DE3901064A1 - Hydrostatische axialkolbenmaschine, insbesondere fuer ein kraftfahrzeuggetriebe mit leistungsverzweigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuggetriebe mit Leistungsverzwei­ gung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Hydrostatische Axialkolbenmaschinen dieser Art sind vielfach bei vorwiegendem Einsatz bei Baumaschinen-Getrieben bekannt. Für den anspruchsvollen Einsatz in Getrieben für Personenkraft­ fahrzeuge sind diese bekannten Hydrostatgetriebe nahezu unge­ eignet aufgrund ihres ungünstigen Wirkungsgrades und der zu großen Geräuschentwicklung.

Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere für den Einsatz in Leistungsverzweigungsgetrieben für PKWs oder auch Busgetrieben eine hydrostatische Axialkolbenmaschine zu entwickeln, bei der der Wirkungsgrad verbessert und darüber hinaus die Geräuschent­ wicklung gesenkt wird.

Die Aufgabe wird durch die in den Hauptansprüchen 1, 2, 16, 17 und 22 aufgeführten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen und der Beschrei­ bung hervor.

Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen anhand von Zeich­ nungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt der hydrostatischen Axialkolben­ maschine gemäß der Erfindung mit form- plus kraft­ schlüssiger Niederhalterung und einer Einrichtung mit Federkraft-Anpressung und hydraulischer Anpres­ sung des Zylinderblocks an seine Ventilplatte,

Fig. 2 einen Teilschnitt der form- plus kraftschlüssigen Niederhalterung der Kolben 3,

Fig. 2a einen Teilschnitt einer hydraulischen Niederhalterung,

Fig. 3 einen Teilschnitt "X" nach Fig. 2, in dem das Feder­ element als Elastomer dargestellt ist,

Fig. 3a einen Teilschnitt "Y" nach Fig. 3 im Einbauzustand,

Fig. 4 und 4a die Darstellung des Federelementes als gestanzte und geprägte Flachstahlfeder,

Fig. 5 und 5a den Teilschnitt der form- plus kraftschlüssigen Nieder­ halterung mit als O-Ring bzw. Formring ausgebildetem Federelement,

Fig. 6 den Teilschnitt eines Kolbens für axiale Anpressung des Zylinderblocks an die Steuerfläche mit speziellem Formdichtring mit Dichtlippe,

Fig. 7 die Darstellung einer verstellbaren Steuerscheibe nach Schnitt "Z" Fig. 8,

Fig. 8 den Längsschnitt der hydrostatischen Axialkolbenmaschine gemäß der Erfindung ähnlich Fig. 1, jedoch mit zu­ sätzlicher hydraulischer Niederhalterung,

Fig. 9 den Längsschnitt wie Fig. 8 mit zwei innenliegenden Federn für die Niederhalterung.

Der ungünstige hydraulische Wirkungsgrad bei den bekannten hy­ drostatischen Axialkolbenmaschinen liegt in hohem Maße auch da­ rin begründet, daß die formschlüssige Niederhalterung mit einem Dichtproblem behaftet ist, das darin liegt, daß die Gleitschuhe 4 nicht in allen Betriebszuständen satt an ihrer Gegengleit­ fläche der Schrägscheibe 11 anliegen, wodurch das mit dem Hydrostatkreislauf in Verbindung stehende Hochdrucköl des hy­ drostatischen Gleitlagers zwischen den Gleitschuhen 4 und der Schrägscheibe in erhöhtem Maße verloren geht, was zu relativ hohen und unkontrollierbaren Leckverlusten führt. Um dies zu beseitigen besitzt die Erfindung eine erfindungsgemäß ausge­ bildete hydraulische Niederhalte-Einrichtung 75, Fig. 2a, als separate oder zusätzliche Niederhalte-Einrichtung oder/und eine federelastische Niederhalterung, um für alle Betriebszu­ stände die Leckölverluste zwischen den Gleitschuhen 4 und der Gleitebene der Schrägfläche bzw. Druckplatte 11 auf ein Min­ destmaß zu senken.

Die bekannten hydrostatischen Axialkolbenmaschinen besitzen zur axialen Anpressung des Zylinderblocks an seine Steuerschei­ be je nach Ausführungsform innenliegende Federn, die für den gesamten Drehzahlbereich ausreichend hohe Federkraft besitzen. Die Federkraft ist abhängig von der maximal zulässigen Dreh­ zahl und wird dieser mit entsprechend hohem Wert angepaßt. Dies bedeutet, daß für niedrigere Drehzahlen, die z. B. beim PKW im Hauptbetriebsbereich bei etwa einem Drittel der Maximal-Dreh­ zahl liegen, die Federkraft unnötig groß ist. Die Folge daraus ist, daß im Hauptbetriebsbereich unnötig hohe Reibverluste bzw. Verlustleistungen auftreten. Um hier eine gezielte Anpas­ sung an die jeweiligen Betriebsverhältnisse bei niedrigst mög­ lichen Reibverlusten zu erreichen, sieht die Erfindung eine den Betriebsverhältnissen jeweils gezielte Anpassung der Anpreß­ kräfte des Zylinderblocks an seine Steuerscheibe vor, indem der Zylinderblock 2 über eine Feder 24 mit einer für niedrige Dreh­ zahl ausgelegten konstanten Federkraft und einer zusätzlichen variablen hydraulischen Anpreßkraft an seine Steuerfläche 37 gezielt dosiert angepreßt wird. Die variable hydraulische An­ preßkraft steht hier im wesentlichen in größenmäßiger Abhän­ gigkeit zur Drehzahl des Antriebsmotors. In Sonderfällen ist es möglich, diesen Druck in Abhängigkeit zum Hydrostatdruck bzw. der Zugkraft beliebig zu modulieren bzw. zu korrigieren über eine entsprechende Steuereinrichtung.

Für die hydraulische Zylinderblockanpressung dient ein Ring­ kolben 20, der sich gegen die Triebwelle 10 abstützt und einen Dichtring 21 bzw. 28 zur Abdichtung gegen den Zylinderblock ent­ hält, der in einer entsprechenden Nut des Ringkolbens sitzt. Auf der Gegenseite ist ein weiterer Ringkolben 22 vorgesehen, der mit dem Zylinderblock 2 verbunden und über einen Sicherungs­ ring 27 axial fixiert ist. Dieser Ringkolben 22 besitzt einen zweckmäßigerweise nach innen zur Welle 10 gerichteten Dichtring, der als O-Ring 23 oder als Formring 28 mit einer radial elasti­ schen Dichtlippe 29 oder als Kolbenring mit Radialspiel zum Nut­ grund ausgebildet ist. Mit Rücksicht auf eine drehmomentabhän­ gige Durchbiegung der Welle 10, was zu einer entsprechenden ra­ dialen Verschiebung des Zylinderblocks 2 führen kann, ist der Dichtring 28 nach Fig. 6 als spezieller Formring mit einer elastischen Dichtlippe 29 ausgebildet, der eine entsprechende radiale, weitgehend querkraftfreie Verschiebung des Zylinder­ blocks 2 zuläßt. Dies gilt auch für die Ringkolben.

Der hydraulische Öldruck wird zweckmäßigerweise zentral durch eine Welle 55 bzw. 10 über eine Bohrung 26 dem Kolbenraum 25 zugeführt.

Durch diese Einrichtung wird eine gezielt dosierte Anpressung des Zylinderblocks 2 an seine Steuerfläche 37 und somit eine Optimierung des Wirkungsgrades innerhalb dieses Funktionsbe­ reiches bewirkt.

Die hydraulische Niederhalterung 75, Fig. 2a, sieht eine hy­ draulische Anpressung der Lochscheibe 6 gegen die Gleitschuhe 4 vor. Erfindungsgemäß ist diese Niederhalterung 75 mit einem Niederhaltering 7 ausgestattet, der drehfest, aber axial beweg­ lich gegen die Lochscheibe 6 im Schrägkörper bzw. in der Schräg­ scheibe 5 gelagert ist. Der Niederhaltering 7 ist gegen einen Sicherungsring 8 und gegebenenfalls einer Scheibe 76, die als Einstellscheibe dient, abgestützt. Zwischen Sicherungsring bzw. Scheibe 76 und dem Niederhaltering 7 ist ein Federelement 77 angeordnet. Dieses Federelement 77 ist vorzugsweise als Gummi­ element bzw. Elastomer-Element ausgebildet, das in einer Ring­ nut des Niederhalteringes 7 eingesetzt ist. In Axialrichtung wirkt das Federelement 77 mit einer bestimmten Federkraft ge­ gen den Niederhaltering 7. Das für die Erzeugung der hydrau­ lischen Anpreßkraft erforderliche Drucköl wird über Ölleitun­ gen 79 in den Niederhaltering 7 geführt, wobei der Öldruck ge­ gen das Dicht- und Federelement 77 wirkt. Entsprechend dem Öl­ druck und der Wirkungsfläche auf das Dicht- bzw. Federelement 77 entsteht eine Axialkraft auf den Niederhaltering 7 gegen die Lochscheibe 6. Je nach Betriebszustand wird ein gezielter Öldruck erzeugt, der z. B. in Abhängigkeit zu einem Drehzahl­ signal oder/und einem lastabhängigen Signal oder/und einem Speise- oder Versorgungsdruck für das Hydrostatgetriebe und die Steuerungs- und Regelungseinrichtung steht. Die erforderlichen Anpreßkräfte stehen in der Regel in einer Abhängigkeit zur Drehzahl. Entsprechend dieser Forderung kann bei dieser Einrich­ tung eine gezielte Anpressung über einen drehzahlabhängigen Druck, der im PKW-Automatgetriebe nach dieser Art ohne­ hin vorhanden ist, erzeugt werden. Die Niederhaltekräfte sind somit im Hauptbetriebsbereich, z. B. beim PKW, relativ niedrig, wodurch die Reibverluste zwischen der Lochscheibe 6 und dem Niederhaltering 7 wesentlich reduzierbar sind. Erfindungsge­ mäß besitzt der Niederhaltering 7 an der Gleitfläche gegenüber der Lochscheibe 6 zusätzliche Ausnehmungen, z. B. in Form einer Ringnut 80 und einer Quernut 81, die gemeinsam mit dem Hydrau­ lik-System der hydraulischen Niederhalterung verbunden sind und zur Schmierung der Gleitflächen zwischen Niederhaltering 7 und der Lochscheibe 6 dienen. Durch eine Drosselbohrung 84 im Zufluß zu dem Schmier-System ist die Schmierölmenge dosierbar.

Das Dicht- und Federelement 77 ist bei Anwendung bei der hy­ draulischen Niederhalterung 75 zweckmäßigerweise als Gummi­ element bzw. Elastomer-Element ausgebildet, das, wie dargestellt, eine oder zwei in Axialrichtung überstehende Dichtlippen besitzt zur Abstützung der axialen Federkraft und gleichzeitigen Abdich­ tung des Hydrauliköls. Zwischen den beiden Dichtlippen entsteht ein umlaufender Ölraum, der eine gleichmäßige hydraulische An­ pressung gewährleistet.

Die hydraulische Niederhalterung 75, in dargestellter Form, ist relativ kostengünstig herstellbar, da keine hohe Fertigungs­ genauigkeit der Höhenmaße für den Niederhaltering 7 und die Lochscheibe 6 erforderlich ist, da über das Dicht- bzw. Feder­ element 77 selbst größere Maßabweichungen ausgeglichen werden können. Außerdem ist eine relativ einfache Maßeinstellung über die als Einstellscheibe in verschiedenen Dicken-Maßen ausgebil­ dete Scheibe 76 auch für sehr hohe Fertigungsstückzahlen sehr wirtschaftlich realisierbar. Dies gilt auch für die form- plus federkraftschlüssige Niederhalterung 40 in Verbindung mit die­ ser Einstellscheibe 76, die in den Zeichnungen nicht darge­ stellt ist.

Das Ölzuführungsrohr 78 für die hydraulische Niederhalterung 75 ist mit dem Niederhaltering 7 verbunden und dient gleich­ zeitig zur Verdrehsicherung gegenüber dem Schrägkörper bzw. Schwenkkörper 5.

Mit dieser Niederhalte-Einrichtung 75 mit gleichzeitiger Schmie­ rung der rotierenden Lochscheibe 6 erübrigt sich die Notwendig­ keit, den Hydrostatgetrieberaum voll mit Öl zu füllen. Die Hy­ drostatkomponenten können im Öl-leeren Raum arbeiten, wodurch die Panschverluste entfallen und somit der Wirkungsgrad bedeu­ tend verbessert wird. Durch die niedrigen Reibkräfte wird auch die Reibtemperatur und der Verschleiß gesenkt zugunsten höherer Standfestigkeit der entsprechenden Bauelemente.

Die formschlüssige Niederhalterung 40 besteht im wesentlichen aus einer Lochscheibe 6, die über den Niederhaltering 7 und einem Sicherungsring 8 mit geringem Axialspiel "B" fixiert ge­ halten wird. Die Lochscheibe 6 rotiert mit dem Zylinderblock 2 und den Kolben 3 mit, wobei der Niederhaltering 7 verdrehge­ sichert im Schräg- bzw. Schwenkkörper 5 gelagert ist. Zur Ver­ drehsicherung dienen am Niederhaltering 7 überstehende Mitneh­ mer 14, die in Ausnehmungen 15 des Schrägkörpers 5 eingreifen. Die Schrägscheibe bzw. Druckplatte 11 besitzt ebenfalls Mit­ nehmer 12, die in Ausnehmungen des Schwenkkörpers 5 zur Dreh­ sicherung eingreifen. Diese Ausnehmungen 13 und 15 zur Ver­ drehsicherung der Druckplatte 11 bzw. des Niederhalteringes 7 sind in den Schwenkkörper 5 vorzugsweise kostensparend einge­ gossen. Ein Federelement 9 bzw. 46, 41 ist, wie in Fig. 3, 3a dargestellt, als Elastomer ausgebildet, und zwar in der Form, daß nach innen gerichtete federnde Segmente 41 mit dem Maß "F" mit einem möglichst geschlossenen Ring 46 verbunden sind, die in Ausnehmungen 43 des Niederhalteringes 7 eingreifen und sich gegen den Sicherungsring 8 und den Niederhaltering 7 federnd abstützen. Diese federnde Teilsegmente 41 besitzen ein spezi­ elles Profil 52, das so ausgebildet ist, daß bei relativ hoher Federrate eine ziemlich exakte axiale Kraft auf den Niederhalte­ ring 7 der Lochscheibe 6 und den Gleitschuhen 4 gegen die Schief­ scheibe bzw. Druckplatte 11 erzeugt wird. Wie in Fig. 3a darge­ stellt, ist das Federprofil 52 kammförmig ausgebildet, wobei die Federrate von der Kammform und dem Weichheitsgrad des Elastomers abhängig ist. Die Ausnehmungen 43 für das Federsegment 41 können spanlos kostengünstig eingebracht werden, z. B. bei Ausnutzung der Sinter- oder Druckgußtechnik für den Niederhaltering 7, oder er kann auch eingefräst werden, wobei alle Ausnehmungen sehr rationell in einem Arbeitsgang herzustellen sind. Bei Anwendung der Frästechnik empfiehlt es sich jedoch, das Federsegment 41, ähnlich wie in Fig. 4, radiusförmig auszubilden und die Aus­ nehmung 19 entsprechend anzupassen. In den Segmentbereichen "G" besitzt der Niederhaltering 7 eine Umfangskante 47, die im Durchmesserbereich des inneren Durchmessers 48 für den Siche­ rungsring 8 liegt bzw. nur geringfügig kleiner ist. Da die tragenden Kantendurchmesser 47 des Niederhalteringes 7 und 48 für den Sicherungsring 8 nahezu gleichen Durchmesser haben, wird verhindert, daß ein axialkraftabhängiges Kippmoment auf den Sicherungsring 8 verhindert wird, um einen in allen Be­ triebssituationen sicheren Sitz des Sicherungsringes, der an einer Stelle geöffnet ist, zu gewährleisten. Das Federelement nach Fig. 4 ist in Form einer Flachfeder bzw. aus Flachmate­ rial hergestellt und besitzt nach innen gerichtete Federpartien 16 mit überstehenden federnden Zungen 17, die in Ausnehmungen 19 des Niederhalteringes 7 eingreifen und sich gegen den Nie­ derhaltering 7 und den Sicherungsring 8 abstützen. Die Feder­ partien 16 können über einen umlaufenden Ring 18 miteinander verbunden und somit einteilig ausgebildet sein oder als sepa­ rate einzelne Glieder lose in den Ausnehmungen 19 eingelegt werden (Fig. 4, 4a).

Fig. 5 und 5a zeigen eine formschlüssige Niederhalterung mit einem Federelement, das als Elastomer in Form eines O-Ringes bzw. Profilringes 72 ausgebildet ist und in einer Ringnut 44 bzw. 73 des Niederhalteringes 7 liegt. Der Profilring 72 wie die Federelemente 9; 6, 17 haben den Vorzug höherer Feder- Elastizität gegenüber dem O-Ring 45 und eines geringeren fe­ derkraftbedingten Kippmomentes auf den Sicherungsring 8. An­ stelle des O-Ringes 45 bzw. Profilringes 72 ist auch eine Stahl­ feder aus Flachmaterial oder Stahldraht mit zylindrischem oder quadratischem Querschnitt, wie in den Zeichnungen nicht dar­ gestellt, anwendbar.

Zur weiteren Wirkungsgradverbesserung sieht die Erfindung vor, den Zylinderblock 2 mit eingegossenen Laufhülsen 35 auszubil­ den und die Stirnfläche 54 des Zylinderblocks 2 kegelförmig auszubilden mit einem Winkel α, der annähernd dem maxima­ len Schwenkwinkel entspricht, wobei die Kolbenlauffläche 57 mit der kegelförmigen Stirnfläche 54 des Zylinderblocks 2 bün­ dig ist. Es wird hierdurch erzielt, daß bei gleicher Baulänge der Axial-Kolbenmaschine gegenüber dem Stand der Technik eine längere effektive Kolbenführung erreicht wird, wodurch die querkraftbedingten Reibkräfte des Kolbens 3 verringert werden zugunsten einer weiteren Wirkungsgradverbesserung.

Der Zylinderboden 36 des Zylinderblocks 2 ist bei dieser Aus­ führungsform ebenfalls wie die Kolbenlaufhülse 35 metallisch mit dem Zylinderblockwerkstoff verbunden, d. h. er ist mitange­ gossen und besteht aus einer speziellen, gleitgünstigen und sehr widerstandsfesten an sich bekannten Legierung, die außer­ dem besondere Notlaufeigenschaften besitzt. Diese spezielle Gleitschicht am Zylinderboden 36 und an der Kolbenlauffläche 35 kann auch durch andere Methoden, z. B. durch ein Spritzver­ fahren metallisch verbindend aufgebracht werden.

Eine weitere Wirkungsgradverbes­ serung und vor allem Geräuschsenkung infolge einer gezielten Anpassung wird dadurch erreicht, daß die Steuerscheibe 31 nicht, wie bekannt, fest angeordnet ist, sondern automatisch in Ab­ hängigkeit zu bestimmten Betriebswerten verdrehbar ist. Die Ventilscheibe 31 steht zu diesem Zweck in Verbindung mit einem Verstellkolben 32, der abhängig, entweder zur Drehzahl des An­ triebsmotors oder/und in Abhängigkeit des Lastzustandes bzw. des Hydrostatdruckes begrenzt verdrehbar innerhalb eines Win­ kelbereiches β ist. Die Steuerscheibe 31 ist mit nierenför­ migen Ausnehmungen 38 für die beiden Hochdruckleitungen und zusätzlichen Dämpfungsschlitzen 34 versehen. Je nach Betriebs­ zustand wird hinsichtlich der Geräuschoptimierung die Steuer­ scheibe 31 verdreht. Bei bekannten Axial-Kolbenmaschinen be­ steht der Nachteil, daß diese Geräusch-Dämpfungsschlitze 34 ortgebunden sind, wodurch bei geräuschoptimierter Auslegung in vielen Betriebszuständen erhöhter Leckölverlust auftritt, wie dies bei Fachleuten allgemein bekannt ist. Die Verstellung der Ventilscheibe 31 wird, wie erwähnt, durch ein Drehzahlsi­ gnal oder/und ein Drucksignal des Arbeitsdruckes oder durch ein elektrisches Signal ausgelöst. Die Verbindung der Schwenk­ scheibe 31 zum Verstellkolben 32 erfolgt über einen Mitnehmer 59 der Steuerscheibe, der am Kolben 52 gegen eine Federkraft anliegt. Der Kolben 32 wird bei Einleiten eines Verstellsi­ gnals gegen den Druck einer Feder 33 in die entsprechende Rich­ tung verstellt, wobei die Steuerscheibe über eine Zentrierung 60; 61 in der Zentrallage gehalten wird. Die Verstellkräfte sind relativ niedrig, da die Steuerscheibe 31 axial nach beiden Druckseiten hydrostatisch gelagert ist. Hinsichtlich der Ko­ stenoptimierung ist die Steuerscheibe 31 kostengünstig als Blechkörper ausgebildet, wobei die nierenförmigen Ausnehmungen 38 und die Dämpfungsschlitze 34 eingestanzt sind.

In Fig. 8 ist eine Axial-Kolbenmaschine dargestellt, die eine hydraulisch wirksame Niederhalteeinrichtung bzw. Niederhalte­ rung 71 für die Kolbengleitschuhe 4 besitzt. Diese Niederhal­ teeinrichtung 71 kann alternativ oder zusätzlich zu den bis­ her beschriebenen Niederhalteeinrichtungen 40 verwendet werden. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß die die Gleitschuhe 40 der Kolben 3 niederdrückende Lochscheibe 68 am Innendurchmesser axial durch eine hydraulische Kraft gegen die Gleitschuhe 40 gedrückt wird. Diese Niederhalteeinrichtung 71 besteht aus einer Kalotte 66, die mit seiner kugelförmigen Außenfläche 67 an die ebenfalls kugelige Fläche einer Lochscheibe 68 axial an­ gedrückt wird. Die axiale Anpreßkraft wird durch ein Druckmedi­ um im Kolbenraum 70, das auf einen axial verschiebbaren Kolben 64 wirkt, erzeugt. Durch Zwischenglieder - bevorzugt Bolzen 65 - die in entsprechende Ausnehmungen des Zylinderblocks 2 lose ge­ lagert sind, wird diese axiale Kraft vom Ringkolben 64 auf die Kalotte 66 übertragen. Wie bei Ausführung nach Fig. 1 ist eine Feder 24 zum Erzeugen einer konstanten axialen Kraft des Zylinder­ blocks 2 an die Steuerfläche bzw. Steuerscheibe 31; 37 vorge­ sehen, die über einen Stützring 62 axial gegen die Triebwelle 10 und auf der anderen Seite über einen Stützring bzw. Kolben­ ring 22 gegen den Zylinderblock 2 fixiert ist. Über die Öl­ leitung 26 wird ein bevorzugt drehzahlabhängiger Druck im Kolbenraum 25 bzw. 70 erzeugt, der nach der einen Seite den Zylinderblock 2 gegen die Steuerfläche 37 bzw. 31 drehzahl­ abhängig zusätzlich zur Federkraft der Feder 24 andrückt und auf der anderen Seite über den Ringkolben 64 und die Zwischen­ glieder - Bolzen 65, Kalotte 66 - die Lochscheibe 68 gegen die Gleitschuhe 4 der Kolben 3 andrückt.

In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform wird der Kolbenring 64 zusätzlich mit der Federkraft der Feder 24 beauf­ schlagt, wobei der Stützring 62 entfällt und die Feder 24, so­ wie der Kolben 64 entsprechend angepaßt ist. Die Federkraft der Feder 24 wirkt bei dieser Ausführungsform mit gleicher Fe­ derkraft auf den Zylinderblock 2 sowie die Niederhalterung 71 über die Kalotte 66. Die Feder 24 kann hierbei auf eine relativ niedrige Federkraft ausgelegt werden zugunsten niedrigerer Rei­ bungskräfte zwischen dem Kolbenboden 36 und der Steuerfläche 37 bzw. 31 und zugunsten entsprechend niedriger Reibungskräfte in der Niederhalteeinrichtung 71. Die für höhere Drehzahlen er­ forderlichen höheren Anpreßkräfte werden durch den Drehzahldruck im Kolbenraum 70, 25 erzeugt, der über die Ölleitung 26 zuge­ führt wird. Die Anpreßkraft für die Niederhalterung 71 sowie die Stabilisierungskraft für den Zylinderblock 2 wird betriebs­ gerecht drehzahlabhängig automatisch moduliert, wodurch insbe­ sondere die Reibverluste in allen Betriebszuständen auf ein Mindestmaß reduziert, sowie die leckölbedingten Verluste an den Gleitschuhen 4 und an der Steuerfläche 37 ebenfalls auf ein optimales Maß minimiert werden.

Die Niederhalterung 71 mit hydraulischer Anpressung in den verschiedenen Ausführungsformen, wie beschrieben und teilweise in den Zeichnungen nicht dargestellt, ist auch als selbständige Niederhalteeinrichtung sehr sinnvoll anwendbar. Voraussetzung dabei ist, daß die Kalotte 66 zusätzlich federbelastet ist, z. B. durch eine separate Feder im Kolbenraum 70 oder durch di­ rekte Abstützung der Feder 24 am Ringkolben 64, wobei der Stützring 62 entfällt, oder durch eine Feder zwischen Zylin­ derblock 2 und der Kalotte 6. Die Lochscheibe 68 ist hierbei entsprechend dicker ausgeführt.

Eine weitere, in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform, ähnlich der Ausführung nach Fig. 8, sieht zwei unterschiedlich große Kolbenflächen, z. B. einen Ringkolben 64 mit kleiner Kolbenflä­ che und einen Ringkolben 22 mit großer Kolbenfläche vor, wobei die hydraulische Anpreßkraft des Zylinderblocks 2 gegen die Steuerfläche 37 und die hydraulische Anpreßkraft gegen die Nie­ derhalterung 71 unterschiedlich groß sind. Bestimmend sind da­ bei für die wirksamen hydraulischen Kräfte für die Niederhalte­ rung der Gleitschuhe 4 der äußere Durchmesser 69 des Ringkol­ bens 64 und dessen innerer Durchmesser 86 und für die Anpres­ sung des Zylinderblocks 2 in die Gegenrichtung der äußere Durch­ messer 69 des inneren Ringkolbens 64 und der innere Durchmesser 87 des äußeren Ringkolbens 22. Damit ist eine optimale Anpassung an unterschiedliche Verhältnisse bzw. Bedingungen möglich.

Bei allen Ausführungsformen ist der Zylinderblock 2 mit der Triebwelle 10 drehverbunden und axial frei.

Bei Schrägachsen-Hydrostateinheiten sind Einzelheiten der Er­ findung begrenzt anwendbar.

Im Sinne einer rationellen Massenproduktion ist eines der Bauteile - Lochscheibe 6, Niederhalterung 7 oder der Sicherungs­ ring 8 - nach dem System eines Sortierverfahrens als Maßaus­ gleichselement ausgelegt. Das heißt, es wird im Hinblick auf eine rationelle wirtschaftliche Montage der Niederhalte-Ein­ richtung, z. B. der Sicherungsring 8, als Ausgleichsglied in verschiedenen Dicken mit dem Einstellmaß "E" gefertigt. Bei der Montage wird je nach Bedarf bzw. nach gegebenem Maß "A" zwi­ schen Anlagefläche der Druckplatte 11 und der Anlagefläche der Ringnut 49 im Schrägkörper 5 und gegebenem Gesamtmaß "C" zwi­ schen Anlage der Druckplatte 11 und Endmaß des Niederhalterin­ ges 7 der Sicherungsring 8 mit dem geeigneten Einstellmaß "E" ausgewählt. Das Feststellen der gegebenen Maße "A" und "C" und Festlegen des Einstellmaßes "E" können auf elektronischem Weg sehr rationell für eine Massenfertigung durchgeführt werden. Das Axialspiel "B" liegt im Neuzustand bei nahezu "Null", al­ so spielfrei.

Für den anspruchsvollen Einsatz, insbesondere im PKW und allge­ mein bei Straßenfahrzeugen, ist die Anwendung der bekannten Axialkolben-Einheiten nahezu ausgeschlossen aufgrund ihres un­ günstigen Wirkungsgrades. Auch bei Anwendung in einem Leistungs­ verzweigungsgetriebe, die das Hydrostatgetriebe nur mit einer Teilleistung belasten, ist der Wirkungsgrad vielfach nicht be­ friedigend. Die Erfindung erlaubt in ihren Einzelheiten eine wesentliche Verbesserung des Gesamt-Wirkungsgrades der hy­ drostatischen Axialkolbenmaschine trotz Anwendbarkeit rationel­ ler und kostengünstiger Fertigungsmethoden. Die einzelnen Bau­ elemente sind erfindungsgemäß so ausgelegt, daß sie eine wirt­ schaftliche moderne Fertigung für eine Massenproduktion erlau­ ben; dies ist mit ein wesentliches Ziel der Erfindung.

Bezugszeichenliste

 1 Hydrostateinheit
 2 Zylinderblock
 3 Kolben
 4 Gleitschuh
 5 Schwenkkörper
 6 Lochscheibe
 7 Niederhaltering
 8 Sicherungsring
 9 Federelement
10 Triebwelle
11 Druckplatte
12 Mitnehmer
13 Ausnehmung
14 Mitnehmer
15 Ausnehmung
16 Federpartie
17 Federzungen
18 Federkranz
19 Ausnehmung
20 Ringkolben
21 Dichtring
22 Ringkolben
23 Dichtring
24 Feder
25 Kolbendruckraum
26 Bohrung
27 Sicherungsring
28 Dichtring
29 Dichtlippe
30 Gehäuse
31 Steuerscheibe
32 Kolben
33 Feder
34 Dämpfungsschlitze
35 Kolbenlaufhülse
36 Zylinderboden
37 Steuerfläche
38 nierenförmiger Durchbruch
39
40 formschlüssige Niederhalterung
41 Federsegment
42 mechanischer Niederhaltebereich
43 Ausnehmung
44 Ausnehmung
45 O-Ring
46 Gummielement
47 Stützkanten
48 Stützkanten
49 Ringnut
50
51 mechanischer Niederhaltebereich
52 Federprofil
53 Federprofil
54 Kontur
55 Welle
56
57 Kolbenlauffläche
58 Ausnehmung
59 Mitnehmer
60 Zentrierung
61 Zentrierung
62 Stützring
63 Dichtring
64 Kolben
65 Bolzen
66 Kalotte
67 Kugelform
68 Lochscheibe
69 Durchmesser
70 Kolbenraum
71 Niederhalterung
72 Profilring
73 Ringnut
74
75 hydraul. Niederhalterung
76 Scheibe
77 Dicht- u. Federelement
78 Ölzufuhr
79 Ölbohrung
80 Ringnut
81 Schmiernut
82 Ringnut
83 Feder
84 Drosselbohrung
85 Niederhalterung
86 Durchmesser
87 Durchmesser
88 Stabilisierungseinrichtung
89 Stabilisierungseinrichtung
90 Stabilisierungseinrichtung
91 Endgehäuse
A Einstellmaß
B Axialspiel
C Gesamtmaß
D
E Einstellmaß
F Maß
G Maß

Claims (30)

1. Hydrostatische Axialkolbenmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeuggetriebe mit Leistungsverzweigung, mit einem Zy­ linderblock, in dem in axialer Richtung bewegliche Kolben (3) mit Gleitschuhen (4) arbeiten, die über eine Niederhalterung (40; 75) an einer schwenkbaren oder nicht-schwenkbaren Schief­ scheibe geführt werden, wobei die Niederhalterung vorzugsweise formschlüssig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Niederhalterung (75; 71, 85) als hydraulische Niederhal­ terung ausgebildet ist, wobei eine hydraulische Kraft auf einen in einem Schrägkörper bzw. Schwenkkörper (5) dreh­ fest gelagerten Niederhaltering (7) und eine mit dem Zy­ linderblock (2) rotierende Lochscheibe (6) wirkt, derart, daß die Gleitschuhe (4) der Kolben (3) gegen eine Schräg­ fläche (Druckplatte 11) angedrückt werden;
• b) und/oder eine Federeinrichtung (9; 41; 72; 16, 17; 46; 45; 77) vorgesehen ist, die die Kolben (3) über ihre Gleit­ schuhe (4), einer Lochscheibe (6) und einem Niederhaltekör­ per (Niederhaltering 7) federelastisch gegen eine Schräg­ fläche (Druckplatte 11) andrückt, wobei die Federeinrich­ tung im Schräg- bzw. Schwenkkörper (5) innerhalb einer bevorzugt formschlüssigen Niederhalterung untergebracht ist und vorzugsweise mit einer hydraulischen Niederhalterung (75) kombiniert ist.

2. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder­ block (2) über ein Federelement (Feder 24) plus einer hydrau­ lischen Kraft, die aus einem Drehzahlsignal oder/und einem Drucksignal des Hydrostatdruckes oder/und einem Speisedruck resultiert, gegen eine Anlauffläche bzw. Steuerfläche (37) in axialer Richtung angedrückt wird, wobei die hydraulische Kraft in einem Kolbendruckraum (25) innerhalb des Zylinderblockes (2) erzeugt wird.

3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ element für die Niederhalterung (40; 75) als Elastomer (9; 46; 41; 45; 46; 72; 77) verschiedenartig ausgebildet ist und in Ausnehmungen der Niederhalteplatte (7) lose einglegt ist.

4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ element (77; 46) gleichzeitig als Dichtelement ausgebildet ist zur Abdichtung des Drucköles für die Erzeugung des hydrauli­ schen Niederhaltedruckes (Fig. 2a).

5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nieder­ halterung (75) als hydraulische Niederhalte-Einrichtung ein Hydraulik-System mit Ölführungen (79) besitzt, die mit Ausneh­ mungen (80, 81) des Niederhalteringes (7) verbunden sind und zu­ sätzlich als Schmiereinrichtung zwischen dem Niederhaltering (7) und der Lochscheibe (6) dienen, wobei vorzugsweise eine Dros­ selbohrung den Zufluß zur Schmierung dosiert (Fig. 2a).

6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 und 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ölzu­ führungselement (Ölzuführung 78) für die hydraulische Nieder­ halterung gleichzeitig als Verdrehsicherungselement für den Niederhaltering (7) ausgebildet ist (Fig. 2a).

7. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Niederhalterung (75) eine Scheibe (76) vorgesehen ist, die als Einstellscheibe und als Anlagescheibe für das Federelement (77) dient und sich gegen einen Sicherungsring (8) abstützt, wobei die Einstellscheibe (76) zweiteilig ausgebildet ist oder als einteilige Ausführung an einer Stelle radial durchgetrennt ist für die Montage zur Einführung in eine Ringnut (82) (Fig. 2a).

8. Axialkolbenmaschine nach mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federele­ ment für die Niederhalterung (40; 75) als Elastomer (9; 46; 41; 45; 72; 77) verschiedenartig ausgebildet ist und in Ausnehmun­ gen der Niederhalteplatte (7) lose eingelegt ist.

9. Axialkolbenmaschine nach mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federele­ ment als Metallfeder in Form eines Flachfederelementes (18, 16, 17) ausgebildet ist und in Ausnehmungen (19) der Niederhalte­ platte bzw. in Ausnehmungen der Niederhalteplatte und Ausneh­ mungen des Schräg- bzw. Schwenkkörpers (5) gelagert sind, wo­ bei vorzugsweise federnde Teilelemente (16, 17, 41) miteinan­ der durch Teilbereiche (Federkranz 18) verbunden sind und so­ mit die Feder bevorzugt einteilig ausführbar ist (Fig. 3 und 4).

10. Axialkolbenmaschine nach mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die form­ schlüssige Niederhalterung (40; 75) eine im Schräg- bzw. Schwenkkörper (5) verdrehfeste Niederhalteplatte (7) besitzt, die gegen einen in einer Ringnut (49) des Schräg- bzw. Schwenkkörpers (5) sitzenden Sicherungsring (8) fixiert ist, und daß die Niederhalteplatte (7) zumindest in einem Teilbereich (42; G) nicht-federnd Stütz­ kanten (47) mit einem Wirkungsdurchmesser, der im Durchmesser­ bereich der Stützkanten (48) des Schräg- bzw. Schwenkkörpers (5) liegen, so daß die Rückzugkräfte der Kolben (3), insbe­ sondere bei hohen Drehzahlen, kein bzw. nur unwesentliches Kippmoment auf den Sicherungsring (8) auswirken können (Fig. 3).

11. Axialkolbenmaschine nach mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ element (9, 46, 41) einteilig ausgebildet ist und federnde mit­ einander über einen Ring (46) verbundene Teilbereiche (41; 52) mit einem Maß "F" besitzt und in diesem Bereich das federnde Element mit einem speziellen Federprofil (52, 53) ausgebildet ist (Fig. 3, 3a).

12. Axialkolbenmaschine nach mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ element als Flachfeder (16, 17, 18) ausgebildet ist, die in Teilbereichen Federkörper (16) mit federnden Teilelementen (Federzungen 17) besitzen, die in Ausnehmungen (19) des Nieder­ halteringes (7) eingreifen und sich gegen den Sicherungsring (8) und den Niederhaltering (7) federelastisch abstützen.

13. Axialkolbenmaschine nach mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ element als Elastomer in Form eines geschlossenen Ringes, z. B. als O-Ring (45) oder als Profilring (72) ausgebildet ist und in einer Ringnut (44; 73) des Niederhalteringes (7) angeord­ net ist (Fig. 5).

14. Axialkolbenmaschine nach mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (24) zur axialen Anpressung des Zylinderblockes (2) an die Steuerfläche (37) auf der Triebwelle (10) in der zentralen Boh­ rung des Zylinderblocks (2), wie an sich bekannt, angeordnet ist und daß Ringkolben (20, 22) als Stützringe für die Federkraft und als Druckkolben für die Erzeugung zusätzlicher Kraft als hydraulische Kraft gegen die Triebwelle (10) und gegen den Zy­ linderblock (2) ausgebildet sind und daß im Kolbendruckraum (25) die Feder (24) angeordnet ist.

15. Axialkolbenmaschine nach mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben­ raum (25) über einen Ringkolben (20) mit Dichtring (21), der gegen die Welle (10) abgestützt ist, und einem zweiten Ring­ kolben (22) mit einem Dichtungsring (23), der im Zylinderblock (2) fixiert ist, ausgebildet ist und daß die Dichtringe als Elastomer in Form eines O-Ringes (21, 23) oder eines Formringes (28) mit radial-elastischen Dichtlippen (29) oder als Kolben­ ring in bekannter Form, z. B. aus Grauguß oder Kunststoff mit Radialspiel in der Ringnut ausgebildet sind (Fig. 1 und 6).

16. Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben­ laufhülse (35) für den Kolben (3) eine bekannte, in den Zy­ linderblock (2) eingegossene Hülse ist, die aus speziellem Gleitmaterial besteht, und daß die Kolbenlauffläche einen schrä­ gen Eintritt unter einem Winkel α entsprechend der kegelförmi­ gen Kontur (54) des Zylinderblocks besitzt und daß der Winkel annähernd dem maximalen Schwenkwinkel des Schwenkkörpers (5) bzw. der Schrägscheibe (11) entspricht (Fig. 1).

17. Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylin­ derblock (2) gegen eine Steuerscheibe (31) anläuft, die nieren­ förmige Durchbrüche (38) mit Dämpfungsschlitzen (34) besitzt, und daß diese Steuerscheibe (31) automatisch um einen Winkel α um seine Zentralachse in Abhängigkeit zu einem Drehzahlsignal oder/und einem Drucksignal verdrehbar ist (Fig. 7).

18. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ scheibe (31) mit einem Kolben (32) in Wirkverbindung steht, der gegen den Druck einer Feder (33) hydraulisch oder elek­ trisch verstellbar ist (Fig. 7 und 8).

19. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die auto­ matisch verstellbare Steuerscheibe (31) als Blechkörper mit eingestanzten nierenförmigen Durchbrüchen (38) und einge­ stanzten Dämpfungsschlitzen (34) ausgebildet ist.

20. Axialkolbenmaschine nach mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einer kegelförmigen Stirnfläche (54) ausgebildete Zylinderblock (2) eingegossene bzw. metallisch verbundene Kolbenlaufhülsen (35) und eine angegossene oder aufgespritzte bzw. metallisch ver­ bundene Laufflächenschicht am Zylinderboden (36) besitzt.

21. Axialkolbenmaschine nach mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glied (11; 6; 7; 8), bevorzugt der Sicherungsring (8), der form- plus kraftschlüssigen Niederhalterung (40) als Einstellglied mit verschiedenen Maßdicken gefertigt ist hinsichtlich eines rationellen Montageverfahrens (Fig. 2).

22. Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nieder­ halterung (71) für die Gleitschuhe (4) vorgesehen ist, in der Form, daß ein über einen Öldruck axial verschiebbares innen­ liegendes Druckelement (Kalotte 66), das auf der Triebwelle (10) gelagert ist, gegen eine mit den Gleitschuhen (4) zusam­ menwirkende Lochscheibe (68) drückt, wobei die Lochscheibe von innen her angedrückt wird (Fig. 8, 9).

23. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Nieder­ halterung (71) aus einer Kalotte (66) mit kugelförmiger An­ drückfläche (67) besteht, die gegen eine entsprechende Kugel­ fläche einer Lochscheibe (68) andrückt, und daß ein unter Öl­ druck axial verschiebbarer Kolben (64) über Zwischenglieder (Bolzen 65) axial gegen die Kalotte (66) andrückt (Fig. 8).

24. Axialkolbenmaschine nach mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrau­ lische oder/und federkraftschlüssige innenliegende Nieder­ halterung (71) mit einer formschlüssigen oder/und einer formschlüssigen plus federkraftschlüssigen außenliegenden Nie­ derhalterung (40) oder/und einer außenliegenden hydraulischen Niederhalterung (75) kombiniert ist (Fig. 8, 9 2a).

25. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein axial gegen die Kalotte (66) verschiebbarer Kolben (64) hydraulisch und über eine Feder (83) beaufschlagbar ist, wobei in einem Kolbenraum (25) eine stärkere Feder (24) untergebracht ist, die sich gegen den Zylinderblock (2) axial in Richtung Steuer­ fläche (37) und in die andere Axialrichtung gegen die Trieb­ welle (10) abstützt, und eine schwächere Feder (83), die sich gegen die Lochscheibe (68) über Zwischenglieder (64, 65, 66) und in die andere Richtung gegen die stärkere Feder (62) bzw. einem Glied (Stützring 62) der Triebwelle (10) abstützt (Fig. 9).

26. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (24) über Zwischenglieder (64, 65, 66) sich gegen eine Loch­ platte (68) der Niederhalte-Einrichtung auf der einen Seite ab­ stützt und auf der anderen Seite sich am Zylinderblock (2) über ein entsprechendes Zwischenglied (22) abstützt, so daß der Zy­ linderblock (2) gegen seine Steuerfläche (31; 37) federnd an­ gedrückt wird und über die gleichen Federkräfte die Gleitschu­ he (4) der Kolben (3) niedergehalten werden und daß die Nieder­ haltekräfte und Andrückkräfte durch einen drehzahlabhängigen oder/und lastabhängigen Druck im Kolbenraum (25; 70) zu­ sätzlich verstärkt werden (ähnlich Fig. 8, jedoch ohne Stütz­ scheibe (62)), wobei Feder (24) an Kolben (64) anliegt.

27. Axialkolbenmaschine nach mehreren der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Ringkolben (22, 64) zwischen Triebwelle (10) und Zylinder­ block (2) mit zwei unterschiedlich großen, wirksamen Kolben­ flächen vorgesehen sind, um gleichzeitig ungleich große hydrau­ lische Anpreßkräfte auf die Niederhalterung (71) der Gleitschu­ he (4) und den Zylinderblock (2) gegen die Steuerscheibe (37; 31) zu erzeugen.

28. Axialkolbenmaschine nach mehreren der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrau­ lische Druck für die Niederhalte-Einrichtungen (40; 75; 71) oder/und die Einrichtungen zum Anpressen des Zylinderblocks (2) gegen die Steuerscheibe (37) ein drehzahlabhängiger Druck oder/und ein lastabhängiger Druck oder/und ein Druck aus dem Versorgungs- und Speisedruck für die Hydrostatik bzw. für die Steuerung/Regelung ist.

29. Axialkolbenmaschine nach mehreren der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrau­ lischen Niederhalterungen (75, 71, 85) für die Gleitschuhe (4) sowie die hydraulische Einrichtung für die Stabilisierungsein­ richtung (88; 89; 90) gleichzeitig mit denselben Hydraulik­ drücken angesteuert werden, der z. B. ein drehzahlabhängiger Druck oder/und ein lastabhängiger Druck ist.

30. Axialkolbenmaschine nach mehreren der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ scheibe (31) eine Grundeinstellung unter dem Kriterium niedri­ gen Geräuschverhaltens besitzt und last- oder/und drehzahl­ abhängig, z. B. durch entsprechenden Steuerdruck innerhalb dem Verstellbereich Winkel β veränderbar ist.