DE3630515C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen regelbaren hydrostatischen An­ trieb, insbesondere für die Nebenaggregate von Kraftfahr­ zeug-Brennkraftmaschinen, bestehend aus einer einen zwischengeschalteten, exzentrischen Verstellring aufweisenden, in einem gemeinsamen Gehäuse radial ineinandergebauten Pumpen-/Motoreinheit der Zellenbauart mit gegensinnig einstellbarem Fördervolumen von Pumpe und Motor, die strömungstechnisch miteinander verbunden sind.

Brennkraftmaschinen, insbesondere die Antriebsmotoren von Kraftfahrzeugen, müssen in Nebentrieben Aggregate antrei­ ben, die im wesentlichen folgenden Zwecken dienen. Dem Betrieb der Brennkraftmaschine selbst dienen zum Beispiel Wasserpumpe, Lüfter, Lichtmaschine und Schmierölpumpe. Für andere Zwecke, wie Servolenkung, Niveauregulierung und Komforthydraulik gibt es beispielsweise Ölpumpen, während Kompressoren für Klimaanlage und Luftfederung vorgesehen werden. Die Leistungen der Aggregate sollen auch bei Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine ausreichend sein. Von diesen Aggregaten benötigen einige ständig ihre drehzahlabhängige volle Leistung, zum Beispiel die Wasser- und die Schmierölpumpe; andere Aggregate, wie beispielsweise eine Lichtmaschine und ein Lüfter mit Viskositätskupplung, entnehmen eine geregelte Leistung und wieder andere Aggregate werden zeitweise mit Nennleistung betrieben und dann auf Leerlaufleistung abgeschaltet, wie beispielsweise die gesamten Kompressoren.

Wenn alle Aggregate mit ihrer maximalen Leistung zugeschaltet sind, kann die Summe der Leistungen einen solchen Wert annehmen, daß die geforderte Leerlaufleistung der Brennkraftmaschine, insbesondere bei Maschinen mit kleinem Volumen, nur durch eine erhöhte Leerlaufdrehzahl erreicht wird.

Eine höhere Leerlaufdrehzahl ist allerdings deshalb unerwünscht, weil sich die Geräuschbildung erhöht, bei Verwendung hydrodynamischer Wandler oder Kupplungen das Kriechmoment und die Schlupfwärme größer sowie der Kraftstoffverbrauch und die Gesamtumdrehungen erhöht werden.

Damit sich die Nebenaggregate im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine besser versorgen lassen, ohne über­ mäßige Verluste in hohen Drehzahlbereichen hinnehmen zu müssen, sind hydrostatische Getriebe und hydraulische Um­ wandler aus einer Pumpe und einem Motor bekannt. Mit diesen Antrieben bzw. Umwandlern läßt sich die für die Nebenaggregate benötigte Drehzahl durch Verändern des Fördervolumens des die Nebenaggregate antreibenden Motors gegenüber dem Fördervolumen der mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine umlaufenden Pumpe erreichen.

Ein regelbarer hydrostatischer Antrieb der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 19 62 613 bekannt. Damit sich Leistungsverluste, als deren Ursache die die Flüssigkeitskammern bzw. -zellen der Pumpe mit denen des Motors verbindenden Leitungen gelten, vermeiden lassen, werden dort die Verbindungen mittels Durchbrüchen im Verstellring hergestellt. Der Weg beim Übergang von den Zellen der Pumpe zu den Zellen des Motors läßt sich auf diese Weise verkürzen; er wird durch die Dicke der Wand des Verstellrings definiert. Da der Verstellring zum Einstellen gegensinniger Fördervolumina von Pumpe und Motor jedoch eine exzentrische Kontur besitzt, ist die Wand im Bereich der größten Exzentrizität sehr dick, insbesondere dann, wenn bei einer großen Spreizung der Drehzahlen der Brennkraftmaschine, d. h. von Leerlauf- zu Maximaldrehzahl eine entsprechend große Unter- bzw. Übersetzung des Drehzahlverhältnisses erforderlich ist. Mit dicker werdender Wand des Verstellrings erhöhen sich gleichermaßen die von der Flüssigkeit zurückzulegenden Wege und damit die Leistungsverluste.

Ein variabler Antrieb dieser Art - für den das Vorgenannte gleichermaßen gilt - ist auch durch die US-PS 24 34 546 bekanntgeworden. Gegensinnig einstellbare Fördervolumina von Pumpe und Motor werden bei diesem bekannten Getriebe dadurch erreicht, daß bei zunehmenden Geschwindigkeiten durch Verstellen des Stellringes das Fördervolumen der Pumpe zu- und das des Motors abnimmt. Bei diesem Getriebe sind die Pumpe und der Motor radial ineinandergebaut. Schließlich ist es aus der DE-PS 6 60 484 für eine einen exzentrischen Verstellring aufweisende Drehkolbenpumpe bekannt, daß eine Pumpe einen Motor umgibt und die auf diese Weise erreichte Pumpen-/Motoreinheit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem hydrostatischen Antrieb die Leistungsverluste beim Variieren der Drehzahl zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verstellring zwischen seiner Außen- und Innenringfläche zumindest eine kanalartige Axialkammer und im Bereich der Kammer angeordnete außen- und innenseitige, radiale Wandschlitze aufweist. Aufgrund der einen Zuström- und einen Verteilkanal definierenden Axialkammer läßt sich die von dem Treibmedium zu durchströmende Dicke der Wand und damit der Strömungsweg konstanthalten; denn der Querschnitt der Kammer ist im Bereich der größten Exzentrizität des Verstellrings, d. h. dort, wo die Wand am dicksten ist, entsprechend größer bemessen als im übrigen Bereich des Verstellrings, und zwar so, daß die Wanddicke an den Strömungsöffnungen überall gleich ist. Das Treibmedium, wie insbesondere das Motoröl, tritt nämlich von den Zellen der radial nach außen angeordneten Pumpe über die außenseitigen Radialschlitze in die Axialkammer ein und strömt von dort über die innenseitigen Radialschlitze der Axialkammer des Verstellringes in die Zellen des Motors; dieser Strömungsfluß und das Verteilen des Treibmediums sind unabhängig davon, ob die Pumpe innen und der Motor außen oder der Motor innen und die Pumpe außen angeordnet ist.

Wenn vorteilhaft die Außenringfläche des Verstellrings als innerer Ring einer Rollenzellenpumpe ausgebildet ist, lassen sich bei einem gattungsgemäßen hydrostatischen Antrieb die Leitungsverluste weiter verringern. Eine auf der Außenringfläche des Verstellrings umlaufende Rollenzellenpumpe weist nämlich gegenüber einer Flügelzellenpumpe geringere Reibungsverluste auf und ist damit insbesondere für hohe Drehzahlen besser geeignet als die bekanntgewordenen Flügelzellenpumpen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläu­ tert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine radial ineinander gebaute Pumpen-/Motorein­ heit bestehend aus einer äußeren Rollenzellenpum­ pe und einem Flügelzellenmotor, in der Vorderan­ sicht dargestellt; und

Fig. 2 den Gegenstand gemäß Fig. 1 entlang der Linie II-II geschnitten.

In einem Getriebegehäuse 1 lagern eine Rollenzellenpumpe 2 und ein Flügelzellenmotor 3. Zwischen einem mit der Dreh­ zahl einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine rotieren­ den Verdrängungskörper 4 der Pumpe 2 und einem Rotor 5 des Flügelzellenmotors 3 ist ein zusammen mit dem Gehäuse 1 radial verstellbarer Ring 6 angeordnet. Der Verstellring bildet mit seiner Außenringfläche 7 einerseits einen inne­ ren Laufring für weiterhin von einem äußeren Stützring 8 eingeschlossene Rollen der Pumpe 2 und nimmt weiterhin den zentrisch im Gehäuse 1 gelagerten Rotor 5 des Motors auf; im Rotor 5 durch Fliehkraft oder Federn radial verschieb­ lich angeordnete Flügel 9 legen sich dichtend gegen die innere Ringfläche 10 des Verstellringes 6. Der Verstellring 6 weist einen axialen Kanal bzw. eine Axialkammer 11 auf, die sich etwa über 270° des Umfanges des Flügelzellenmotors 3 erstreckt und einerseits über außenseitige Radialschlitze 12 mit von den Rollen begrenzten Kammern 13 der Rollen­ zellenpumpe 2 und andererseits über innenseitige Radial­ schlitze 14 mit zwischen den Flügeln 9 des Flügelzellenmo­ tors 3 eingeschlossenen Kammern 15 verbindbar ist.

Das Treibmedium strömt in der in Fig. 1 dargestellten Betriebsphase der Rollenzellenpumpe 2 axial in dem Bereich zu, in denen die Kammern 13 der Pumpe keine Verbindung mit der Axialkammer 11 des Verstellringes 6 haben. Beim weite­ ren Rotieren des Verdrängerkörpers 4 in Pfeilrichtung 16 kommen diese Kammern in den Bereich des Verstellringes 6 mit den außenseitigen Radialschlitzen 12, wie in der rech­ ten Hälfte von Fig. 1 dargestellt, so daß das Treibmedium unmittelbar nachdem die in Drehrichtung vordere Rolle der Rollenzellenpumpe 2 die Vorderkante des ersten Radialschlit­ zes überfahren hat in die Axialkammer 11 eintritt, wie durch die Zuströmpfeile 17 verdeutlicht wird. Das Treibme­ dium strömt danach der in Fig. 1 dargestellten linken Hälf­ te des Flügelzellenmotors 3 zu und tritt über die innensei­ tigen Radialschlitze 14 gemäß den Zuströmpfeilen 18 in die zwischen den Flügeln 9 eingeschlossenen Kammern des Motors 3 ein. Entsprechend der Menge des zugeführten Treibmediums wird der Rotor 5 mehr oder weniger schnell angetrieben, wobei das Treibmedium nach vollbrachter Arbeit über die in Fig. 1 in der rechten Hälfte dargestellten Kammern des Motors 3 axial abströmt.

Der Verdrängerkörper 4 der Rollenzellenpumpe 2 wird, wie in Fig. 2 dargestellt, mittels einer Nabe 19 auf eine Kurbel­ welle 20 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine aufge­ steckt, so daß der Verdrängerkörper mit einer der Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechenden Drehzahl rotiert. Die­ se Drehzahl wird über den Flügelzellenmotor 3 auf einen für die Nebenaggregate geeigneten Wert herabgesetzt bzw. erhöht und von einer Riemenscheibe 21, die auf einem Wellenzapfen 22 des Rotors 5 des Flügelzellenmotors 3 befestigt ist, an die Aggregate abgegeben.

Das Übersetzungsverhältnis von Pumpendrehzahl zu Motordreh­ zahl der hydrostatischen Antriebseinheit 2, 3 wird durch gemeinsames radiales Verstellen von Ring 6 und Gehäuse 1 in Pfeilrichtung 23 an die jeweilige Lastbedingung angepaßt. Denn bedingt durch die vom Mittelpunkt M des Rotors 5 einander genau entgegengesetzten Exzentrizitäten E 2 bzw. E 3 der die Hubkurve für die Rollen der Pumpe 2 bestimmende Außenringfläche 7 bzw. für die Flügel des Motors 3 be­ stimmende Innenringfläche 10 des Verstellringes 6, werden die von den Rollen bzw. Flügeln eingeschlossenen Volumen gegensinnig verändert. Bei der beispielsweise in Fig. 1 dargestellten Betriebsphase, in der die Exzentrizität E 3 des Motors 3 in der unteren Hälfte der Figur und in der dementsprechend die Exzentrizität E 2 der Pumpe 2 in der oberen Hälfte der Figur am größten ist, verlagern sich mit dem radialen Verstellen des Ringes 6 in Richtung der nach unten weisenden Spitze des Doppelpfeiles 23 die Exzentrizi­ täten genau entgegengesetzt, d. h. die Exzentrizität des Motors 3 ist dann in der oberen und die Exzentrizität der Pumpe 2 in der unteren Hälfte der Figur am größten. Das radiale Verstellen des Gehäuses 1 mit dem Ring 6 läßt sich mittels einer nicht dargestellten Stelleinheit erreichen, beispielsweise durch einen Zylinder.

Claims (2)

1. Regelbarer hydrostatischer Antrieb, insbesondere für die Nebenaggregate von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschi­ nen, bestehend aus einer einen zwischengeschalteten exzentrischen Verstellring aufweisenden, in einem gemeinsamen Gehäuse radial ineinandergebauten Pumpen-/Motoreinheit der Zellenbauart mit gegensinnig einstellbarem Fördervolumen von Pumpe und Motor, die strömungstechnisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellring (6) zwischen seiner Außen- und Innenringfläche (7, 10) zumindest eine kanalartige Axialkammer (11) und im Bereich der Kammer (11) angeordnete außen- und innenseitige, radiale Wandschlitze (12, 14) aufweist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenringfläche (7) als innerer Ring einer Rollenzellenpumpe (2) ausgebildet ist.