DE69018017T2 - Stufenloses hydrostatisches Radialkolbengetriebe. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenloses hydrostatisches Getriebe, das in bezug auf die z.Zt. im Handel erhältlichen Getriebe gleichen Typs, und insbesondere in bezug auf das in dem Patent GB-A-1 190 114 im Namen der Société VAR-SPE di Speggiorin & C. s.a.s. beschriebene Getriebe, perfektioniert ist.
• Die in dem vorgenannen Patent beschriebene Vorrichtung besitzt eine Pumpe mit radialen Kolben und einen ebenfalls mit radialen Kolben ausgerüsteten Hydraulikmotor; zwischen diesen beiden Elementen, die untereinander durch die Abtriebswelle verbunden sind, wird eine Flüssigkeitszirkulation aufrechterhalten, die Kanäle durchströmt, die sich in der mittleren Welle befinden. Die variable Exzentrizität der Pumpe und/oder des Hydraulikmotors erlaubt Variationen der Geschwindigkeit der Abtriebswelle.
• Obwohl das oben beschriebene Getriebe in seinem Anwendungsbereich in der Praxis einen großen Erfolg verzeichnen konnte, insbesondere auf dem Gebiet der geringen und mittleren Kräfte, hat es gewisse Nachteile entwickelt, die durch Anwendung des Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung überwunden werden konnten.
• Einer der Nachteile, der vermieden werden konnte, bestand insbesondere in einem überdurchschnittlichen Verschleiß der Köpfe der kleinen Radialkolben der Pumpe und des Hydraulikmotors, wobei dieser Verschleiß, der insbesondere durch hohe Geschwindigkeiten bedingt war und häufiges Auswechseln der Gleitsegmente der Kolben notwendig machte, Zeitverluste und Kosten für die Demontage und darauffolgende Wiedermontage des Getriebes im Inneren der Mechanik-Aggregate, in die es eingesetzt wird, verursachte.
• Ein anderer Nachteil des in dem oben erwähnten Patent beschriebenen Getriebes ergibt sich durch die beträchtlichen Herstellungskosten der Zentralgruppe, die die Drosselpumpe enthält, wobei sich dieser Preis in hohem Maße auf die Gesamtkosten der Anordnung auswirkt.
• Außerdem wird diese Art des Getriebes als relativ geräuschvoll bezeichnet, insbesondere bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten in bezug auf starke Übersetzungskräfte.
• Bei diesem Getriebe-Typ trat infolge extremer Überhitzung eine Blockierung der mit der Verteilerwelle verbundenen Kugellager auf.
• Alle diese Nachteile werden bei dem erfindungsgemäß perfektionierten Getriebe vermieden, das auch insbesondere viel geräuschärmer und wirtchaftlicher als das bisher bekannte Getriebe arbeitet und obendrein auch geringere Abnutzung zeigt insbesondere im Verlauf des Gleitens zwischen den Radialkolben und den Dichtungssegmenten.
• Insbesondere bedeutet die Anwesenheit der automatisch im Gleichgewicht gehaltenen Frontverteiler auf dem Kopf der Rotoren, die in bezug auf den Gehäuserahmen fest montiert sind, eine unbestreitbare Perfektionierung in bezug auf den funktionellen und wirtschaftlichen Charakter des erfindungsgemäßen Getriebes.
• Das erfindungsgemäße stufenlose hydrostatische Radialkolbengetriebe wird im Anspruch 1 beschrieben.
• Die beiliegende Zeichnung, die Ausführungsbeispiele zeigt, dient zum besseren Verständnis der Erfindung, der charakteristischen Merkmale, die sie darstellt sowie der Vorteile, die sie bietet:
• Fig. 1 ist ein axialer Längsschnitt der Anordnung.
• Fig. 2 bis 6 sind Transversal-Schnitte gemäß der bei II-II, III-III, IV-IV, V-V und VI-VI angegebenen Ebenen in Fig. 1
• Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Antriebswelle 1 mit der Abtriebswelle 2 durch hydrodynamische Übertragung verbunden und solidarisch mit dieser angeordnet. Die Antriebswelle 1 ist mit dem Rotor der Pumpe 3 solidarisch verbunden, während die Abtriebswelle 2 mit dem Rotor des Hydraulikmotors 4 solidarisch verbunden ist. Die Antriebswelle 1 und der Rotor der Pumpe 3 sind im Inneren von Wälzlagern 5 und 6 drehbar gelagert, während die Abtriebswelle 2 und der Rotor des Hydraulikmotors 4 ihrerseits in Wälzlagern 7 und 8 drehbar gelagert sind.
• Der Rotor der Pumpe 3 enthält radiale zylindrische Ausnehmungen, in denen sich Kolben 9 verschieben, die - indem sie durch den Flüssigkeitsdruck nach außen gedrückt werden - gegen den Innenring 10 eines Wälzlagers 11 stoßen, dessen Außenring 12 mit dem Gehäuserahmen 13 solidarisch verbunden und quer zu diesem verschiebbar angeordnet ist, wie besser aus Fig. 2 ersichtlich.
• Auf ähnliche Weise enthält der Rotor des Hydraulikmotors 4 (Fig. 5) radiale zylindrische Ausnehmungen, in deren Innerem die Kolben 14 gleiten, die - indem sie durch den Flüssigkeitsdruck nach außen gedrückt werden - gegen den Innenring 15 des Wälzlagers 16 stoßen, dessen Außenring 17 solidarisch mit dem Gehäuserahmen 13 verbunden ist.
• Die Kolben 9 sowie die Kolben 14 können gemäß den Schräg-Orientierungen in bezug auf die senkrechten Ebenen auf der Achse der Maschine angeordnet werden, um die besonderen Roll-Bedingungen erfüllen zu können.
• Wenigstens eines der Wälzlager 11 und 16 kann eine variable Exzentrizität besitzen.
• Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Außenring 12 des Wälzlagers 11 beispielsweise an dem Manövrierring 18 befestigt, der auf dem Drehzapfen 19 gelenkig gelagert ist, indem er quer zur Längsachse der Maschine verschiebbar angeordnet ist mittels des Antriebssystems, das durch den Kugelkopf-Zapfen 20 gebildet wird, der durch die Muffe 21 festgehalten wird, in deren Gewindebohrung die Schraube 22 montiert ist; die Zylinderteile 23 und 24 der Muffe sind drehbar im Inneren von auf dem Gehäuserahmen 13 angebrachten Öffnungen angeordnet und können durch einen kleinen Handgriff 25 in Rotation versetzt werden.
• Eine Veränderung der Exzentrizität des Wälzlagers 11 löst eine entsprechende Veränderung des Maximal-Weges aus, den die Kolben 9 im Inneren der entsprechenden zylindrischen Ausnehmungen zurücklegen, und somit eine Veränderung der Zylindrizität jedes Kolbens.
• Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel zeigt der Hydraulikmotor 4 eine konstante Exzentrizität, während die Rotationspumpe 3 eine variable Exzentrizität zeigt, und zwar sowohl in dem einen als auch im anderen Sinne.
• Es ist ohne weiteres verständlich, daß auch der Hydraulikmotor 4 seinerseits mit variabler Exzentrizität angeordnet sein kann mittels einer der Pumpe 3 entsprechenden Vorrichtung.
• Jede der radialen zylindrischen Ausnehmungen der Pumpe 3 oder des Hydraulikmotors 4 ist auf dem Niveau der axialen Bohrungen 26 (Fig. 2) bzw. 27 (Fig. 5) vorgesehen, die mit den Durchlaßöffnungen 28 und 29 (Fig. 1), kommunizieren können, was insbesondere aus Fig. 6 gut ersichtlich ist, mit Frontverteilern 30 und 31 (Fig. 1), die ihrerseits über die Öffnungen der Kanäle 32 und 33 (Fig. 4) mit den entsprechenden radialen zylindrischen Ausnehmungen des Hydraulikmotors 4 (Fig. 1) verbunden sind.
• Die Längskanäle 32 und 33 sind durch die quer verlaufenden Kanäle 34 und 35 (Fig. 4) mit einer Kammer 36 verbunden, die beispielsweise durch die Rückschlagventile 37 und 38 mit der Staukammer einer Drosselpumpe 39 (Fig. 3) verbunden ist. Diese Rückschlagventile 37 und 38, die normalerweise durch Federn geschlossen gehalten werden, wirken alternativ auf die Pumpe 3, je nach dem, ob der Hydraulikmotor 4 sich in dem einen oder anderen Sinn dreht, und zwar in Übereinstimmung mit einer Exzentrizität, die in bezug auf diejenige der Pumpe 3 identisch oder gegensinnig ist.
• Die Drosselung des Kreislaufs durch die Pumpe 39 (Fig.3) findet in der Tat stets auf der Ebene der Kanäle statt, die die Flüssigkeit vom Hydraulikmotor 4 zur Pumpe 3 hinführen, die durch einen Rotor gebildet wird, der mit radialen Ausnehmungen versehen ist, in denen sich die Rollkörper 40 verschieben, wobei der Rotor mittels eines Befestigungsstiftes 41 mit der Antriebswelle 1 verbunden ist.
• Die Ansaugkammer 42 (Fig. 3) der Drosselpumpe 39 ist über einen Ansaugkanal 43 mit einer Kammer 44 (Fig. 4) verbunden, die auf der Grundfläche des Gehäuserahmens 13 angeordnet ist, wobei diese Kammer als Reservoir für die Flüssigkeit dient.
• Ein Rückschlagventil 45 (Fig. 4), das durch eine Feder 46 gechlossen gehalten wird, die mit einer Schraube 47 verbunden ist, erlaubt den Rückstau der überschüssigen Abflußmenge der Drosselpumpe 39 (Fig. 3) über einen Kanal 48 bis in ein Reservoir 44.
• Ein Kanal 49, der durch ein Absperrventil mit Schraube 50 geschlossen ist, kommuniziert mit einer Rückstaukammer 51 der Drosselpumpe 39 und gestattet die eventuelle Montage eines Manometers zur Messung des Flüssigkeitsdrucks im Inneren dieser Kammer 51, wodurch außerdem der Abzug der Druckflüssigkeit zur Speisung beispielsweise der Servo-Mechanismen zur Steuerung und Regulierung des Getriebes bewirkt wird.
• Rückschlagventile 52 und 53 (Fig. 4) bestimmen den Maximaldruck der Flüssigkeit in dem vorgenannten Kreislauf. Diese Rückschlagventile werden geschlossen gehalten durch geeichte Federn 54 und 55, wodurch der Rückstau der Flüssigkeit in der unter dem Zylinderkörper 56 angeordneten Kammer 44 bewirkt wird, falls - beispielsweise durch einen unvorhergesehenen Stillstand des Hydraulikmotors - der Druck der Flüssigkeit extreme Werte anzunehmen droht.
• Gemäß einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes wird die Möglichkeit vorgeshen, daß die Abdichtung zwischen den Frontverteilern 30 und 31 und den Kanälen 32 und 33, die in dem festen Zentralkörper der Vorrichtung angeordnet sind, durch kleine Kolben mit Dichtungssegmenten 57 gewährleistet wird, die mit Federn 58 (Fig. 1) verbunden sind.
• Die Funktionsweise des Getriebes ist leicht verständlich durch Studium der Zeichnungen, auf die sich die vorangehende- Beschreibung bezieht.
• Sobald die Antriebswelle 1 in Rotation versetzt worden ist, überträgt sie die Bewegung der Drosselpumpe 39, die die Druckbeaufschlagung des Hydraulikkreislaufs der Vorrichtung über die Rückschlagventile 37 und 38 bewirkt, indem sie Flüssigkeit im unteren Reservoir 44 ansaugt.
• Nach einigen Umdrehungen füllt die unter Druck stehende Flüssigkeit die durch die kleinen Kolben 9 der Pumpe 3 und die kleinen Kolben 14 des Hydraulikmotors 4 geschlossenen zylindrischen Kammern vollständig aus. Dieser letztere beginnt im Gegensinn zu demjenigen der Pumpe 3 zu rotieren, falls seine Exzentrizität mit derjenigen der Pumpe 3 koinzidiert.
• Gemäß dem durch den Pfeil 59 von Fig. 3 angegebenen Rotationssinn verschieben sich die kleinen Kolben 9 vom oberen Halbkreis nach außen, teils unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft oder teils unter der Einwirkung der Flüssigkeit, die in die entsprechenden Zylinder über die Bohrungen 26 eindringt, bis in das Innere des Kanals 32, wodurch ihre Zufuhr zum Hydraulikmotor gewährleistet wird, wo das Phenomen in genau umgekehrter Art und Weise wiederholt wird.
• Durch das Variieren der Exzentrizität der Pumpe wird die darin befindliche Durchflußmenge verändert, wodurch eine Variation der Drehzahl des Hydraulikmotors erreicht wird.
• Präziser ausgedrückt, erzeugt ein Ansteigen der Exzentrizität der Pumpe 3 eine stärkere Durchflußmenge der Hydraulikflüssigkeit und daher ein Ansteigen der Drehzahl des Hydraulikmotors. Umgekehrt ruft eine Verringerung der Exzentrizität der Pumpe in entsprechender Weise ein Absinken der Drehzahl des Motors hervor.
• Falls die Exzentrizität der Pumpe annuliert wird, kommt der Hydraulikmotor zum Stillstand, während bei Wirkung derselben Exzentrizität auf die entgegengesetzte Seite der Rotationssinn des Motors sowie der Abtriebswelle umgekehrt wird.
• Auf diese Weise werden die Kolben 9 des unteren Halbkreises durch die Flüssigkeit wirksam nach außen gedrückt, die aus den Bohrungen 26 und dem Kanal 32 austritt, während die Kolben des oberen Halbkreises die Flüssigkeit über die Bohrungen 26 in den Kanal 33 und zum Hydraulikmotor 4 leiten.
• Gemäß einem weiteren speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Exzentrizität des Hydraulikmotors selbst variabel gehalten werden, um so eine Drehzahl der Abtriebswelle zu erhalten, die größer ist als die der Antriebswelle, ohne irgendeine andere Begrenzung, und dieses sowohl in dem einen Sinne als auch in dem anderen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert im wesentlichen bei konstanter Leistung, selbstverständlich unter Verringerung von Reibungsverlusten oder Öl-Drosselung innerhalb bestimmter Grenzen, die durch die Dimensionierung der Maschine gesetzt sind, und zwar bis zu Druckwerten, die durch die Eichung der Rückschlagventile 52 und 53 von Fig. 4 festgelegt werden.
• Diese Sicherheitsventile 52 und 53 gewährleisten, daß bei einem unvorhergesehenen Stillstand der Abtriebswelle die Flüssigkeit keine gefährlichen Werte erreichen kann.
• Es versteht sich von selbst, daß das Getriebe auch andere Ausführungsformen haben kann als die soeben beschriebenen. Beispielsweise kann die Pumpe vom Hydraulikmotor getrennt werden, um an diesen durch die Kanäle angechlossen zu werden. Außerdem kann vorgesehen werden, daß der Ausgang der Abtriebswelle senkrecht zur Antriebswelle ausgerichtet ist.
• Die mit dem erfindungsgemäß perfektionierten Getriebe erreichten Vorteile sind offensichtlich; sie sind im wesentlichen zurückzuführen auf den Wegfall des Einwirkens mechanischer Verbindungsteile (z.B. vom Typ Oldham) sowohl auf die Antriebswelle als auch auf die Abtriebswelle, auf die Position der Drosselpumpe, die am Kopfteil der Maschine plaziert ist und somit zugänglich für Wartungs- und Austauscharbeiten, auf die spezielle Anordnung radial verschiebbarer Rollkörper, die der Zentrifugalkraft unterworfen sind, sowie auf die Lagerung dieser Rollkörper auf trapezförmigen Sitzen, was den Reibungswiderstand jedes Rollkörpers gegen die äußere Erzeugende erleichtert.
• Die als Plättchen ausgebildeten und selbsttätig im Gleichgewicht gehaltenen Frontverteiler erhöhen den durch den Druck erzeugten Reibungswiderstand, wobei der Druck vom Motordrehmoment und vom Lastmoment abhängt.
• Die mit den Federn 58 verbundenen Segmentkolben 57 sorgen für die Abdichtung zwischen den Frontverteilern 30 und 31 und den Kanälen 32 und 33.
• Ein Vorteil des Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung besteht in der Tatsache, daß die austarierten Federn 54 und 55 den Rückstau der Flüssigkeit in der unter dem Zylinderkörper 56 angeordneten Kammer 44 gestatten, wenn der Flüssigkeitsdruck gefährliche Werte anzunehmen droht.

Claims (7)

1. Stufenloses hydrostatisches Radialkolbengetriebe, enthaltend eine Pumpe (3) und einen Hydraulikmotor (4), die beide in einem Gehäuserahmen (13) angeordnet und mit rotierenden Kolben (9 und 14) ausgerüstet sind, die durch den Druck der Flüssigkeit nach außen auf die Innenringe (10 und 15) von Wälzlagern (11 und 16) mit variabler Exzentrizität gedrückt werden, dadurch gekennzeichnet,

- daß Frontverteiler (30 und 31), die in bezug auf den Gehäuserahmen (13) fest angeordnet und mit Kanälen (32 und 33) verbunden sind, die im Inneren eines zentralen Zylinderkörpers (56) vorgesehen sind, der in bezug auf den Gehäuserahmen (13) fest angeordnet ist, über Axialbohrungen (26 und 27) mit den radialen zylindrischen Ausnehmungen verbunden sind, in denen sich die Kolben (9 und 14) der Pumpe (3) bzw. des Hydraulikmotors (4) verschieben, indem sie dem Hydraulikmotor (4) gestatten, sich im gleichen Sinn oder im Gegensinn in bezug auf die Pumpe (3) zu drehen, unter der Wirkung einer Exzentrizität, die in bezug auf diejenige der Pumpe (3) identisch oder gegensinnig ist;

- daß eine Drosselpumpe (39) auf einem Kopf des Gehäuserahmens angeordnet ist, die der Pumpe (3) entspricht, wobei die Drosselpumpe (39) über einen Ansaugkanal (43) mit einer Kammer (44) verbunden ist, die auf einer Grundfläche des Gehäuserahmens (13) angeordnet ist, wobei die Kammer als Reservoir für die Flüssigkeit dient, und

- daß ringförmige Dichtungsmittel, die durch kleine mit Federn (58) versehene Segment-Kolben (57) gebildet werden, in den Frontverteilern (30 und 31) vorgesehen sind, um den Durchfluß der Flüssigkeit von der Pumpe (3) zum Hydraulikmotor (4) über die Kanäle (32, 33) zu gestatten.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Manövrierring (18) auf einem Drehzapfen (19) angeordnet ist, wobei der Manövrierring (18) einen Außenring (12) des Wälzlagers (11) trägt, daß ein Innenring (10) des Wälzlagers (11) mit den Kolben (9) der Pumpe (3) in Berührung steht, daß sich der Manövrierring (18) in bezug auf die Rotationsachse des Getriebes mittels eines Antriebssystems, das durch einen Kugelkopf-Zapfen (20) gebildet wird, der durch eine Muffe (21) festgehalten wird, in deren Gewindebohrung eine durch einen kleinen Handgriff (25) betätigbare Schraube (22) angeordnet ist, quer verschieben läßt, wobei das Antriebssystem eine Variation der Exzentrizität des Wälzlagers (11) verursacht und demzufolge eine Variation, die dem Maximal-Umlauf entspricht, der durch die Kolben (9) bewirkt wird, und auf diese Weise eine Variation des Hubraums jedes einzelnen Kolbens.

3. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialkolben (9 und 14) der Pumpe (3) bzw. des Hydraulikmotors (4) gemäß den leicht schräg orientierten Ebenen in bezug auf die senkrechten Ebenen zur Rotationsachse des Getriebes verschoben werden.

4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem feststehenden Zentralkörper (56) Rückschlagventile (52 und 53) angeordnet sind, die den Maximaldruck der im Kreislauf befindlichen Flüssigkeit bestimmen, sowie Rückschlagventile (37 und 38), die normalerweise durch Federn geschlossen sind und die alternativ wirken, je nach dem, ob sich der Hydraulikmotor (4) im gleichen Sinn dreht oder im Gegensinn in bezug auf die Pumpe, und dies je nach dem, ob die Exzentrizität identisch oder entgegengesetzt ist, bezogen auf diejenige der Pumpe (3).

5. Getriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Manövrierring (18) zur Regelung der Exzentrizität der Pumpe (3) sowie derjenige, der zufälligerweise den auf dem Drehzapfen (19) angeordneten Hydraulikmotor (4) betätigt, durch das Antriebssystem verchoben werden kann, um die Exzentrizität der Pumpe (3) und möglicherweise diejenige des Hydraulikmotors (4) aus einer Maximalposition in einem Sinn in eine andere Maximalposition im Umkehrsinn zu verändern, um auf diese Weise die Rotationsgeschwindigkeit des Hydraulikmotors in einem Sinn sowie im Umkehrsinn in bezug auf denjenigen der Pumpe, innerhalb weiter Grenzen zu verändern.

6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (3) mit der Antriebswelle (1) solidarisch verbunden ist, und daß die Bohrungen (26) mit den Durchlaßöffnungen (28 und 29) des Frontverteilers (30) kommunizieren.

7. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (27) des Rotors des Hydraulikmotors (4) mit Durchlaßöffnungen (29) des Frontverteilers (31) kommunizieren.