DE876349C - Hydraulisches Getriebe als Drehzahl- und Drehmomentwandler - Google Patents

Description

• Hydraulisches Getriebe als Drehzahl- und Drehmomentwandler Die Erfindung betrifft eine weitere Ausbildung und Verbesserung des hydraulischen Getriebes nach Patent 863 577, bei dem Pumpenteil und Motorteil in einem .gemeinsamen Rotorkörper untergebracht sind, die Förderleistung der Pumpe automatisch in Abhängigkeit von der abtriebsseitigen Drehzahl eingestellt wird und die Regelung der Drehzahl- und Drehmomentwandlung motorseitig erfolgt.
• Die Erfindung besteht darin, daß die in dem Rotorkörper untergebrachten Pumpenkolben und Motorkolben axial angeordnet sind. Diese Anordnung ist so getroffen, daß die durch die druckbeaufschlagten Kolben erzeugten Reaktionskräfte innerhalb des umlaufenden Systems und Rotorkörpers aufgefangen werden, so daß die Lager des Rotorkörpers nicht die entstehenden großen Kräfte aufzunehmen haben. Durch die Erfindung werden wesentliche Vorteile erreicht, wie bedeutend geringere Abmessungen des Getriebes, wesentlich kleinere Massen, Verbesserung des Wirkungsgrades, Erhdhung :des Bereiches der Drehzahl- und Drehmomentwandlung und vereinfachte Fertigung.
• In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
• Fig. i zeigt einen Längsschnitt der einen Ausführungsform, F ig. 2 einen senkrechten Schnitt nach Linie II-11 der Fig. i, Fig. 3 einen Querschnitt des Rotorkörpers nach Linie III-III der Fig. i, Fig. q. einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform und Fig. 5 einen waagerechten Schnitt nach Linie V-V der Fig. d.. In. dem .Gehäuse i ist der Rotor 4 mittels der Lager 71, 72 gelagert. Der Antrieb erfolgt durch eine Antriebsihülse 73, in die beispielsweise ider (nicht gezeichnete) Wellenstumpf eines Elektromotors eingreift. An der Antriebsseite hat der Rotor 4 einen hohlen Wellenzapfen 74, mit .dem idie Abtriebswelle zo2-in irgendeiner geeigneten Weise gekuppelt wird.
• Axial im Rotor 4 ist in einem inneren Kreis eine Anzahl Zylinderbohrungen 75 mit Pumpenkolben76 angeordnet, welche: die Pumpe des Getriebes bilden, und in einem äußeren Kreis eine Anzahl Zylinderbohrungen 77 mit Motorkolben 78, welche den Motor res Getriebes bilden.
• Die Antriebshülse 73 ist mit einem Lager 79 im Gehäuse i mit einem Lager 8o in einer am Rötorkörper an.geflansdhten Kappe 86 gelagert. Sie trägt ein schräges Axiallager 81 mit Lagerdruckring 82, gegen den,die Kolbenköpfe 83 der Pumpenkolben 76 anliegen. Entsprechend dem jeweils erforderlichen Kolbenhub ist das Lager 81 schräg zur Rotorachse angeordnet, so daß bei der Drehung der angetriebenen Hülse 73 diese mittels eines an ihr befestigten über die Kolbenköpfe greifenden Mitnehmerringes 84 während i8o° Umdrehung die Pumpenkolben 76 aus den Zylinderbohrungen 75 herauszieht, wodurch das Betriebsmittel, z. B. C51, in die: Zylinderräume angesaugt wird. Bei der weiteren Umdrehung um 18o° werden die Kolben 76 wieder in die Zylinder 75 hineingedrückt und das C)1 aus diesen ,du.roh die Kanäle 85 herausgepreßt, von wo es, wie weiter unten beschrieben ist, den Motorzylindern 77 zugeleitet wird.
• Der bei der Pumpenarbeit- entstehende axiale Druck auf das Schräglager 81 und die Hülse 73 wird vom Lager 8o auf die Kappe 86 übertragen und von dieser aufgefangen: Die Kolbenköpfe 83 besitzen eine kugelige Fläche, die sich auf dem Lagerdruckring 82 nach radialer und tangentialer Richtung so abwälzt, daß keinerlei gleitende Bewegung eintritt, die bei den höhen Drücken zu Reibungsverlusten und zum Fressen führen würde.
• Das 01 wind aus dem Ölbehälter 87 des Getriebegehäuses angesaugt und in diesen zurückgefördert. Die Ansaugeleitung 88 und .die Rückleitung 89 sind an- eine auf ,dem Rotor -4 angeordnete stillstehende Büdhse 9o angeschlossen. Das angesaugte 01 wird von einem zwischen Büchse 90 und Rotor befindlchen Ringkanal gi durch eine radiale Bohrung 92 zu einem Ringkanal 93 geleitet, der in einer axialen Bohrung des Rotors, .die eine Steuerwelle 94 aufnimmt, .ausgebildet ist. Von dem Ringkanal 93 gelängt das 01 durch einen -auf dem halben Umfang der Steuerwelle 94 angebrachten Steuerschlitz 95 und eine radiale Bohrung 96 des Rotors in den Zylinderraum 75 -der Pumpe.
• Druckseitig wird das Drucköl aus dem Zylinderraum 75 in -einer Stellung des Rotors, in der der Ansaugeschlitz 95 und die Bohrang 96 geschlossen sind, durch, die Bohrung 85 des Rotors in einen Steuerschlitz 97, der auf dem halben Umfang der Steuerwelle 94 angebracht ist, und weiter in eine a`xiäle Bohrung 98 ,der Steuerwelle gedrückt. Von hier gelangt das Drucköl durch Bohrungen 98' in einen Ringkanal 99 einer Steuerbüchse ioo, in deren Hohlraum ioi :das Ende der Steuerwelle 94 mit schließendem Laufsitz liegt. Eine schaftförmige Verlängerung zog der Steuerbüchse ist an der Abtriebsseite des Rotors nach außen geführt und wird hier in irgendeiner Weise gegen Verdrehung festgehalten.
• In der Ebene ,des Ringkanals 99 besitzt die Steu-erbüdhse ioo einen auf dem halben Umfang verlaufenden Steuerschlitz 103. Von hier wird das Drucköl durch eine radiale Bohrung 104, eine axiale Bohrung io5 und eine radiale Bohrung io6 des Rotors in den Motorzylinder 77 gefördert, wodurch im Bereich von i8o° Umdrehung ein hydraulischer Druck auf die Motorkolben 78, die mit ihren Köpfen an einer Schrägscheibe io7 anliegen, ausgeübt wird.
• Hat ein Kolben 78,die i 8o° Druckbeaufschlagung überschritten, so wird er durch die Schrägscheibe 107 in den Zylin:d-erraum 77 zurückgedrückt. Dabei wird das C)1 praktisch drucklos :durch .die Kanäle io6, io3 und Bohrungen io8 in einen Kanalschlitz iog gefördert, der auf dem halben Umfang der Steuerbüchse ioo angebracht ist. Von hier gelangt das C51 in .den Hohlraum ioi der Steuerbüchse, durch Bohrungen in einen Ringraum iiö und schließlich durch Bdhrung i i i und einen Ringkanal r i 2 des Rotors in die an die Büchse go angeschlossene, zum ölbehälter 87 gehende Rückleitung 89.
• Um zu verhüten, daß die druckbelasteten Kolben 78 des Motors, welche ,gegen die Schrägscheibe 107 drücken, eine zu dem Kolben radial gerichtete Kraftkomponente erhalten, wodurch die Führung des Kolbens im Zylinder ungünstig und auch Verschleiß, verursacht würde, ist folgende Anordnung getroffen: Jeder Motorkolben 78 :drückt gegen ein? Kugel 113, die in der Schrägscheibe 107 entsprechend eingelassen und .durch einen Haltering 114 gegen Herausfallen gesichert ist. Auf .diese Art treten bei den druckbelasteten Kolben immer nur axiale Kräfte auf.
• Zur Regelung der Drehzahl urid damit des Drehmomentes dient folgende Einrichtung: Die Schrägscheibe 107 ist auf einem auf dem Rotor befestigten kugeligen Ringii5 gelagert, so daß sie um den Mittelpunkt der Kugelfläche, der in der Rotorachse liegt, geschwenkt werden kann. Der von den Motorkolben 78 gegen die Schrägscheibe 107 ausgeübte Druck wird durch eine auf dem Rotor befestigte Gegendrucksdheibe 116 aufgenommen, auf die der Druck durch zwei zwischengeschaltete, aneinander anliegende Rollen 117, 118 übertragen wird, von denen die Rolle 117 gegen die Scheibe 107 und .die Rolle 118 gegen die Scheibe 116 drückt. Die Reaktion -der zwischen dem Rotorkörper und der Schrägscheibe 107 wirkenden Kolbenkräfte liegt also innerhalb -des Systems, so daß die Lagerung des Rotors keinerlei axiale Kräfte aufzunehmen hat. Die Rallen 117, 118 sind mit Zapfen im Gehäuse i gelagert. Die Lagerzapfen sollen lediglich die kleinen Kraftkomponenten der Rollen auffangen und bleiben von den eigentlichen Kolbendrüc 1:en unberührt. Diese Art der Abstützung der Sclirägseli-cibe 107 durch die Kolben 117, 118 hat de11 Vorteil, daß im Getriebe nur sehr geringe Verluste an Lager- und Wälzreibung auftreten und andererseits große axiale Kräfte aufgefangen werden können.
• Die Regelung der Drehzahl und damit der Drehmomente erfolgt durch entsprechendes Schwenken der Schrägscheibe 107. Zur Einstellung ist ein Steuerring zig angeordnet, der im Gehäuse i um Zapfen 120 schwenkbar gelagert ist. An dem Steuerring 119 sind oben und unten mittels Zapfen zwei Leitrollen 121 gelagert, die an der Schrägscheibe 107 anliegen. Sie nehmenden geringen Steuerdruck der umlaufenden Schrägscheibe 107 auf und fixieren die eingestellte Schräglage.
• Eine Vorrichtung zum Verstellen des Steuerringes ist für das Ausführungsbeispiel .der Fig..a. und 5 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind im Rotor zwei einander gegenüberliegende Motorkörper _ja und .Ib mit den zugehörigen Schrägscheiben 107a und i071' sowie den Steuerringen i iga und 1 i91' angeordnet. Die Ausführung dieser Teile stimmt grundsätzlich mit derjenigen der entsprechenden Teile des ersten Ausführungsbeispiels überein. Die Steuerringe tragen kugelige Zapfen 122. die in Kurvennu.ten:12-f einer Steuerscheibei23 eingreifen. Die Steuerscheibe ist ,am Umfang mit einem Zahnkranz 125 versehen, in den eine Schnecke 126 eingreift, deren Welle 127 dure11 ein Handrad 128 ,gedreht «-erden kann.
• Bei der Ausführungsform des Getriebes mit zwei einander gegenüberliegenden Motorkörpern heben sich die Reaktionskräfte der Kolben im Svstem so auf, .daß hei höherer Drehmomentleistung die Stützrollen 117, 118 nicht höher belastet werden. Diese Anordnung derMotoren gestattet dieUnterbringun.g der doppelten Anzahl Kolben, mit der proportional die Drehmomentabtriebsleistung bei nur geringer Verlängerung des Getriebegehäuses gesteigert werden kann.
• Die nach der Erfindung angewendete axiale Anordnung der Pumpen- und Motorkolben mit Auffangung der Axialkräfte durch Stützrollen bringt gegenüber den bekannten Systemen hydraulischer Getriebe den wichtigen Vorteil, daß das Getriebe eine bisher nicht erreichte sehr kleine Bauart zuläßt. Die :#"usbildung ,der die Kolbenkräfte übertragenden Teile ermöglicht zusammen mit der Verwendung der Stützrollen sehr hohe Betriebsdrücke und damit die Übertragung hoher Leistungen. Die verhältnismäßg kleinen rotierenden Massen gestatten die Anwendung hoher Umlaufdrehzahlen. Das wirkt sich günstig aus bei schnell laufenden Kraftquellen für den Antrieb, beispielsweise bei Fahrletl'gen.
• Einen «weiteren wichtigen Vorteil ergibt das Getriebe bei Fahrzeugen aller Art dadurch, daß beim Ausfahren der letzten Fahrstufe der Kraftfluß vom Antrieb über die Hülse 73 und den Rotor q. zum Abtriehszapfen 74. kraftschlüssig durch direkte mechanische Kupplung erfolgen kann. Das hydrau-IischeTriebwerk ist dabei vollkommen ausgeschaltet und drucklos, so daß dieses dann keinerlei Belastung und Verschleiß mehr unterworfen ist, andererseits eine fast iooo/oige Kraftübertragung ohne Verluste erfolgt. Zu diesem Zweck ist die Steuerwelle 94 mit einer Verzahnung 130 ausgerüstet (Fig. i), die durch Verschieben der Steuerwelle mit einer Innenverzahnung 131 zum Eingriff gebracht werden kann.
• Wo es darauf ankommt, daß die Drehschwingungen der Kraftduelle beimErreichen derhöchsten Abtriebsdrehzahl nicht auf den Abtrieb übertragen «-erden, kann das Getriebe so ausgeführt sein, daß es unter teilweiser Ausschaltung des hydraulischen Triebwerkes, insbesondere des Motorteiles, als hydraulische Kupplung wirkt. In diesem Fall ist also der Motorteil außer Betrieb und drucklos. Hierbei treten ebenfalls nur ganz geringe Verluste durch Lecköl auf, die beispielsweise nur i bis 1,5 % betragen können.
• Zu diesem Zweck wird die Steuerwelle 9.I ohne Kupplungsverzahnung ausgebildet (zu vbl. Fig..I) und so weit verschiebbar angeordnet, daß der Druckleitungsschlitz 97 der Steuerwelle 94. nicht mehr in der Ebene der Kanalbohrung 85 liegt, letztere also geschlossen ist. Damit wird das Drucköl in den druckbeaufschlagten Zylindern 75 .der Pumpe zurückgehalten, so daß die Pumpenkolben 76 geben axiale Bewegung gesperrt sind und die Pumpe als hydraulische Kupplung wirksam wird. Die Kompressibilität des Öls, andererseits eine geringe Öl- verdrängung in Spalte bei auftretenden Überdrücken haben eine elastisdlie Wirkung der Kupplung zur Folge, die vor allem den Einfluß der Vibrationen der Antriebsquelle ausschalten oder zumindest auf ein unschädliches Maß verringern.
• Diese hydraulische Kupplung kann auch dadurch bewirkt werden, ,daß nicht die Steuerwelle 94. verschoben wird, sondern die Steuerbüchse roo, deren Verlängerung i02 die erforderliche mechanische Betätigung leichter zuläßt. In .diesem Fall schließt die Steuerbüchse ioo den Druckkanal iod. der Steuerwelle ab, so,daß ,das Drucköl der Pumpe nicht in .die axiale Bohrung 1o5 des Rotors und den Motorteil gefördert wird. Damit wird die gleiche Wirkung, wie vorstehend beschrieben, erzielt.
• In beiden Fällen ist die Anordnung so, daß die Pumpe durch ,den Saugkanal 96 aus dem Steuerschlitz 95, welche noch geöffnet bleiben, das gegebenenfalls abgehende Lecköl, das sich als hydraulischer Verlust der Kupplung auswirkt, naclisaugen kann.
• Bei sehr hohen Drehzahlen der Antriebsquellen und niedrigen Abtriebsdre'hzahlen, wobei die Förderleistung der Pumpe unter Umständen sehr hoch wird, können die Ansaugquerschnitte der Kanäle infolge des begrenzten Raumes nur verhältnismäßig klein gehalten werden. Um die in diesem Fall auftretenden nachteiligen Ansang- bzw. Füllverluste in der Pumpe zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung eine Einrichtung getroffen, die automatisch mit abfallender Abtriebsdreh,zahl, also steigender Förderleistung der Pumpe, das Ansaugöl unter Druck einführt, der sich dabei automatisch der Förderleistung. im Ansaugsystem anpaßt. Zti diesem Zweck wird das abfließende Drucköl aus der Rückleitung 89 in die Düse 13a einer Strahlpumpe geleitet. In .die Düse r32 wird das Öl aus -dem Ölbehälter 87 angesaugt und unter Drucksteigerung in die Ansaugeleitung 88 des Getriebes ausgestoßen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Hydraulisches Getriebe als Drehzahl- und Drehmornentwandler, bei dem Pumpenteil und Motorteil in einem gemeinsamen Rotorkörper untergebracht sind, die Förderleistung der Pumpe automatisch in Abhängigkeit von der abtriebsseifigen Drehzahl eingestellt wird und die Regelung der Drehzahl- und Drehmomentwandlung motärseitig erfolgt, dadurch (gekennzeichnet, @daß die Pumpenzylinder (75) mit Pumpenkolben (76) und Motorzylinder (77) mit Motorkolben (78) axial im Rotor liegen. z. Getriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die druckbeaufschlagten Motorkolben (78) erzeugten Reaktionskräfte innerhalb ,des umlaufenden Systemas und des Rotors aufgenommen werden. 3. Getriebe nach Ansprüchen i und :2, dadurch .gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der Reaktionskräfte zwischen einer auf dem Rotor gelagerten Schrägscheibe (i07), .an der die Motorkolben angreifen, und einer auf dem Rotor axial fest angeordneten Gegendrucklaufscheibe (116) zwei aneinander anliegende Rollen (i z7, 118) eingeschaltet sind.. 4. Getriebe nach Ansprüchen i und 3, dadurch gekennzeichnet, @daß im Rotor ,zwei einander gegenüberliegende Motorkörper (4a, 4b) mit den zugehörigen Schrägscheiben (io7d, 107b) und -den zwischengeschalteten Stützrollen (z17; 118) angeordnet sind. 5. Getriebe nach Ansprüchen i und 3, dadurch gekennzeichnet, da;ß' die Schrägscheibe (107) auf einem auf dem Rotor befestigten, außen als Kugelkalotte ausgebildeten Ring (i15) gelagert ist, so daß sie um den in,der Rotorachse liegenden Mittelpunkt derKugelflächeschwenkbar ist. 6. Getriebe nach Ansprüchen i und 5, dadurch gekennzeichnet, @daß zur Einstellung Ader Schrägscheibe (1o7) ein im Getriebegehäuse schwenkbar gelagerter Stenerring:(i 19) dient, der mittels an ihm gelagerter Leitrollen (121) an der Schrägscheibe anliegt. 7. Getriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Pumpenkolben (76) durch eine mit einer Antriebshülse (73) verbundene Schrägscheibe (82), die ,als Lagerdruckring eines in derAntriebshülseeingebauten Schräglagers (81) angeordnet ist, eingeleitet wird und die Reaktionskräfte der druckbeaufschlagten Kolben über ein Lager (8o) von einer am Rotorkörper befestigten Kappe (86) aufgenommen werden. B. Getriebe nach Ansprüchen i und 7, .dadurch gekennzeichnet, #daß an dem Schräglager (81) ein über die Köpfe derPumpenkolben greifender Ring (8q.) vorgesehen. ist, durch den .die Kolben für den Ansau.gehub zurückgezogen werden. 9. Getriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ;die Berührung zwischen den Kolbenköpfen und den mit ihnen zusammenarbeitenden Schrägscheiben des Getriebes in Kugelflächen erfolgt. io. Getriebe nach Ansprüchen i und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenköpfe als Kugelkalotten ausgebildet sind. i i: Getriebe nach Anspruch i, da-durch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Druckmittelei.nströ,mung und -ausströmung in die und aus den Pumpen- und Motorzylindern eine verschiebbare, mit dem Rotor drehbare Steuerwelle (94) und eine verschiebbare; gegen Drehung festgehaltene Steuerbüchse,(ioo) vorgesehen sind. 12. Getriebe nach Ansprüchen i und i i, ida-,dureh gekennzeichnet, @daß die Steuerwelle (94) mit einer Verzahnung (13o) ausgerüstet ist, die bei Längsverschiebung in eine Verzahnung (131) des Rotors eingreift, wodurch Antrieb und Abtrieb unter Ausschaltung des Triebwerkes des hydraulischen Getriebes direkt gekuppelt werden. 13. Getriebe nach Ansprüchen i und i i, da-.durch gekennzeichnet, daß durch Verschieben der Steuerwelle (94) die Druckkanäle (85, 97) der Pumpe bei Offenhaltung der Ansaugekanäle (95# 96) geschlossen werden oder statt dessen durch axiale Verschiebung der Steuerbüchse (ioo) der Druckkanal (1o4) der Steuerwelle geschlossen wird, wodurch in beiden Fällen die Wirkung als hydraulische Kupplung erzielt wird. 14. Getriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das rückfließende Druckmittel aus der Rückleitung (89) :der Düse (132) einer Strahlpumpe zugeleitet wird, die das aus dem Vorratsbehälter (87) angesaugte Druckmittel unter Druck in ,die Ansaugeleitung (88) des Getriebes fördert.