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Stufenlos regelbares Flüssigkeitsgetriebe mit einer Mehrzylinder-Kolbenpumpe
und einem dieser in einem geschlossenen Kreislauf nachgeschalteten mehrzylindrigen
Kolbenmotor Die Erfindung betrifft ein stufenlos regelbares Flüssigkeitsgetriebe
mit einer Mehrzylinder-Kolbenpumpe und einem dieser in einem geschlossenen Kreislauf
nachgeschalteten mehrzylindrigen Kolbenmotor, die in einem inneren Gehäuse zusammengefaßt
sind und sich durch Federkraft gegen eine gemeinsame Verteilerplatte abstützen,
wobei die Antriebs-und die Abtriebswelle konzentrisch angeordnet sind und das Übersetzungsverhältnis
des Getriebes durch Neigungsänderung zweier die Kolben von Pumpe und Motor betätigenden
Taumelscheiben bestimmt wird.
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Hydraulisch stufenlos regelbare Getriebe, die nach dem Verdrängerprinzip
arbeiten, sind seit längerer Zeit bekannt. Sehr wesentlich für die Funktion derartiger
Getriebe ist die Steuerung der Neigung der Taumelscheiben, welche die Hubvolumina
von Pumpe und Motor bestimmt. Es ist eine derartige Steuerung für die Taumelscheiben
eines Flüssigkeitsgetriebes, bei dem die Pumpen- und Motorzylinder im gleichen Umlaufkörper
vereinigt waren, bekanntgeworden, wobei über ein Gestänge die Taumelscheiben gegensinnig
zueinander bewegt wurden und verschiedene Elemente der Betätigungseinrichtung gleichzeitig
an beiden Taumelscheiben angriffen.
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Weiterhin ist ein Flüssigkeitsgetriebe mit einem nachgeschalteten
Zahnradwechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge und Schienentriebwagen,
bekanntgeworden, bei dem die Neigung der Taumelacheiben über ein hydraulisch betätigtes
Gestänge einstellbar ist. Hierbei wird jede Taumelscheibe von einem einzelnen Gestänge
verschwenkt, beide Gestänge werden jedoch durch den gleichen doppelseitig beaufschlagbaren
Kolben bewegt. Wesentlich für diese bekannte Anordnung ist, daß gleichzeitig die
Drehpunkte, um die das Gestänge verschwenkbar ist, durch eine über die Fahrzeugkupplung
betätigbare hydraulische Einrichtung verschoben werden.
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Um eine möglichst gedrängte Bauart zu erreichen, ist es bereits bekanntgeworden,
stufenlos regelbare Flüssigkeitsgetriebe statisch dynamischer Wirkungsweise, die
mit in den gleichen Zylindern gegeneinander arbeitenden Kolben zweier Pumpen ausgerüstet
sind und bei denen die verdrängte Flüssigkeit über eine Turbinenanordnung abströmend
en Drehmoment erzeugt, so auszubilden, daß der Zylinderkörper durch Verlängerungen
zu einem inneren Gehäuse ergänzt wird, dessen eines Ende die Abtriebswelle bildet.
Die Neigung der mit der Antriebswelle drehenden Taumelscheibe wird hierbei durch
keilförmige Organe bewirkt, die in der Antriebswelle in axialer Richtung verschiebbar
mit dieser drehen. Ähnlich wie bei der Anordnung zur mechanischen Steuerung der
Taumelscheiben durch ein mechanisches System werden die Taumelscheiben hierbei entgegengesetzt
verstellt. Bei dieser bekannten Anordnung sind für jede der beiden Pumpen zwei Taumelscheiben
angeordnet, von denen jedoch jeweils eine nicht verschwenkbar ist.
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Schließlich ist noch ein Flüssigkeitsgetriebe bekanntgeworden, bei
dem zwei Pumpen, die auf der Antriebswelle angeordnet sind und mit dieser drehen,
zu einem inneren Gehäuse zusammengefaßt sind, das in einem äußeren Gehäuse umläuft.
Die Kolben werden dabei durch ein Nockenstück bewegt, das drehfest mit der Abtriebswelle
verbunden und als umlaufender, schief abgeschnittener Zylinder mit parallelen Schnittflächen
ausgebildet ist.
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Während des Betriebes läuft die Druckflüssigkeit vom inneren, mit
der Antriebswelle drehenden Gehäuse zum äußeren Gehäuse um. Eine Regelbarkeit ist
durch Drosselung der Abflußöffnungen gegeben, deren Bewegungsenergie selbst nicht
ausgenutzt wird. Bei diesem Getriebe wird auf Grund der Nichtverwendung der Strömungsenergie
der Flüssigkeit ein nicht unerheblicher Energieverlust eintreten.
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Die Erfindung geht von diesem bekannten Stand der Technik aus und
hat sich zur Aufgabe gestellt, ein besonders robustes, gedrängtes und betriebssicheres,
stufenlos regelbares Flüssigkeitsgetriebe zu schaffen, bei dem der Frage der Steuerbarkeit
besondere Beachtung geschenkt wurde. Wenn größere Kräfte übertragen werden sollen,
werden. innerhalb des Getriebes erhebliche Kräfte auftreten, so daß eine Änderung
der Neigung der Taumelscheiben gleichfalls
große Kräfte erfordert.
Zur Verminderung dieser Kräfte schafft die Erfindung eine Anordnung, die die kräftefreie
Vorwahl ermöglicht, wobei die Bewegung der Taumelscheiben in die vorgewählte Stellung
durch den Flüssigkeitsdruck selbst, und zwar in Abhängigkeit beider Scheiben voneinander,
bewirkt wird.
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Gemäß der Erfindung ist ein stufenlos regelbares Flüssigkeitsgetriebe
der eingangs beschriebenen Ausführung so beschaffen, daß beide Taumelscheihen kippbar,
aber in bezug auf die Rotationsachse drehfest im in an sich bekannter Weise in einem
äußeren Gehäuse drehbar gelagerten, inneren Gehäuse angelenkt sind, dessen Ende
als Abtriebswelle ausgestaltet ist, daß der Zylinderkörper des Motors durch eine
Hohlwelle drehfest mit dem Außengehäuse verbunden ist, der Zylinderkörper der Pumpe
drehfest auf der die Hohlwelle durchsetzenden Antriebswelle angeordnet ist und die
Taumelscheiben in ihrer Neigung gegen die Rotationsachse nach Vorwahl über mindestens
einen doppelseitig beaufschlagbaren Differentialkolben, dessen Zylinder an der Verteilerplatte
angeordnet ist und in an sich bekannter Weise direkt abhängig voneinander gleichzeitig
oder nacheinander in gleichem Sinne verstellbar sind.
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Dadurch, daß die bekannte Pumpen- und Motoranordnung in einem inneren,
mit der Abtriebswelle drehbaren Gehäuse angeordnet ist, in dem auch die Taumelscheiben
angelenkt sind, und dessen Ende die Abtriebswelle bildet, wird eine gedrängte, robuste
und sichere Bauart ermöglicht. Durch die Anordnung mindestens eines doppelseitig
beaufschlagbaren Differentialkolbens als Steuermittel wird die kräftefreie Vorwahl
ermöglicht, die das Schalten, d. h. in diesem Falle, das stufenlose Regeln selbst
bei hoher Belastung des Getriebes, beispielsweise bei Bergauffahrt eines Kraftfahrzeuges
mit großer Betriebslast, leicht ermöglicht. Dabei kann nach der Erfindung weiterhin
der Differentialkolben zum Verstellen der Taumelscheiben in an sich bekannter Weise
über eine Zugstange an einer Taumelscheibe angelenkt sein, in seinem Innern gleitet
ein mit Bohrungen versehener Steuerschieber, der über eine Zugstange oder ein Hebelsystem
und einem Kipphebel betätigbar ist, wobei die Bohrungen so angeordnet sind, daß
mit ihrer Hilfe über eine Bohrung im Differentialkolben eine Verbindung zwischen
den beiden durch den Kolben voneinander getrennten Zylinderkammern oder der Zvlinderkammer
mit der Abflußleitung bewirkt wird. Dabei werden die Taumelscheiben zum gleichzeitigen
und gleichartigen Verschwenken durch eine Zugstange verbunden sein.
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Bei dieser Anordnung werden nach Vorwahl beide Taumelscheiben stets
gleichzeitig bewegt, so daß eine gleichzeitige Veränderung der Kolbenverdrängung
für Pumpe und Motor stattfindet. Die Verschwenkung um die Lager der Taumelscheiben
wird dabei stets im gleichen Drehsinn stattfinden.
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Nach einem Alternativvorschlag kann die Steuerung auch so ausgebildet
sein, daß die Kolben zum zeitlich aufeinanderfolgenden Verstellen der Taumelscheiben
in Zylindern arbeiten, die durch gemeinsame Leitungen von der Pumpe beaufschlagt
werden, wobei die Zylinder verschiedene Querschnitte aufweisen.
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Bei der Anordnung, bei der beide Taumelscheiben an der gleichen Stange
angelenkt sind, also zwangläufig gleichzeitig bewegt werden, wird die Gesamtverdrängung
von Pumpe und Motor stets konstant sein. Bei der Anordnung zum zeitlich aufeinanderfolgenden
Verstellen dagegen wird das Verdrängungsvolumen des Motors erst geändert, nachdem
die Taumelscheibe der Pumpe ihre neue Stellung erreicht hat. Es ist also die gesamte
Verdrängung von Pumpe und Motor zunächst größer, und es kann eine größere Kraft
übertragen werden, was insbesondere beim Schalten von erheblicher Bedeutung ist.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles
mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen stellen dar in Abb. 1
einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Getriebe mit gleichzeitiger
Verstellung der Taumelscheiben, Abb. 2 eine entsprechende Darstellung, teilweise
in Seitenansicht, eines Getriebes mit zeitlich aufeinanderfolgender Verstellung
der Taumelscheiben, Abb. 3 einen Vertikalschnitt durch den die Bewegung beider Taumelscheiben
steuernden Zylinder und den darin arbeitenden Differentialkolben, Abb. 4 in Draufsicht,
teilweise im Schnitt, das Gestänge zur Neigungsvorwahl für die Taumelscheiben. Das
Getriebe weist ein inneres umlaufendes Gehäuse 1 auf, welches einen Motor B und
eine Pumpe A aufnimmt. In dieses Gehäuse tritt die Antriebswelle 4 ein, die in einer
Bohrung 5 des als Abtriebswelle 6 ausgebildeten abtriebsseitigen Endes des Gehäuses
1 gelagert ist. Pumpe und Motor stützen sich mit ihrem Spiegel gegen eine Verteilerplatte
7 ab. In dem Motor sind Zylinderbohrungen 8 angeordnet, in denen die Kolben 10 gleiten.
In den Zylindern 9 der Pumpe gleiten entsprechende Kolben 11. Die Zylinder 8 und
9 sind durch die Kanäle 12 mit der Verteilerplatte 7 und über dieselbe miteinander
verbunden. Um sowohl das Zylindergehäuse 2 des Motors als auch das Zylindergehäuse
3 der Pumpe dauernd elastisch gegen die Verteilerplatte 7 zu drücken, sind Druckfedern
13 angeordnet, die sich gegen entsprechende Anschläge einerseits der genannten Gehäuse,
andererseits der axial durchlaufenden Wellen abstützen. Der Motor B ist über einen
Keil 14 drehfest mit der Hohlwelle 15 verbunden, die ihrerseits drehfest mit dem
Außengehäuse verbunden, also stationär ist. Das Pumpengehäuse 3 ist durch einen
entsprechenden Keil drehfest mit der Antriebswelle 4 verbunden. Sowohl das Motor-
als auch das Pumpengehäuse sind in der Lage, mindestens kleine Bewegungen in axialer
Richtung durchzuführen. Die Kolben 10 und 11 sind über hantelförmige Kolbenstangen
16 und 17 mit Lagerringen 18 und 19 verbunden, die sich über Wälzlager 20 gegen
die Taumelscheiben 21 und 22 abstützen. Die Taumelscheiben 21 und 22 sind über Zapfen
23 und 24 (Abb. 2) am inneren Gehäuse 1 angelenkt.
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Zur gemeinsamen Verschwenku:ng ist die Anordnung in Abb. 1 dargestellt.
Hier sind die Taumelscheiben 21 und 22 durch eine Stange 25, die mit dem Gehäuse
1 umläuft, dauernd miteinander verbunden. Gesteuert wird diese Anordnung über einen
Schalthebel 46, dessen Bewegung über an sich beliebige Mittel, beispielsweise eine
axial verschiebbare Buchse. auf einen zweiarmigen Hebel 30 übertragen wird,
an dem eine Zugstange 29 angelenkt ist, die über ein Gelenk mit einem Steuerschieber
37 verbunden ist. Am Gehäuse 1, beispielsweise an der Verteilerplatte 7, ist ein
Zylinder 31 angeordnet, in dem ein Differentialkolben 32 gleitet.
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An der zur Zugstange 29 hin gerichteten Zylinderstirnwand ist eine
Führungshülse 47 vorgesehen, in welcher der Steuerschieber 37 gleitet, während die
entgegengesetzte verhältnismäßig dicke Zylinderwand zentrisch durchbohrt ist. In
dieser Bohrung gleitet der mit dem kleineren Durchmesser versehene Teil des Differentialkolbens
32. Beide Öffnungen sind durch
beliebige bekannte Dichtungen dicht
ausgebildet. Durch den Differentialkolben 32 wird der Zylinder 31 in einen Zylinderraum
34 und einen Ringraum 33 getrennt. Der Querschnitt des Zylinderraumes 34 ist gleich
der Summe der Querschnitte des kleineren Teiles des Differentialkolbens 32 und der
Ringkammer 33. Die Ringkammer 33 ist über einen Anschlußstutzen dauernd mit der
Pumpe A verbunden, steht also ständig unter Flüssigkeitsdruck. Im Differentialkolben
32 ist eine axiale Bohrung 36 vorgesehen, in der der Steuerschieber 37 gleitet.
Weiterhin nimmt der Differentialkolben 32 eine Bohrung 35 auf, die zum Teil axial
und zum Teil radial verläuft, wie in Abb. 3 im einzelnen dargestellt. Der Steuerschieber
37 nimmt eine durchgehende Bohrung 39 auf sowie eine Bohrung 38, die zum Teil zentral
liegt und zum Teil radial, im ganzen also einen rechtwinkligen Durchströmkanal bildet.
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Die geschilderte Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die stufenlose Regelung
der Antriebsgeschwindigkeit, die eine Folge der Änderung des Verdrängungsvolumens
von Pumpe und Motor ist, wird durch Veränderung der Neigung der Taumelscheiben bewirkt.
Dieser Vorgang wird durch die Bewegung des Steuerhebels 46 eingeleitet, der den
zweiarmigen Hebel 30 bewegt. Ist die Situation so, wie in Abb. 1 und 3 dargestellt,
daß weder der Kanal 38 noch der Kanal 39 sich mit dem Kanal 35 decken, so bleibt
das Volumen des im Zylinderraum 34 befindlichen Öles unverändert. Der Ringraum 33
steht zwar unter Druck, eine Verschiebung des Kolbens 32 kann jedoch nicht stattfinden,
da das Öl aus dem Raum 34 nicht abströmen kann.
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Wird nun beispielsweise auf den Steuerschieber 37 ein Zug nach links
ausgeübt, so gelangt der Kanal 38 zur Koinzidenz mit dem Kanal 35. Der Zylinderraum
34 wird über die Kanäle 35, 38 und die Bohrung 36 mit der Abflußöffnung 50 verbunden.
Der im Ringraum 33 herrschende Druck, der dem in der Pumpe A entspricht, drückt
den Kolben 32 nach links, bis der Kanal 35 wiederum geschlossen ist.
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Wird der Steuerschieber 37 nach rechts verschoben, so tritt über die
Kanäle 35 und 39 eine Verbindung zwischen dem Zylinderraum 34 und dem Ringraum 33
ein. Wegen der größeren beaufschlagten Fläche im Zylinderraum 34 wird die hier auf
den Differentialkolben 32 wirkende Kraft überwiegen, und der Kolben 32 wird nach
rechts verschoben, bis die Bohrung 39 wieder verschlossen ist.
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Der Differentialkolben 32 ist über ein Gelenk mit der Stange 28 verbunden,
die ihrerseits wiederum an der Taumelscheibe 22 angelenkt ist. Beide Taumelscheiben
sind, wenn sie gleichzeitig verstellt werden sollen. durch die Stange 25 gelenkig
miteinander verbunden.
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Jeder Stellung des Steuerhebels 46 entspricht eine ganz bestimmte
Stellung der Taumelscheiben und damit ein genau bestimmtes Übersetzungsverhältnis.
Die Größe desselben kann an einer nicht dargestellten Skala am Steuerhebel 46 abgelesen
werden. Der für die Verschwenkung zur Verfügung stehende Öldruck ist stets gleich
dem durch die Beanspruchungen des Getriebes in der Pumpe herrschenden Druck. Sollen
die Taumelscheiben zwar voneinander abhängig, jedoch zeitlich nacheinander verstellt
werden, was die eingangs geschilderten Fortschritte und Vorteile mit sich bringt,
wird die Anordnung nach den Abb. 2 und 4 ausgeführt. In diesem Falle wird die Taumelscheibe
21 durch einen über ein Zwischenstück an ihr angelenkten Differentialkolben 94 betätigt,
der in einem Zylinder 27 arbeitet und von diesem einen Ringraum 26 abtrennt. Durch
diese Anordnung entfällt die Stange 25. Es ist weiterhin ein Zylinder 31 vorgesehen,
der der bereits geschilderten Anordnung entspricht, mit dem Unterschied, daß der
Zylinder 31 wie auch der Zylinder 27 durch gemeinsame Leitungen 40 und 41 miteinander
verbunden sind und von der Pumpe beaufschlagt werden. Der Steuerschieber 37 bewegt
sich hier nur, wenn einer der Kolben 94 oder 32 seinen Arbeitsgang vollendet hat.
Die Taumelscheiben 21 und 22 werden infolgedessen nacheinander verstellt, wozu der
Querschnitt eines der Zylinder, z. B. des Zylinders 31, größer ist und infolgedessen
der in dem Zylinder 31 arbeitende Kolben 32 vor dem Kolben 94 verstellt wird. Der
Kolben 94 wird dann die der Verstellung der Taumelscheibe 22 entsprechende Verstellung
der Taumelscheibe 21 erst nach Beendigung der Einstellung der Taumelscheibe 22 bewirken.
Die Vorwahl wird hier über eine Hilfsvorrichtung ausgeführt, die aus einer Stange
44 besteht, welche am zweiarmigen Hebel 30 angelenkt ist und andererseits am Gelenkpunkt
45 einen zweiarmigen Hebel 42 trägt, der einerseits am Steuerschieber 37 und andererseits
an einer Schubstange 43 angelenkt ist, die wiederum über einen Ansatz an der Taumelscheibe
21 angelenkt ist. Der Punkt 45 bildet den Zentraldrehpunkt dieser Hilfsvorrichtung,
über die die Verstellung der Taumelscheiben eingeleitet wird.
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Die beschriebene Anordnung wirkt wie folgt: Wird der Steuerhebel 46
betätigt, so wird die Stange 44 eine entsprechende Längsbewegung durchführen, so
daß der Zentraldrehpunkt 45 verschoben wird und der zweiarmige Hebel 42 sich um
seinen Anlenkpunkt an der Schubstange 43 dreht. Hierdurch wird zunächst der Steuerschieber
37 betätigt. Der Stellung des Steuerschiebers 37 entsprechend wird die Taumelscheibe
22 ihre neue Stellung einnehmen. Diese Verstellung entspricht jedoch nur einem Teil
des durch die Bewegung der Stange 44 eingeleiteten Arbeitsganges, da das Ende des
zweiarmigen Hebels 42, der die Bewegung vergrößert und an der Schubstange 43 angelenkt
ist, zunächst während dieser Verstellung stehentleibt. Wird nunmehr der Steuerhebel
46 und damit auch die Stange 44 weiterbewegt, bis die Taumelscheibe 22 keine weitere
Neigung durchführt, da der Differentialkolben 32 im Zylinder 31 sich nicht mehr
bewegen kann, so beginnt der Arbeitsgang des Kolbens 94, der die Taumelscheibe 21
nachstellt. Durch diese Nachstellung wird der Steuerschieber 37 in seine Verschlußstellung
zurückgeführt. Dieses geschicht über die mit der Taumelscheibe 21 verbundene Schubstange
43 und den zweiarmigen Hebel 42, dessen Drehpunkt 45 während dieser Bewegung fest
bleibt.
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Bei der hier beschriebenen Arbeitsphase kann jede Betätigung des Steuerhebels
46 die Bewegung des Steuerschiebers 37 bewirken, und die Bewegung der Taumelscheibe
21 wird beendet sein, wenn diese nach Erreichen einer entsprechenden Stellung über
das beschriebene Hebelsystem den Steuerschieber 37 in die Verschlußstellung zurückführt.