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Selbsttätiges Flüssigkeitswechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Es ist ein selbsttätiges Flüssigkeitswechselgetriebe bekannt geworden, in dessen
mit der getriebenen Welle verbundenem Getriebegehäuse zwei als Pumpe und Motor geschaltete
Drehkolbenmaschinen untergebracht sind und bei dem eine selbsttätige Schaltvorrichtung
vorgesehen ist, die unter einem bestimmten Lastmoment zur Erzielung einer unmittelbaren
Kupplung den Flüssigkeitskreislauf zwischen Pumpe und Motor sperrt und bei höherem
Lastmoment diese Sperrung unter dem EinfluB des erhöhten Flüssigkeitsdruckes aufhebt.
Bei diesem bekannten Getriebe sind die beiden Drehkolbenmaschinen dauernd auf konstante,
unter sich gleiche wirksarneArbeitsräume eingestellt, so daß sich bei freier Verbindung
zwischen ihnen ein Kreislauf der gesamten von der Pumpe geförderten Flüssigkeitsmenge
ergibt mit dem Ergebnis, daB bei festgehaltenem Drehkolben des Motors das Gehäuse
samt der getriebenen Welle mit der halben Umlaufzahl der treibenden Welle bei entsprechend
erhöhtem Drehmoment umläuft, während bei abgesperrter Verbindung infolge Verhinderung
-des Flüssigkeitsumlaufs ein direkter Durchtrieb durch einfache Kupplungswirkung
mit der Geschwindigkeit und dem Drehmoment der treibenden Welle stattfindet. Die
Absperrung der Verbindung erfolgt gewöhnlich durch einen im Verbindungskanal zwischen
den beiden Maschinen angebrachten federbelasteten Schieber, der bis zu einem bestimmten
Flüssigkeitsdruck gegen diesen durch die Feder in der den Kanal abschließenden Stellung
gehalten wird, aber unter Mitwirkung einer besonderen Flieh-Israftsteuerung den--Durchgang
sofort vollständig freigibt, wenn der Flüssigkeitsdruck höher steigt, so daß plötzlich
von direktem Durchtrieb zum Übersetzungsverhältnis z: i übergegangen wird. Will
man bei einem Getriebe dieser Ausführung weitere Geschwindigkeitsstufen haben, so
muß man eine entsprechende Anzahl weiterer Motoren vorsehen, die nacheinander in
den Flüssigkeitskreislauf eingeschaltet werden.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Flüssigkeitswechselgetriebe
ist nun so ausgebildet, daß die Geschwindigkeit sich in Abhängigkeit vom Lastmoment
nicht stufenweise, sondern stetig unter stetiger umgekehrter Änderung des Kraftmoments
ändert. Zu diesem Zwecke werden die Trommel und das Gehäuse der als Motor arbeitenden
Drehkolbenmaschine, wenn der Flüssigkeitsdruck geringer als der kritische ist, durch
eine Feder in der Mittelstellung gehalten, in der der Motor keine Flüssigkeit aufnehmen
kann, werden jedoch bei höher werdendem Flüssigkeitsdruck derart verschoben, daß
ein stärkerer oder schwächerer Flüssigkeitskreislauf zwischen der im übrigen als
nachgiebige Kupp-
Jung wirkende Pumpe und dem Motor stattfindet,
dessen Drehmoment sich bei festgehaltener Kolbentrommel durch das Gehäuse dem durch
Kupplungswirkung übertragenen Drehmoment hinzufügt.
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Wesentlich und unterschiedlich gegenüber dem bekannten Flüssigkeitswechselgetriebe
ist hierbei, daß bei direkter Kupplung die die Mittelstellung zum Gehäuse einnehmende
Kolbentrommel des Motors selbst sperrend auf den Flüssigkeitskreislauf zwischen
Pumpe und Motor wirkt, und daß bei steigendem Flüssigkeitsdruck durch die unter
seinem Einfluß eintretende fortschreitende exzentrische Verlagerung des Motorgehäuses
allmählich die Aufnahmefähigkeit des Motors, der je nach der Größe seines veränderlichen
Arbeitsraumes verschiedene Flüssigkeitsmengen j e Umdrehung verarbeitet, vergrößert
wird.
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Man erhält daher eine stetige Anpassung des übersetzungsverhältnisses
an die Schwankungen des Lastmoments.
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Eine weitere Änderung des übersetzungsv erhältnisses über die der
exzentrischen Verlagerung des Motors zu verdankende hinaus ist dadurch möglich,
daß man für die gewöhnlich exzentrische Stellung des Gehäuses und der Trommel der
Pumpe eine umgekehrte Beeinflussung durch den Flüssigkeitsdruck vorsieht. Dabei
wird zweckmäßig das Feder'.. kraftverhältnis so gewählt, daß die Verstellung der
Pumpe erst beginnt, wenn die Verstellung des Motors vollendet ist.
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An sich ist es bekannt, bei Flüssigkeitsgetrieben die Fördermenge
der Pumpe in Abhängigkeit vom Druck der geförderten Flüssigkeit verstellbar zu machen,
um einen nicht verstellbaren Motor mit veränderlicher Geschwindigkeit anzutreiben.
Dabei handelt es sich um reine Getriebe, die keine direkte Kupplungswirkung vorsehen.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
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Abb. i ist ein Längsschnitt durch das Getriebe.
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Abb. 2 und 3 sind Querschnitte nach den Linien 2-2 und 3-3 der Abb.
i, in der Riehtung der Pfeile gesehen.
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Die treibende Welle a1 liegt zentral in einem mit Flüssigkeit, z.
B. Öl, gefüllten zylindrischen Gehäuse g und trägt nahe dem inneren Ende eine mit
radial beweglichen Schieberkalben k1 besetzte Trommel t1, die in einem in dem Gehäuse
untergebrachten Laufgehäuse h drehbar ist. Das Laufgehäuse 11, hat in den Seitenwänden
frei in das Getriebegehäuse ausmündende Öffnungen o1, und im Mantel eine Öffnung
d1, die in ein längs zum Getriebegehäuse g verlaufendes Rohr d führt. Der Mantel
des Laufgehäuses 11 umfaßt mit einem entsprechend ausgebohrten Teil l lose
das Rohr d, um das es somit pendeln kann.
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Das Rohr d, das selber mit dem verschlossenen Ende in der linken Stirnwand
des Getriebegehäuses drehbar gelagert ist, steht in fester Verbindung mit der linken
Seitenwand eines ebenfalls im Getriebegehäuse untergebrachten Laufgehäuses 12, dessen
Mantel in der Fortsetzung des Rohres d einen in den Innenraum des - Laufgehäuses
12 führenden Kanal d2 und gegenüber eine frei in das Getriebegehäuse g ausmündende
Öffnung 02 aufweist, und dessen andere Seitenwand in der rechten Stirnwand des Getriebegehäuses
g mittels eines mit dem Rohre d gleichachsigen Zapfens e gelagert ist. Auf diese
Weise kann auch das Laufgehäuse 12 um diese gemeinsame Achse pendehl.
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Das Laufgehäuse 12 enthält eine mit radial beweglichen Schieberkolben
k2 besetzte Trommel t2, deren hohle Welle a2 die treibende Welle a1 konzentrisch
umgibt, und auf deren aus dem Getriebegehäuse herausragendem Ende eine Scheibe Z
befestigt ist. Diese trägt Sperrklinken z, die mit einem Sperrzahnkranz p am Rahmen
P in Eingriff stehen, derart, daß die Trommel t2 sich nur in der Umlaufrichtung
der Welle a1 drehen kann.
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Das Laufgehäuse h steht unter der Wirkung einer Blattfeder
f l, die mit dem einen Ende auf der Innenseite des Getriebegehäuses befestigt
ist und sich mit dem andern Ende auf eine nach innen vorspringende Nase g1 des Gehäuses
stützt, während sie mit dem mittleren Teil am Mantel des Laufgehäuses 11 anliegt.
Gegenüber dem das Pendellager des Laufgehäuses 1.1 bildenden Rohr d trägt das Gehäuse
11- einen Druckzylinder C1, dessen Kolben c1 an einem im Gehäuse g fest angebrachten
Anschlag x1 anliegt. Vom Druckzylinder C1 führt ein in der Wandung des Laufgehäuses
11 liegender Kanal v1 zum Druckraum D im Rohr d, so daß der Kolben c1 dauernd
unter der Wirkung des Flüssigkeitsdruckes in D steht. Die Feder
f l. ist so stark gespannt, daß sie bis zur Erreichung eines bestimmten Flüssigkeitsdruckes
das Laufgehäuse l1 in der Stellung der Abb. 2 hält, die durch den Anschlag,des Kolbens
cl an x1 bestimmt ist, wobei die Trommelt'- ganz einseitig in dem Gehäuse liegt.
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In ähnlicher Weise steht das Laufgehäuse 12 unter der Wirkung einer
gespannten Blattfeder f2. Ferner ist am Laufgehäuse 12 ebenfalls ein Druckzylinder
C2, und zwar hier an der einen Seitenwand angebracht, dessen Kolben c2 sich auf
einen im Getriebegehäuse g fest angebrachten Anschlag x2 stützt. Der Zylinder C2
steht durch einen Kanal v2 mit dem Druckrohr d in Verbindung. Jedoch ist diese Verbindung
keine dauernde, sondern kann
durch einen im Gehäuse ui spielenden,
mit dem äußeren Ende außerdem in einem am Laufgehäuse 12 befestigten Lager u3 geführten
Steuerschieber u unterbrochen werden. Zum Bewegen des Steuerschiebers u dient ein
aus zwei Zahnsegmenten m, n bestehendes Getriebe, dessen Segment m auf einer parallel
zur Achse des Getriebegehäuses liegenden Achse h sitzt, auf die mittels eines außenliegenden
nicht dargestellten Hebels, unmittelbar oder mittels einer auf der getriebenen Welle
b angeordneten Bremse w eingewirkt werden kann, während das andere
Segment n an einem die hohle Welle a2 umgebenden Ring q sitzt und in einem
Schlitz n einen am Kolben u angeordneten Stift u2 aufnimmt. Bei der -in Abb.
3 gezeichneten Stellung der Segmente m, n ist die Verbindung des Zylinders C2 mit
dem Rohr -d freigegeben. Bei einer Drehung des Segments ni im Uhrzeigersinne Jagegen
sperrt der Steuerkolben u die Verbindung ab und stellt gleichzeitig eine Verbindung
des Zylinders C2 durch eine Gehäuseöffnung u4 mit dem unter Saugspannung stehenden
Innenraum S des Getriebegehäuses her, so daß unter dem Drucke der Feder f2 der Zylinder
C2 sich entleert.
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Der Ring q trägt ferner einen Arm s mit einem Schlitz s', in den ein
Stift r1 eines durch eine Feder r2 belasteten, in Lageransätzen r3, r4 des Laufgehäuses
12 geführten Riegel r eingreift. Der Riegel r liegt bei der in Abb. 3 dargestellten
Lage vor einer Sperrnase y am Getriebegehäuse g. Hierdurch wird das Laufgehäuse
12 an einer Bewegung nach rechts aus der gezeichneten Mittellage heraus unter dem
Einfluß der Blattfeder f2 verhindert. Die Blattfeder f2 ist andererseits so stark,
daß sie bis zur Erreichung eines bestimmten Flüssigkeitsdruckes in D das Laufgehäuse
12 an einer Herausbewegung aus der Mittellage nach links unter dem Einfluß des bei
der gezeichneten Stellung des Steuerschiebers u im Zylinder C2 zur Wirkung kommenden
Flüssigkeitsdruckes verhindert.
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Mit dem Getriebegehäuse g ist gleichachsig mit der treibenden Welle
a1 die getriebene Welle b fest verbunden.
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Auf der Druckseite des Laufgehäuses h ist schließlich ein Sicherheitsventil
i angeordnet. Die Wirkungsweise des Getriebes ist die folgende.
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Läuft bei der dargestellten gegenseitigen Lage aller Teile die Welle
a1 in der Richtung der Pfeile der Abb. 2 und 3 um, so entnimmt die Trommel t' durch
die Saugöffnung o1 Flüssigkeit aus dem Saugraum S und drückt sie durch die Öffnung
d' in den Druckraum D im Rohr d. Da sich in dem Laufgehäuse L2 die Trommel t2 in
der Mittelstellung befindet, kann das Laufgehäuse 1Z keine Flüssigkeit aufnehmen.
Infolgedessen staut sich diese in dem Raum D und hindert die Trommel t1 an der Drehung
gegenüber dem Laufgehäuse h, so daß dieses und mit ihm das ganze Getriebegehäuse
g in die Drehbewegung einbezogen wird und die mit dem Gehäuse g fest verbundene
getriebene Welle b mit gleicher Geschwindigkeit wie dl umläuft. An dieser Drehung
nimmt auch die Trommel t2 teil, die an der Drehung in dieser Richtung durch die
Sperrvorrichtung z, p nicht gehindert wird.
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Der Flüssigkeitsdruck in D hängt natürlich von dem Drehmoment der
Welle b ab. Dieser selbe Druck teilt sich durch die Leitungen v' und v2 auch den
Steuerzylindern Cl und C2 mit. Erreicht bei einem Ansteigen des Drehmoments von
b der Flüssigkeitsdruck eine solche Stärke, daß der Druck auf den Kolben c2 die
Spannung der Feder f 2 überwindet, so bewegt sich das Laufgehäuse 12 unter Durchbiegung
der Feder f2 in eine zur Trommel t2 exzentrische Lage, so daß ein einseitiger Flüssigkeitsdruck
auf die Trommel t2 wirkt. Da die Exzentrizität der Trommel t2 in dem Gehäuse 12
mit der Exzentrizität der Trommel t1 im Gehäuse h gleich gerichtet ist (es muß bei
den Abb. 2 und 3 die verschiedene Sichtrichtung gemäß den Pfeilen in Abb. r berücksichtigt
-werden), möchte sich die Trommel t2 in der entgegengesetzten Richtung von a1 drehen.
Diese Drehung wird aber verhindert durch die Sperrvorrichtung z, p. Da somit die
Trommel t2 stehen bleibt, kann sich der Flüssigkeitsdruck nur im Drehsinne von &
auf das Getriebegehäuse g auswirken, so daß ein Drehmoment auf die Welle b erzeugt
wird, das sich zu dem von t1, h herrührenden Drehmoment addiert. Es ergibt sich
somit eine Steigerung des auf die Welle b wirkenden Kraftmoments entsprechend der
Erhöhung des an ihr wirkenden Lastmoments. Wird dadurch das Lastmoment von b noch
nicht ganz ausgeglichen, so wird durch Wirkung der Druckflüssigkeit im Zylinder
C' die Exzentrizität von t1 und 1l unter Durchbiegung der Feder f1 verkleinert.
Die hierdurch erreichte Verkleinerung der wirksamen Kolbenflächen der Trommel tl
bewirkt ohne Erhöhung des Drehmoments von a1 eine weitere Steigerung des Flüssigkeitsdruckes
in D und damit eine weitere Erhöhung des auf b wirkenden Kraftmoments.
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Sinkt das Lastmoment an der Welle b wieder, so stellt zunächst infolge
Sinkens des Druckes in D die Feder f1 die volle Exzentrizität von t1 und 1l wieder
her, und anschließend stellen sich t2 und 12 wieder konzentrisch ein. Der Rückdruck
auf die Sperrvorrichtung z, p hört auf, und durch die innere Reibung wird die Trommel
t2 vom Laufgehäuse 12 in der Drehrichtung von a' mitgenommen.
Es
findet keine Relativbewegung im Innern des Getriebes mehr statt.
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Stellt man durch Einwirkung auf das Getriebe h, m, n, z. B.
mittels der Bremse w, den Steuerkolben u um, so daß der Zylinder C2 mit der Öffnung
u4 in Verbindung tritt, so wird gleichzeitig durch den Arms des Ringes q der Riegel
r von dem Anschlag y zu-
rückgezogen. Infolgedessen wird das Laufgehäuse 12
durch die Feder f 2 unter Entleerung des Zylinders C2 umgekehrt wie vorher exzentrisch
zur Trommel t2 eingestellt. Die von t1 geförderte Flüssigkeit wirkt nun auf die
Kolben der Trommel t2 im Drehsinne der Welle cal, und da die Sperrvorrichtung z,
p in dieser Drehrichtung nicht sperrt, läuft t2 ohne Rückwirkung auf das Getriebegehäuse
g leer mit. Das Getriebegehäuse und mit ihm die Welle b stehen still, und es findet
nur ein innerer Kreislauf der Flüssigkeit zwischen Pumpe und Flüssigkeitsmotor statt.
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Wird bei dieser Einstellung des Laufgehäuses l2 die im Drehsinne von
a1 laufende Scheibe Z durch äußere Bremsung festgehalten, so übt der wieder entstehende
Flüssigkeitsdruck in D einen der Drehrichtung von a1 entgegengesetzten Rückdruck
auf das Laufgehäuse 12 und damit auf das Getriebegehäuse g und die Welle b aus.
Das Getriebe hat somit Rückwärtsgang erlangt. Man kann hierbei die Geschwindigkeit
des Rückwärtsganges gegebenenfalls dadurch herabsetzen, daß man die Scheibe Z nicht
vollständig festbremst, um ihr eine gewisse Bewegung in der Umlaufrichtung der Welle
a1 zu gestatten, was einer Herabsetzung der Geschwindigkeit des Umlaufs des Gehäuses
g und der Welle b in der entgegengesetzten Richtung zur Folge hat. Eine selbsttätige
Regelung des Rücklaufs ergibt sich wie beim Vorwärtsgang bei einem entsprechenden
Lastmoment an der Welle b durch die dem Flüssigkeitsdruck in D entsprechende Verkleinerung
der Exzentrizität zwischen dl und h. Das Sicherheitsventil i verhindert hierbei
ein zu starkes Ansteigen des Flüssigkeitsdruckes und wirkt zugleich durch Verminderung
der in das Laufgehäuse 11 gelangenden Druckflüssigkeitsmenge mitregulierend auf
die Geschwindigkeit. Der dadurch entstehende Arbeitsverlust fällt bei dem wenig
benutzten Rückwärtsgang im allgemeinen nicht ins Gewicht.
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Wird die Bremse w wieder freigegeben, so wird der Steuerkolben u durch
Federkraft wieder in die Stellung der Abb. 3 umgestellt, und der wieder zur Geltung
gelangende Flüssigkeitsdruck in C2 führt das Laufgehäuse d2 in die zentrische Lage
gegenüber t2 für direkte Kupplung bzw. in die entgegengesetzte exzentrische Stellung
für Vorwärtsgang zurück, wobei der Riegel r selbsttätig in die Stellung vor dem
Anschlag y zurückschnappt. Die Freigabe der Scheibe Z durch die Bremse braucht erst
zu erfolgen, wenn die Vorwärtsbewegung bereits im Gange ist, weil ohnehin die Scheibe
bei dieser Bewegung durch das Gesperre z, p festgehalten wird.
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Ein besonderer Vorzug des Getriebes besteht darin, daß es sich ohne
Entkuppeln des Antriebsmotors von Vorwärts- auf Rückwärtsgang und umgekehrt umsteuern
läßt.