DE2105119B2

DE2105119B2 - Hydrostatisches getriebe

Info

Publication number: DE2105119B2
Application number: DE19712105119
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Molly, Hans, Dipl Ing , 7502 Maisch
Priority date: 1971-02-04
Filing date: 1971-02-04
Publication date: 1972-12-21
Also published as: US3775981A; DE2105119A1; GB1334198A

Description

Bei den im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierte?» Geröebea ÖUSA.-Patentschrift 3039267 bzw. französische Patentschrift 1239088) ist es bekannt, die Übersetzungsemstellung entweder automatisch druckabhängig oder willkürlich zu beeinflussen.

Unter den bekannten Axialkolbengetrieben sind auch solche, bei denen die Kolben sich über Gleitschuhe od. dgl. an verschwenkbaren Schiefscheiben abstützen. Die Zylinderblöcke von Kolben und Motor sind gleichachsig angeordnet und mit den Antriebs- bzw. Abtriebswefien verkeilt. Die Drehmomente werden dabei an den Zylinderblöcken erzeugt (Fig. 1). Solche Getriebe haben den Vorteil einer kompakten Bauweise, sind in ihrer Dimensionierung jedoch etwas größer, weil die Schwenkwinkel aus konstruktiven und funktioneilen Gründen nicht über 15 bis 17° hinaus ausgelegt werden können. Bei der Auslegung hydrostatischer Getriebe muß die Pumpe einerseits bei voller Ausschwenkung einen Förderstrom liefern können, der dem Hydromotor die geforderte maximale Drehzahl gibt. Andererseits muß die Pumpe aber auch einen hohen Öldruck abgeben können in den Bereichen der geforderten größten Übersetzung, wobei zu beachten ist, daß er beim Zurückstellen des Hubvolumens also nach einer reziproken Größe ansteigt. Er verläuft also nach einer Hyperbelkurve, und bei großen Übersetzungen muß dieser maximale Druck, der für konstante Leistungsübertragung erforderlich ist, realisierbar sein. Das hat zur Folge, daß bei großen Regelbereichen im direkten Gangbetrieb mit sehr niederen Drücken gearbeitet wird.

Bei der Auslegung der Größe einer Getriebepumpe ist daher von einer sogenannten Eckleistung auszugehen, der Leistung, die sich aus dem Produkt des hohen Druckes und des großen Förderstromes ergibt. Im Betrieb wird die Maschine nie mit dieser Leistung beansprucht, aber ihre Dimension ist sehr groß, und im besonderen im Bereich des direkten Ganges ergeben sich wegen des niederen Öldruckes geringe Gesamtwirkungsgrade. Aus diesem Grund wird die Auslegung im allgemeinen bis 3 : 1 im Regeibereich beschrärkt. Geht man über das hinaus, so entstehen Dimensionen, wie sie F i g. 1 zeigt.

Es sind weiterhin Getriebe bekannt, die mit Axialkolbenpumpen und Motoren arbeiten, bei denen das Drehmoment — wie geschildert — an der Hubscheibe entwickelt wird. Bei den bekannten Getrieben ist der Motor als Axialkolbenmotor mit festem Winkel zwischen Triebflansch und Zylinderblock ausgeführt, wobei also die Verstellung des Getriebes durch Verschwenken des Zylinderblocks erfolgt. Das Fördervolumen der Pumpe bei vollem Schwenkwinkel entspricht — wie im vorhergehenden Beispiel F i g. 1 schon sagt — etwa dem Schluckvolumen des Motors, so daß sich bei vollem Schwenkwinkel der Pumpe eine direkte Drehzahlübertragung ergibt.

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Beim Zurückschwenken der Pumpe wird eine Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Drehzahluntersetzung erreicht (F i g. 2). Die Bauweise (Getriebe der eingangs erwähnten Art so auszubilden,

dieser Maschinen bietet einen günstigeren mechani- daß es raumsparend, einfach und preisgünstig ist und

sehen Wirkungsgrad, der durca die größeren mit guten Wirkungsgraden im gesamten Betriebsbe-

Schwenkwinkel, die hier angewendet werden können, 5 reich arbeitet.

eine weitere Verbesserung exf ährt. Aber auch hier ist Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 ent-

wegen des hyperbelfönnig verlaufenden Öldruckes haUenen Merkmale gelöst.

mit einer ähnlichen Beschränkung des Regelberei- Es ist grundsätzlich bekannt, in einem hydrostati-

ches — wie bei der Konstruktion unter F i g. 1 — zu sehen Gelriebe Hydromotoren zu benutzen, die ein

rechnen. io größeres Hubvolumen als die Pumpe aufweisen

Es ist aus diesem Grund bekannt, ein stufenlos (»Flüssigkeitsgetriebe bei Werkzeugmaschinen«, von regelbares hydrostatisches Getriebe mit einem stufen- Krug, Hans, 1959, 122, 123). Es ist weiterhin !beweise umschaltbaren Vorgelege zu kombinieren kannt, den Zylinderblock einer Axialkolbenmaschine (Fig.3). Damit erhält man zwar ©inen hinreichend «Ba eine außermittige Achse schwenkbar zu lagern, großen Regelbereich, der sich aus zwei Stufen zu- *5 Bei bekannten Maschinen dieser Art geht es dabei sammensetzt und bei dem infolge der durch die Eck- hauptsächlich darum, ein resultierendes Schwenkmoleäsrung bestimmten Auslegung ein kieintres Maschi- ment aus den in den Zylindern wirksamen öldrudcnenaggregat sich bietet, jedoch ist eine solche kombi- kräften zu gewinnen (USA.-Patentschrift 2 358917). nierte mechanisch-hydraulische Lösung unelegant Außerdem ist es bei Schiefscheibenaxialkolbenmaiind aufwendig. *o schinen mit konstanter Einstellung (deutsche Ausle-

Es ist weiterhin ein hydrostatisches Getriebe be- geschntt 1 U38 863) bekannt, die Schiefscheibe über kannt, bei dem sowohl die Pumpe als auch der we- eine Ringverzahnung mit dem durch eine Welle gesentlich größer als die Pumpe dimensionierte Axial- triebenea Zylinderblock zu koppeln. Es ist auch bekolbenmotor mit einem verschwenkbaren Zylinder- kannt, bei Axialkolbenmaschinen mit einem im block ausgerüstet sind (Fig.4). Die Regelung des as Schwenkrahmen geführten Zylinderblock, den lelzte-Übersetzungsverhältnisses erfolgt dort auch im nor- ren über peripher an dem Triebflansch und am Zymalen Regelbetrieb, wie bei dem unter Bezugnahme linderblock angeordnete Verzahnungen vom Triebauf Fig.3 erläuterten Getriebe durch die Pumpe, flansch her anzutreiben. Dabei wird die Koppelung und die zusätzliche Verschwenkung des Motorzy- zwischen den Verzahnungen durch eine im Schwenklinderblocks übernimmt die Funktion des Vorgele- 30 rahmen gelagerte Welle mit Zahnrädern herbeigeges, nämlich einer zusätzlichen Erweiterung des Re- führt (deutsches Gebrauchsmuster 1 899 222).
gelbereiches. Jetzt ist — verglichen mit F i g. 2 — nur Dadurch, daß die Verstellung bei normalem Renoch der rückstellbare Motor in der größeren Di- gelbetrieb — abgesehen gegebenenfalls vom Anmension zu halten, während die Pumpe — dank der fahren — nur über den Motor erfolgt, wird eine günzweistufigen Untersetzung — mit einer kleineren 35 stige Dimensionierung der Pumpe ermöglicht Die im Eckleistung auskommt. Verhältnis zur Pumpe große Auslegung dc^ Motes

F i g. 5 zeigt die Druck-(p)-Untersetzungsverhält- gestattet es, einen großen Bereich von Ubersctzungs-

nis-(i)-Charakteristik bei Getrieben nach Art von Verhältnissen, z. B. 1 = 1 bis i = 6 und darüber hin-

F i g. 1 und 2. F i g. 6 zeigt entsprechende Charakteri- aus, zu erfassen, ohne daß Schwierigkeiten bezüglich

stikenl und II für die beiden Schaltstellungen des 40 der Schwenkwinkel auftreten. Allerdmgs würde bei

Vorgeleges (F i g. 3) bzw. Schwenkstellungen des einem so bemessenen Motor — insbesondere im di-

Motors (F i g. 4) bei den Getrieben von F i g. 3 und 4. rekten Gang (oder kleinstem Schwenkwinkel) — bei

Bei den bekannten Getrieben nach Fig.4 sind bis- der üblichen Zylinderblockverschwenkung um eine

weilen die Rückstellungen von I nach II nicht als die Treibflanschachse schneidende Achse der hy-Schaltstellungen vorgesehen, die also die Getriebean- 45 draulische Wirkungsgrad schlecht. Es würde nämlich

Ordnung aus F i g. 3 ersetzen, sondern es werden hier das relativ große tote ölvolumen in dem Motor stän-

in einem separaten Verstellvorgang aus der Lage I dig sinnlos komprimiert und expandiert. Da bei kon-

nach II Verstellungen durchgeführt, wenn die Pumpe stanl geschwenkter Pumpe der Druck ρ konstant,

vollen Schwenkwinkel angenommen hat. Im Dia- und zwar recht hoch, bleibt (F i g. 8), ist dieser Eingramm der F i g. 6 verläuft dabei der Öldruck in der 50 fluß sehr groß. Dem wirkt das weitere Merkmal der

gestrichelten Linie vom Endpunkt der Hyperbel I außermittig liegenden Schwenkachse entgegen, durch

zum Endpunkt der Hyperbel II. Auch gemischte welche der schädliche Raum kleingehalten werden

Verstellungen, bei denen die Pumpe und der Motor kann. Durch die Mitnahme des Zylinderblocks von

nach vorbestimmten Gesetzmäßigkeiten gemeinsam dem Triebflansch über peripher daran angeordnete verstellt werden, sind im Gebrauch. Hierbei verläuft 55 Verzahnungen wird eine solche Verschwenkung um

der Öldruck innerhalb des zwischen den beiden große Winkel und um eine außermittige Achse kine-

Hyperbeln I und II eingeschlossenen Raumes. matisch ermöglicht. Die erfindungsgemäßen Maß-

Die in F i g. 4 dargestellte Pumpe unterliegt noch nahmen wirken somit im Sinn einer Kombination zur einer Dimensionierung durch die Eckleistung, die Lösung der gestellten Aufgabe zusammen,
zwar gegenüber F i g. 1 und 2 im gezeigten Beispiel «o Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzieauf die Hälfte heruntergegangen ist und entsprechend len, ist es vorteilhaft, wenn die am Triebflansch ander Übernahme des Verstellbereiches durch den Hy- geordnete Verzahnung derart ausgebildet ist, daß dromotor. Aber es ist noch keine befriedigende Di- der Zylinderblock des Axialkolbenmotors bis mensionierung der Anlage gegeben und auch dem zu einem Schwenkwinkel größer als 30° verschwenkge'.vünschten Regelbereich nicht genügend Rechnung 65 bar ist.

getragen, da eine Rückstellung des Hydromotors auf Um die Lagerung des Motors von den hohen auf

noch kleinere Winkel zu nicht erträglichen Wir- die Triebflansche in axialer Richtung wirksamen hy-

kungsgradeinbußen führt. draulischen Kräften zu entlasten, kann in weiterer

Ausbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß von blocks 146 erfolgt um eine außermittige Achse in

einer Pumpe wenigstens zwei Axialkolbenmotoren Form einer Abwälzbewegung der torischen Flächen

gespeist werden, deren Triebflansche mit Naben aneinander, und zwar so, daß der schädliche Raum

gleichachsig zueinander angeordnet und unabhängig im oberen Totpunkt der Zylinder 144 möglichst klein

voneinander drehbar sind, wobei sich die Naben un- 5 gehalten wird.

ter dem Einfluß der Axialkomponenten der hydrauli- Die Triebflansche 140, 141 der beiden Motoren

sehen Kräfte unter Zwischenlage einer Gleitscheibe 130, 132 sitzen mit ihren Naben 162, 163 auf einer

aneinander abstützen. Welle 164. Diese Naben sind über eine Gleitscheibe

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausfüh- 166 in axialer Richtung gegeneinander abgestützt, so

rungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen io daß an der Gleitscheibe die gegeneinander wirkenden

näher erläutert: Axialkomponenten der auf die Triebflansche 140,

Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform mit mehreren 141 wirkenden hydraulischen Kräfte aufgenommen

von einer Pumpe gespeisten Hydromotoren; werden. Die gestrichelten Linien 168, 169 veran-

F i g. 11 zeigt die Einzelheiten eines in F i g. 10 ge- schaulichen die Übertragung dieses Axialschubs. Die

zeigten Doppelmotors; 15 gestrichelten Linien 170, 171 zeigen, wie der Rest-

F i g. 12 zeigt einen Schnitt längs der Linie X-X schub auf das Gehäuse geleitet wird,

von F i g. 11; Auf den Naben 162, 163 sind Verzahnungen 172,

Fig. 13 zeigt die Ansicht der Druckleitung für den 173 vorgesehen, die mit Zahnrädern 174, 174 im

Doppelmotor. Eingriff stehen. Die Zahnräder 174, 175 sitzen auf je

F i g. 10 zeigt das Hydraulikschema eines Ausfüh- 20 einer Halbwelle 176, 177, die mit je einem Antriebs-

rungsbeispiels der Erfindung. So ist mit 104 eine rad eines Paares von Antriebsrädern in Antriebsver-

Pumpe bezeichnet, die von einer Antriebswelle 106 bindung steht.

angetrieben wird. Die Pumpe ist — wie erkennbar — In F i g. 12, die einen Schnitt längs der Linie X-X aus einer Nullstellung nach beiden Seiten um 30° von Fig. 11 darstellt, ist gezeigt, wie die Schwenkausschwenkbar. Die mittlere Nullstellung entspricht 25 rahmen 150 am Gehäuse gelagert sind und wie dabei dem Leerlauf oder Halt. Es kann dann nach diese Lagerung für die Ölzufuhr ausgenutzt ist. In vorwärts oder rückwärts angefahren werden, bis die einer Verbindungslasche 178, die mit zwei nebenein-Pumpe ihre Schwenkstellung von +30° oder —30° anderliegenden Bohrungen versehen ist, sitzt ein geerreicht hat. Es wird dann öl, z. B. über eine Leitung häuseseitiger Lagerzapfen 180 sowie ein schwenkrah- 108, zu den Motoreinheiten 110, 112 geleitet. Eine 30 menseitiger Lagereapfen 182. Auf der Mantelfläche Füllpumpe 114 fördert über Rückschlagventile 116 der Lagerzapfen sind durch Rundschnurringe 184 Füllöl in das System. Mit 118 ist ein Druckregler be- und 186 bzw. 188 und 190 Druckfelder abgegrenzt, zeichnet, der den Öldruck in der jeweils druckführen- Die Rundschnurringe 184 und 186 bzw. 188 und 190 den Leitung über eine Rückschlagventilanordnung sind so in den Zapfenachsen gegensinnig geneigter 120 konstant hält. Der Stelldruckregler 118 enthält 35 Ebenen angeordnet, daß sich jeweils nach der einen einen Schieber 122, der von einer Feder 124 belastet Seite hin verbreiternde Druckfelder ergeben. Diese ist und die Verbindung zwischen der führenden Lei- Druckfelder entlasten die Lagerung von den darauf tung 108 und einem Auslaß 126 beherrscht. Die wirkenden hydraulischen Kräften am Schwenkrah-Federspannung kann durch einen Stellhebel 128 ein- men. Durch einen Kanal 192 in der Verbindungslagestellt werden und damit der Druck in der Leitung 40 sehe 178 sind die Druckfelder auf den Mantelflächen und die abgegebene Leistung. der Zapfen 180 und 182 miteinander verbunden. In

Jedes System enthält zwei Motoren 130, 132, die dem Zapfen 180 ist ein ölzufuhrkanal 194 vorgese-

in Schwenkrahmen außermittig verschwenkbar ange- hen, der über den Kanal 192 und über eine Leitung

lenkt sind. Durch Stellzylinder 134, 136 werden die 196 im Zapfen 182 mit der Druckseite des Motors

auf die Schwenkrahmen wirkenden hydraulischen 45 130 bzw. 132 verbunden ist. Diese Zapfenlagerung

Momente aufgenommen, wodurch eine Verstellung wird somit gleichzeitig für die Druckölzuführung

der Motorzylinderblöcke möglich ist. ausgenutzt, wobei außerdem Druckfelder zur Entla-

Mit 138 ist die zu dem anderen Anschluß der stung der Lagerung von den hydraulischen Kräften Pumpe 104 geführte Leitung bezeichnet, die zunächst erzeugt werden. Um die Verschwenkung der Schwenk einmal als Rückleitung angesehen werden soll. Bei 50 rahmen 150 in Form einer Abwälzbewegung der to-Verschwenken der Pumpe 104 in die andere Endstel- rischen Flächen, auf denen die Verzahnungen 154 lung vertauschen die Leitungen 108 und 138 ihre und 156 vorgesehen sind, sicherzustellen, ist außer- Funktion. dem ein Winkelhalbierungsgetriebe vorgesehen, be·

Eine Motoreinheit 110 ist in Fig. 11 im Schnitt stehend aus einer Führungsfläche 198, an welchei

dargestellt. Jeder der Motoren 130 und 132 enthält 55 eine Nase 200 der Winkelhalbierenden zwischer

einen Treibflansch 140, 142, an welchem Kolben- Triebflansch und Zylinderblockachse gekrümmter

stangen 142 angelenkt sind. Auf den Kolbenstangen Fläche 204, auf welcher eine Nase 206 an den

142 sitzen Kolben 144. Die Kolben sind in Zylindern Schwenkrahmen mit einer entsprechend gekrümmter

in einem Zylinderblock 146 geführt Der Zylinder- Fläche anliegt

block 146 ist auf einem Zapfen 148 in einem 60 Es können von einer Pumpe 104 mehrere solche

Schwenkrahmen 150 drehbar gelagert und liegt an Motorsysteme 110, 112 angetrieben werden. Dabe

einer Umsteuerung 152 an. ergibt sich die Möglichkeit, eines dieser Motorsy

Die Mitnahme des Zylinderblocks durch den sterne gegebenenfalls auch auf Null zurückzuschwen Triebflansch geschieht durch einen Kegeltrieb mit ken. Durch den getrennten Antrieb der Naben 162 Verzahnungen 154, 156 auf torischen Flächen. Die 65 163 kann sich eine Differentialwirkung über die ge

torischen Flächen haben dabei in der Eingriffs- und meinsame Druckzuleitung der Motoren auswirken

Schnittebene die Mittelpunkte 158, 160. Die Ver- wobei die Schubaufnahme ungestört bleibt Schwenkung des Schwenkrahmens und Zylinder- Fig. 13 läßt die Zusammenfassung der Drucldei

tungen der Motoren 130, 132 erkennen. Das im Anschluß 210 zutretende Drucköl wird dabei über die beiden öffnungen 208 in die Kanäle 194 (Fig. 12)

geleitet.

Die Stellzylinder 134, 136 sind so angeordnet, daß die in ihnen wirksame Kraft während der Rückstellung der Motoren 130,132 ihren Abstand zum ideellen Schwenkpunkt 156, 158, 160 verkleinert, so daß der in den Stellzylindern 134, l^V^SS Stelldruck eine gleich große Ausschwenkung der Motoren 130,132 usw. erzwingt. .

Die Verzahnungen 154, 156 sind dabei so ausgebildet, daß der Zylinderblock 146 des Motors bis zu einem Winkel größer als 30° verschwenkt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydrostatisches Getriebe mit einer Pumpe und wenigstens einem Axialkolbenmotor, wobei die Übersetzungseinstellung des Getriebes im normalen Betriebsbereich allein durch Verschwenken des in einem Schwenkrahmen geführten Zylinderblocks des Hydromotors in Abhängigkeit vom Getriebehochdruck veränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Scbluekvolumen prp Umdrehung des Axialkolbenmotors (130) bei maximalem Schwenkwinkel des Zyjindenblocks (14$) ein Mehrfaches des Fördervolumens pro Umdrehung der Pumpe (132) beträgt,

b) daß der Zylinderblock des Axialkolbenmotors zwecks Verringerung des schädlichen Raums (56) bei kleinen Schwenkwinkein um eine außermittige Achse (156) schwenkbar ist und

c) daß der Zylinderblock (146) von dem Triebflansch (140, 141) über peripher daran angeordnete Verzahnungen (154) mitgenommen wird, die in einer eine as Schwenkbewegung zwischen Zylinderblock und Triebflansch zulassenden Weise ausgebildet sind und im Bereich der Schwenkachse (156, 158, 160) des Zylinderblocks miteinander im Eingriff stehen.

2. Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Triebflansch angeordnete Verzahnung derart ausgebildet ist, daß der Zylinderblock des Axialkolbenmotors bis zu einem Schwenkwinkel größer als 30° (Fig. 11) verschwenkbar ist.

3. Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahme des Zylinderblocks durch den Triebflansch mittels eines Kegeltriebs mit Verzahnungen auf torischen Flächen (154, Fig. 11) erfolgt, daß der Schwenkrahmen an einem Getriebegehäuse mittels eines gehäuseseitigen (194, F i g. 11) und eines schwenkrahmenseitigen (182, Fig. 11) Lagerzapfens angelenkt ist, die in Bohrungen einer Verbindungslasche (178, Fig. 11) gelagert sind, wobei, durch eine Getriebeanordnung (204, 206; 200, 198) erzwungen, die Verschwenkung des Schwenkrahmens in Form einer Abwälzbewegung der torischen Flächen aufeinander erfolgt.

4. Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckölzufuhr zu dem Axialkolbenmotor über Kanäle (196, 194) in den Lagerzapfen (180, 182) erfolgt und auf den Mantelflächen der Lagerzapfen durch Rundschnurringe (184, 186, 188, 190) Druckfelder abgegrenzt sind, die mit den Kanälen und über einen Kanal (192) in der Lasche miteinander in Verbindung stehen.

5. Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundschnurringe zur Erzeugung hydraulischer Entlastungskräfte in zu den Zapfenachsen geneigten Ebenen angeordnet sind, so daß die Druckfelder sich nach einer Seite hin erweitern (F i g. 12).

6. Hydrostatisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Pumpe wenigstens zwei Axialkolbenmotoren (130,132) gespeist werden, deren Triebflaasoh (140, J41) mit Naben (1«3, 1«2) gleichachsig zueinander angeordnet und unabhängig voneinander drehbar sind, wobei sich die Naben unter dem Einfluß der Axialkomponenten der hydraulischen Kräfte unter Zwischenlage einer Gleitscbeibe (166) aneinander abstützen.