EP1802867A1 - Hydrostatic axial piston machine and use of said machine - Google Patents

Hydrostatic axial piston machine and use of said machine

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EP1802867A1
EP1802867A1 EP05791487A EP05791487A EP1802867A1 EP 1802867 A1 EP1802867 A1 EP 1802867A1 EP 05791487 A EP05791487 A EP 05791487A EP 05791487 A EP05791487 A EP 05791487A EP 1802867 A1 EP1802867 A1 EP 1802867A1
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EP
European Patent Office
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axial piston
hydrostatic axial
shaft
piston machine
axis
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05791487A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Liebherr
Josef HÄGLSPERGER
Peter Dziuba
Josef Bauer
Johann Federholzner
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MALI MARKUS LIEBHERR INTERNATIONAL AG
Original Assignee
Markus Liebherr International AG
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to the field of axial piston machines. It relates to a hydrostatic axial piston machine according to the preamble of claim 1 and the use of such a machine.
  • Stepless hydrostatic power split transmissions especially in construction or agricultural vehicles, have long been known from the prior art (see, for example, the publications DE-AS-1 113 621, DE-C2-29 04 572, DE-A1-37 07 382 DE-A1-43 43 401 and EP-A1-1 195 542).
  • the transmitted power is dependent on the
  • the hydrostatic power transmission branch of the transmission usually comprises two hydrostatic axial piston machines, which are hydraulically connected to each other and of which one operates as a pump and the other as a motor. Depending on the driving level, the two machines can swap their roles.
  • the hydrostatic axial piston machines are an integral part of the hydrostatic power split transmission and significantly shape the characteristics of the transmission such as the efficiency, the size, the complexity, the covered speed range, type and number of
  • hydrostatic axial piston machines examples include DE-A1-198 33 711 or DE-A1 -100 44 784.
  • the mode of operation and theory of hydrostatic axial piston machines and of a power-split tractor system equipped therewith are described in a publication by TU Kunststoff in 2000 by H. Bork et al.,
  • the cylinder block in which the axial pistons are immersed, can be pivoted about the pivot flange, on which the axial pistons are pivotably mounted, by a pivoting angle from the axis-parallel basic configuration.
  • an axial piston machine operating as a pump delivers more or less volume per unit of time at a constant speed.
  • the swivel angle influences the output
  • Torque and speed Due to the interaction of two working as a pump and motor axial piston machines in a power-split transmission, regardless of the engine speed of the driving internal combustion engine, the driving speed can be adjusted by the pivoting angle of the pump and motor are changed in a suitable manner. So it is possible for a tractor, for example, to keep the speed of the diesel engine constant in spite of changing speed and the engine in the cheapest Operate operating point, or optimally adapt the speed of the PTO shaft to the work task of the PTO-driven accessory.
  • the maximum possible swivel angle of the axial piston machine determines the operating range of the Axialkoibenmaschine and thus also the properties of the transmission.
  • the maximum pivoting angle is limited to values less than or equal to 45 °. This results in a limitation of the power and the range of variation. This also has the consequence that the power split transmission, in which the axial piston machines are used, are limited in efficiency, cover a limited speed range per gear and are relatively complex in construction and space requirements.
  • the object is solved by the entirety of the features of claim 1.
  • the core of the invention is to provide a maximum pivoting angle greater than 45 °, in particular greater than or equal to 50 ° in the Axialkoibenmaschine. Increasing the maximum swivel angle improves the efficiency of the machine. At the same time, the spread increases, ie, at constant speed results in an extended work area. In addition, with the same size, the power is increased or, with the same power, a reduced size is possible.
  • a preferred embodiment of the hydrostatic axial piston machine according to the invention is characterized in that the rotatable plane is arranged at one end of an output shaft rotating about the second axis, that the synchronizing means comprise a central synchronizing shaft arranged within the rim of the pistons, which at one end via a first joint with the output shaft and at the other end via a second joint with the cylinder block in a rotationally fixed engagement, and that the synchronizing to pivot a non-zero pivot angle in a arranged within the ring of the piston, the central funnel-shaped opening of the output shaft pivotable on all sides is such that the maximum tilt angle of the machine significantly by size and design of the.
  • funnel-shaped opening and the cross section of the synchronizing is determined, wherein the first and second joint is formed in each case as a tripod joint, the synchronizing to compensate for changes in the distance at
  • Changes in the pivot angle is mounted axially displaceably in the drive shaft, and means are provided in the drive shaft, which bias the Synchronisierwelle toward the cylinder block resiliently, and wherein the biasing means comprise an axial compression spring, which via a pressure piston and a first, pivotally connected to the one end of the synchronizing shaft connected pressure pin exerts pressure, and the synchronizing shaft is supported at the other end via a second, pivotally connected to her pressure pin on the cylinder block.
  • the funnel-shaped opening is locally widened locally between adjacent pistons by bulges, and the cross-sectional contour of the synchronizing shaft is adapted to the bulges.
  • the bulges can basically have different shapes, provided that, in connection with the adapted cross-sectional contour of the synchronizing shaft, the synchronizing shaft can be pivoted more outwards.
  • the edge contour of the funnel-shaped opening is a polygon with a number of pistons corresponding number of corners, and if the corners of the polygon are each arranged between adjacent pistons and form a bulge.
  • a divisible by 3 number of pistons may be provided, and the cross-sectional contour of the synchronizing shaft have a rotational symmetry, which passes by rotation by 120 ° in itself, wherein the 120 ° rotational symmetry of the cross-sectional contour of the synchronizing shaft by three extending in the axial direction, respectively Trough-shaped bulges arranged in a twisted manner at 120 ° are generated in the synchronizing shaft.
  • 9 pistons are preferably provided.
  • a further embodiment of the inventive hydrostatic axial piston machine is characterized in that the pistons are each arranged at one end of a piston shaft, that the piston shaft tapers towards the other end and is pivotally mounted at the other end with a spherical head in a spherical bearing that the spherical Bearings are mounted on the second pitch circle in a formed on the output shaft flange which forms the plane rotatable about the second axis, and that the pistons, the piston shanks and the ball heads are each part of a one-piece element.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a hydrostatic axial piston machine with unverschwenktem cylinder block according to a preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 1 with the cylinder block pivoted by -50 °; FIG.
  • FIG. 4 shows in longitudinal section the enlarged view of the head part of the output shaft of the machine from FIG. 1 with the cutouts for the one tripod joint and the synchronizing shaft;
  • Fig. 5 shows the head part of the output shaft of Fig. 4 in plan view in
  • Fig. 6d shows a cross section in the plane AA of Fig. 6a, and Fig. 6e shows a perspective side view;
  • Fig. 7 is a plan view from above of the position of the synchronizing shaft in the funnel-shaped opening at the moment of rotation, where one of the groove-shaped recesses of the synchronizing shaft lies in width parallel to one of the sides of the 9-cornered funnel;
  • Fig. 8 is the abstract scheme of an exemplary
  • FIG. 10 in various subfigures Fig. 10 (a1) to Fig. 10 (c), the various shift positions of the transmission of FIG. 9 in the first forward driving stage (Fig. 10 (a1) -10 (a3)), in the second forward driving stage (Figs. 10 (b1) -10 (b3)) and in reverse (Fig. 10 (c)); and
  • FIG. 11 shows the efficiency eta (curve A) and the percentage hydrostatic component of the power transmission (curve B) as a function of the travel speed v of the tractor with the power distribution gear according to FIGS. 8 to 10 at a transmission input power of 195 kW at 1800 rpm and one
  • the hydrostatic axial piston machine 10 comprises an elongated output shaft 11, a cylinder block 30, a plurality of pistons 27 and a synchronizing shaft 23 for synchronizing the rotations of the output shaft 11 and cylinder block 30.
  • the output shaft 11 is divided along its length into differently machined sections, the storage serve the shaft, the reception of transmission gears and the inclusion and operation of clutches when the hydrostatic axial piston machine 10 is part of a power split transmission, as shown schematically in Fig. 7 by way of example. ,
  • the output shaft 11 thickened and ends in a concentric to the axis 38 of the output shaft 11 flange 12.
  • the face of the flange 1.2 are on a pitch circle about the axis 38 gieich insomniassig distributed nine circular cylindrical bearing receivers 32nd milled (see also Figs. 4 and 5), in which spherical bearings 18 are used for the pivotable mounting of the piston 27.
  • the axes of the bearing seats 32 are tilted radially outward by a few degrees (e.g., 5 °) relative to the axis 38 of the output shaft 11.
  • the end face of the flange 12 is correspondingly processed sloping outwards, so that it extends in the region of the bearing receivers 32 perpendicular to the axes thereof.
  • a funnel-shaped opening 13 is provided (Fig. 4, 5), which merges further in the interior of the output shaft 11 in a central, graduated in diameter bore 15.
  • axis-parallel holes 14 are inserted into the output shaft 11, which are part of a first Tripodengelenks 22.
  • Comparable bores are present in the cylinder block 30 and are part of a second Tripodengelenks 24.
  • the two tripod joints 22 and 24 allow a rotationally fixed coupling of the synchronizing shaft 23 with the output shaft 11 and the cylinder block 30 while pivoting the cylinder block 30 relative to the flange 12 and Output shaft 11.
  • the synchronizing shaft 23 is according to this purpose Fig. 6 at the two ends in each case with three rotated by 120 °, arranged radially oriented, cylindrical pin 34 which extend - in the case of the first Tripodengelenks 22 - from the central bore 15 through the laterally open overlap region in the adjacent holes 14 , A comparable engagement of the pins 34 takes place in the second Tripodengelenk 24.
  • rings 17 (Fig. 1) are raised on the pins, which are cambered on the outside.
  • the synchronizing shaft 23 is in the region of the first tripod joint
  • the synchronizing shaft 23 is seated with its end facing the cylinder block 30 pivotably on a first pressure pin 25 which is inserted into the cylinder block 30 and protrudes with a portion of its length from the cylinder block 30. So that the synchronizing shaft
  • the (cylindrical) cylinder block 30 has on a pitch circle about its axis 39 nine evenly distributed axis-parallel cylinder bores 28 which - as well as the bearing seats 32 of FIG. 5 - each with an angular distance of 40 °.
  • the cylinder bores 28, which have a diameter of about 26 mm in the example shown, are designed as blind bores from the side facing the flange 12.
  • each piston 27 a elongated, downwardly tapered piston shaft 27 ', which merges at the lower end in a ball head 26, with which it is pivotally mounted in the associated spherical bearing 18.
  • the pistons 27 which lie above a center plane perpendicular to the drawing surfaces travel further into their cylinder bores 28 and compress or displace through an opening the medium therein, while the lying below the median plane piston 27 continue to drive out of their cylinder bores 28 and relax the medium therein or suck through an opening.
  • the pistons 27 lying above and below the median plane interchange their rollers.
  • the maximum piston stroke of the piston 27 is in the example shown about 93 mm.
  • each of the new pistons 27 per revolution undergoes a complete stroke cycle, the upper and lower dead points respectively when the piston and cylinder bore (for ⁇ > 0, see Fig. 2) are in the upper and lower or (for ⁇ ⁇ 0, see Fig. 3) in the lower and upper vertex of the rotary motion.
  • the hydrodynamic axial piston machine 10 can operate as a hydraulic pump when a drive takes place via the output shaft 11 and a hydraulic medium is sucked in by the piston 27 extending out of the cylinder bore 28 and pushed out by the piston driving into the cylinder bore 28.
  • the hydraulic power branch is formed by two hydraulically connected hydrostatic axial piston H1 and H2 of the type shown in Fig. 1, which - depending on the speed range - either as a pump and as a motor work.
  • the limited by the piston 27 working space in the cylinder bores 28 is accessible through connection openings 29 from the outer end side of the cylinder block 30 ago.
  • For controlling the individual cylinders is a non-illustrated in FIGS. 1 to 3 rotatable control disc with corresponding openings at which the cylinder block 30 with the outer end face via a slide bearing axially supported (for the radial bearing a bearing bore 31 is provided in the cylinder block 30 ). Details of such a control are known and can be found in the publications mentioned above. The same applies to the pivot mechanism, which is required to pivot the cylinder block 30 relative to the flange 12 by the desired pivot angle ⁇ .
  • An essential limitation for the maximum swivel angle ⁇ max of a hydrostatic axial piston machine according to FIGS. 1 to 3 is provided by the synchronizing mechanism between the output shaft 11 and the cylinder block 30 given.
  • the synchronizing shaft 23 pivots when the cylinder block 30 is pivoted by the pivot angle ⁇ by about half the pivot angle out of the axis 38 of the output shaft.
  • the funnel-shaped opening 13 is provided according to FIGS. 4 and 5 in the center of the arranged on a pitch circle bearing receptacles 32 whose
  • Opening angle determines the pivoting range of the synchronizing shaft 23.
  • the opening 13 is conical.
  • the width of the opening is then determined by a circle which is inscribed in the bearing receptacles 32.
  • the existing between the adjacent bearing seats 32 space is exploited to increase the possible pivoting range of the synchronizing shaft 23.
  • 5 bulges 33 are provided in the opening in the angular range between adjacent bearing receptacles 32 as shown in FIG., Which extend beyond the inscribed circle.
  • the cross-sectional contour of the synchronizing shaft 23 is deviated from the circle in such a way that, in cooperation with the bulges 33 in the opening 13, an enlarged pivoting range for the synchronizing shaft 23 results.
  • the synchronizing shaft 23 thereby rolls, when the axial piston machine rotates, in the manner of a toothed wheel in a ring gear on the edge contour of the opening 13 provided with the bulges 33.
  • the edge contour of the opening 13 can be designed basically wave-shaped, the wave crests are between the bearing receivers 32 and the wave troughs are arranged directly at the bearing receivers 32.
  • the edge contour of the funnel-shaped opening 13 is preferably a polygon with a number of corners corresponding to the number of pistons 27, ie a 9-corner, wherein the corners of the polygon are each arranged between adjacent pistons 27 and bearing receivers 32 and one Form bulge 33.
  • the cross-sectional contour of the synchronizing shaft 23 has a rotational symmetry which changes into itself by rotation through 120 °.
  • This 120 ° rotational symmetry is achieved by three groove-shaped recesses 35 extending in the axial direction, each rotated by 120 ° Synchronizing shaft 23 generates.
  • the standing between the channel-shaped recesses ribs of the synchronizing shaft 23 dive into the bulges 33 of the opening 13 at a corresponding angular orientation of the tripod joint 22 synchronously, when the synchronizing at maximum swing angle ⁇ max on the wall of the opening 13 rolls.
  • the immersion takes place only at every third bulge 33.
  • the hydrostatic axial piston machine according to FIGS. 1 to 3 is particularly suitable for use in a power split transmission of a vehicle driven by an internal combustion engine (diesel engine), in particular a tractor, in which a high torque must be provided on the one hand in a low-speed region and on the other hand, higher speeds are to be enabled with good efficiency.
  • a highly simplified transmission according to the scheme of Fig. 8 shows Fig. 9 (the continuous PTO shaft 42 of Figure 8, however, replaced by an ending in Sttufenplanetengetriebe 45 drive shaft 56, as well missing the torsion damper 49).
  • the illustrated power split transmission 40 is connected via a propeller shaft 41 and a torsion damper 49 with an internal combustion engine 50, which is symbolized by a piston-cylinder assembly.
  • the power split transmission 40 passes through a PTO shaft 42 which is connected at one end directly to the propeller shaft 41 and at the other end via a coupling 46 with an output shaft 47 is connectable.
  • the output shaft 47 agricultural accessories can be driven in the case of the tractor.
  • On the PTO shaft 42 sits the large sun z1 a stepped planetary gear 45, which additionally includes double planetary gears z2, z2 ', a small sun z1' and a ring gear z3.
  • the small sun z1 ' is rotatably connected via a hollow shaft with another gear z6, which meshes with a gear z7.
  • the ring gear z3 is rotatably connected to a gear z4, which in turn meshes with a gear z5.
  • the gear z5 can be connected via a clutch K3 to the output shaft 43 of a first hydrostatic axial piston machine H1.
  • the gear z7 can be connected via a clutch K2 to the output shaft 44 of a second hydrostatic axial piston engine H2.
  • the planetary carrier (55 in Fig.
  • the gear z9 can be connected via a hollow shaft and a clutch K1 to the output shaft 44 of the second hydrostatic axial piston machine H2.
  • the gear z17 is part of a drive train 48, which is in communication with the driven axles of the vehicle.
  • the power for vehicle propulsion can be taken from a corresponding output gear 54.
  • the transmitted over the mechanical and hydraulic branch of the transmission power are summed on the planetary carrier 55 ' .
  • the two hydrostatic axial piston H1 and H2 are hydraulically connected to each other via two hydraulic lines 51 and 52, which are each used as a forward and return line.
  • a multi-way valve 53 inserted into the hydraulic lines 51, 52 makes it possible to interchange the lines when the two axial piston machines H1 and H2 exchange their roles, ie when the axial piston machine acting as a pump is to operate as a motor, and vice versa.
  • the operation of the power split transmission 40 of FIG. 8 or FIG. 9 can be explained with reference to the partial figures of FIG. 10.
  • the sub-figures a1 to a3 refer to a first forward gear
  • the sub-figures b1 to b3 to a second forward gear
  • the sub-figure c refers to the reverse drive.
  • the first hydrostatic axial piston machine H1 operates in the first forward drive stage as a pump
  • the second hydrostatic axial piston engine H2 operates as a motor.
  • Axial piston machine H2 This is maximally pivoted and therefore gives off a high torque at slowly increasing rotational speed.
  • the axial piston machine H1 is pivoted to the maximum (FIG. 10 (a2))
  • the axial piston machine H2 is slowly pivoted back to zero (FIG. 10 (a3)).
  • their speed increases, while the speed of the axial piston H1 and the transmitting hydraulic power at the end of the drive level goes back to zero.
  • the first forward speed corresponds to the speed range between 0 and about 18 km / h, in which the proportion HP of the transmitted hydraulic power decreases linearly from 100% to 0%.
  • Multi-way valve 53 the axial piston H1 in the engine operation and the axial piston H2 switched to pump operation.
  • the pump H2 is increasingly pivoted from the untwisted state (FIG. 10 (b1)) with the motor H1 fully pivoted, until it is also fully swiveled (FIG. 10 (b2) )).
  • the engine H1 is returned to zero (Fig. 10 (b3)), increasing its speed and reducing the transmitted hydraulic power to zero.
  • the second forward speed corresponds to the speed range between 18 km / h and 62 km / h in Fig. 11.
  • the clutches k2 and K3 are opened and the clutches K1 and K4 are closed.
  • the axial piston H1 works as a pump and the axial piston H2 as a motor.
  • the motor H2 is fully pivoted, while the pump H1 is pivoted from the pivoting angle zero.

Abstract

The invention relates to a hydrostatic axial piston machine (10) comprising a cylinder block (30) which can be rotated about a first axis (39), said cylinder block being provided with a plurality of cylinder bores (28) which extend in the axial direction and which are arranged on a partial circle which is concentric in relation to the first axis (39), in addition to a plane (12) which can be rotated about a second axis (38), whereon a number of pistons (27, 27'), which are immersed in a displaceable manner into the associated bores (28) and which correspond to the number of cylinder bores (28), can be articulated in a pivotable manner on a second partial circle which is concentric in relation to the second axis (38) and form a ring, in addition to means (19,..,25) for synchronising the rotation of the cylinder block (39) about the first axis (39) and the drive shaft (11 ) about the second axis (38). The cylinder block (39) and the drive shaft (11 ) can be adjusted in a continuous manner by means of both axes (38, 39), between a first position, wherein both axes are parallel (38, 39), and a second position, wherein both axes (38, 39) together form a maximum pivoting angle (a<sub

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
HYDROSTATISCHE AXIALKOLBENMASCHINE SOWIE VERWENDUNG EINERHYDROSTATIC AXIAL PISTON MACHINE AND USE OF ONE
SOLCHEN MASCHINESUCH MACHINE
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Axialkolbenmaschinen. Sie betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie die Verwendung einer solchen Maschine.The present invention relates to the field of axial piston machines. It relates to a hydrostatic axial piston machine according to the preamble of claim 1 and the use of such a machine.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Stufenlose hydrostatische Leistungsverzweigungsgetriebe, insbesondere in bau- oder landwirtschaftlich genutzten Fahrzeugen, sind seit langem aus dem Stand der Technik bekannt (siehe z.B. die Druckschriften DE-AS-1 113 621 , DE-C2-29 04 572, DE-A1-37 07 382, DE-A1-43 43 401 und EP-A1-1 195 542). In diesen Getrieben wird die übertragene Leistung in Abhängigkeit von derStepless hydrostatic power split transmissions, especially in construction or agricultural vehicles, have long been known from the prior art (see, for example, the publications DE-AS-1 113 621, DE-C2-29 04 572, DE-A1-37 07 382 DE-A1-43 43 401 and EP-A1-1 195 542). In these transmissions, the transmitted power is dependent on the
Fahrgeschwindigkeit auf einen mechanischen und einen hydrostatischen Zweig des Getriebes aufgeteilt, übertragen und anschliessend wieder zusammengeführt. Der hydrostatische Leistungsübertragungszweig des Getriebes umfasst üblicherweise zwei hydrostatische Axialkolbenmaschinen, die hydraulisch miteinander in Verbindung stehen und von denen die eine jeweils als Pumpe und die andere als Motor arbeitet. Je nach Fahrstufe können die beiden Maschinen dabei ihre Rollen vertauschen.Travel speed divided on a mechanical and a hydrostatic branch of the transmission, transmitted and then brought together again. The hydrostatic power transmission branch of the transmission usually comprises two hydrostatic axial piston machines, which are hydraulically connected to each other and of which one operates as a pump and the other as a motor. Depending on the driving level, the two machines can swap their roles.
Die hydrostatischen Axialkolbenmaschinen stellen einen wesentlichen Bestandteil des hydrostatischen Leistungsverzweigungsgetriebes dar und prägen massgeblich die Eigenschaften des Getriebes wie z.B.. den Wirkungsgrad, die Baugrösse, die Komplexität, den überdeckten Geschwindigkeitsbereich, Art und Anzahl derThe hydrostatic axial piston machines are an integral part of the hydrostatic power split transmission and significantly shape the characteristics of the transmission such as the efficiency, the size, the complexity, the covered speed range, type and number of
Fahrstufen und dgl.. Beispiele für derartige hydrostatische Axialkolbenmaschinen sind in der DE-A1 -198 33 711 oder der DE-A1 -100 44 784 offenbart. Funktionsweise und Theorie von hydrostatischen Axialkolbenmaschinen sowie eines damit ausgerüsteten leistungsverzweigten Traktorgetriebes sind in einer Veröffentlichung der TU München aus dem Jahr 2000 von H. Bork et al.,Driving steps and the like .. Examples of such hydrostatic axial piston machines are disclosed in DE-A1-198 33 711 or DE-A1 -100 44 784. The mode of operation and theory of hydrostatic axial piston machines and of a power-split tractor system equipped therewith are described in a publication by TU Munich in 2000 by H. Bork et al.,
„Modellbildung, Simulation und Analyse eines stufenlosen leistungsverzweigten Traktorgetriebes", beschrieben."Modeling, simulation and analysis of a continuously variable power split tractor" described.
Bei den hydrostatischen Axialkolbenmaschinen kann der Zylinderblock, in den die Axialkolben eintauchen, gegenüber dem Triebflansch, an dem die Axialkolben verschwenkbar gelagert sind, um einen Schwenkwinkel aus der achsenparallelen Grundkonfiguration verschwenkt werden. Je nach Schwenkwinkel fördert eine als Pumpe arbeitende Axialkolbenmaschine bei konstanter Drehzahl mehr oder weniger Volumen pro Zeiteinheit. Bei einer als Motor arbeitenden Axialkolbenmaschine beeinflusst der Schwenkwinkel das abgegebeneIn the hydrostatic axial piston machines, the cylinder block, in which the axial pistons are immersed, can be pivoted about the pivot flange, on which the axial pistons are pivotably mounted, by a pivoting angle from the axis-parallel basic configuration. Depending on the swivel angle, an axial piston machine operating as a pump delivers more or less volume per unit of time at a constant speed. In an axial piston engine operating as a motor, the swivel angle influences the output
Drehmoment und die Drehzahl. Durch das Zusammenwirken zweier als Pumpe und Motor arbeitender Axialkolbenmaschinen in einem leistungsverzweigten Getriebe kann unabhängig von der Motordrehzahl des antreibenden Verbrennungsmotors die Fahrgeschwindigkeit eingestellt werden, indem die Schwenkwinkel von Pumpe und Motor in geeigneter Weise verändert werden. So ist es bei einem Traktor z.B. möglich, trotz sich ändernder Fahrgeschwindigkeit die Drehzahl des Dieselmotors konstant zu halten und den Motor im günstigsten Betriebspunkt zu betreiben, oder die Drehzahl der Zapfwelle optimal an die Arbeitsaufgabe des mit der Zapfwelle angetriebenen Zusatzgerätes anzupassen.Torque and speed. Due to the interaction of two working as a pump and motor axial piston machines in a power-split transmission, regardless of the engine speed of the driving internal combustion engine, the driving speed can be adjusted by the pivoting angle of the pump and motor are changed in a suitable manner. So it is possible for a tractor, for example, to keep the speed of the diesel engine constant in spite of changing speed and the engine in the cheapest Operate operating point, or optimally adapt the speed of the PTO shaft to the work task of the PTO-driven accessory.
Der maximal mögliche Schwenkwinkel der Axialkolbenmaschine bestimmt den Betriebsbereich der Axialkoibenmaschine und damit auch die Eigenschaften des Getriebes. Bei bisher bekannten Axialkolbenmaschinen ist der maximale Schwenkwinkel auf werte kleiner gleich 45° beschränkt. Dies führt zu einer Beschränkung der Leistung und des Variationsbereiches. Dies hat auch zur Folge, dass die Leistungsverzweigungsgetriebe, in denen die Axialkolbenmaschinen eingesetzt sind, im Wirkungsgrad beschränkt sind, pro Fahrstufe einen eingeschränkten Geschwindigkeitsbereich abdecken und vergleichsweise aufwändig im Aufbau und Platzbedarf sind.The maximum possible swivel angle of the axial piston machine determines the operating range of the Axialkoibenmaschine and thus also the properties of the transmission. In previously known axial piston machines, the maximum pivoting angle is limited to values less than or equal to 45 °. This results in a limitation of the power and the range of variation. This also has the consequence that the power split transmission, in which the axial piston machines are used, are limited in efficiency, cover a limited speed range per gear and are relatively complex in construction and space requirements.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine hydrostatische Axialkoibenmaschine zu schaffen, welche sich gegenüber den bekannten Axialkolbenmaschinen durch deutlich verbesserte Eigenschaften auszeichnet, und beim Einsatz in einem Leistungsverzweigungsgetriebe zu entsprechenden Verbesserungen der Getriebeeigenschaften führt.It is therefore an object of the invention to provide a hydrostatic Axialkoibenmaschine, which is characterized over the known axial piston machines by significantly improved properties, and leads to corresponding improvements in the transmission properties when used in a power split transmission.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, bei der Axialkoibenmaschine einen maximalen Schwenkwinkel von grösser als 45°, insbesondere von grösser gleich 50°, vorzusehen. Durch die Vergrösserung des maximalen Schwenkwinkels verbessert sich der Wirkungsgrad der Maschine. Gleichzeitig vergrössert sich die Spreizung, d.h., bei konstanter Drehzahl ergibt sich ein erweiterter Arbeitsbereich. Darüber hinaus wird bei gleicher Baugrösse die Leistung erhöht bzw. bei gleicher Leistung eine verringerte Baugrösse ermöglicht. Diese Verbesserungen in der einzelnen Axialkoibenmaschine führen auch zu entsprechenden Verbesserungen in einem mit solchen Maschinen ausgestatteten Leistungsverzweigungsgetriebe. Eine bevorzugte Ausgestaltung der hydrostatischen Axialkolbenmaschine nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die drehbare Ebene am einen Ende einer um die zweite Achse drehenden Abtriebswelle angeordnet ist, dass die Synchronisiermittel eine innerhalb des Kranzes der Kolben angeordnete, zentrale Synchronisierwelle umfassen, welche am einen Ende über ein erstes Gelenk mit der Abtriebswelle und am anderen Ende über ein zweites Gelenk mit dem Zylinderblock in drehfestem Eingriff steht, und dass die Synchronisierwelle zum Erreichen eines von Null verschiedenen Schwenkwinkels in einer innerhalb des Kranzes der Kolben angeordneten, zentralen trichterförmigen Öffnung der Abtriebswelle allseitig verschwenkbar ist, derart, dass der maximale Schwenkwinkel der Maschine massgeblich durch Grosse und Ausgestaltung der . trichterförmigen Öffnung und des Querschnitts der Synchronisierwelle bestimmt wird, wobei das erste und zweite Gelenk jeweils als Tripodengelenk ausgebildet ist, die Synchronisierwelle zum Ausgleich von Abstandsänderungen beiThe object is solved by the entirety of the features of claim 1. The core of the invention is to provide a maximum pivoting angle greater than 45 °, in particular greater than or equal to 50 ° in the Axialkoibenmaschine. Increasing the maximum swivel angle improves the efficiency of the machine. At the same time, the spread increases, ie, at constant speed results in an extended work area. In addition, with the same size, the power is increased or, with the same power, a reduced size is possible. These improvements in the single axial disk machine also lead to corresponding improvements in a power split transmission equipped with such machines. A preferred embodiment of the hydrostatic axial piston machine according to the invention is characterized in that the rotatable plane is arranged at one end of an output shaft rotating about the second axis, that the synchronizing means comprise a central synchronizing shaft arranged within the rim of the pistons, which at one end via a first joint with the output shaft and at the other end via a second joint with the cylinder block in a rotationally fixed engagement, and that the synchronizing to pivot a non-zero pivot angle in a arranged within the ring of the piston, the central funnel-shaped opening of the output shaft pivotable on all sides is such that the maximum tilt angle of the machine significantly by size and design of the. funnel-shaped opening and the cross section of the synchronizing is determined, wherein the first and second joint is formed in each case as a tripod joint, the synchronizing to compensate for changes in the distance at
Änderungen des Schwenkwinkels in der Antriebswelle axial verschiebbar gelagert ist, und in der Antriebswelle Mittel vorgesehen sind, welche die Synchronisierwelle in Richtung auf den Zylinderblock federnd vorspannen, und wobei die Vorspannmittel eine axiale Druckfeder umfassen, welche über einen Druckkolben und einen ersten, schwenkbar mit dem einen Ende der Synchronisierwelle verbundenen Druckstift Druck ausübt, und sich die Synchronisierwelle am anderen Ende über einen zweiten, schwenkbar mit ihr verbundenen Druckstift am Zylinderblock abstützt.Changes in the pivot angle is mounted axially displaceably in the drive shaft, and means are provided in the drive shaft, which bias the Synchronisierwelle toward the cylinder block resiliently, and wherein the biasing means comprise an axial compression spring, which via a pressure piston and a first, pivotally connected to the one end of the synchronizing shaft connected pressure pin exerts pressure, and the synchronizing shaft is supported at the other end via a second, pivotally connected to her pressure pin on the cylinder block.
Bei einer solcherart ausgestalteten hydrostatischen Axialkolbenmaschine ist zur Vergrösserung des maximalen Schwenkwinkels vorzugsweise die trichterförmige Öffnung jeweils zwischen benachbarten Kolben durch Ausbuchtungen lokal erweitert, und ist die Querschnittskontur der Synchronisierwelle den Ausbuchtungen angepasst. Die Ausbuchtungen können grundsätzlich verschiedene Formen haben, sofern die im Zusammenhang mit der angepassten Querschnittskontur der Synchronisierwelle dazu führen, dass die Synchronisierwelle stärker nach aussen verschwenkt werden kann. Besonders günstig ist es, wenn gemäss einer bevorzugten Weiterentwicklung die Randkontur der trichterförmigen Öffnung ein Vieleck mit einer der Anzahl der Kolben entsprechenden Anzahl von Ecken ist, und wenn die Ecken des Vielecks jeweils zwischen benachbarten Kolben angeordnet sind und eine Ausbuchtung bilden.In such a hydrostatic axial piston engine designed to increase the maximum pivot angle, preferably the funnel-shaped opening is locally widened locally between adjacent pistons by bulges, and the cross-sectional contour of the synchronizing shaft is adapted to the bulges. The bulges can basically have different shapes, provided that, in connection with the adapted cross-sectional contour of the synchronizing shaft, the synchronizing shaft can be pivoted more outwards. Especially It is favorable if, according to a preferred development, the edge contour of the funnel-shaped opening is a polygon with a number of pistons corresponding number of corners, and if the corners of the polygon are each arranged between adjacent pistons and form a bulge.
Insbesondere kann eine durch 3 teilbare Anzahl von Kolben vorgesehen sein, und die Querschnittskontur der Synchronisierwelle eine Rotationssymmetrie aufweisen, welche durch Drehung um 120° in sich selbst übergeht, wobei die 120°-Rotationssymmetrie der Querschnittskontur der Synchronisierwelle durch drei in axialer Richtung verlaufende, jeweils um 120° verdreht angeordnete rinnenförmige Ausbuchtungen in der Synchronisierwelle erzeugt wird. Bevorzugt sind dabei 9 Kolben vorgesehen.In particular, a divisible by 3 number of pistons may be provided, and the cross-sectional contour of the synchronizing shaft have a rotational symmetry, which passes by rotation by 120 ° in itself, wherein the 120 ° rotational symmetry of the cross-sectional contour of the synchronizing shaft by three extending in the axial direction, respectively Trough-shaped bulges arranged in a twisted manner at 120 ° are generated in the synchronizing shaft. 9 pistons are preferably provided.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemässen hydrostatischen Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben jeweils an einem Ende eines Kolbenschaftes angeordnet sind, dass der Kolbenschaft sich zum anderen Ende hin verjüngt und am anderen Ende mit einem Kugelkopf in einem sphärischen Lager schwenkbar gelagert ist, dass die sphärischen Lager auf dem zweiten Teilkreis in einem an der Abtriebswelle ausgebildeten Flansch befestigt sind, welcher die um die zweite Achse drehbare Ebene bildet, und dass die Kolben, die Kolbenschäfte und die Kugelköpfe jeweils Teile eines einstückigen Elementes sind.A further embodiment of the inventive hydrostatic axial piston machine is characterized in that the pistons are each arranged at one end of a piston shaft, that the piston shaft tapers towards the other end and is pivotally mounted at the other end with a spherical head in a spherical bearing that the spherical Bearings are mounted on the second pitch circle in a formed on the output shaft flange which forms the plane rotatable about the second axis, and that the pistons, the piston shanks and the ball heads are each part of a one-piece element.
Erfindungsgemäss wird die hydrostatische Axialkolbenmaschine nach der Erfindung in einem Leistungsverzweigungsgethebe eines durch einenAccording to the invention, the hydrostatic axial piston machine according to the invention in a Leistungsverzweigungsgethebe by a
Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines Traktors, verwendet, wobei ein Teil der vom Leistungsverzweigungsgethebe übertragenen Antriebsleistung hydraulisch übertragen wird, und zur hydraulischen Leistungsübertragung wenigstens zwei hydraulisch untereinander verbundene hydrostatische Axialkolbenmaschinen verwendet werden, die abwechselnd als Pumpe und Motor arbeiten. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Internal combustion engine driven vehicle, in particular a tractor used, wherein a part of the Leistungszwezweigungsgethebe transmitted drive power is transmitted hydraulically, and for hydraulic power transmission at least two hydraulically interconnected hydrostatic axial piston machines are used, which operate alternately as a pump and motor. Further embodiments emerge from the dependent claims.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGURENBRIEF EXPLANATION OF THE FIGURES
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to embodiments in conjunction with the drawings. Show it
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit unverschwenktem Zylinderblock gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;1 shows a longitudinal section through a hydrostatic axial piston machine with unverschwenktem cylinder block according to a preferred embodiment of the invention.
Fig. 2 in einem Ausschnitt die hydrostatische Axialkolbenmaschine ausFig. 2 in a section of the hydrostatic axial piston machine
Fig. 1 mit dem um +50° verschwenkten Zylinderblock;Figure 1 with the + 50 ° pivoted cylinder block.
Fig. 3 in einem Ausschnitt die hydrostatische Axialkolbenmaschine ausFig. 3 in a section of the hydrostatic axial piston machine
• Fig. 1 mit dem um -50° verschwenkten Zylinderblock;FIG. 1 with the cylinder block pivoted by -50 °; FIG.
Fig. 4 im Längsschnitt die vergrösserte Darstellung des Kopfteils der Abtriebswelle der Maschine aus Fig. 1 mit den Aussparungen für das eine Tripodengelenk und die Synchronisierwelle;4 shows in longitudinal section the enlarged view of the head part of the output shaft of the machine from FIG. 1 with the cutouts for the one tripod joint and the synchronizing shaft;
Fig. 5 den Kopfteil der Abtriebswelle aus Fig. 4 in der Draufsicht inFig. 5 shows the head part of the output shaft of Fig. 4 in plan view in
Achsenrichtung;Axis direction;
Fig. 6 in mehreren Teilfiguren a) bis e) verschiedene Ansichten derFig. 6 in several sub-figures a) to e) different views of
Synchronisierwelle aus Fig. 1 mit den Ausnehmungen am Schaft und den an beiden Enden ausgebildeten Zapfen für die Tripodengelenke, wobei Fig. 6a und b Seitenansichten zeigen, Fig. 6c einen Längsschnitt in der Ebene B-B aus Fig. 6b zeigt, Fig.Synchronizing shaft of Figure 1 with the recesses on the shaft and formed at both ends pin for the Tripodengelenke, wherein Fig. 6a and b show side views, Fig. 6c shows a longitudinal section in the plane B-B of Fig. 6b, Fig.
6d einen Querschnitt in der Ebene A-A aus Fig. 6a zeigt, und Fig. 6 e eine perspektivische Seitenansicht darstellt; Fig. 7 in der Draufsicht von oben die Lage der Synchronisierwelle in der trichterförmigen Öffnung in dem Augenblick der Drehung, wo eine der rinnenförmigen Ausnehmungen der Synchronisierwelle in der Breite parallel zu einer der Seiten des 9-eckigen Trichters liegt;Fig. 6d shows a cross section in the plane AA of Fig. 6a, and Fig. 6e shows a perspective side view; Fig. 7 is a plan view from above of the position of the synchronizing shaft in the funnel-shaped opening at the moment of rotation, where one of the groove-shaped recesses of the synchronizing shaft lies in width parallel to one of the sides of the 9-cornered funnel;
Fig. 8 das abstrakte Schema eines beispielhaftenFig. 8 is the abstract scheme of an exemplary
Leistungsverzweigungsgetriebes für einen Traktor mit zwei wahlweise als Pumpe und Motor arbeitenden hydrostatischen Axialkolbenmaschinen gemäss Fig. 1-6;Power split transmission for a tractor with two optionally acting as a pump and motor hydrostatic axial piston machines according to FIG. 1-6;
Fig. 9 ein stark vereinfachtes Getriebe gemäss dem Schema der Fig. 8, jedoch ohne durchgehende Zapfwelle;9 is a greatly simplified transmission according to the scheme of Figure 8, but without a continuous PTO ..;
Fig. 10 in verschiedenen Teilfiguren Fig. 10(a1 ) bis Fig. 10(c) die verschiedenen Schaltstellungen des Getriebes nach Fig. 9 in der ersten Vorwärtsfahrstufe (Fig. 10(a1)-10(a3)), in der zweiten Vorwärtsfahrstufe (Fig. 10(b1)-10(b3)) und bei der Rückwärtsfahrt (Fig. 10(c)); undFig. 10 in various subfigures Fig. 10 (a1) to Fig. 10 (c), the various shift positions of the transmission of FIG. 9 in the first forward driving stage (Fig. 10 (a1) -10 (a3)), in the second forward driving stage (Figs. 10 (b1) -10 (b3)) and in reverse (Fig. 10 (c)); and
Fig. 11 den Wirkungsgrad eta (Kurve A) und den prozentualen hydrostatischen Anteil an der Leistungsübertragung (Kurve B) in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit v des Traktors mit dem Leistungsverteilungsgetriebe nach Fig. 8 bis 10 bei einer Getriebeeingangsleistung von 195 kW bei 1800 U/min und einer11 shows the efficiency eta (curve A) and the percentage hydrostatic component of the power transmission (curve B) as a function of the travel speed v of the tractor with the power distribution gear according to FIGS. 8 to 10 at a transmission input power of 195 kW at 1800 rpm and one
Endgeschwindigkeit von 62 km/h bei 2100 U/min.Final speed of 62 km / h at 2100 rpm.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION
in Fig. 1 ist einen Längsschnitt eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit unverschwenktem Zylinderblock (Schwenkwinkel α=0) gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die hydrostatische Axialkolbenmaschine 10 umfasst eine längliche Abtriebswelle 11 , einen Zylinderblock 30, eine Mehrzahl von Kolben 27 sowie eine Synchronisierwelle 23 zur Synchronisierung der Drehungen von Abtriebswelle 11 und Zylinderblock 30. Die Abtriebswelle 11 ist auf ihrer Länge in unterschiedlich bearbeitete Abschnitte unterteilt, die der Lagerung der Welle, der Aufnahme von Getriebezahnrädern und der Aufnahme und Betätigung von Kupplungen dienen, wenn die hydrostatische Axialkolbenmaschine 10 Teil eines Leistungsverzweigungsgetriebes ist, wie dies in Fig. 7 an einem Beispiel schematisch dargestellt ist.. In Fig. 1 is a longitudinal section of a hydrostatic axial piston machine with unverschwenktem cylinder block (pivot angle α = 0) according to a preferred embodiment of the invention shown. The hydrostatic axial piston machine 10 comprises an elongated output shaft 11, a cylinder block 30, a plurality of pistons 27 and a synchronizing shaft 23 for synchronizing the rotations of the output shaft 11 and cylinder block 30. The output shaft 11 is divided along its length into differently machined sections, the storage serve the shaft, the reception of transmission gears and the inclusion and operation of clutches when the hydrostatic axial piston machine 10 is part of a power split transmission, as shown schematically in Fig. 7 by way of example. ,
Am einen Ende, welches dem Zylinderblock 30 zugewandt ist, verdickt sich die Abtriebswelle 11 und endet in einem zur Achse 38 der Abtriebswelle 11 konzentrischen Flansch 12. In die Stirnseite des Flansches 1.2 sind auf einem Teilkreis um die Achse 38 gieichmässig verteilt neun kreiszylindrische Lageraufnahmen 32 eingefräst (siehe auch Fig. 4 und 5), in welche sphärische Lager 18 zur schwenkbaren Lagerung der Kolben 27 eingesetzt sind. Die Achsen der Lageraufnahmen 32 sind relativ zur Achse 38 der Abtriebswelle 11 um einige Grad (z.B. 5°) radial nach aussen gekippt. Die Stirnfläche des Flansches 12 ist entsprechend nach aussen abfallend bearbeitet, so dass sie im Bereich der Lageraufnahmen 32 senkrecht zu deren Achsen verläuft.At one end, which faces the cylinder block 30, the output shaft 11 thickened and ends in a concentric to the axis 38 of the output shaft 11 flange 12. In the face of the flange 1.2 are on a pitch circle about the axis 38 gieichmässig distributed nine circular cylindrical bearing receivers 32nd milled (see also Figs. 4 and 5), in which spherical bearings 18 are used for the pivotable mounting of the piston 27. The axes of the bearing seats 32 are tilted radially outward by a few degrees (e.g., 5 °) relative to the axis 38 of the output shaft 11. The end face of the flange 12 is correspondingly processed sloping outwards, so that it extends in the region of the bearing receivers 32 perpendicular to the axes thereof.
Im Zentrum des Flansches 12 ist eine trichterförmige Öffnung 13 vorgesehen (Fig. 4, 5), die weiter im Inneren der Abtriebswelle 11 in eine zentrale, im Durchmesser abgestufte Bohrung 15 übergeht. Um die Bohrung 15 herum und teilweise mit der Bohrung 15 überlappend sind drei um jeweils 120° verdreht angeordnete, achsenparallele Bohrungen 14 in die Abtriebswelle 11 eingebracht, die Teil eines ersten Tripodengelenks 22 sind. Vergleichbare Bohrungen sind gegenüber im Zylinderblock 30 vorhanden und sind Teil eines zweiten Tripodengelenks 24. Die beiden Tripodengelenke 22 und 24 ermöglichen eine drehfeste Kopplung der Synchronisierwelle 23 mit der Abtriebswelle 11 und dem Zylinderblock 30 bei gleichzeitiger Verschwenkbarkeit des Zylinderblocks 30 relativ zum Flansch 12 bzw. der Abtriebswelle 11. Die Synchronisierwelle 23 ist zu diesem Zweck gemäss Fig. 6 an den beiden Enden jeweils mit drei um 120° verdreht angeordneten, radial orientierten, zylindrischen Zapfen 34 ausgestattet, welche - im Fall des ersten Tripodengelenks 22 - von der zentralen Bohrung 15 aus durch den seitlich offenen Überlappungsbereich in die benachbarten Bohrungen 14 hineinreichen. Ein vergleichbarer Eingriff der Zapfen 34 erfolgt auch im zweiten Tripodengelenk 24. Zur Verringerung des Spiels sind auf die Zapfen 34 jeweils Ringe 17 (Fig. 1 ) aufgezogen, die an der Aussenseite bombiert sind.In the center of the flange 12 is a funnel-shaped opening 13 is provided (Fig. 4, 5), which merges further in the interior of the output shaft 11 in a central, graduated in diameter bore 15. About the bore 15 and partially overlapping with the bore 15 are three by 120 ° twisted arranged, axis-parallel holes 14 are inserted into the output shaft 11, which are part of a first Tripodengelenks 22. Comparable bores are present in the cylinder block 30 and are part of a second Tripodengelenks 24. The two tripod joints 22 and 24 allow a rotationally fixed coupling of the synchronizing shaft 23 with the output shaft 11 and the cylinder block 30 while pivoting the cylinder block 30 relative to the flange 12 and Output shaft 11. The synchronizing shaft 23 is according to this purpose Fig. 6 at the two ends in each case with three rotated by 120 °, arranged radially oriented, cylindrical pin 34 which extend - in the case of the first Tripodengelenks 22 - from the central bore 15 through the laterally open overlap region in the adjacent holes 14 , A comparable engagement of the pins 34 takes place in the second Tripodengelenk 24. To reduce the game 34 rings 17 (Fig. 1) are raised on the pins, which are cambered on the outside.
Wenn der Zylinderblock 30 gegenüber dem Flansch 12 verschwenkt wird, ändert sich der von der Synchronisierwelle 23 zu überbrückende Abstand zwischen dem Zylinderblock 30 und dem Flansch 12. Um diese Abstandsänderung ausgleichen zu können, ist die Synchronisierwelle 23 im Bereich des ersten TripodengelenksWhen the cylinder block 30 is pivoted relative to the flange 12, the distance between the cylinder block 30 and the flange 12 to be bridged by the synchronizing shaft 23 changes. In order to be able to compensate for this change in distance, the synchronizing shaft 23 is in the region of the first tripod joint
22 in axialer Richtung verschiebbar gelagert. Die Synchronisierwelle 23 sitzt mit ihrem dem Zylinderblock 30 zugewandten Ende verschwenkbar auf einem ersten Druckstift 25, der in den Zylinderblock 30 eingesetzt ist und mit einem Abschnitt seiner Länge aus dem Zylinderblock 30 herausragt. Damit die Synchronisierwelle22 slidably mounted in the axial direction. The synchronizing shaft 23 is seated with its end facing the cylinder block 30 pivotably on a first pressure pin 25 which is inserted into the cylinder block 30 and protrudes with a portion of its length from the cylinder block 30. So that the synchronizing shaft
23 im zweiten Tripodengelenk 24 mit dem Zylinderblock nicht ausser Eingriff gerät, wird sie in axialer Richtung mit einer Vorspannung gegen den zweiten Druckstift 25 gedrückt. Zur Erzeugung der Vorspannung dient eine in der Bohrung 15 untergebrachte Druckfeder 19, die über einem axial verschiebbaren Druckkolben 20 und einen zweiten Druckstift 21 auf die Synchronisierwelle 23 drückt. Druckkolben 20, Druckstifte 21 , 25 und Synchronisierwelle 23 haben jeweils einen zentralen Ölkanal.23 in the second Tripodengelenk 24 with the cylinder block is not disengaged, it is pressed in the axial direction with a bias against the second pressure pin 25. To generate the bias is a housed in the bore 15 compression spring 19 which presses on an axially displaceable pressure piston 20 and a second pressure pin 21 on the synchronizing shaft 23. Pressure piston 20, pressure pins 21, 25 and synchronizing shaft 23 each have a central oil passage.
Der (zylindrische) Zylinderblock 30 weist auf einem Teilkreis um seine Achse 39 neun gleichmässig verteilte achsenparallele Zylinderbohrungen 28 auf, die - wie auch die Lageraufnahmen 32 der Fig. 5 - untereinander jeweils einen Winkelabstand von 40° aufweisen. Die Zylinderbohrungen 28, die im gezeigten Beispiel einen Durchmesser von etwa 26 mm aufweisen, sind von der dem Flansch 12 zugewandten Seite her als Sackbohrungen ausgeführt. In die Zylinderbohrungen 28 tauchen von dieser Seite her die Kolben 27 ein, die im Flansch 12 verschwenkbar gelagert sind. Dazu weist jeder Kolben 27 einen länglichen, sich nach unten verjüngenden Kolbenschaft 27' auf, der am unteren Ende in einen Kugelkopf 26 übergeht, mit dem er im zugehörigen sphärischen Lager 18 verschwenkbar gelagert ist. Wird der Zylinderblock 30 aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung (Schwenkwinkel α=0) nach oben verschwenkt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, fahren die Kolben 27, die oberhalb einer zur Zeichenflächen senkrechten Mittelebene liegen, weiter in ihre Zylinderbohrungen 28 ein und komprimieren bzw. verdrängen durch eine Öffnung das darin befindliche Medium, während die unterhalb der Mittelebene liegenden Kolben 27 weiter aus ihren Zylinderbohrungen 28 herausfahren und das darin befindliche Medium entspannen bzw. durch eine Öffnung ansaugen. Wird der Zylinderblock 30 gemäss Fig. 3 nach unten verschwenkt, vertauschen die oberhalb und unterhalb der Mittelebene liegenden Kolben 27 ihre Rollen. Der maximale Kolbenhub der Kolben 27 beträgt im gezeigten Beispiel etwa 93 mm.The (cylindrical) cylinder block 30 has on a pitch circle about its axis 39 nine evenly distributed axis-parallel cylinder bores 28 which - as well as the bearing seats 32 of FIG. 5 - each with an angular distance of 40 °. The cylinder bores 28, which have a diameter of about 26 mm in the example shown, are designed as blind bores from the side facing the flange 12. Into the cylinder bores 28 dip from this side, the piston 27, which are pivotally mounted in the flange 12. For this purpose, each piston 27 a elongated, downwardly tapered piston shaft 27 ', which merges at the lower end in a ball head 26, with which it is pivotally mounted in the associated spherical bearing 18. If the cylinder block 30 is pivoted upward from the position shown in FIG. 1 (pivoting angle α = 0), as shown in FIG. 2, the pistons 27 which lie above a center plane perpendicular to the drawing surfaces travel further into their cylinder bores 28 and compress or displace through an opening the medium therein, while the lying below the median plane piston 27 continue to drive out of their cylinder bores 28 and relax the medium therein or suck through an opening. If the cylinder block 30 is pivoted downward as shown in FIG. 3, the pistons 27 lying above and below the median plane interchange their rollers. The maximum piston stroke of the piston 27 is in the example shown about 93 mm.
Werden bei einem konstanten Schwenkwinkel α≠O die Abtriebswelle 11 und damit über die Synchronisierwelle 23 auch der Zylinderblock 30 um ihre jeweiligen Achsen 38 bzw. 39 gedreht, durchläuft jeder der neuen Kolben 27 pro Umdrehung einen vollständigen Hubzyklus, wobei der obere und untere Totpunkt jeweils durchlaufen werden, wenn sich Kolben und Zylinderbohrung (für α>0; siehe Fig. 2) im oberen und unteren bzw. (für α<0; siehe Fig. 3) im unteren und oberen Scheitelpunkt der Drehbewegung befinden. Die hydrodynamische Axialkolbenmaschine 10 kann dabei als hydraulische Pumpe arbeiten, wenn ein Antrieb über die Abtriebswelle 11 erfolgt und ein hydraulisches Medium durch die aus der Zylinderbohrung 28 herausfahrenden Kolben 27 angesaugt und durch die in die Zylinderbohrung 28 hineinfahrenden Kolben herausgedrückt wird. DieIf the output shaft 11 and thus the synchronizing shaft 23 and the cylinder block 30 are rotated about their respective axes 38 and 39 at a constant pivoting angle .alpha..sub.O, each of the new pistons 27 per revolution undergoes a complete stroke cycle, the upper and lower dead points respectively when the piston and cylinder bore (for α> 0, see Fig. 2) are in the upper and lower or (for α <0, see Fig. 3) in the lower and upper vertex of the rotary motion. The hydrodynamic axial piston machine 10 can operate as a hydraulic pump when a drive takes place via the output shaft 11 and a hydraulic medium is sucked in by the piston 27 extending out of the cylinder bore 28 and pushed out by the piston driving into the cylinder bore 28. The
Pumpleistung in Volumen pro Umdrehung ist dabei umso grösser, je grösser der Schwenkwinkel α ist. Sie kann aber auch als hydraulischer Motor arbeiten, wenn die Zylinder jeweils zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt mit einem unter Druck stehenden hydraulischen Medium beaufschlagt werden und die entstehende Drehbewegung an der Abtriebswelle 11 abgenommen wird. Das Drehmoment ist dabei umso grösser, je grösser der Schwenkwinkel α ist. Sollen dagegen hohe Drehzahlen an der Abtriebswelle 11 erreicht werden, muss der Schwenkwinkel α klein gemacht werden. In einem Leistungsverzweigungsgetriebe 40, wie es in Fig. 7 schematisch dargestellt ist, wird der hydraulische Leistungszweig durch zwei hydraulisch miteinander verbundene hydrostatische Axialkolbenmaschinen H1 und H2 der in Fig. 1 gezeigten Art gebildet, die - je nach Geschwindigkeitsbereich - wahlweise als Pumpe und als Motor arbeiten.Pump power in volume per revolution is the greater, the greater the pivot angle α. But it can also work as a hydraulic motor when the cylinders are each acted upon between the top dead center and the bottom dead center with a pressurized hydraulic medium and the resulting rotational movement is removed at the output shaft 11. The torque is greater, the greater the pivot angle α. On the other hand, if high speeds are to be achieved on the output shaft 11, the Swivel angle α can be made small. In a power split transmission 40, as schematically shown in Fig. 7, the hydraulic power branch is formed by two hydraulically connected hydrostatic axial piston H1 and H2 of the type shown in Fig. 1, which - depending on the speed range - either as a pump and as a motor work.
Der von den Kolben 27 begrenzte Arbeitsraum in den Zylinderbohrungen 28 ist durch Anschlussöffnungen 29 von der äusseren Stirnseite des Zylinderblocks 30 her zugänglich. Zur Ansteuerung der einzelnen Zylinder dient eine in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellte drehfeste Steuerscheibe mit entsprechenden Öffnungen, an der sich der Zylinderblock 30 mit der äusseren Stirnfläche über ein Gleitlager axial abstützt (für die radiale Lagerung ist im Zylinderblock 30 eine Lagerbohrung 31 vorgesehen). Einzelheiten einer solchen Steuerung sind bekannt und können den eingangs genannten Druckschriften entnommen werden. Dasselbe gilt für den Schwenkmechanismus, der benötigt wird, um den Zylinderblock 30 gegenüber dem Flansch 12 um den gewünschten Schwenkwinkel α zu verschwenken.The limited by the piston 27 working space in the cylinder bores 28 is accessible through connection openings 29 from the outer end side of the cylinder block 30 ago. For controlling the individual cylinders is a non-illustrated in FIGS. 1 to 3 rotatable control disc with corresponding openings at which the cylinder block 30 with the outer end face via a slide bearing axially supported (for the radial bearing a bearing bore 31 is provided in the cylinder block 30 ). Details of such a control are known and can be found in the publications mentioned above. The same applies to the pivot mechanism, which is required to pivot the cylinder block 30 relative to the flange 12 by the desired pivot angle α.
Die bisher bekannten hydrostatischen Axialkolbenmaschinen, wie sie in den eingangs genannten Druckschriften beschrieben sind, weisen einen Schwenkbereich auf, der durch einen maximalen Schwenkwinkel αmax von 45° begrenzt ist. Hierdurch ist der Kolbenhub pro Zylinder begrenzt und damit - bei gleich bleibender Baugrösse - auch der Verstellbereich für die Leistung. Dies führt insbesondere zu Einschränkungen, wenn die hydrostatischen Axialkolbenmäschinen in Leistungsverzweigungsgetrieben eingesetzt werden sollen. Bei den hydrostatischen Axialkolbenmaschinen gemäss der vorliegenden Erfindung wird diese Begrenzung dadurch aufgehoben, dass maximale. Schwenkwinkel αmaχ von grösser 45°, vorzugsweise von bis zu 50°, verwirklicht werden.The hitherto known hydrostatic axial piston machines, as described in the publications mentioned above, have a pivoting range which is limited by a maximum pivot angle α max of 45 °. As a result, the piston stroke per cylinder is limited and thus - with the same size - also the adjustment range for the performance. This leads in particular to restrictions if the hydrostatic axial piston chambers are to be used in power split transmissions. In the hydrostatic axial piston machines according to the present invention, this limitation is canceled by maximum. Pivoting angle α ma χ greater than 45 °, preferably of up to 50 °, be realized.
Eine wesentliche Begrenzung für den maximalen Schwenkwinkel αmax einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine gemäss Fig. 1 bis 3 ist durch den Synchronisiermechanismus zwischen Abtriebswelle 11 und Zylinderblock 30 gegeben. Die Synchronisierwelle 23 schwenkt, wenn der Zylinderblock 30 um den Schwenkwinkel α verschwenkt wird, um etwa den halben Schwenkwinkel aus der Achse 38 der Abtriebswelle heraus. Um für diese Schwenkung Platz zu schaffen, ist gemäss Fig. 4 und 5 im Zentrum der auf einem Teilkreis angeordneten Lageraufnahmen 32 die trichterförmige Öffnung 13 vorgesehen, derenAn essential limitation for the maximum swivel angle α max of a hydrostatic axial piston machine according to FIGS. 1 to 3 is provided by the synchronizing mechanism between the output shaft 11 and the cylinder block 30 given. The synchronizing shaft 23 pivots when the cylinder block 30 is pivoted by the pivot angle α by about half the pivot angle out of the axis 38 of the output shaft. In order to create space for this pivoting, the funnel-shaped opening 13 is provided according to FIGS. 4 and 5 in the center of the arranged on a pitch circle bearing receptacles 32 whose
Öffnungswinkel den Schwenkbereich der Synchronisierwelle 23 bestimmt. Bei den bekannten hydrostatischen Axialkolbenmaschinen ist die Öffnung 13 kegelförmig ausgebildet. Die Weite der Öffnung ist dann durch einen Kreis bestimmt, der den Lageraufnahmen 32 einbeschrieben ist. Bei der vorliegenden Lösung wird dagegen der zwischen den benachbarten Lageraufnahmen 32 vorhandene Platz ausgenutzt, um den möglichen Schwenkbereich der Synchronisierwelle 23 zu vergrössern. Dazu werden im Winkelbereich zwischen benachbarten Lageraufnahmen 32 gemäss Fig. 5 Ausbuchtungen 33 in der Öffnung vorgesehen, die über den einbeschriebenen Kreis hinausreichen. Gleichzeitig wird gemäss Fig. 6d die Querschnittskontur der Synchronisierwelle 23 vom Kreis abweichend so verändert, dass sich im Zusammenwirken mit den Ausbuchtungen 33 in der Öffnung 13 ein vergrösserter Schwenkbereich für die Synchronisierwelle 23 ergibt. Die Synchronisierwelle 23 rollt dabei, wenn sich die Axialkolbenmaschine dreht, nach Art eines Zahnrades in einem Hohlrad an der mit den Ausbuchtungen 33 versehenen Randkontur der Öffnung 13 ab.Opening angle determines the pivoting range of the synchronizing shaft 23. In the known hydrostatic axial piston machines, the opening 13 is conical. The width of the opening is then determined by a circle which is inscribed in the bearing receptacles 32. In the present solution, however, the existing between the adjacent bearing seats 32 space is exploited to increase the possible pivoting range of the synchronizing shaft 23. For this purpose, 5 bulges 33 are provided in the opening in the angular range between adjacent bearing receptacles 32 as shown in FIG., Which extend beyond the inscribed circle. At the same time, according to FIG. 6d, the cross-sectional contour of the synchronizing shaft 23 is deviated from the circle in such a way that, in cooperation with the bulges 33 in the opening 13, an enlarged pivoting range for the synchronizing shaft 23 results. The synchronizing shaft 23 thereby rolls, when the axial piston machine rotates, in the manner of a toothed wheel in a ring gear on the edge contour of the opening 13 provided with the bulges 33.
Die Randkontur der Öffnung 13 kann grundsätzlich wellenförmig gestaltet sein, wobei die Wellenberge zwischen den Lageraufnahmen 32 liegen und die Wellentäler direkt bei den Lageraufnahmen 32 angeordnet sind. Bevorzugt ist gemäss Fig. 5 die Randkontur der trichterförmigen Öffnung 13 ein Vieleck mit einer der Anzahl der Kolben 27 entsprechenden Anzahl von Ecken, d.h. ein 9-Eck, wobei die Ecken des Vielecks jeweils zwischen benachbarten Kolben 27 bzw. Lageraufnahmen 32 angeordnet sind und eine Ausbuchtung 33 bilden. Die Querschnittskontur der Synchronisierwelle 23 weist dagegen eine Rotationssymmetrie auf, welche durch Drehung um 120° in sich selbst übergeht. Diese 120°-Rotationssymmetrie wird durch drei in axialer Richtung verlaufende, jeweils um 120° verdreht angeordnete rinnenförmige Ausnehmungen 35 in der Synchronisierwelle 23 erzeugt. Die zwischen den rinnenförmigen Ausnehmungen stehen bleibenden Rippen der Synchronisierwelle 23 tauchen bei entsprechender Winkelausrichtung des Tripodengelenks 22 synchron in die Ausbuchtungen 33 der Öffnung 13 ein, wenn die Synchronisierwelle bei maximalem Schwenkwinkel αmax an der Wand der Öffnung 13 abrollt. Wegen der 120°-Symmetrie der Synchronisierwelle 23 und der 40°-Symmetrie der Öffnung 13 erfolgt das Eintauchen nur bei jeder dritten Ausbuchtung 33. Eine Momentaufnahme des Abrollvorgangs, bei dem eine der rinnenförmigen Ausnehmungen 35 der Synchronisierwelle 23 in der Breite gerade parallel zu einer der Seiten des 9- eckigen Trichters 13 liegt; ist in Fig. 7 wiedergegeben.The edge contour of the opening 13 can be designed basically wave-shaped, the wave crests are between the bearing receivers 32 and the wave troughs are arranged directly at the bearing receivers 32. 5, the edge contour of the funnel-shaped opening 13 is preferably a polygon with a number of corners corresponding to the number of pistons 27, ie a 9-corner, wherein the corners of the polygon are each arranged between adjacent pistons 27 and bearing receivers 32 and one Form bulge 33. By contrast, the cross-sectional contour of the synchronizing shaft 23 has a rotational symmetry which changes into itself by rotation through 120 °. This 120 ° rotational symmetry is achieved by three groove-shaped recesses 35 extending in the axial direction, each rotated by 120 ° Synchronizing shaft 23 generates. The standing between the channel-shaped recesses ribs of the synchronizing shaft 23 dive into the bulges 33 of the opening 13 at a corresponding angular orientation of the tripod joint 22 synchronously, when the synchronizing at maximum swing angle α max on the wall of the opening 13 rolls. Because of the 120 ° symmetry of the synchronizing shaft 23 and the 40 ° symmetry of the opening 13, the immersion takes place only at every third bulge 33. A snapshot of the rolling process, in which one of the channel-shaped recesses 35 of the synchronizing shaft 23 in the width straight parallel to a the sides of the 9-corner funnel 13 is located; is shown in Fig. 7.
Aufgrund des erweiterten Schwenkbereichs ist die hydrostatische Axialkolbenmaschine gemäss Fig. 1 bis 3 besonders geeignet für den Einsatz in einem Leistungsverzweigungsgetriebe eines durch einen Verbrennungsmotor (Dieselmotor) angetriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines Traktors, bei dem einerseits in einem Bereich niedriger Fahrgeschwindigkeit ein hohes Drehmoment bereitgestellt werden muss und andererseits höhere Fahrgeschwindigkeiten mit gutem Wirkungsgrad ermöglicht werden sollen. Das Schema eines solchen Leistungsverzweigungsgetriebes ist in Fig. 8 wiedergegeben, ein stark vereinfachtes Getriebe nach dem Schema der Fig. 8 zeigt Fig. 9 (die durchgehende Zapfwelle 42 der Fig. 8 ist dabei allerdings durch eine im Sttufenplanetengetriebe 45 endende Antriebswelle 56 ersetzt; ebenso fehlt der Torsionsdämpfer 49). Das dargestellte Leistungsverzweigungsgetriebe 40 ist über eine Gelenkwelle 41 und einen Torsionsdämpfer 49 mit einem Verbrennungsmotor 50 verbunden, der durch eine Kolben-Zylinderanordnung symbolisiert ist. Durch das Leistungsverzweigungsgetriebe 40 hindurch läuft eine Zapfwelle 42, die am einen Ende direkt mit der Gelenkwelle 41 verbunden ist und am anderen Ende über eine Kupplung 46 mit einer Abtriebswelle 47 verbindbar ist. Mittels der Abtriebswelle 47 können im Fall des Traktors landwirtschaftliche Zusatzgeräte angetrieben werden. Auf der Zapfwelle 42 sitzt das grosse Sonnenrad z1 eines Stufenplanetengetriebes 45, das zusätzlich Doppelplanetenräder z2, z2', ein kleines Sonnenrad z1' und ein Hohlrad z3 umfasst. Das kleine Sonnenrad z1' ist drehfest über eine Hohlwelle mit einem weiteren Zahnrad z6 verbunden, das mit einem Zahnrad z7 kämmt. Das Hohlrad z3 ist drehfest mit einem Zahnrad z4 verbunden, welches seinerseits mit einem Zahnrad z5 kämmt. Das Zahnrad z5 kann über eine Kupplung K3 mit der Abtriebswelle 43 einer ersten hydrostatischen Axialkolbenmaschine H1 verbunden werden. Das Zahnrad z7 kann über eine Kupplung K2 mit der Abtriebswelle 44 einer zweiten hydrostatischen Axialkolbenmaschine H2 verbunden werden. Der Planetenträger (55 in Fig. 8) der Doppelplanetenräder z2, z2' ist drehfest mit einem Zahnrad z8 verbunden, welches einerseits mit einem Zahnrad z9 und andererseits mit einem Zahnrad z17 kämmt. Das Zahnrad z9 kann über eine Hohlwelle und eine Kupplung K1 mit der Abtriebswelle 44 der zweiten hydrostatischen Axialkolbenmaschine H2 verbunden werden. Das Zahnrad z17 ist Teil eines Antriebsstrangs 48, der mit den angetriebenen Achsen des Fahrzeugs in Verbindung steht. Im Getriebe der Fig. 9 kann die Leistung für den Fahrzeugvortrieb an einem entsprechenden Abtriebsrad 54 abgenommen werden. Die über den mechanischen und hydraulischen Zweig des Getriebes übertragenen Leistungen werden am Planetenträger 55 ' aufsummiert. Weiterhin sitzt auf der Zapfwelle 42 drehfest ein Zahnrad z10, das über ein Zwischenzahnrad z12 und ein weiteres Zahnrad z11 mittels der Kupplung K4 mit der Abtriebswelle 43 der ersten hydrostatischen Axialkolbenmaschine H1 verbunden werden kann.Due to the extended pivoting range, the hydrostatic axial piston machine according to FIGS. 1 to 3 is particularly suitable for use in a power split transmission of a vehicle driven by an internal combustion engine (diesel engine), in particular a tractor, in which a high torque must be provided on the one hand in a low-speed region and on the other hand, higher speeds are to be enabled with good efficiency. The scheme of such a power take-off transmission is shown in Fig. 8, a highly simplified transmission according to the scheme of Fig. 8 shows Fig. 9 (the continuous PTO shaft 42 of Figure 8, however, replaced by an ending in Sttufenplanetengetriebe 45 drive shaft 56, as well missing the torsion damper 49). The illustrated power split transmission 40 is connected via a propeller shaft 41 and a torsion damper 49 with an internal combustion engine 50, which is symbolized by a piston-cylinder assembly. Through the power split transmission 40 passes through a PTO shaft 42 which is connected at one end directly to the propeller shaft 41 and at the other end via a coupling 46 with an output shaft 47 is connectable. By means of the output shaft 47 agricultural accessories can be driven in the case of the tractor. On the PTO shaft 42 sits the large sun z1 a stepped planetary gear 45, which additionally includes double planetary gears z2, z2 ', a small sun z1' and a ring gear z3. The small sun z1 'is rotatably connected via a hollow shaft with another gear z6, which meshes with a gear z7. The ring gear z3 is rotatably connected to a gear z4, which in turn meshes with a gear z5. The gear z5 can be connected via a clutch K3 to the output shaft 43 of a first hydrostatic axial piston machine H1. The gear z7 can be connected via a clutch K2 to the output shaft 44 of a second hydrostatic axial piston engine H2. The planetary carrier (55 in Fig. 8) of the double planet gears z2, z2 'is non-rotatably connected to a gear z8, on the one hand meshes with a gear z9 and on the other hand with a gear z17. The gear z9 can be connected via a hollow shaft and a clutch K1 to the output shaft 44 of the second hydrostatic axial piston machine H2. The gear z17 is part of a drive train 48, which is in communication with the driven axles of the vehicle. In the transmission of FIG. 9, the power for vehicle propulsion can be taken from a corresponding output gear 54. The transmitted over the mechanical and hydraulic branch of the transmission power are summed on the planetary carrier 55 ' . Furthermore sits on the PTO shaft 42 rotatably a gear z10, which can be connected via an intermediate gear z12 and another gear z11 by means of the clutch K4 with the output shaft 43 of the first hydrostatic axial piston H1.
Die beiden hydrostatischen Axialkolbenmaschinen H1 und H2 sind über zwei Hydraulikleitungen 51 und 52 hydraulisch miteinander verbunden, die jeweils als Hin- und Rückleitung eingesetzt sind. Ein in die Hydraulikleitungen 51 , 52 eingesetztes Mehrwegeventil 53 ermöglicht ein Vertauschen der Leitungen, wenn die beiden Axialkolbenmaschinen H1 und H2 ihre Rollen tauschen, d.h., wenn die als Pumpe arbeitende Axialkolbenmaschine als Motor arbeiten soll, und umgekehrt. Die Wirkungsweise des Leistungsverzweigungsgetriebes 40 aus Fig. 8 bzw. Fig. 9 kann anhand der Teilfiguren der Fig. 10 erläutert werden. Die Teilfiguren a1 bis a3 beziehen sich dabei auf eine erste Vorwärtsfahrstufe, die Teilfiguren b1 bis b3 auf eine zweite Vorwärtsfahrstufe, und die Teilfigur c bezieht sich auf die Rückwärtsfahrt. Aus Platzgründen sind die Bezeichnungen der einzelnenThe two hydrostatic axial piston H1 and H2 are hydraulically connected to each other via two hydraulic lines 51 and 52, which are each used as a forward and return line. A multi-way valve 53 inserted into the hydraulic lines 51, 52 makes it possible to interchange the lines when the two axial piston machines H1 and H2 exchange their roles, ie when the axial piston machine acting as a pump is to operate as a motor, and vice versa. The operation of the power split transmission 40 of FIG. 8 or FIG. 9 can be explained with reference to the partial figures of FIG. 10. The sub-figures a1 to a3 refer to a first forward gear, the sub-figures b1 to b3 to a second forward gear, and the sub-figure c refers to the reverse drive. For reasons of space, the names of the individual
Getriebeteile, die identisch zu den Bezeichnungen der Fig. 9 sind, weggelassen.Gear parts that are identical to the designations of Fig. 9, omitted.
Zu Beginn der ersten Vorwärtsfahrstufe (langsame Vorwärtsfahrt; Fig. 10(a1)) sind die Kupplungen. K1 und K2 eingekuppelt. Die erste hydrostatische Axialkolbenmaschine H1 arbeitet in der ersten Vorwärtsfahrstufe als Pumpe, die zweite hydrostatische Axialkolbenmaschine H2 arbeitet als Motor. Die Axialkolbenmaschine H1 (Pumpe) wird zunächst aus dem unverschwenkten Zustand (Schwenkwinkel α=0) langsam in den voll verschwenkten Zustand (Schwenkwinkel α=αmax) verschwenkt, der in Teilfigur Fig. 10(a2) erreicht wird. Sie pumpt dadurch mehr und mehr Hydraulikflüssigkeit in die als Motor arbeitendeAt the beginning of the first forward drive (slow forward drive; Fig. 10 (a1)) are the clutches. K1 and K2 engaged. The first hydrostatic axial piston machine H1 operates in the first forward drive stage as a pump, the second hydrostatic axial piston engine H2 operates as a motor. The axial piston H1 (pump) is first from the unverschwenkten state (pivot angle α = 0) slowly in the fully pivoted state (pivot angle α = α max ) pivoted, which is achieved in part figure Fig. 10 (a2). It pumps more and more hydraulic fluid into the engine
Axialkolbenmaschine H2. Diese ist maximal verschwenkt und gibt daher ein hohes Drehmoment bei langsam ansteigender Drehgeschwindigkeit ab. Ist die Axialkolbenmaschine H1 maximal verschwenkt (Fig. 10(a2)) wird die Axialkolbenmaschine H2 langsam zurück auf Null geschwenkt (Fig. 10(a3)). Dabei erhöht sich ihre Drehzahl, während die Drehzahl der Axialkolbenmaschine H1 und die übertragende hydraulische Leistung zum Ende der Fahrstufe auf Null zurückgeht. In Fig. 11 entspricht die erste Vorwärtsfahrstufe dem Geschwindigkeitsbereich zwischen 0 und etwa 18 km/h, in dem der Anteil HP der übertragenen hydraulischen Leistung linear von 100% auf 0% abnimmt.Axial piston machine H2. This is maximally pivoted and therefore gives off a high torque at slowly increasing rotational speed. When the axial piston machine H1 is pivoted to the maximum (FIG. 10 (a2)), the axial piston machine H2 is slowly pivoted back to zero (FIG. 10 (a3)). In this case, their speed increases, while the speed of the axial piston H1 and the transmitting hydraulic power at the end of the drive level goes back to zero. In Fig. 11, the first forward speed corresponds to the speed range between 0 and about 18 km / h, in which the proportion HP of the transmitted hydraulic power decreases linearly from 100% to 0%.
Beim Übergang von Ende der ersten Fahrstufe (Fig. 10(a3)) zum Anfang der zweiten Fahrstufe (Fig. 10(b1)) wird die Kupplung K1 aus- und dafür die Kupplung K2 eingekuppelt. Da die Axialkolbenmaschine H2 bei Schwenkwinkel Null kein Drehmoment aufnimmt, ist das Schaltmoment praktisch Null. Gleichzeitig mit der Betätigung der Kupplungen K1 und K2 wird durch Umschalten desDuring the transition from the end of the first gear stage (FIG. 10 (a3)) to the beginning of the second gear stage (FIG. 10 (b1)), the clutch K1 is disengaged and the clutch K2 is engaged. Since the axial piston H2 absorbs no torque at pivot angle zero, the switching torque is virtually zero. Simultaneously with the operation of the clutches K1 and K2 is by switching the
Mehrwegeventils 53 die Axialkolbenmaschine H1 in den Motorbetrieb und die Axialkolbenmaschine H2 in den Pumpenbetrieb umgeschaltet. Mit einer anderen Übersetzung laufen nun dieselben Vorgänge ab, wie in der ersten Fahrstufe: Zunächst wird die Pumpe H2 bei voll verschwenktem Motor H1 aus dem unverschwenkten Zustand (Fig. 10(b1)) zunehmend verschwenkt, bis sie ebenfalls voll verschwenkt ist (Fig. 10(b2)). Dann wird der Motor H1 auf Null zurückgeschwenkt (Fig. 10(b3)), wobei er seine Drehzahl erhöht und die übertragene hydraulische Leistung auf Null zurückgeht. Die zweite Vorwärtsfahrstufe entspricht dem Geschwindigkeitsbereich zwischen 18 km/h und 62 km/h in Fig. 11. Der Anteil der übertragenen hydraulischen Leistung steigt dabei von 0% ausgehend zunächst auf eine Maximum von etwa 30% (bei 30 km/h) und fällt dann auf 0% ab (bei etwa 53 km/h) und bleibt für die darüber liegenden Geschwindigkeiten bei 0%. Durch diese Art des Getriebeaufbaus und der Getriebesteuerung ergibt sich gemäss Fig. 11 ein Wirkungsgrad eta des Getriebes, der am Anfang sehr schnell auf Werte von über 85% ansteigt und bei den höchsten Fahrgeschwindigkeiten sogar sein Maximum von etwa 90% erreicht.Multi-way valve 53, the axial piston H1 in the engine operation and the axial piston H2 switched to pump operation. With another Now, the same processes as in the first speed step are carried out: First, the pump H2 is increasingly pivoted from the untwisted state (FIG. 10 (b1)) with the motor H1 fully pivoted, until it is also fully swiveled (FIG. 10 (b2) )). Then, the engine H1 is returned to zero (Fig. 10 (b3)), increasing its speed and reducing the transmitted hydraulic power to zero. The second forward speed corresponds to the speed range between 18 km / h and 62 km / h in Fig. 11. The proportion of transmitted hydraulic power increases from 0%, initially to a maximum of about 30% (at 30 km / h) and falls then at 0% (at about 53 km / h) and remains at 0% for the overlying speeds. According to FIG. 11, this type of transmission construction and the transmission control result in an efficiency eta of the transmission which increases very rapidly to values of over 85% at the beginning and even reaches its maximum of approximately 90% at the highest driving speeds.
Für die Rückwärtsfahrt (Fig. 10(c)) werden die Kupplungen k2 und K3 geöffnet und die Kupplungen K1 und K4 geschlossen. Die Axialkolbenmaschine H1 arbeitet als Pumpe und die Axialkolbenmaschine H2 als Motor. Der Motor H2 ist voll verschwenkt, während die Pumpe H1 vom Schwenkwinkel Null aus verschwenkt wird.For the reverse drive (Fig. 10 (c)), the clutches k2 and K3 are opened and the clutches K1 and K4 are closed. The axial piston H1 works as a pump and the axial piston H2 as a motor. The motor H2 is fully pivoted, while the pump H1 is pivoted from the pivoting angle zero.
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS
10 hydrostatische Axialkolbenmaschine (Motor, Pumpe) 11 Abtriebswelle10 hydrostatic axial piston engine (motor, pump) 11 output shaft
12 Flansch12 flange
13 Öffnung (trichterförmig)13 opening (funnel-shaped)
14 Bohrung (Tripodengelenk)14 hole (tripod joint)
15 Bohrung (Druckvorrichtung) 16 Axialkanal15 hole (pressure device) 16 axial channel
17 Ring17 ring
18 sphärisches Lager 9 Druckfeder 0 Druckkolben18 spherical bearing 9 compression spring 0 pressure piston
21 ,25 Druckstift21, 25 push pin
22,24 Tripodengelenk22,24 tripod joint
23 Synchronisierwelle23 synchronizing shaft
26 Kugelkopf26 ball head
27 Kolben27 pistons
27' . Kolbenschaft27 '. piston shaft
28 Zylinderbohrung28 cylinder bore
29 Anschlussöffnung (Zylinderbohrung)29 connection opening (cylinder bore)
30 Zylinderblock30 cylinder block
31 Lagerbohrung31 bearing bore
32 Lageraufnahme32 bearing receptacle
33 Ausbuchtung33 bulge
34 Zapfen (Tripodengelenk)34 pin (tripod joint)
35 Ausnehmung (rinnenförmig)35 recess (channel-shaped)
36,37 Lagermulde36.37 storage trough
38 Achse (Abtriebswelle)38 axis (output shaft)
39 Achse (Zylinderblock)39 axis (cylinder block)
40 Leistungsverzweigungsgetriebe40 power split transmission
41 Gelenkwelle41 PTO shaft
42 Zapfwelle42 PTO
43,44 Abtriebswelie (Axialkolbenmaschine)43,44 output shaft (axial piston machine)
45 Stufenplanetengetriebe45 stepped planetary gearbox
46 Kupplung46 clutch
47 Abtriebswelle47 output shaft
48 Antriebsstrang48 powertrain
49 Torsionsdämpfer49 torsion damper
50 Verbrennungsmotor50 internal combustion engine
51 ,52 Hydraulikleitung51, 52 hydraulic line
53 Mehrwegeventil53 multiway valve
54 Abtriebsrad 55 Planetenträger54 output gear 55 planet carrier
56 Antriebswelle56 drive shaft
H1.H2 hydrostatische AxialkolbenmaschineH1.H2 hydrostatic axial piston machine
K1....K4 Kupplung z1 ,...,z17 Zahnrad α SchwenkwinkelK1 .... K4 Coupling z1, ..., z17 Gear α Swivel angle
Ornax maximaler Schwenkwinkei Ornax maximum swing angle

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Hydrostatische Axialkolbenmaschine (10), umfassend einen um eine erste Achse (39) drehbaren Zylinderblock (30) mit einer Mehrzahl von auf einem zur ersten Achse (39) konzentrischen Teilkreis angeordneten, sich in axialer Richtung erstreckenden Zylinderbohrungen (28), sowie eine um eine zweite Achse (38) drehbare Ebene (12), auf weicher eine der Anzahl der Zylinderbohrungen (28) entsprechende Anzahl von in die zugehörigen Zylinderbohrungen (28) verschiebbar eintauchenden Kolben (27, 27') auf einem zur zweiten Achse (38) konzentrischen zweiten Teilkreis verschwenkbar angelenkt sind und einen Kranz bilden, sowie Mittel (19,..,25) zur Synchronisierung der Drehungen des Zylinderblocks (39) um die erste Achse (39) und der Abtriebswelle (11 ) um die zweite Achse (38), wobei der Zylinderblock (39) und die Abtriebswelle (11 ) mit ihren beiden Achsen (38, 39) zwischen einer ersten Stellung, in welcher die beiden Achsen parallel (38, 39) sind, und einer zweiten Stellung, in welcher die beiden Achsen (38, 39) einen von Null verschiedenen maximalen Schwenkwinkel (αmax) miteinander bilden, stufenlos verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Schwenkwinkel (αmax) grösser als 45° ist.A hydrostatic axial piston machine (10) comprising a cylinder block (30) rotatable about a first axis (39) and having a plurality of cylinder bores (28) extending concentrically on the first axis (39) and a cylinder bore (28) extending in the axial direction about a second axis (38) rotatable plane (12) on soft one of the number of cylinder bores (28) corresponding number of slidably dipping into the associated cylinder bores (28) piston (27, 27 ') on a to the second axis (38) concentric second pitch circle are pivoted and form a ring, and means (19, .., 25) for synchronizing the rotations of the cylinder block (39) about the first axis (39) and the output shaft (11) about the second axis (38) , wherein the cylinder block (39) and the output shaft (11) with its two axes (38, 39) between a first position in which the two axes are parallel (38, 39), and a second position in which the be iden axes (38, 39) form a non-zero maximum pivot angle (α max ) with each other, are continuously adjustable, characterized in that the maximum pivot angle (α max ) is greater than 45 °.
2. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Schwenkwinkel (αmax) grösser gleich 50° ist.2. Hydrostatic axial piston machine according to claim 1, characterized in that the maximum pivoting angle (α max ) is greater than or equal to 50 °.
3. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Ebene (12) am einen Ende einer um die zweite Achse (38) drehenden Abtriebswelle (11 ) angeordnet ist, dass die Synchronisiermittel (19, ..,25) eine innerhalb des Kranzes der Kolben (27, 27') angeordnete, zentrale Synchronisierwelle (23) umfassen, welche am einen Ende über ein erstes Gelenk (22) mit der Abtriebswelle (11 ) und am anderen Ende über ein zweites Gelenk (24) mit dem Zylinderblock (30) in drehfestem Eingriff steht, und dass die Synchronisierwelle (23) zum Erreichen eines von Null verschiedenen Schwenkwinkels (α) in einer innerhalb des Kranzes der Kolben (27, 27') angeordneten, zentralen trichterförmigen Öffnung (13) der Abtriebswelle (11 ) allseitig verschwenkbar ist, derart, dass der maximale Schwenkwinkel (αmax) der Maschine massgeblich durch Grosse und Ausgestaltung der trichterförmigen Öffnung (13) und des Querschnitts der Synchronisierwelle (23) bestimmt wird.3. Hydrostatic axial piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that the rotatable plane (12) is arranged at one end of an about the second axis (38) rotating output shaft (11) that the synchronizing means (19, .., 25) a central synchronizing shaft (23) arranged within the rim of the pistons (27, 27 '), which at one end has a first joint (22) with the output shaft (11) and at the other end with a second joint (24) the cylinder block (30) is in a rotationally fixed engagement, and that the synchronizing shaft (23) for reaching a non-zero pivoting angle (α) in one within the rim of the piston (27, 27 ') arranged, the central funnel-shaped opening (13) of the output shaft (11) is pivotable on all sides, such that the maximum pivot angle (α max ) of the machine is largely determined by the size and design of the funnel-shaped opening (13) and the cross section of the synchronizing shaft (23) ,
4. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Gelenk jeweils als Tripodengelenk (22, 24) ausgebildet ist, dass die Synchronisierwelle (23) zum Ausgleich von Abstandsänderungen bei Änderungen des Schwenkwinkels (α) in der Antriebswelle (11) axial verschiebbar gelagert ist, und dass in der Antriebswelle (11 ) Mittel (19, 20, 21) vorgesehen sind, welche die Synchronisierwelle (23) in Richtung auf den Zylinderblock (30) federnd vorspannen.4. Hydrostatic axial piston machine according to claim 3, characterized in that the first and second joint each as Tripodengelenk (22, 24) is formed, that the Synchronisierwelle (23) to compensate for changes in distance with changes in the pivot angle (α) in the drive shaft (11 ) Is mounted axially displaceable, and in that in the drive shaft (11) means (19, 20, 21) are provided, which bias the synchronizing shaft (23) in the direction of the cylinder block (30) resiliently.
5. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannmittel eine axiale Druckfeder (19) umfassen, welche über einen Druckkolben (20) und einen ersten, schwenkbar mit dem einen Ende der Synchronisierwelle (23) verbundenen Druckstift (21 ) Druck ausübt, und dass sich die Synchronisierwelle (23) am anderen Ende über einen zweiten, schwenkbar mit ihr verbundenen Druckstift (25) am Zylinderblock (30) abstützt.5. Hydrostatic axial piston machine according to claim 4, characterized in that the biasing means comprise an axial compression spring (19) which via a pressure piston (20) and a first, pivotally connected to one end of the synchronizing shaft (23) pressure pin (21) exerts pressure in that the synchronizing shaft (23) at the other end is supported on the cylinder block (30) via a second pressure pin (25) pivotally connected to it.
6. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vergrösserung des maximalen Schwenkwinkels (αmax) die trichterförmige Öffnung (13) jeweils zwischen benachbarten Kolben (27, 27') durch Ausbuchtungen (33) lokal erweitert ist, und dass die Querschnittskontur der Synchronisierwelle (23) den Ausbuchtungen (33) angepasst ist.6. Hydrostatic axial piston machine according to one of claims 3 to 5, characterized in that to increase the maximum pivot angle (α max ) the funnel-shaped opening (13) between adjacent pistons (27, 27 ') by bulges (33) is locally expanded, and that the cross-sectional contour of the synchronizing shaft (23) is adapted to the bulges (33).
7. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Randkontur der trichterförmigen Öffnung (13) ein Vieleck mit einer der Anzahl der Kolben (27, 27') entsprechenden Anzahl von Ecken ist, und dass die Ecken des Vielecks jeweils zwischen benachbarten Kolben (27, 27') angeordnet sind und eine Ausbuchtung (33) bilden. 7. Hydrostatic axial piston machine according to claim 6, characterized in that the edge contour of the funnel-shaped opening (13) is a polygon with a number of pistons (27, 27 ') corresponding number of corners, and that the corners of the polygon between each adjacent piston (27, 27 ') are arranged and form a bulge (33).
8. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch 3 teilbare Anzahl von Kolben (27, 27') vorgesehen ist, und dass die Querschnittskontur der Synchronisierwelle (23) eine Rotationssymmetrie aufweist, welche durch Drehung um 120° in sich selbst übergeht.8. Hydrostatic axial piston machine according to claim 7, characterized in that a divisible by 3 number of pistons (27, 27 ') is provided, and that the cross-sectional contour of the synchronizing shaft (23) has a rotational symmetry, which by rotation of 120 ° in itself passes.
9. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die 120°-Rotationssymmetrie der Querschnittskontur der Synchronisierwelle (23) durch drei in axialer Richtung verlaufende, jeweils um 120° verdreht angeordnete rinnenförmige Ausbuchtungen (35) in der Synchronisierwelle (23) erzeugt wird.9. Hydrostatic axial piston machine according to claim 8, characterized in that the 120 ° rotational symmetry of the cross-sectional contour of the synchronizing shaft (23) by three axially extending, each rotated by 120 ° arranged trough-shaped bulges (35) in the synchronizing shaft (23) is generated ,
10. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass 9 Kolben (27, 27') vorgesehen sind.10. Hydrostatic axial piston machine according to claim 8 or 9, characterized in that 9 pistons (27, 27 ') are provided.
11. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (27) jeweils an einem Ende eines Kolbenschaftes (27') angeordnet sind, dass der Kolbenschaft (271) sich zum anderen Ende hin verjüngt und am anderen Ende mit einem Kugelkopf (26) in einem sphärischen Lager (18) schwenkbar gelagert ist, und dass die sphärischen Lager (18) auf dem zweiten Teilkreis in einem an der Abtriebswelle (11 ) ausgebildeten Flansch (12) befestigt sind, welcher die um die zweite Achse (38) drehbare Ebene bildet.11. Hydrostatic axial piston machine according to one of claims 1 to 10, characterized in that the pistons (27) are each arranged at one end of a piston shaft (27 ') that the piston shaft (27 1 ) tapers towards the other end and the other End with a ball head (26) in a spherical bearing (18) is pivotally mounted, and that the spherical bearings (18) are mounted on the second pitch in a formed on the output shaft (11) flange (12) which surrounds the second axis (38) forms rotatable plane.
12. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (27), die Kolbenschäfte (27') und die Kugelköpfe (26) jeweils Teile eines einstückigen Elementes sind.12. Hydrostatic axial piston machine according to claim 11, characterized in that the pistons (27), the piston shafts (27 ') and the ball heads (26) are each parts of a one-piece element.
13. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Tripodengelenke (22, 24) die Synchronisierwelle (23) an beiden Enden jeweils 3 um 120° gedrehte, sich in radialer Richtung erstreckende, zylindrische Zapfen (34) aufweist.13. Hydrostatic axial piston machine according to claim 4, characterized in that for the formation of the Tripodengelenke (22, 24) the Synchronizing shaft (23) at both ends in each case 3 by 120 ° rotated, extending in the radial direction, cylindrical pin (34).
14. Verwendung einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in einem Leistungsverzweigungsgetriebe (40) eines durch einen Verbrennungsmotor (50) angetriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines Traktors, wobei ein Teil der vom Leistungsverzweigungsgetriebe (40) übertragenen Antriebsleistung hydraulisch übertragen wird, und zur hydraulischen Leistungsübertragung wenigstens zwei hydraulisch untereinander verbundene hydrostatische Axialkolbenmaschinen (W ', H2) verwendet werden, die abwechselnd als Pumpe und Motor arbeiten. 14. The use of a hydrostatic axial piston machine (10) according to one of claims 1 to 13 in a power split transmission (40) of a driven by an internal combustion engine (50) vehicle, in particular a tractor, wherein a part of the power split transmission (40) transmitted drive power is transmitted hydraulically , and for hydraulic power transmission at least two hydraulically interconnected hydrostatic axial piston machines (W ' , H2) are used, which operate alternately as a pump and motor.
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