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Stufenlos einstellbare hydrostatische Verdrängungsmaschine
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Gegenstand der Erfindung ist eine stufenlos einstellbare hydrostatische
Verdrängungsmaschine mit Zahnräder als Verdrängerkörper in Innenverzannung. Die
Verzahnungsform der Verdrängerkörper in Gestalt jeweils eines Hohlrades und eines
Außenzahnrades ist frei wählbar, vorzugsweise anwendbar ist eine Evolventen-Innenverzahnung.
Die Maschine bietet Eignung zum Durchsatz großer Leistung bei gutem Wirkungsgrad.
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Stufenlos einstellbare hydrostatische Verdrängungsmaschinen mit Zahnrädern
als Verdrängerkörper in Innenverzahnung, die damit als Pumpe oder Motor arbeiten,
sind schon vorgeschlagen worden (zum Beispiel deutsche Bekanntmachungsschrift Nr.
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21 28 711). Bei diesen als Rotationskolbenmaschinen bezeichneten Maschinen
erfolgt die stufenlose Steuerung zur Ver;inderung von Mengeniurchstatz und Leistung
durch Veränderung der hingriffsbreite an den verdrängenden Zahnräder, indem zum
Beispiel das Außenzahnrad gegenüber dem Hohlrad axial verschohen wird. Die bekannten
Konstruktionen bieten aber nicht die Möglichkeit eines stufenlos einstellbaren ölh.ydraulischen
Getriebes in kompakter Baueinheit fiir alle Teile.
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Aufgabe der @rfindung ist, ein solches Getriebe mit den genannten
Baumerkmalen zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe stellt eine Verdrängungsmaschine
der bezeichneten Art dr, bei der zu einem pumpenden @eil mit Hohlrad und Außenzahnrad
ein daran anschließender druckölgetriebener Teil mit Hohlard und Außenzahnrad in
einem gemeinsamen Gehäuse vorgesehen ist, wobei mindestens eines der bei den Hohlräder
oder der beiden Außenzahnräder gegenüber dem Partnerrad für die Getriebeeinstellung
axial verschiebbar gelagert ist und jedes gegeneinander verschiebbar@ Zahnradpaar
ein mit Schiebe@itz auf ganzem Verzahnungsumfang abdichtendes Stirnrad im umfänglichen
Eingriff mit dem zugehörigen Hohlrad und mit stirnseitiger Anlage an dem zugehörigen
Außenzahnrad aufweist.
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Die Zeichnung gibt mit Figur 1 in einem Längsschnitt durch
ein
Getriebe in bevorzugter Bauform ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder. Figur
2 und Figur 3 zeigen Querschnitte durch das Getriebe, wie sie der Lage und Blickrichtung
nach in Figur 1 gekennzeichnet sind. Figur 4 und Fiqur 5 geben Querschnitte duich
ein sonst nicht gezeichnetes anderes Getriebe nach der Erfindung wieder, die der
Lage und Blickrichtung nach den Figuren 2 und 3 entsprechen. ihrer Schnitt gemäß
der Achse B-B in Figur 3, der einen Längsschnitt durch den abtreibenden Teil des
Getriebes nach Figur 1 wiedergibt, ist in Figur 1 in die Zeichnungsebene gekippt
dargestellt, die dem Schnitt A-A in Figur 2 entspricht. Die zeichnerischen Darstellungen
veranschaulichen auch weitere wesentliche Gedanken zum Ausbau der brfindung, auf
die im folgenden noch eingegangen wird.
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Die wesentlichen Teile des getriebes nach den Figuren 1, 2 und 3 sind
das im Eingriff mi.t einem ölverdrängenden Hohlrad 1 pumpende Außenzahnrad 2 und
das ebenso im Eingriff mit einen Hohlrad 3 druckölgetriebene Außenzahnrad 4. Das
pumpende Außenzahnrad 2 sitzt mit einer Kupplungsverzahnung 5 mit eng gepaßtem Schiebesitz
auf der Antriebswelle 6 des Getriebes, während das drucköllretriebene Außenzahnrad
4 mit der Abtriebswelle 7 des Getriebes eine Baueinheit bildet. Dabei schließen
beide Außenzahnräder 2, 4 mit zueinander offenen Zahnlücken axial unmittelbar aneinander.
Das Überströmen des Drucköles von dem treibenden Peil 1, 2 zu dem getriebenen Teil
3, 4 geschieht so auf Mirzestem Wege, was erheblich zu den geringen Verlusten in
dem Getriebe zugungsten seines Wirkungsgrades beiträgt. Außerdem ist dadurch der
bauliche und räumliche Aufwand fir Druckölleitungen, Kanäle und Steuermittel zwischen
dem treibenden und dem getriebenen Teil vorteilhafterweise ganz eingespart.
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Auf den Außenseiten liegen beide druckölfördernden Außenzahnräder
2, 4 abdichtend standi je einem Stirnrad 8, 9 an. Diese beiden Stirnräder 8, 9 haben
Ringgestalt und befinden sich mit Schiebesitz auf ganzem Verzahnungsumfang abdichtend
im eingriff mit den beiden Hohlrädern 1, 3; sie sind axial durch je pin Kugellager
10, 11 an Lagerscheiben
12, 13 abgestützt. Zur Herabsetzung von
Leckverlusten auih an diesen Stellen tragen die abdichtenden Stirnräder 8, 9 in
den Hohirüdern je eilen gummielastischen und druckölbeständigen Dichtring 14, 15,
der umfänglich der Verzahnungsform seines Hohlrades entsprechend profiliert ist
- bei spielsweise als Spritzgußteil - und diesem Karl in allen Zahnlücken elastisch
dauernd abdichtend anliegt.
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Für die Getriebeeinstellung stehen beide Hohlräder 1. 3 zu einer gleichzeitigen
Verstellung unter Einfluß eines gemeinsamen Stellkörpers 16, der die Hohlräder 1,
3 mittels Nadellager17, 18, auch lagert. Für die axiale Stellbewegung sitzt der
Stellkörper 16 in dem rohrförmigen Getriebegehause 19 mit eng gepaßtem Schiebesitz
und weist an seint Ynde auf der Antriebsseite ein Steil-Stellgewinde 20 auf, womit
er für die Getriebeeinstellung axial zu verschiebcn ist. Dafir ist der Stellkörper
16 von außen mittels eine.
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Hebels 21 zu verdrehen. Hierbei drehen sich die beiden Hohlräder 1,
3 in dem Stellkörper 16 exzentrisch um die Drehachse der beiden Außenzahnräder 2,
4 mit. Das beeinträchtigt jedoch die Arbeitsweise des Getriebes, wie insbesondere
die gesteuerte Druckölbowergung zwischen den beiden 'jlverdrängenden Getriebeteilen,
in keiner weise.
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Die beiden Hohlräder 1, 3 befinden sich mit dem Stellkörper 16 im
stirnseitigen Paßkontakt. Dabei bewirkt der Stellkörper 16 r-:inr- stirnseitige
Abdichtung nn den Hohiridern 1, 3 jeweils jenseits der abdichtenden Stirnräder 8,
9 und eine radinle iind im einzelnen variabel breite Abdichtung der zugehörigen
Außenzahnräder 2, 4 auf derselben Seite, auf der diese Räder aneinanderschließen.
Dieser bestimmte Bereich der Abdichtung verschiebt sich mit der Bewegung des Stellkörpers
16 und ist radialer Richtung durch eine besondere Paßkontur 22 in dem Stellkörper
16 gebildet, durch die gemeinsam beide Außenzahnräder 2, 4 in einem bestimmten Teilbereich
ihres Umfanges radial abgedichtet sind. Dieser Teilbereich ist in den Figuren 2
und 3 durch den Zentriwinke # gekennz@i@nnet. In diesem Bereich befindet sich in
der axialen Flucht der auslassende Umfangsbereich 23 der
pumpenden
Getriebeteiles 1, 2 in Deckung mit dem einlassenden Umfangsbereich 24 des druckölp;etriebenen
Teiles 3, 4.
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Die Bedingung dazu ist, daß die beiden Hohlräder 1, 3 in ihrer Exzentrizität
zu der gemeinsamen Drehachse der beiden Außenzahnräder 2, 4 mit einem bestimmten
Zentriwinkel zueinander versetzt gelagert sind. Dieser Versatzwinkel ist dekkungsgleicn
mit dem Zentriwinkel 9 in den Figuren 2 und 3.
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Der Stellkörper 16 enthalt fiir diese versetzte Lagerung der beiden
Hohlräder 1, 3 entsprechend versetzt angeordnete Paßausdrehungen zur Aufnahme der
Hohlrad-Nadellager 17, 18.
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Die Breite der radial abdichtenden Kontur 22 in dem Stellkörper 16
in der Axialen richtet sich nach dem größten Verstellweg der Hohlräder 1, 3 mit
dem Stellkörper und ist in jedem Falle um einen bestimmten Betrag größer als dieser
Verstellweg. Im Bogenwinkel ist diese Kontur 22 begrenzt durch die beiden achsparallelen
Fluchtlinien, die durch die geometrischen Wälzpunkte der beiden Zahnradpaare 1-4
gehen, gleichbedeutend mit den Stellen, wo die Zähne der Außenzahnräder A, 4 am
tiefsten in die Zahnlücken der Hohlräder 1, 3 eintauchen.
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Für den gesamten übrigen Umfangsbereich gemeinsam für beide Zahnradpaare
1-4 weist der Stellkörper 16 mit einer entsprechend ausgearbeiteten innenkontur
25 einen offenen Durchlaß 26 auf, der einen freien (laustausch und Rückfluß zwischen
den Zahnlücken der verschiedenen Radpaare ermöglicht. In diesem großvolumigen Durchlaß
26 fließt das druckentlastete Öl unter gerinsten Strömungsverlusten von dem getriebenen
Teil 2, 4 auf kirzestem Wege wieder zurick in den pumpenden Teil 1, 2 des Getriebes.
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Die sichelförmigen Zwischenräume zwischen den Zahnräder 1-4 beider
Radpaare nehmen je ein Füllstück 27, 28 mit Patisitz auf. Diese Füllstücke 27, 28
in Vollsichelgestalt schließen abdichtend an die beiden abdichtenden Stirnräder
8, 9 in den Hohlrädern und haben :uf den einander zuiekehrten Stirnseiten einen
Zwischenraum 29. Dabei steht dieser Zwischenraum 29 räumlich in Verbindung mit dem
übrigen Raum
innerhalb des Durchlasses 26 im Stellkörper. Der äußere
Bogen der Füllsticke 27, 28 deckt sich mit der Innenkontur 25 des Stellkörpers 16
für den Durchlaß 26. Das ergibt die symmetrische Gestalt des Durchlasses 26, wie
es die Figuren 2 und 3 zeigen. Axial hat die gepaßt Innenkontur 25 im Stellkörper
16 eine solche Breite, daß sie bei jeder Einstellung des Stellkörpers 16 mit beiden
Füllstücken 27, 28 umfänglich abdichtenden Kontakt hat. Die in ihrer Lage sonst
nicht weiter befestigten Füllstücke 27, 28 erhalten einen angepaßten abdichtenden
Andruck an beide Stirnräder 8, a in den Hohlrädern durch das strömende Drucköl innerhalb
des gemeinsamen Zwischenraumes 29, das mit Geschwindigkeit auf die Füllstücke 27,
28 trifft.
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In den jeweils lagernden oder abstützenden Teilen ist f;;r die beiden
Hohlräder 1, 3 wie fiir die beiden Außenzahnräder 2, 4 je ein Gewinde-Einstellring
30, 31 für eine axiale Spielfreieinstellung dieser Rader bei dem Getriebezusammenbau
vorgesehen. Zur Sicherstellung der Abdichtung an allen Stirnflächen werden so mit
diesen Einstellringen 30, 31 alle Passungsungenauigkeiten in der Breite an den betreffenden
Teilen ausgeglichen. Um schädliche Reibungen an den Stirnflächen der beiden Außenzahnräder
2, 4 zu vermeiden, ist fir die Verbindung zwischen dem pumpenden Außenzahnrad 2
und der Antriebswelle 6 mittels der Kupplungsverzahnung 5 ein leichtgängiger Schiebesitz
vorgesehen. Dadurch kann sich -1ns pumpende Außenzahnrad 2 wie die beiden Hohlräder
1, 3 frei und unblastet zwischen den führenden Stirnfl;i-@hen einstellen.
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Die Antriebswelle 6 ist mit dem Außenzahnrad 2 antriebsseitig in einem
Kugellager 32 gelagert, das die Antriebswelle auch axial fixiert. Abtriebsseitig
steckt die Antriebswelle 6 ineinander mit der Abtriebswelle 7; beide Wellen h-aben
hier eine gegenseitige Lagerung durch zwei Nadellager 3,34.
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Zusätzlich ist die Abtriebsweile 7 außen axial und radial in einem
Kugellager 35 gelagert. Die beiden Kugellager 32, 35 an- und abtriebaseitig sind
in zwei äußeren Lanerscheiben 36, 37 aufgenommen, die mit den beiden inneren Lagerscheiben
12,
13 für die Kugellager 10, 11 der abdichtenden Stirnräder 8, 9 verschraubt sind.
Dabei liegen die inneren Lagerscheiben 12, 13 fest zwei Sprengringen 38, 39 von
innen an. Die innere Lagerscheibe 12 auf der Antriebsseite trägt außer dem Einstellring
30 für die Spielfreienstellung der Außenzahnräder 2, 4 das Stellgewinde 20 für die
Verschiebung des Stellkörpers 16 bei seinem Verdrehen. Die Kugellager 10, 11 fir
dit beiden abdichtenden Stirnräder 8, 9 sind als Schrägkugellager zur Aufnahme der
axialen Kräfte ausgebildet und haben einen speziell gestalteten Innenring 40 mit
je einem Scheibenteil 41, der jeweils die Bereiche der Zahnräder 1-4 und Füllstücke
27, 28. stirnseitig abdeckt, die nicht durch die beiden Stirnräder 8, 9 abgedeckt
sind. Dabei schließt der Innenring 40 mit seiner Au-Benkontur umfänglich abdichtend
an die Innenkontur der Stirnräder 8, 9.
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Das Getrieb enthält eine bestimmte Menge von Drucköl, das sich i.n
den verschicdenen Hohlräumen im Getriebeinneren verteilt, die durch Bohrungen und
Nuten untereinander verbunden sind. In den beiden Hohlräumen 42, 43 neben den Zahnrädern
1-4 befindet sich das Drucköl durch die umlaufenden Räder in kreisender Bewegung
und gelangt dabei infolge der Zentrifugalwi rkung durch die beiden Nadellager 17,
18 - die eine zusätzliche Pumpwirkung erzeugen - und durch Kanäle 44 und Zuführbohrungen
45 mit geringem Überdruck in den Zwischenraum 29 zwischcn den beiden Füllstücken
27,28. Auf diese Weise werden Leckverluste in anderen Bereichen der druckölfördernden
Zahnräder 1-4 ausgeglichen; das Drucköl in dem Zwischenraum 29 knn dafür in alle
auf diesen Raum offene Zahnlücken der ölfördernden Zahnräder 1-4 treten. Die große
Leistungsdichte des sehr klein bauenden Getriebes erfordert trotz seines guten Wirkungsgrades
den Anschluß eines Kiihlers zur Rückkühlung des Drucköles; dieser (Alkiihler dient
auch der Drucks Ibevorratung fiir das Getriebe.
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Bei dein Ausführungbeispiel nach den Figuren 4 und 5 - mit zeichnerisch
nur angedeuteten Rädern - wirken die pumpenden Zahnräder 46, 47 auf die druckölgetriebenen
Zahnräder 48, 49
durch eine Gehäusewand 50 mit Steuerschlitzen
51-54 und E@-nälen 55, 56 für den Druckölwechsel. Die Außen zahnräder 47, 49 haben
eine gemeinsame Drenachse wie bei dem Beispiel nach Figur 1, während die beiden
Hohlräder 46, 48 um 180° zueinander versetzt gelagert sind. Wie die Figuren 4 und
5 wiedergeben, sind dabei die beiden Gruppen von ein- und aus lassenden Steuerschlitzen
51-54 und Kanälen 55, 56 in der Gehäusewand 50 symmetrisch gestaltet und angeordnet.
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Die beiden Außenzahnräder 47, 49 liegen der Gehäusewand 50 abdichtend
ständig von beiden Seiten an. Auch diese Konstruktion erlaubt eine axiale Verschiebung
der Hohlräder 46, 4F auf beiden Seiten, aber auch nur ein Hohlrad kann gegenüber
seinem Außenzahnrad für die stufenlose Getriebesteuerung verschoben werden. Bei
einer Konstruktion mit Verstellmöglichkeit fir beide Hohlräder 46, 40 können auch
etrennt voneinander -wirkende Steucrrnittel vorgesehen sein, mit denen die Zahnräder
einzeln zu verschieben sind.
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Für jede weite mit axial verschiebbarem Zahnrad weist die Gehiusewand
50 eine Paßkontur 57 auf, an die abdichtend der Stellkörper für die Zahnradverschiebung
schließt. Im Beispiel nch Figu 4 ist diese Kontur 57 durch einen Ansatz 58 an der
Gehäusewand 50 gebildet. Bei der brehrichtung der hydraulischen Getriebeteile 46-49
wie in den Figuren 4 und 5 angegeben, ist -l ts Drucköl in dem Kanal 55 links in
den Darstellungen unter Antriebsdruck, wanrend der Kanal 56 rechts in den Darstellungen
dem Rückflüß des Drucköles von dem getrebenenen Teil 48, 49 zu dem pumpenden Teil
46, 47 dient. Die Steuerschli tze 51-54, die stirnseitig von den Zahnlücken der
Außenzahnräder 47, 49 überstrichen werden, haben einen auf den richtingen Drucköl-
Fin- und Auslaß abgestimmten Bogenwinkel. Für beide Zahnradpaare 46-49 trägt die
Geshäusewand ',C auch je ein sichelförmiges Füllstück 59, 60 in fester Anordnung.
Außerdem enthalt die Gehausewand 50 eine Paßbohrung 61 zur Lagerung der beiden Außenzahnräder
47, 49 unabhängig voneinander.
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Die Erfindung erlaubt noch viele weitere Ausführungen, Ab-
wandlungen
und Ausbauformen. Prinzipiell können alle Konstruktionen auch so aufgebaut sein,
daß die Hohlräder axial unverschiebbar gelagert sind, während wenigstens ein Außenzahnrad
zur Veränderung der E;ingrif fsbreite- für die Getriebesteuerung mit Steuermitteln
jeder geeigneten Art zu verschieben ist. Diese Verschiebung kann bei allen Konstruktionen
mit einem Stellkörper in Kolbengestalt auch hydrostatisch erfolgen, wofiir der Stellkörper
zumindest von einer Breite variabel hydraulisch beaufschlagbar ist, gegebenenfalls
einer Druckfeder auf der anderen Seite entgegen.
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Günstige '.löp;lichkeiten bietet auch eine Ausbaulösung, bei der die
Maschine nach der Erfindung die mit dem pumpenden Teil der Zahnräder verbundene
Antriebswelle koaxial bis äuf die Abtriebsseite für einen zusätzlichen Abtrieb unter
Umgehung der ölverdrängenden Zahnräder durchtreten läßt. Eine andere günstige Ausbaulösung
für ein Getriebe nach der hirfindung - wie etwa zum Antrieb eines Fahrzeuges - erlaubt
den Stillstand der Abtriebsseite bei laufendem Antrieb, womit das Fahrzeug ohne
Anwendung einer Anfahrkupplung aus dem Stand heraus weich anfahren und dann zügig
beschleunigen kann. Dabei befinden sich alle ölverdrängenden Zahnräder in dem Getriebe
aber auch bei dem Abtriebsstillstand im Eingriff mlteinander. Diese Lösung besteht
darin, daß mindestens ein Zahnrad auf einer ';eite eine bestimmte Zahnkopfkürzung
iiber eine solche begrenzte Brei.te aufweist, die ein druckloses Abfließen von Drucköl
aus den Zahnlücken dieses Hades infolge eines Offenlassens der Zahnlücken bei einer
Ausgangs-Einstellung der Zahnräder ermöglicht. Bei dieser Einstellung sind die Zahnlücken
in dem begrenzten Bereich durch eine sonst radial abdichtende Paßkontur eines Stellkörpers
für die Zahnräder durch die gekürzten Zahnköpfe nicht abgedichtet. Dabei ist die
Zahnkopfkürzung über die bestimmte Breite gleichbleibend oder iber diese Breite
vorzugsweise dem Verlauf einer Kegelrnantellinie entsprechend veränderlich, die
zu einer kegelförmigen Zahnkopfhüllfigue gehört. Konstruktionen nich der Erfindung,
deren Innenverzahnung keine Füllstücke zwischen den paarweise zusammenarbeitenden
Zahnrädern erfordert, sind ebenfalls ausführbar.