DE3928232A1 - Radnabenfluessigkeitsgetriebe fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsgetriebe für Fahrzeuge als integrierter Bestandteil der Radnabe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Fahrzeugen (Auto, Motorrad) sind Getriebe als Gangschaltung in Form der Zahnradschaltungen be­ kannt. Ferner besteht die Möglichkeit der Über­ setzungswahl von Antriebsdrehzahl zu Raddrehzahl bei der hydraulischen Kraftübertragung, wobei die Flüssigkeitspumpe, die Steuerelemente für die Regelung des Flüssigkeitsfördervolumens und der Flüssigkeitsmotor außerhalb der Radnabe gelagert und über Flüssigkeitsleitungen miteinander verbunden sind. Kennzeichnend für Zahnradgetriebe ist, daß sie nur stufenweise (Gänge) und in unbelastetem Zustand geschaltet werden können. Kennzeichnend für die hydraulische Kraftübertragung sind die räumlich separaten Bauteile, die über relativ lange Flüssigkeitsleitungen mit entsprechenden Flüssigkeitsströmungswiderständen miteinander verbunden sind; ihr Ziel ist es, die bekannten Kraftübertragungsmittel wie Kette, Kardanwelle z. B. durch einen Flüssigkeitsstrom zu ersetzen; die räumlich separaten Bauteile erfordern einen hohen technischen Aufwand, weil die Dichtigkeit des Flüssigkeitssystems bei Pumpe, Motor und Leitungssystem sichergestellt sein muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein stufenlos, auch bei Belastung schaltbares, wartungsfreies, in kompakter Bauweise ausgeführtes, leicht bedienbares Übersetzungsgetriebe für Fahrzeuge zu schaffen, daß wahlweise auch die Funktionen des Freilaufs und einer Bremse erfüllt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Radnabenflüssigkeitsgetriebe gelöst. Es besteht, in kompakter Bauweise in der Radnabe zusammengefaßt, aus: einer Flüssigkeitspumpe mit ggf. einstellbarem Fördervolumen, einem Flüssigkeitsmotor mit ggf. ein­ stellbarem Flüssigkeitsdurchflußvolumen, einem Flüssigkeitskanalsystem und Stellelementen. Das Drehzahlübersetzungsverhältnis zwischen dem Antriebselement der Flüssigkeitspumpe und dem Abtriebselement des Flüssigkeitsmotors wird bestimmt durch die wahlweise mit Hilfe der Stellelemente eingestellten Flüssigkeitsdurch­ flußvolumina bei Pumpe und Motor.

Die Funktion des Freilaufes kann bei dem erfindungs­ gemäßen Getriebe dadurch erreicht werden, daß das Flüssigkeitsdurchflußvolumen bei Pumpe und Motor gleichzeitig auf "Null" gestellt wird. Anspruch 2 ermöglicht die Freilauffunktion, indem für Pumpe und Motor jeweils ein Freilaufbypass durch Stellelemente hinzugeschaltet wird und damit für Pumpe und Motor ein separater Flüssigkeits­ kreislauf besteht. Eine Freilauffunktion kann nach Anspruch 3 erzielt werden, dadurch daß ein Rückschlagventil einen für den Motor separaten Flüssigkeitskreislauf eröffnet, wenn die Förder­ leistung des Motors größer ist als die der Pumpe. Mit Anspruch 4 wird die Freilauffunktion mittels mechanischer Vorrichtung in üblicher Bauweise als integrierter Bestandteil bei einem Flüssigkeits­ getriebe in den Schutzbereich miteinbezogen.

Für die Bremsfunktion nach Anspruch 5 wird der Flüssigkeitsmotor über die Felge als Flüssigkeits­ pumpe betrieben, indem im Flüssigkeitskanalsystem des Flüssigkeitsmotors sich ein über Stellelemente gesteuertes Drosselelement befindet und ein Fließwiderstand Bremswirkung erzeugt. Mit unter­ schiedlichen Ansteuerungen (Ansprüche 6-12) läßt sich die Bremswirkung wie bei der gleichzeitig angemel­ deten, in Verweis genommenen Radnabenflüssigkeits­ bremse für Fahrzeuge erzielen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere in folgendem: Das Getriebe ermöglicht ein stufenloses Verändern zwischen extrem kleinem und großem Übersetzungsverhältnis von Antrieb und angetriebenem Rad und kann auch unter Beibehaltung der Last geschaltet werden, was gerade bei Steigungs­ fahrten von großem Vorteil ist. Die Kompaktbauweise im geschlossenen Nabengehäuse benötigt keine weiteren äußeren Bauteile und macht das Getriebe äußeren Einflüssen gegenüber unempfindlich und wartungsfrei. Das Radnabenflüssigkeitsgetriebe eignet sich in besonderer Weise, die Funktion des Freilaufs ohne weitere äußere Bauteile zu erreichen. Eigenständige weitere Bauteile zur Erzielung einer Bremsfunktion sind entbehrlich, weil der Flüssigkeitsmotor als Teil des Flüssigkeitsgetriebes verwendet werden kann als Radnabenflüssigkeitsbremse. Mit diesem Getriebe in kompakter Leichtbauweise können damit mehrere Funktionen erfüllt werden. Dieses stufenlos schaltbare, nicht durch Zahnräder be­ grenzte Übersetzungsgetriebe kann damit mit einem Frei­ lauf und bei leichter Betätigung mit einer Allrad-ABS- Bremse gekoppelt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgendem näher beschrieben.

Das Schaubild zeigt ein Rad, bestehend aus Felge (1), Speichen (2), Radachse (3) mit Radnabe. Als in die Radnabe integrierte Bestandteile sind im Beispiel abgebildet: die über ein Flüssigkeits­ kanalsystem (13) miteinander verbundene Flüssigkeits­ pumpe und der Flüssigkeitsmotor in Taumelscheiben­ kolbentechnik.

Der Motor aus mehreren Kolben (4), Pleuel (5), Motortaumelscheibe (6), schwenkbar im Lager (7) auf der Radachse (3) mit Zylinderblock (8), starr verbunden mit der Radachse (3) und inte­ griertem Flüssigkeitskanalsystem (13). Das Abtriebs­ element des Motors steht in fester Verbindung mit der Felge (1) über Speichen (2) und besteht aus Radnabengehäuse (9) und Motortaumelscheiben­ stützplatte (10), die in einem Motorkugelzapfen­ lager (11) schwenkbar im Radnabengehäuse (9) gelagert ist und über ein Kugellager (20) die Motortaumelscheibe (6) abstützt. Die Drehbewegung des Radnabengehäuses (9) wird mittels Nut- und Federverbindung (12) auf die Motortaumelscheiben­ stützplatte (10) übertragen.

Die Pumpe besteht aus mehreren Kolben (4), Pleuel (5), Pumpentaumelscheibe (14), schwenkbar im Lager (15) auf der Radachse (3) mit Zylinderblock (8), starr verbunden mit Radachse (3) und integriertem Flüssigkeitskanalsystem (13). Das Antriebselement der Pumpe steht in fester Verbindung mit dem Kraftübertragungselement und besteht aus Kettenrad (16), fest verbunden mit dem Pumpenkugelzapfenlager (17), in dem die Pumpentaumelscheibenstützplatte (18) schwenkbar gelagert ist und über ein Kugellager (21) die Pumpentaumelscheibe (14) abstützt. Die Drehbewegung des Kettenrades (16) wird mittels Nut- und Feder­ verbindung (19) auf die Pumpentaumelscheibenstützplatte (18) übertragen.

Die Freilauffunktion wird als Ausführungsbeispiel nach Anspruch 3 dargestellt. Im Flüssigkeitskanalsystem (13) ist die Druckseite (22) über einen Bypass (23) mit einem hier eingebauten Rückschlagventil (24) mit der Saugseite (25) verbunden.

Die Stellelemente für die Positionierung der Pumpen- und Motortaumelscheibenstützplatten (18/10) bestehen im Beispiel aus einer Stellhydraulik (26), betätigt mit einem Stellhebel; die Stellhy­ draulik (26) ist angeschlossen in einer Achsenlängs­ bohrung (27) und mündet in einer Achsenquerbohrung (28).

Ein um die Querbohrung angeordneter Nut (29) im Nabengehäuse ist mittels Simmeringen (30) zur Radachse (3) abgedichtet. Ein an den Nut (29) angeschlossener Hydraulikzylinder (31) führt einen Hydraulikkolben (32), der über ein Stützplattenpleuel (33) mit der Pumpen- bzw. Motortaumelscheibenstützplatte (18/10) verbunden ist und je nach Stellhebelstellung die Lage der Taumelscheibenstützplatten be­ stimmt.

Claims (12)

1. Radnabenflüssigkeitsgetriebe für Kraftfahrzeuge, ggf. mit integriertem Freilauf und/oder zuschalt­ barer, integrierter Bremse, zur stufenlosen Übersetzungsänderung von Antriebsdrehzahl zur Raddrehzahl auch bei Belastung, bestehend aus einer Flüssigkeitspumpe mit gegebenenfalls einstellbarem Fördervolumen und einem Flüssigkeits­ motor mit ggf. einstellbarem Flüssigkeitsdurchfluß­ volumen, einem Flüssigkeitskanalsystem und Stellelementen, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeitspumpe, -motor und -kanalsystem als integrierte Bestand­ teile der Radnabe auf/um die Drehachse des Rades gelegt sind, wobei das Antriebselement der Flüssigkeitspumpe mit den Kraftübertragungsele­ menten (z. B. Zahnrad, Kette oder Kardanwelle) und das Abtriebselement des Flüssigkeitsmotors über z. B. Speichen mit der Felge und Flüssigkeits­ motor und Flüssigkeitspumpe mit dem Flüssigkeits­ kanalsystem verbunden sind und Flüssigkeitsstrom­ stellelemente sich ggf. an/in Flüssigkeitspumpe, -kanalsystem und/oder -motor befinden.

2. Radnabenflüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 1 mit zusätzlichem Freilauf, unabhängig von der Fördervolumenstellung von Flüssigkeitspumpe und/oder -motor, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeitspumpe und -motor jeweils mit einem getrennten Flüssigkeitsnebenkanalsystem als Freilaufbybass zwischen Druck- und Saugseite ausgestattet sind und über Ventile an das Flüssig­ keitskanalsystem angeschlossen sind.

3. Radnabenflüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Druck- und Saugseite im Flüssigkeitskanalsystem über ein Rückschlagventil ggf. in einem Bypass miteinander verbunden sind.

4. Radnabenflüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement der Flüssigkeitspumpe über eine in das Nabengehäuse integrierte me­ chanische Freilaufvorrichtung mit dem Kraftüber­ tragungselement und/oder das Abtriebselement des Flüssigkeitsmotors in derselben Weise mit der Felge verbunden ist.

5. Radnabenflüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 1-4 mit integrierter Bremse, bei dem die Motorseite des Radnabenflüssigkeitsgetriebes als Radnabenflüssigkeitsbremse ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Flüssigkeitskanalsystem des Flüssig­ keitsmotors ein Flüssigkeitsstromdrosselelement (z. B. Ventil, Drosselklappe) befindet, dessen Stellelement (z. B. Seilzug) mit einem Betäti­ gungselement (z. B. Hebel) verbunden ist.

6. Radnabenflüssigkeitsgetriebe nach Anpruch 5, bei dem ein Blockieren der Räder in der Weise verhindert wird, daß der Flüssigkeitsdruck in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstrom selbstregulie­ rend geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsstromdrosselelement im Flüssig­ keitskanalsystem als Überdruckventil ausgeführt ist.

7. Radnabenflüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil im Flüssigkeitskanal­ system mit einem hydraulischen Stellelement versehen ist, das mit der Druckseite des Flüssigkeits­ kanalsystems verbunden ist.

8. Radnabenflüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsstromdrosselelement mit einem Bypass überbrückt ist, in welchem sich ein Überdruckventil befindet, das ggf. mit einem hydraulischen Stellelement versehen ist, das mit der Druckseite des Flüssigkeitskanalsystems verbunden ist.

9. Radnabenflüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 5-9, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeitsmotor und Überdruckventil(e) mit einem hydraulischen Stellelement versehen ist/sind, das mit der Druckseite des Flüssigkeits­ kanalsystems verbunden ist.

10. Radnabenflüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 1-9, bei der ein Blockieren des Rades durch Lockerung der Bremse aufgehoben bzw. verhindert wird, wenn bei plötzlich abnehmender Bremswirkung infolge verminderter Bodenhaftung der Bremsdruck im System plötzlich abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Druckseite des Flüssigkeitsstromdrossele­ lementes ein Signalgeber für abrupten Druckabfall (z. B. Feder, hydrospeicherähnlich abgefederte Kolben) angebracht ist, der verbunden ist mit Stellelementen für den Flüssigkeitsstrom (z. B. Flüssigkeitsstromdrosselelement, Bypassventil).

11. Radnabenflüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 1-10, bei der die Bremsleistung abhängig ist von der Achsbelastung, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Massedruckaufnehmer (z. B. Feder, Hydraulikkolben) in, auf, an der Achsaufhängung und/oder Achse befindet und über eine Steuerleitung (z. B. Hydraulik) mit den Stellelementen (z. B. Überdruckventil) verbunden ist.

12. Radnabenflüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 1-11, bei der die Bremswirkung des Fahrzeugs das mit einem Energiespeicher oder Energieerzeuger zum Betrieb der Zusatzgeräte ausgestattet ist, dadurch optimiert wird, indem diese abhängig ist von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und der Bodenhaftung der Räder, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug mit einem Bewegungsmelder zur Feststellung der Fahrzeugbewegung (z. B. Infra­ rotbewegungsmelder) ausgerüstet ist und die einzelnen Räder mit einem Drehzahlmelder (z. B. Tachometer) versehen sind und Bewegungs- und Drehzahlmelder über Steuerleitung mit einem Steuerge­ rät (z. B. Rechner) verbunden sind; die Stellele­ mente der Flüssigkeitspumpe und/oder des Flüssig­ keitsstromdrosselelementes sind mit Steuerelementen (z. B. Elektromagnet) versehen, welche über Steuerleitungen mit dem Steuergerät als Signalgeber verbunden sind.