Getriebeanlage mit hydrostatischem Getriebe für Fahrzeuge. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Getriebeanlagen mit hydrostatischen Ge trieben für Fahrzeuge.
Hydrostatische Getriebe haben den Vor teil, dass sie über einen Untersetzungsbereich, wie er insbesondere für den Betrieb von Kraftfahrzeugen erforderlich ist, das volle Motordrehmoment mit nahezu konstantem Wirkungsgrad übertragen.
Sie haben aber anderseits den Nachteil, dass sie in Anfahr- stellung, das heisst bei einem das Verhältnis von Abtriebs- zu Antriebsdrehzahl darstellen den Untersetzungsverhältnis von 1: co, mit Rücksicht auf den aus Festigkeitsgründen be grenzten maximal zulässigen Druck der Ar beitsflüssigkeit kein (oder nur ein geringes) Drehmoment aufnehmen können.
Je nach der konstruktiven Auslegung des Getriebes, das heisst je nach Baugrösse, maximal zulässigem Arbeitsdruck usw. wird das volle Motordreh- nioment vielmehr erst bei einem mehr oder weniger grossen Untersetzungsverhältnis .. er tragen.
Diese Eigenschaft hydrostatischer Unter- setzungsgetriebe ergibt insbesondere in Ver bindung mit Verbrennungskraftmaschinen als Antriebsmotor in Kraftfahrzeugen Unzuläng. lichkeiten insofern, als ein weiches, stossfreies Anfahren nicht möglich ist. Es ist ausserdem auch nicht möglich, beim Anfahren sofort Vollgas zu geben, da hierbei der Motor durch. gehen würde, wenn man nicht einen beson deren, auf das Brennstoffmengenverstellglied wirkenden Höchstdrehzahlregler vorsieht.
Dieser Regler ist zumindest bei Otto-Motoren in Fahrzeugen nicht üblich und wegen seiner Kosten und Störanfälligkeit möglichst zu ver meiden.
Es wurde zur Umgehung der geschilderten Schwierigkeiten auch schon vorgeschlagen, dem stufenlos einstellbaren hydrostatischen Getriebe eine hydrodynamische Kupplung vorzuschalten, die nur im Anfahrzustand des Fahrzeuges zur Wirkung kommt, das heisst zwischen der Untersetzung 1: oo und derjeni gen Untersetzung, ab der das hydrostatische Getriebe das volle Motordrehmoment aufzu nehmen vermag. Das hydrostatische Getriebe wird dabei nur bis zu der zuletzt genannten Untersetzung herab verstellt, bei der es gerade noch das volle Motordrehmoment übertragen kann.
Die hydrodynamische Kupplung wird so ausgelegt, dass bei stillstehendem Fahrzeug und voller Brennstoffzufuhr zum Fahrzeug motor dieser nicht auf volle Drehzahl kommt, sondern erst dann, wenn das Fahrzeug die jenige, Geschwindigkeit erreicht hat, die der Motorhöchstdrehzahl bei dem grösstzulässigen Untersetzungsverhältnis des hydrostatischen Getriebes entspricht. Von diesem Punkt ab wird eine Drehzahlerhöhung des Fahrzeug motors durch automatische Verringerung der Getriebeuntersetzung verhindert.
Der Aufwand einer hydrodynamischen Kupplung zusätzlich zu dem hydrostatischen Getriebe ist jedoch in vielen Fällen, beispiels weise bei kleineren Fahrzeugen, nicht tragbar.
Erfindungsgemäss wird daher vorgeschla gen, ein Überströmorgan an die Druckseite des hydrostatischen Getriebes anzuschliessen, welches Organ von dieser Seite aus mit einem Öffnungsdruck belastet ist und in Abhängig keit von der Fahrzeugmotordrehzahl derart gesteuert wird, dass dessen 'Schliessdruck -bei Leerlaufdrehzahl des Fahrzeugmotors nahezu N N ull ist und mit steigender Motordrehzahl quadratisch ansteigt.
Das Überströmorgan ist im gesamten Aasfahrbereich in Wirkung, und zwar bei einer Untersetzung des Getriebes von einem bestimmten Wert an bis herab auf 1: oo. Das Getriebe wird nur in dem Unter setzungsbereich verstellt, innerhalb dessen es das volle Drehmoment des Fahrzeugmotors ohne Schaden aufnehmen kann.
Durch die Erfindung können mit erheb lich geringerem Aufwand die gleichen Wir kungen erzielt werden, wie bei Einschaltung einer hydrodynamischen Kupplung. Zu diesen Wirkungen zählt die Möglichkeit, vom An fahren ab Vollgas zu geben, ohne dass der Fahrzeugmotor durchgehen kann. Auch kann ein weiches und schnellstmögliches Anfahren ohne Rücksicht auf die Geschicklichkeit des jeweiligen Fahrers erreicht werden.
Bei zu nehmender Drehzahl des Fahrzeugmotors wird nämlich durch den drehzahlabhängigen Druckregler ein mit der Drehzahl quadratisch ansteigender Schliessdruck erzeugt, der als Gegenkraft zum Druck der Druckseite auf dem Überströmorgan der Getriebedruckseite lastet. Da nun das hydrostatisehe Getriebe nicht auf Untersetzung 1: oo steht und somit weder die Pumpe noch der Motor des Getrie bes auf Fördermenge bzw.
Schluckfähigkeit Null eingestellt sind, wirkt auf die Pumpe ein Arbeitsflüssigkeitsdruck, woraus ein Be lastungsdrehmoment auf den Fahrzeugmotor resultiert, das diesen so belastet, dass er je nach der Ausleg@,mg des drehzahlabhängigen Druckreglers nur auf eine mehr oder weniger hohe, jedenfalls aber noch zulässige Dreh- zahl kommt.
Wenn der drehzahlabhängige Druckregler und das überströmorgan auf der Druckseite des Getriebes so ausgelegt sind, dass das überströmorgan durch den bei voller Drehzahl und voller Belastung bei kleinster Untersetzung auftretenden Druck der Ar beitsflüssigkeit nicht geöffnet wird, so er geben sich vollkommen die gleichen Verhält nisse wie bei Vorschaltung. einer den Aasfahr bereich überbrückenden hydrodynamischen Kupplung.
Bei der vorgeschlagenen Üetriebeausbil- dung ist es möglich, die Pumpe des hydro statischen Getriebes fest, das heisst auf kon stante Fördermenge pro Umdrehung der An triebswelle, einzustellen. Veränderliche Ein stellung hat dann nur der Motor des hydro statischen Getriebes, dessen Schluckfähigkeit pro Umdrehung der Abtriebsw eile variiert wird.
Es ergibt sich dadurch eine Vereinfachung der Pumpe und der Einrichtung zur Verän derung des Untersetzimgsverhältnisses des Getriebes.
Bei der vorgeschlagenen Verwendung des Getriebes derart, dass es nicht bis zum Unter setzungsverhältnis 1: oo herab verstellt wird, ist es besonders vorteilhaft, die Einstellung der Untersetzung durch einen von der Fahr zeugmotordrehzahl abhängigen Regler durch führen zu lassen.
Dadurch ist das günstigste Zusammenwirken der beiden Regelvorrichtun gen, nämlich des Überströmorgans imd des Reglers zur Verstellung des Untersetzungs- v erhältnisses, ohne Rücksicht auf die Ge- sehicklichkeit und Sachkenntnis des Fahr zeugführers gewährleistet. Vorzugsweise er folgt die Verstellung der Solldrehzahl dieses Reglers zwangsweise durch das Gestänge des Brennstoffmengen-Verstellgliedes des Fahr zeugmotors.
Dies ist bei Fahrzeugen mit Otto- Motoren der Gashebel, die Drosselklappe in der Ansaugleitung und deren Verbindungs gestänge, bei Dieselmotoren dagegen die Regelstange der Einspritzpumpe.
Die Einstellung des Getriebes für Rück wärtsfahrt kann z. B. durch einen Umschalter in der Druck- und Saugleitung zwischen der Pumpe und dem Motor des hydrostatischen Getriebes erfolgen. Dieser Umschalter ermög licht die Druck- und die Saugleitung der Pumpe wahlweise mit jeder der Leitungen des Motors zu verbinden, so dass durch Verstel lung des Umschalters bei gleichbleibender Drehrichtung der Pumpe beide Drehrichtun gen des hydrostatischen Motors und damit beide Fahrtrichtungen des Fahrzeuges herbei geführt werden können.
An Stelle dieses Umschalters kann auch zwischen dem Fahrzeugmotor und der Pumpe des hydrostatischen Getriebes ein einfaches, schaltbaresUmkehrgetriebe angeordnet werden durch das bei gleichbleibender Drehrichtung des Fahrzeugmotors die Drehrichtung des ge samten hydrostatischen Getriebes und damit die Fahrtrichtung des Fahrzeuges umgekehrt werden kann.
Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.
Fig. 1 zeigt die Anordnung der Pumpe und des Motors des hydrostatischen Getriebes in Ansicht sowie die Steuerungsorgane (Über strömschieber, Umschalter, Fliehkraft-Druck- regler) im Schnitt.
Fig. 2 zeigt die Pumpe und den Motor des hydrostatischen Getriebes im Schnitt durch deren Drehachse, und zwar senkrecht zur Bildebene der Fig. 1; der Regler zur Einstel lung der Getriebeuntersetzung ist im Schnitt dargestellt.
Das hydrostatische Getriebe besteht aus der auf feste Fördermenge eingestellten Pumpe 1 und dem in seiner Schluckfähigkeit veränderlichen Motor 2. Die Pumpe 1 wird von dem Fahrzeugmotor über die Welle 3 angetrieben; der Antrieb der Triebräder des Fahrzeuges erfolgt mittelbar oder unmittel bar durch die Abtriebswelle 4.
Pumpe und Motor des Getriebes stehen über eine Druck leitung 5 und eine Rücklaufleitung 6 mit einander in Wirkungsverbindung. Zwischen diesen beiden Leitungen befindet sich ein Überströmschieber 7, der die Leitungen 5 und 6 kurzschliesst, wenn sein Kolben 8 eine entsprechende Lage am rechten Ende der Zylinderbohrung des überströmschiebers ein nimmt.
Der Kolben 8 ist als Differenzkolben ausgebildet, auf dessen kleinere Fläche der Arbeitsdruck,(Druckder!Druckseite) deshydro- statischen Getriebes und auf dessen grössere Fläche ein hydraulischer Gegendruck im Raum 9 - der Schliessdruck für den Überströmschie- ber - wirkt. In gleicher Richtung wie der Arbeitsdruck wirkt ausserdem eine Druck feder 10.
Der hydraulische Gegendruck wird durch eine kleine Zusatzpumpe 11 erzeugt und durch einen Fliehkraft-Druckregler 1.2 in Verbindung mit einem überströmschieber 13 geregelt. Der Fliehkraft-Druckregler 12 wird mit einer der Pumpendrehzahl und damit der Drehzahl des Fahrzeugmotors pro portionalen Drehzahl angetrieben. Sein Regel kolben 12' nimmt eine durch die Fliehkraft des Gewichtes 14 und die Kraft der Druck- Feder 15 bestimmte Lage ein.
Je nach der Stellung des Regelkolbens 1'2' wird eine grö ssere oder kleinere Menge der Druckflüssig keit durch die Leitung 16 in den Vorratsbe hälter 17, aus dem die Zusatzpumpe 11 an saugt, zurückgeleitet. Allfällige weitere von der Zusatzpumpe 11 geförderte Flüssigkeit fliesst durch den Überströmschieber 13 und die Leitung 18 in den Vorratsbehälter 17 zu rück.
Bei kleiner Drehzahl der Pumpe 1 und damit des Fliehkraft-Druckreglers 12 kann aus der Leitung 19 die Flüssigkeit ohne Über- w-indung wesentlicher Widerstände ausflie ssen, so dass der Druck in dieser Leitung und im Raum 9 des überströmschiebers 7 gering ist. Der Kolben 8 wird nach rechts verscho ben und schliesst die Leitungen 5 und 6 kurz, so dass das Fahrzeug stillsteht, obwohl die Pumpe 1 durch den leerlaufenden Fahrzeug motor angetrieben wird.
Die Verstellung des Untersetzungsverhält- nisses des hydrostatischen Getriebes erfolgt durch Veränderung der Anstellung des hydro statischen Motors 2. Der Schwenkrahmen der Kolbentrommel 20 dieses Motors wird durch einen Servomotorkolben 21 um seine Drehachse 22 geschwenkt (Fug. 2).
Die Steuerung des Druckmittels für den Kolben 21 erfolgt durch einen Steuerstift 23, der die Leitungen 2,4 zum Zylinder des Kolbens 21 wechselweise mit einer Druckleitung 25 oder einer der Rück laufleitungen 26 verbindet. Mit 27 ist der von der Motordrehzahl abhängige Untersetzungs- regler bezeichnet.
Die Einstellung der Soll drehzahl erfolgt über die Reglerfeder 29 durch Einstellung des Widerlagers 30 in zwang läufiger Abhängigkeit von der Betätigung des Gaspedals 31 des Fahrzeuges, das ausserdem die Drosselklappe 32 des Fahrzeugmotors ein stellt.
In die Verbindimgsleitungeri der Pumpe 1 und des Motors 2 ist ein Umschalter 33 ein geschaltet, der die Druckleitung 5 der Pumpe wahlweise mit der Leitung 5' oder 6' des Motors 2 und die Rücklaufleitimg 6 der Pumpe 1 dementsprechend mit der Leitung 6' oder der Leitung 5' des Motors 2. verbindet. Durch diesen Umschalter können bei gleich bleibender Drehrichtung der Pumpe 1 beide Drehrichtungen des Motors 2 eingestellt wer den.
Die gezeichnete Stellung der Kolbentrom mel 20 des hydrostatischen Motors 2 ent spricht der grösstmöglichen Untersetzung des hydrostatischen Getriebes. Der Servomotor kolben 21 liegt in dieser Stellung an einem Anschlag 34 an, so dass auch bei Verschie- bung des Gashebels 31 auf Vollgas und Vor- Spannung der Reglerfeder 29 auf grösstmög liche Drehzahl (Verschieben des Steuerstiftes 23 nach rechts) keine grössere Untersetzung mehr eingestellt werden kann.
Die Wirkungsweise des Getriebes beim An fahren des Fahrzeuges ist folgende: Bei leerlaufendem Fahrzeugmotor herrscht, wie bereits beschrieben, in der Leitung 19 nur ein sehr niedriger Druck, so dass der über strömschieber 7 die Leitungen 5 und 6 mit einander verbindet.
Bei Beschleunigung des Fahrzeugmotors durch Gasgehen bei noch stillstehendem Fahr zeug steigt, durch den Regler 12 bedingt, der Druck in der Leitung 19 und damit im Raum 9 quadratisch mit der Motordrehzahl an. Der Kolben 8 wird gegen die Wirkung der Feder 10 nach links verschoben, der Druck in der Leitung 5 steigt an und der hydrostatische Motor 2 wird mit einem steigenden Druck beaufschlagt. Der hydrostatische Motor 2 be schleunigt das Fahrzeug. Ausserdem übt die Pumpe rückwirkend ein Bremsmoment auf den Fahrzeugmotor aus.
Das weiterhin an haltende, jedoch stetig geringer werdende Überströmen im Überströmschieber 7 bewirkt einen Schlupf zwischen Pumpe 1 und Motor 2, .wie es auch durch eine hydrodynamische Kupplung oder durch eine schleifende Rei bungskupplung bewirkt wird. Mit zunehmen der Fahrgeschwindigkeit wächst auch die Drehzahl des Fahrzeugmotors biss zu der Dreh zahl, bei der das hydrostatische Getriebe das volle Drehmoment des Fahrzeugmotors ohne Überschreiten des aus Festigkeitsgründen maximal zulässigen Arbeitsflüssigkeitsdruckes übertragen kann.
Bei dieser Drehzahl schliesst der Fliehkraftdruckregler 12 den Nebenschluss über die Leitung 16 vollkommen ab, und in der Leitung 19 und im Raum 9 stellt sich ein durch den überströmschieber 13 festge legter Druck ein. Dieser Druck ist so gross, dass er den Überströmschieber 7 unter Berück sichtigung der verschiedenen Flächen des Differenzkolbens 8 gegenüber dem maximal zulässigen Arbeitsdruck und der Kraft der Feder 10 gerade geschlossen hält.
Die weitere Drehzahlregelung erfolgt durch Änderung des Untersetzunmsverhältnisses des hydrostati schen Getriebes unter der Wirkung des Steuerstiftes 23, der bei weiterer Drehzahl zunahme den Zufluss zum Servomotorkolben 21 derart steuert, dass die Kolbentrommel 20 des hydrostatischen Motors 2 in Richtung auf die Untersetzung 1:1 mutverstellt wird.
Bei Verzögerung des Fahrzeuges bis zum Anhalten verläuft der beschriebene Vorgang in umgekehrter Richtung. Bei Gaswegnahme wird eine niedrigere Solldrehzahl am Regler 2 7 eingestellt, und dadurch die Kolbentrom mel 20 des hydrostatischen Motors 2 zunächst auf grösstes Untersetzungsverhältnis (1:1) eingestellt, falls sie sich nicht vorher bereits in dieser Stellung befand. Beim Bremsen wer den die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Drehzahl des Fahrzeugmotors so weit verrin gert, dass der Drehzahlregler <B>27</B> über den Steuerstift 23, die Leitungen 24 und den Kol ben 21 grösste Schluckfähigkeit des hydrosta tischen Motors und damit kleinstes Unter setzungsverhältnis des Getriebes einstellt.
Der Druck im Raum 9 des überströmscllie- bers 7 fällt ab, bis die Druckleitung 5 mit der Saugleitung 6 verbunden wird und das Fahrzeug ganz zum Stillstand kommen kann.
Bei Verwendung eines schaltbaren Um kehrgetriebes zwischen dem Fahrzeugmotor und der hydrostatischen. Pumpe 1 muss ein zweiter überströmschieber zwischen den Lei tungen 5 und 6 angeordnet werden, da bei umgekehrter Drehrichtung der Pumpe 1 die Leitung 5 zur Saugleitung und die Leitung 6 zur Druckleitung des Getriebes wird.
An Stelle des als Ausführungsbeispiel ge wählten, aus Pumpe und Motor bestehenden Getriebes kann der Gegenstand der Erfindung für jedes andere hydrostatische Getriebe ver wendet werden.