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Fülleinrichtung für hydrostatische Getriebe Die Steigerung der Drehzahl
hydrostatischer Getriebe findet ihre Grenze weniger in den mechanisch zulässigen
höchsten Gleitgeschwindigkeiten als vielmehr in den Strömungsgeschwindigkeiten in
den Saugleitungen. Werden in der Saugleitung, insbesondere in den Ansaugquerschnitten
des Zylinders, bestimmte Geschwindigkeiten überschritten, so scheidet aus dem Arbeitsmittel
Luft aus und verursacht eine unvollkommene Füllung der Zylinder, was wiederum eine
Senkung des volumetrischen Wirkungsgrades zur Folge hat. Aus diesem Grunde müssen
die Getriebe entweder so dimensioniert werden, daß bestimmte Drehzahlen nicht überschritten
werden, oder es müssen besondere Fülleinrichtungen vorgesehen werden, deren Aufgabe
darin besteht, auf der Saugseite einen Überdruck zu erzeugen. Bekannte Fülleinrichtungen
dieser Art bestehen beispielsweise aus einer Pumpe, die, von dem gleichen Motor
angetrieben wie die Getriebepumpe, in die Ansaugleitung Arbeitsmittel aus einem
Vorratsbehälter fördert.
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Die bekannten Fülleinrichtungen sollen der Erfindung gemäß dadurch
verbessert werden, daß ihre Leistung sich mit der Geschwindigkeit des Arbeitsmittels
ändert. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei kleinen Leistungen, d. h. also bei
Strömungsgeschwindigkeiten, bei welchen eine unterstützende Wirkung der Fülleinrichtung
ganz oder teilweise entbehrlich ist, der zusätzliche Leistungsbedarf der Fülleinrichtung
nur gering ist, so daß der Wirkungsgrad
der gesamten Anlage weit
weniger ungünstig durch die Fülleinrichtung beeinflußt wird als bei den bekannten
Ausführungen, bei denen die Fülleinrichtung auch bei kleinen und kleinsten Leistungen
des Getriebes voll arbeitet.
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Der Gedanke an sich, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Arbeitsmittels
den Grad der Nachfüllung zu ändern, findet sich bereits bei Flüssigkeitsgetrieben
nach Art der Föttinger-Getriebe. Bei diesem Getriebe ist es bekannt, eine als Strahlpumpe
ausgebildete Düse, d. h. einen Injektor, vorzusehen, deren Austrittsseite mit einem
Raum niederen Flüssigkeitsdruckes und deren Eintrittsseite mit einem Raumhöheren
Flüssigkeitsdruckes in Verbindung steht. Da in diesem. Fall bei Änderungen der Drehzahl
der Abtriebswelle auch die Strömungsgeschwindigkeit im Kreislauf eine Änderung erfährt,
ändert sich demzufolge damit auch der Grad der Nachfüllung.
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Von dieser bekannten Einrichtung unterscheidet sich der Gegenstand
der Erfindung einmal hinsichtlich der Art,der verwendeten Getriebe, es handelt sich
im vorliegenden um hydrostatische, d. h. nach dem Verdrängungsprinzip arbeitende
Getriebe, zum anderen hinsichtlich der Lösungswege, wie diese Nachfüllung bewerkstelligt
wird.
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Die Erfindung schlägt vor, in den Arbeitskreislauf eines hydrostatischen
Getriebes einen Injektor einzuschalten, der von der Arbeitsflüssigkeit durchströmt
wird und der in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit durch Nachsaugen von
Vorratsflüssigkeit den Druck in der Saugleitung erhöht.
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Ein solcher Injektor macht Hilfspumpen mit bewegten Bauelementen entbehrlich
und ist in diesen hinsichtlich. des Verschleißes und der Betriebssicherheit überlegen.
Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, mit Hilfspumpen zu arbeiten. Für diesen
Fall schlägt die Erfindung vor, eine von der Antriebswelle des Sekundärteils angetriebeneNachfüllpumpevorzusehen,
die, in Abhängigkeit von der Drehzahl des Sekundärteils den Druck in der Saugleitung
erhöht. Eine weitere, ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegende Möglichkeit, die
bei Getrieben gegeben ist, die aus einer Pumpe und einem' zu verschiebenden Arbeitskolben
bestehen, ist die, den Arbeitskolben gleichzeitig als Füllpumpe zu verwenden, indem
der Kolben mit verschieden großen Kolbenflächen versehen wird, deren Differenz dem
Füllvolumen entspricht.
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Aus dem Vorhergesagten ergibt sich, daß die Ansprüche i,. 3 und 5,
die die eben beschriebenen Möglichkeiten umreißen, als nebengeordnete selbständige
Ansprüche zu werten sind. Demgegenüber sind die Ansprüche 2 und 4, die sich auf
Weiterbildungen des Gegenstandes der Ansprüche i bzw. 3 beziehen, reine Unteransprüche.
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Bei Verwendung eines Injektors ist dieser selbstverständlich in die
Saugleitung einzubauen. Bei Getrieben, deren Drehrichtung umkehrbar ist, empfiehlt
es sich daher, in jeder der beiden Leitungen, die abwechselnd als Saug- und Druckleitung
arbeiten, einen Injektor vorzusehen. Die durch die Änderung der Füllung in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit des Arbeitsmittels gegebene Verbesserung ist dann im gesamten
Arbeitsbereich des Getriebes gewahrt.
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Die im Injektor liegenden Möglichkeiten werden am besten ausgenutzt,
wenn er so dicht wie mög-,lieh an die den Drtickmittelstrom steuernden Elemente
der Pumpe, d. h. so dicht wie möglich an jene Stelle herangerückt wird, die durch
Entstehen eines überdruckes den volumetrischen Wirkungsgrad der Pumpe beeinträchtigt.
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Die Zeichnungen veranschaulichen einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
Nach Abb. i handelt es sich um ein hydraulisches Getriebe, das aus einem Primärteil
A und einem Sekundärteil B besteht.
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Der Primärteil wird bei i angetrieben, während am Sekundärteil bei
2 die Arbeitsleistung abgenommen wird. Der Primär- und der Sekundärteil sind z.
B. nach Art der bekannten Axialkolbengetriebe ausgebildet, bei denen durch Schwenkung
des Zylinderblocks die Fördermenge und dadurch das Übersetzungsverhältnis zwischen
den Wellen i und 2 stufenlos verändert werden kann. Hierfür ist nicht notwendig,
daß der Zylinderblock des Sekundärteils B ebenfalls einstellbar ist.
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Die Pumpe A saugt ein Arbeitsmittel, z. B. L51, aus einem Behälter
3 durch eine Leitung 4 an; die mit einem Rückschlagventil5 versehen ist und drückt
das Arbeitsmittel durch eine Leitung 6 in den Sekundärteil B; dessen Abtriebswelle
2 eine der durch die Leitung 6 kommenden Fördermenge entsprechende Drehzahl hat.
Die um die Leckverluste verringerte Ölmenge tritt in die Leitung 7 ein und wird
der Saugseite der Pumpe A wieder zugeführt.
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Der Erfindung gemäß wird nun in die Leitung 7 ein Injektor eingebaut,
der die Ölgeschwindigkeit in der Leitung 7 zu einer zusätzlichen Ansaugwirkung durch
das Rohr 4 verwertet. Das in die Saugkammer 8 hineinragende Ende 9 der Leitung 7
ist strahlrohrartig ausgebildet, so daßi in der Leitung 7 ein Rückstau verursacht
wird, der eine Steigerung der Austrittsgeschwindigkeit aus dem Strahlrohr zur Folge
hat. Daneben ist selbstverständlich die Austrittsgeschwindigkeit und damit auch
die zusätzlicheAnsaugwirkung durch dasRohr 4 abhängig von der Arbeitsgeschwindigkeit
des Sekundärteils B, so daß die zusätzliche Leistung des Injektors sich erst bei
steigender Drehzahl einstellt und der Pumpe A die Saugarbeit abnimmt, um schließlich
bei weiterer Steigerung der Drehzahl einen erheblichen Überdruck unter dem Steuerspiegel
zu erzeugen.. Bei kleineren Drehzahlen, also bei kleineren Leistungen, ist die Geschwindigkeit
in der Leitung 7 klein und damit auch die zusätzliche Ansaugwirkung des Injektors
gering oder praktisch gleich Null, so daß also im Bereich der kleineren Drehzahlen
der Injektor dem Ölstrom keine Arbeit entzieht.
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Da die bekannten Getriebe mit dem Primärteil A und dem Sekundärteil
B so umgesteuert werden können, daß sich eine Umkehr des Drehsinns des Sekundärteils
B ergibt, so wird auch in die Leitung 6 ein gleicher Injektor eingebaut, der zur
Wirkung kommt, wenn die Leitung 6 als Saugleitung
und die Leitung
7 als Druckleitung arbeitet. Sollte es sich zeigen, daß der auf der Druckseite eingebaute
Injektor sich für das durchströmende Öl ungünstig auswirkt, so kann er zweckmäßigerweise
durch eine Umgehungsleitung, die mit einem Rückschlagventil versehen ist, überbrückt
werden.
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Bei der Ausführung nach Abb. 2 ist eine besondere Fülleinrichtung
nicht vorhanden, vielmehr wirkt der vom Arbeitsmittel angetriebene Arbeitskolben
io zugleich als Füllpumpe; denn er hat verschieden große Kolbenflächen, da seine
untere Fläche durch den Querschnitt der Kolbenstange i i erheblich kleiner als seine
obere Fläche ist. Der Arbeitskolben tritt hier gewissermaßen an die Stelle des Sekundärteils
B gemäß Abb. i. Er arbeitet mittels einer Stange 12 auf ein Ritzel 13. Diese Ausführung
kommt z. B. für Arbeitsmaschinen in Betracht, die einen schnelleren Arbeitshub und
einen langsamen Rückhub erfordern, wie das z. B. bei AnlaZeinrichtungen der Fall
ist. Solch ein Anlasser wird durch Ausschwenken des Zylinderblocks der Pumpe A eingeschaltet
und dadurch augenblicklich ein Druck in der Leitung 6 erzeugt und infolgedessen
der Kolben io schnell aufwärts bewegt. Dabei drückt er das Aböl vor sich her in
die Leitung 7 und damit zur Saugseite der Pumpe A. Dieses Fördervolumen des Kolbens
io ist nun wegen der größeren Fläche der Kolbenoberseite größer als das durch die
Leitung 6 zugeströmte Volumen, so daß sich an der Saugseite der Pumpe A ein Überdruck
ergibt, der Arbeitskolben io also im Prinzip genau so wie der Injektor im Fall der
Abb. i als Fülleinrichtung arbeitet.
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Hier ist auch die Abhängigkeit der Fülleinrichtung von der Geschwindigkeit
des Arbeitsmittels gegeben; denn die Fülleistung ändert sich mit der Arbeitsgeschwindigkeit
des Kolbens io, die ihrerseits wieder eine Funktion der Ölgeschwindigkeit in der
Leistung 6 ist.
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Bei großer Arbeitsgeschwindigkeit des Kolbens io wird eine größere
Füllmenge geliefert, als die zeitlich gleichbleibende Leckölmenge erforderlich macht.
Dieser Überschuß strömt durch ein Überströmventil 1q. ab, dagegen kann durch ein
Saugventil 15 bei kleiner Arbeitsgeschwindigkeit des Kolbens io die noch notwendigeLeckölmenge
nachgesaugt werden. Soll dem Kolben io der Rückhub erteilt werden, so ist der Zylinderblock
des Primärteils A in der entgegengesetzten Richtung zu schwenken, so daß! die Leitung
7 Druckleitung und die Leitung 6 Saugleitung wird. Dabei ist darauf zu achten, daß
die Pumpe A innerhalb derjenigen Grenze bleibt, innerhalb welcher die Sauggeschwindigkeit
eine zusätzliche Füllung nicht notwendig macht. Dabei wird über ein Ventil 16 diejenige
Menge nachgesaugt, die der Volumdifferenz zu beiden Seiten des Arbeitskolbens entspricht.
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Ein weiteres Beispiel des Erfindungsgegenstandes zeigt Abb.3. Hier
ist eine besondere Füllpumpe, eine Zahnradpumpe 17, vorgesehen, die von dem Sekundärteil
B angetrieben wird und infolgedessen ihre Drehzahl mit derjenigen des Sekundärteils
zwangsläufig ändert. Daraus ergibt sich die Änderung der Leistung der Füllpumpe
mit der Geschwindigkeit des Arbeitsmittels. Bei kleinen Ölgeschwindigkeiten hat
der Sekundärteil kleinere Drehzahlen und dementsprechend ist auch die Förderleistung
der Füllpumpe 17 gering, so daß sie keine wesentliche Beeinflussung des Wirkungsgrades
verursacht.
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Damit die Füllpumpe 17 nicht nur in dem Regelbereich einer Drehrichtung
arbeiten, sondern auch einer Umkehr der Drehrichtung ohne weiteres folgen kann,
sind mehrere Saugkanäle mit zugehörigen Ventilen vorgesehen. Die Einrichtung arbeitet
wie folgt: i. Die Leitung 6 ist Druckleitung und die Leitung 7 ist Saugleitung in
bezug auf den Primärteil A. Die Füllpumpe 17 saugt aus dem Behälter 3 über ein Ventil
18 und drückt das zusätzlich angesaugte Arbeitsmittel über ein Ventil ei in die
Leitung 7. Ein überströmventil 23 verhindert einen zu hohen Anstieg des Druckes
in der Leitung 7. Ein Ventil i9 gestattet der Pumpe A das unmittelbare Ansaugen
aus dem Behälter 3 ebenfalls über das Ventil 2i, wenn die Drehzahl der Abtriebswelle
2 und damit auch der Füllpumpe i 7 gering ist.
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2. Die Leitung 6 ist Saugleitung, dann saugt die Füllpumpe 17 über
das Ventil i9 aus dem Behälter 3 und drückt über ein Ventil 2o in die Leitung 6.
Ein Ventil 22 schützt gegen zu hohen Anstieg des Druckes in der Leitung 6. Über
ein Ventil 18 kann die Pumpe aus dem Behälter 3 ansaugen.
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In den Fällen, in denen es besonders darauf ankommt, die im Injektor
liegenden Möglichkeiten voll auszunutzen, empfiehlt es sich, in Abweichung von der
Ausführung nach Abb. i den Abstand zwischen den Injektoren und dem Steuerspiegel
der Pumpe A so klein wie möglich zu halten. Je größer der Abstand zwischen Steuerspiegel
und Injektor ist, desto mehr wird aber von dem durch den Injektor erzeugten Rückstau
zur Überwindung der Leitungswiderstände verbraucht, d. h. desto kleiner ist die
beabsichtigte Drucksteigerung am Steuerspiegel. Auf Grund dieser Überlegungen ergibt
sich die abgeänderte Ausführungsform nach Abb. d, bei welcher der Rückstau voll
ausgenutzt wird, weil die Injektoren unmittelbar vor dem Steuerspiegel23 angebracht
sind. Aus konstruktiven Gründen ist in diesem Beispiel die Anordnung so getroffen,
daß der durch die Leitung 6 bzw. 7 vom Sekundärteil B kommende Ölstrom nicht durch
den Injektor selbst hindurchtritt, sondern diesen von außen umspült und durch den
Injektor hindurch das 01 aus dem Behälter 3 zusätzlich eingeführt wird. Die
beiden Leitungen 6 und 7 nach Abb. i münden in Kanäle 24 und 25 eines den Zylinderkörper
26 aufnehmenden Blockes 27.