DE568415C - Fluessigkeitsgetriebe - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Flüssigkeitsgetriebe mit einer Flüssigkeitskolbenpumpe und einem Flüssigkeitskolbenmotor und mit veränderlicher Drehzahl des Motors, welches sich durch eine sehr einfache und geschlossene Bauart auszeichnet, so daß es besonders für Fahrzeuge jeglicher Art Verwendung finden kann.

Die bisher bekannt gewordenen Ausführungen solcher Flüssigkeitsgetriebe haben sich nicht bewährt, weil sie einen, sehr schlechten Wirkungsgrad aufwiesen, der in der Hauptsache durch die größeren Reibungsverluste verursacht war. Der Erfindung gemäß werden die auftretenden Reibungsverluste dadurch auf das geringstmögliche Maß verringert, daß die Leistungsübertragung von der Welle auf die Kolben und umgekehrt durch entsprechend geführte Schieber erfolgt, welche mit den Wellen lediglich durch Wälzberührung verbunden sind. Zur kraftschlüssigen Verbindung der Wellen mit den Schiebern dienen dabei Ringe, die in an sich bekannter Weise unter Vermittlung von Wälzkörpern

as auf Exzentern der Wellen gelagert sind und sich an den Innenflächen der Schieber abwälzen. Durch diese Anordnung werden einerseits die Kolben vor jeder seitlichen Beanspruchung geschützt und jedes Ecken derselben mit Sicherheit vermieden, so daß die mechanischen Reibungsverluste gegenüber den früheren Ausführungen sehr wesentlich verringert werden; andererseits ermöglicht die flache Form der Schieber die Anwendung der Reihenbauweise, wodurch sich eine sehr gedrängte Ausführung der Getriebe erzielen läßt.

Der Erfindung gemäß lassen sich ferner bei der angegebenen Reihenanordnung der Kolben auch die hydraulischen Reibungsverluste verringern, indem sämtliche Kolben, sowohl der Pumpe als auch des Motors, in einer Reihe mit einer parallel zu der Reihe sich erstreckenden, für alle Kolben gemeinsamen Saug- und Druckleitung geringster Länge in dem Pumpenkörper angeordnet werden. Die Kolben selbst werden, wie an sich bekannt, nur durch den Flüssigkeitsdruck im Schluß mit ihren Antriebsgliedern gehalten und fallen bei einer Drucksenkung in der Saugleitung von ihnen ab. Dies wird dazu benutzt, bei einer direkten Verbindung der Pumpen- mit der Motorenwelle jede Flüssigkeitsbewegung in den Leitungen der Pumpe und des Motors aufhören zu lasen, so daß in diesem Falle keine Strömungsverluste durch Leerlauf des Getriebes eintreten. Zur Herstellung dieser . direkten Verbindung ist eine hydraulisch oder mechanisch bewegte Kupplung vorgesehen.

Zur Regelung der Flüssigkeitsbewegung dienen Druck- und Saugventile, welche bei jedem Zylinder die Verbindung mit den

Druck- und Saugleitungen ermöglichen; sie sind jeweils paarweise in einem Ventilgehäuse eingebaut, welches der Erfindung gemäß ungefähr in der Achse des Kolbens angeordnet ist und zugleich in einer zur Getriebewelle senkrechten Ebene liegt; dadurch werden einerseits sehr einfache und kurze Verbindungen mit den parallel zur Welle sich erstreckenden Druck- und Saugleitungen erreicht und andererseits läßt sich jede Kolbengruppe zu einem ganz flachen Aggregat vereinigen, so daß die Vorteile der flachen Schieber voll ausgenutzt werden können. Nach der Erfindung ist das Ventilgehäuse axial entlastet und durch Preß-bzw. Schrumpfsitz an seinem Platz gehalten, wodurch eine sehr einfache und sichere Befestigung und eine absolut leckfreie Verbindung der Zylinder mit den Druck- und Saugleitungen erreicht wird.

Als kraftübertragende Flüssigkeit ist ein Maschinenöl mittlerer Viskosität und mit flacher Temperaturkurve sehr geeignet/ Bei einer Verdichtung auf hohe Drücke über 400 at. können sehr große Leistungen mit einem einfachen Aggregat sehr geringen Ausmaßes übertragen werden.

Auf den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 das Getriebe im Längsschnitt; Abb. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie A-A der Abb. 1;

Abb. 3, 4 und 5 zeigen den Wechselhahn für verschiedene Schaltstellungen, Abb. 6 die hydraulische Kupplung;

Abb. 7 zeigt die Ausbildung der Steuerung, und

Abb. 8 ist eine Steuerung in anderer Form.

Die Pumpenwelle 1 ist durch eine klauenförmige Verbindung 2 unmittelbar mit der Kraftquelle, z. B. der Welle des Verbrennungsmotors, verbunden. Gleichachsig zur Pumpenwelle ist eine Welle 3 des Flüssigkeitsmotors vorgesehen. Die Welle 1 ist in Wälzlager 4 und 5, die Welle 3 in ähnlichen Lagern 6 und 7 in einem zweiteiligen Gehäuseblock 8 angeordnet. Im Gehäuseblock 8 sind ebenfalls zwei die Kolben aufnehmende Körper 9 und 10 befestigt. Mehrere Exzenter sind nebeneinander auf der Welle 1 und 3 vorgesehen, welche durch auf Wälzkörpern gelagerte Ringe 11 die exzentrische Bewegung auf Schieber 12 oder umgekehrt übertragen. Die Schieber sind seitlich im Gehäuse 8 geführt. Eine längliche öffnung in jedem Schieber 12 gestattet dem Ring 11 seitliche Bewegungsfreiheit, so daß nur eine hin und her gehende Bewegung übertragen wird. Eine Anzahl von Kolben 13, 14 und 15 ist in zwei um i8o° zueinander versetzte Reihen zu beiden Seiten der Schieber angeordnet. Für diese Kolben ist in jedem Körper 9 und 10 eine Reihe von Zylindern vorgesehen. Die beiden Kolben 13 der Hilfspumpe werden durch Federn 16 (auf der linken Seite der Abb. 2) im Schluß mit ihren Schiebern gehalten und erzeugen im Zylinderraum 17 Druckschwankungen, durch welche das Saugventil 18 und das Druckventil 19 bewegt werden und den Pumpenraum 17 mit der Ansaugleitung 20 und mit einer Hilfsleitung 21 als Druckleitung in Verbindung setzen. Das Saugventil 18 ist in einem Kolben 22 angeordnet, welchen eine Feder 23 gegen einen Anschlag 24 des Zylinderraumes 17 zu halten trachtet. Sobald jedoch der Druck in der Druckleitung 21 größer ist als die Spannung der Feder 23, wird der Kolben 22 beim Druckhub zurückgeschoben und gibt beim Saughub die beim Druckhub aufgewandte Leistung wieder an den Kolben 13 zurück. Auf diese Weise wird die Hilfsleitung 21 immer unter einem bestimmten der Vorspannung der Feder 23 entsprechenden Druck gehalten. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit einer sehr großen Fördermenge, was besonders beim Anfahren und Umsteuern günstig ist.

Aus der Hilfsleitung 21 wird in später noch näher zu beschreibender Weise die auf einen verhältnismäßig niederen Druck gebrachte Flüssigkeit in die Saugleitungen 25 gefördert, von den sich je eine auf einer Seite jeder Zylinderreihe in den Körpern.9 und 10 erstreckt. Auf der gegenüberliegenden Seite der Zylinderreihen sind ähnliche Druckleitungen 26 vorgesehen. Durch die Kolben 14 wird die Flüssigkeit der Saugleitung 25 entnommen, auf einen hohen Druck gebracht und in die Leitung 26 gefördert. Die Ventilanordnung ist ähnlich der auf der rechten Seite der Abb. 2 gezeigten Ausbildung des Flüssigkeitsmotors, nur sind bei der Pumpe rein selbsttätige Ventile vorgesehen, welche durch Federn normalerweise geschlossen gehalten werden. Die Kolben 14 der Pumpe und die Kolben 15 des Flüssigkeitsmotors werden nicht durch Federn, sondern allein durch den Flüssigkeitsdruck im Schluß mit ihren Schiebern 12 gehalten. Auf diese Weise kann die Flüssigkeitsströmung in den Pumpen- und Motorenleitungen durch eine Drucksenkung in der Saugleitung 25 ausgeschaltet werden.

Die auf hohen Druck gebrachte Flüssigkeit tritt aus der Leitung 26 durch das Einlaßventil 27 in die Zylinderräume des Flüssigkeitsmotors, schiebt die Kolben 15 zurück und versetzt durch die Schieber 12 die Motorenwelle 3 in Drehung.

Die Flüssigkeitsentnahme aus der Druckleitung wird durch eine Steuerung des Ein-

laßventils 27 geregelt, und zwar wird dies Ventil während eines regelbaren Teiles des Druckhubes durch einen Hebel 28 offengehalten. Nachdem das Einlaßventil 27 geschlossen ist, sinkt der Druck der im Zylinderraum 29 des Flüssigkeitsmotors befindlichen Flüssigkeit unter den Druck in der Saugleitung 25, worauf das Auslaßventil 30 sich öffnet und der Rest des Kolbenhubvolumens aus der Saugleitung 25 nachgeliefert wird. Beim folgenden Ausschubhub wird das Auslaßventil 30 durch eine Feder 31 offengehalten, bis es kurz vor der äußeren Totlage des Kolbens durch den Schieber 12, eine Stoßstange 32 und einen Hebel 33 geschlossen wird. Die im Zylinderraum befindliche Flüssigkeit wird durch den fortschreitenden Kolben 15 auf einen Druck gebracht, der den Druck in der Leitung 26 übersteigt, worauf ao das Einlaßventil 27 sich öffnet. Durch eine noch näher zu beschreibende Steuerung steht der Hebel 28 in diesem Zeitpunkt schon unter federnder Spannung und hält das Ventil 27 beim ersten Teil des folgenden Druckhubes, wie schon beschrieben wurde, offen. Durch einen federnd im Schieber 12 gehaltenen Bolzen 34 erfolgt das Schließen des Ventils 30 in sanfter Weise. Der Druckwechsel im Zylinderraum 29 erfolgt bei dem im Verhältnis zum Kolbenhubvolumen großen Inhalt dieses Raumes und bei den benutzten hohen Drücken allmählich.

Durch Veränderung des Schlußpunktes des Einlaßventils 27 kann auf diese Weise die Schluckfähigkeit des Motors in weiten Grenzen von einem Maximum gleich dem ganzen Kolbenhubvolumen bis auf einen Bruchteil verändert werden. Diese Steuerung wird durch ein mit der Motorenwelle 3 fest verbundenes Zahnrad 35, ein Zwischenrad 36 und ein Rad 37 angetrieben. In die Bohrung des Rades 37 sind spiralförmige Nuten 38 eingeschnitten, in welche eine in der Achsrichtung verschiebbare Welle 39 mit ähnliehen Vorsprüngen eingreift. Diese Welle 39 treibt ihrerseits durch eine axial verschiebbare Keilverbindung die hohle Steuerwelle 40. Auf dieser Steuerwelle ist für jedes Kolbenpaar ein Nocken 41 vorgesehen, der durch zwei Rollen 42 und 43 einen Schieber 44 hin und her bewegt. An jedem Ende trägt der Schieber einen durch eine Feder 46 gegen einen Anschlag 47 gehaltenen Bolzen 45, der über eine Stoßstange 48 den Hebel 28 beeinflußt. Ein öffnen des Einlaßventils 27 kann natürlich erst dann eintreten, sobald der Druck in den Räumen 26 und 29 annähernd gleich geworden ist, was im unteren Totpunkt des Kolbens 15 eintritt. Vorher federt der Bolzen 45 zurück und hält nur den Hebel 28 unter Spannung.

Damit beim Anlaufen des Motors vom Stillstand die Flüssigkeit nicht ungehindert vom Druckraum an einem offenen Auslaßventil 30 vorbei in den Saugraum übertreten kann, sind über jede Gruppe von Stoßstangen 32 der Auslaßventile 30 sich erstreckende Platten 49 vorgesehen, die gegen ausgefräste Kanten 50 der Stoßstangen 32 wirken und durch eine nicht näher gezeigte Bewegung nach außen alle Auslaßventile 30 des Flüssigkeitsmotors abschließen.

Die beiden Saugleitungen 25 und die beiden Druckleitungen 26 sind jeweils untereinander verbunden, um die Druckschwankungen in diesen Räumen möglichst gering zu halten. Im Saugraum ist zu diesem Zwecke ferner, wie schon weiter oben erläutert, noch der durch eine Feder belastete Kolben 22 im Hilfspumpenraum vorgesehen, während der Druckraum groß genug ist, durch die elastische Raumverminderung der Betriebsflüssigkeit bei hohen Drücken einen genügenden Ausgleich zu bewirken.

LTm einen übermäßigen Druckanstieg in der Druckleitung zu verhindern, ist ein Sicherheitsventil vorgesehen, welches aus einem durch eine starke Feder 51 belasteten Stempel 52 besteht, der eine mit dem Druckraum 26 in Verbindung stehende Öffnung 53 go geschlossen hält. Die abströmende Flüssigkeit wird durch eine nicht näher gezeigte Ableitung in die Saugleitung 25 überführt, so daß auch bei starkem Abströmen, z. B. bei hydraulischer Bremsung, die Hilfspumpe nicht zuviel nachfördern muß.

Um eine unmittelbare Verbindung der Pumpen- mit der Motorenwelle herzustellen, ist eine mit zahnförmigen Aussparungen versehene Kupplungsmuffe 54 verschiebbar auf einem Ende der Motorenwelle 3 angeordnet, welche bei einer Verschiebung nach links (Abb. 1) eine starre Verbindung mit der Pumpenwelle 1 herstellt. Um die Verschiebung zu bewirken, ist ein Schalthebel 55 vorgesehen, welcher in dem Drehpunkt 56 an dem Gehäuse 8 angelenkt ist. Zum Bewegen dieses Hebels dient ein hydraulischer Kolben 57, dessen Kolbenstange 58 mit dem Hebel 55 verbunden ist; Druckflüssigkeit kann nach Belieben durch die Leitungen 59 und 60 auf die eine oder andere Seite des Kolbens einwirken. Für den Fall des Versagens der hydraulischen Kraftübertragung kann der Hebel 55 auch mechanisch bewegt werden, so daß dann dem Fahrer immer noch der unmittelbare Gang zur Verfügung steht.

Die mit den beiden Enden des Kupplungszylinders in Verbindung stehenden Leitungen 5.9 und 60 sowie die Saugleitungen 25 werden durch einen in den Abb. 3 bis 5 gezeigten Wechselhahn in bestimmter Reihenfolge mit

der Hilfsleitung 2i bzw. einer in das Gehäuse "führenden Ablauf leitung 61 in Verbindung gebracht.

Bei den mit den Ziffern I, II, III und IV bezeichneten Stellungen des Wechselhahns tritt nacheinander folgende Verbindung der verschiedenen Räume ein:

I bis ο ist der Normallauf, bei welchem die Hilfsleitung 21 mit der Satrgleiturig 25 in freier Verbindung steht. Die Verbindung 60 nach der das Kuppeln bewirkenden Seite des hydraulischen Zylinders ist mit dem Ablauf 61' verbunden. ^:. "" ' ' ^:

Bei der Stellung II bis ο ist die Saugleirung 25 mit der Ableitung61 in Verbindung gesetzt, die Zylinderräume der Pumpe und des Motors werden drucklos und die Kolben lösen sich von den Schiebern ab. Die das Kuppeln bewirkende Leitung 60 steht mit der Hilfsleitung 21 in Verbindung, die Kupplungsmuffe 54 wird verschoben und stellt die unmittelbare Verbindung her.

Bei der Stellung III bis ο bleibt die Saugleitung 25 mit dem Ablauf 61 in Verbindung. Die das Kuppeln bewirkende Leitung 60 ist gleichfalls mit dem Ablauf 61 verbunden, während die Leitung 59 mit der Hilfsleitung 21 in Verbindung steht und das Entkuppeln bewirkt.

Bei der Stellung IV bis ο ist die Hilfsleitung 21 ohne Verbindung mit den verschiedenen Leitungen.

Der Wechselhahn ist mit der die Verdrehung der Steuerwelle bewirkenden Schieberstange 39 derart gekuppelt, daß die Bewegung von I auf II erst nach allmählicher Verkleinerung der Schluckfähigkeit (also vergrößerter Drehzahl) des Motors, also bei Gleichheit der Drehzahlen der Pumpen- und Motorenwelle, stattfinden kann.

Bei kleinen Leistungen wird man natürlich den Kupplungshebel unmittelbar z. B. durch weiteres Verschieben der Schaltwelle für die Steuerung und nicht hydraulisch bewegen; dadurch ergeben sich entsprechende Vereinfachungen in den Hilfseinrichtungen des Getriebes.

Bei einer Verdrehung der Steuerkurven um i8o° wird der Drehsinn des Motors umgekehrt. Diese Eigenschaft des Motors läßt sich in günstiger Weise für eine kräftige Bremswirkung ausnützen, da dann die Motorenstempel Flüssigkeit aus der Saugleitung entnehmen und unter hohem Druck in die Druckleitung liefern.

Der Öffnungsquerschnitt 53 des Überströmventils muß für den Bremsfall und der dabei abzuführenden Flüssigkeitsmenge entsprechend groß ausgebildet sein. Für diesen Fall ist außerdem die Ausbildung der Zylinderventilsteuerung nach Abb. 8 vorteilhaft, bei welcher der Steuerschieber 48 auf einen Arm eines Winkelhebels 66 einwirkt. Der Winkelhebel dreht sich um einen im Körper 9 bzw. 10 befestigten Stift 67 und legt sich bei einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Drehung gegen eine Schulter des Einlaßventils 27 und sucht dieses zu öffnen. Eine Feder 72 gibt dabei die zum Offenhalten des Einlaßventils 27 notwendige Kraft. Bei einer Bewegung im Uhrzeigersinne wird, ohne Beeinflussung des Einlaßventils, eine Stoßstange 68 verschoben, welche einen Hebel 69 bewegt, der über eine Scheibe 70 und eine Feder 71 das Auslaßventil 30 zu schließen trachtet. Auf diese Weise wirkt abwechselnd auf beide Ventile eine Kraft, die das Einlaßventil zu öffnen und das Auslaßventil zu schließen trachtet.

Die Vereinigung von Saug- und Druckventil in einer senkrecht zum Kolben eingebauten Hülse hat fabrikationstechnisch den großen Vorteil, daß diese in axialer Richtung druckausgeglichene Hülse eingepreßt oder besser noch eingeschrumpft werden 8g kann, wodurch eine sehr einfache, völlig leck-; freie Verbindung der Kolben mit Saug- und Druckraum geschaffen wird.

Anstatt zwei um i8o° versetzte Zylinderreihen vorzusehen, können auch nur eine einzige oder mehrere entsprechend versetzte Zylinderreihen vorgesehen sein.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsgetriebe mit Flüssigkeitskolbenpumpe und Flüssigkeitskolbenmotor und veränderbarer Drehzahl des Motors, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsübertragung von der Welle auf die Kolben bzw. umgekehrt durch entsprechend geführte.Schieber (12) erfolgt.

2. Flüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber mit den Wellen lediglich durch Wälzbe- ■ rührung verbunden sind, indem Ringe (11), die in an sich bekannter Weise unter Vermittlung von Wälzkörpern auf Exzentern der Wellen gelagert sind, sich an den Innenflächen der Schieber abwälzen.

3. Flüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, insbesondere bei unmittelbarem Zusammenbau von Pumpe und Motor, die Kolben in einer Reihe mit einer parallel zu der Reihe sich erstreckenden, für alle Kolben gemeinsamen Saug- und Druckleitung angeordnet sind.

4. FlüssigkeitsgetriebenachAnspruch3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des die Verbindung mit den Saug- und

Druckleitungen ermöglichenden Ventilgehäuses ungefähr in der Achse des Kolbens und zugleich in einer zur Achse der Getriebewelle senkrecht stehenden Ebene liegt.

5. Flüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse axial entlastet ist und durch Preß- bzw. Schrumpfsitz an seinem Platz gehalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen