegel 16 frei drehbar gelagert. An der senkrecht zur Motorachse
verlaufendn Kontaktfläche zwischen den beiden Steuerspiegeln sind über Dichtungen
voneinander getrennt ringförmige Verteilerkanäle 20,21 und 26 vorgesehen, die sich
jeweils zur Hälfte in beiden Steuerspiegeln erstrecken. Aus Fig. 1 ist ersichtlich,
daß an den ringförmigen Verteilerkanal 26 ein Ausgleichskanal 25 anschließt, der
außen an einem Anschluß 24 mündet. Dieser Ausgleichskanal 25 und der Anschluß 24
dienen wie bei dem bekannten hydrostatischen Radialkolbengetriebe zur Herstellung
der freien Druckausgleichsströmung bzw. für den Kurzschluß eines Teils der Druckölströmung
zur Steuerung der Drehzahl des Getriebes über einen weiten Drehzahlbereich bei konstantbleibender
Leistung. Die beiden anderen ringfdrmigen Verteilerkanäle 20 und 21 sind an die
Anschlußbohrungen 22 bzw. 23 für die Zufuhr und Abfuhr des Drucköls angeschlossen.
Uber diese erfolgt die Zufuhr bzw. Abfuhr des Druckmittels zu bzw. von den Arbeitszylindern
10 in der entsprechenden Weise wie die Speisung der Arbeitszylinder 8 des anderen
Arbeitszylinderkranzes. In der in Fig. 1 als Schnittebene verwendeten Bezugsebene
sind in dem frei drehbar gelagerten Steuerspiegel 19 in Form von Bohrungen Ausgleichs
leitungen 27 und 28 vorgesehen, die im dargestellten Beispiel sich diametral gegenüberliegen
und die auf seiten des festen Steuerspiegels 16 in dem ringförmigen Verteilerkanal
26 in freier Strömungsverbindung münden. Auf der entgegengesetzten Seite münden
die beiden Ausgleichsleitungen
27,28 jeweils in sich diametral
gegenüberliegenden Bohrungen 29,30 in der Steuerspiegeifläche des frei drehbaren
Steuerspiegels 19, In der in den Figuren dargestellten Stellung des beweglichen
Steuerspiegels 19 und der beiden Arbeitszylinderbköcke 4 und 5 befindet sich der
obere Arbeitszylinder 10 in Fig. 1 mit seiner Steueröffnung in direkter Fluchtung
mit dern Eintritt 29 der Druckausgleichsleitung 28 und steht somit in Sreier Strömungsverbindung
mit dem r ngfdrmigen Verteilerkanal 26 und dem Druckausgleichskanal 25. Gleichzeitig
ist der Arbeitszylinder 10 von Druckölzuruhr und Druckölabfuhr über die Bohrungen
22,23 abgetrennt. Auf der dem oben in Fig. 1 dargestellten Arbeitszylinder 10 diametral
gegenüberliegendn Seite des Arbeitszylinderblockes 5 befindet sich kein Arbeitszylinder
in Strömungsverbindung mit der axialen Bohrung 30 der Ausgleichsleitung 27.
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Die relative Phasenlage zwischen dem Arbeitszylinderblock 5 und dem
frei drehbaren Steuerspiegel 19 zur Veränderung des Druckölkurzschlußstromes erfolgt
durch relative Drehung des SteuerspiegelI9 gegenüber dem Gehäuse 2 und dem festen
Steuerspiegel 16. Dadurch wird das Steuerspiel des Steuerspiegels 19 in bezug auf
die Arbeitszylinder 10 des Arbeitszylinderblockes 5 verändert. Diese Veränderung
und ihre Wirkung sind die gleisen, wie sie für das hydrostatische RadialkolDengetriebe
nach der DE-QS 28 06 915 beschrieben sind. Ein näheres Eingehen darauf ist daher
nicht erforderlich.
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Die Verstellung des beweglichen Steuerspiegels 19 erfolgt im dargestellten
Beispiel durch einen am Umfang des Steuerspiegels 19 angeordneten Schneckengang
50 und eine im festen Steuerspiegel 16 drehbar gelagerte Schnecke 51, die während
des Betriebes in der aus Fig. 3 ohne weiteres ersichtlichen Weise verstellt werden
kann.
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Die für die Zufuhr und Abfuhr des Drucköls zu den Arbeitszylindern
10 dienenden ringförmigen Steuerkanäle im Steuerspiegel sind mit 34 und 35 bezeichnet
(vgl. Fig.2). Zur Druckentlastung der Steuerspiegelflächen sind entsprechende aus
den Zeichnungen ersichtliche Ausgleichsverbindungen vorgesehen. Ihre Wirkung ist
dem Fachmanne bekannt, so daß eine nähere Beschreibung nicht erforderlich ist. Der
die Welle 1 umgebende Ring 53 dient zur Führung und Abdichtung der beiden Steuerspiegel
im Bereich der Kontaktfläche zwischen diesen beiden.
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Man erkennt, daß die Strömungswege für das Druckmittel auBerordentlich
kurz sind. Der Aufbau gestaltet sich sehr einfach, und auch die Bearbeitung der
einzelnen Steuerelemente und Steuerflächen gestalten sich einfach. Außerdem ergibt
sich ein außerordentlich guter Massen- und Kräfteausgleich sowohl in radialer Richtung
als auch in axialer Richtung. Die Steuerung ist sehr einfach und sehr genau und
ermöglicht im weiten Bereich eine Drehzahlregelung bei gleichbleibender Leistung.
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Gleichzeitig gewährleistet die Ausbildung stets wenigstens ein Restdrehmoment
an der Motorwelle1 auch wenn über die
Phasenverstellung durch Drehen
des Steuerspiegels 19 der Großteil des Druckölstromes kurzgeschlossen ist.
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