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Flüssigkeitsgetriebe mit geteilter Leistungsabgabe Flüssigkeitsgetriebe
mit geteilter Leistungsabgabe sind bereits bekannt. Die bisherigen Ausführungsarten
sind als Getriebe mit umlaufenden Arbeitszylindern ausgebildet, der Zylinderblock
ist mit der Antriebswelle verbunden, gleichzeitig dreht sich aber auch der gegenüber
dem Zylinderblock exzentrisch gelagerte Kolbenträger, an welchem die Arbeitskolben
mittels Bolzen o. dgl. gelenkig befestigt sind. Zwischen Zylinderblock und Kolbenträger
besteht ferner eine mechanische Verbindung durch Kurbeln, welche eine scheuernde
Relativbewegung zwischen Zylinderblock und Kolbenträger zulassen. Während des Anfahrens,
beispielsweise einer Lokomotive, oder starker Belastung überwiegt der Anteil der
hydraulischen Übertragung, während der betriebsmäßigen Fahrt dagegen- erfolgt hauptsächlich
oder auch gänzlich eine mechanische Leistungsabgabe.
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Zu den Nachteilen eines umständlichen Auf-Baues dieser Leistungsteilergetriebe
kommt aber als wesentliches '.Moment hinzu, daß ein verlustloses Anfahren bisher
nicht möglich ist. Dieses setzt bekanntlich voraus ein hohes Drehmoment bei kleiner
Leistung beim Beginn des Anfahrens, d. h. im Flüssigkeitsgetriebe geringere Förderung
mit hohem Flüssigkeitsdruck. (Der Flüssigkeitsdruck hängt naturgemäß auch von der
Einstellung des Sekundärsatzes ab. Dieser wird in der Regel einstellbar auszubilden
sein, und zwar von einer größten bis zu einer kleinsten Exzentrizität. Im nachfolgenden
sei jedoch der Einfachheit halber von dieser Regelmöglichkeit abgesehen, soweit
es sich nicht darum handelt, beispielsweise nach erfolgtem Anfahren der Lokomotive,
zwecks Übergang von hydraulischer auf mechanische Kraftübertragung die Flüssigkeitsleistung
durch Herabsetzen der Exzentrizität im Motorsatze auf Null gänzlich aufzuheben.)
Die bekannten Leistungsteilergetriebe gestatten nun wegen der Unmöglichkeit, die
Exzentrizität zwischen Zylinderblock und Kolbenträger während der Drehung beider
Teile zu ändern, weil Zylinderblock und Kolbenträger zu einer bestimmten, eindeutig
festliegenden Relativbewegung gezwungen sind, keine Regelung in der Flüssigkeitspumpe,
oder mit anderen Worten, bei den bekannten Getrieben der erwähnten Art muß die gesamte
Anfahrförderleistung der Pumpe, soweit sie vom Flüssigkeitsmotor nicht aufgenommen
werden kann, gedrosselt werden. Bei gewöhnlichen Flüssigkeitsgetrieben ohne Leistungsteilung
ist es nicht schwer, diese Drosselverluste zu vermeiden, denn hier kann die Exzentrizität
zwischen Kolbenträger und Zylinderblock während des Betriebes geändert werden, da
nur einer der genannten Teile an der Drehung teilnimmt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Flüssigkeitsgetriebe
mit geteilter Leistungsabgabe derart auszubilden, daß die Vorteile der geteilten-Leistungsabgabe
(bester Wirkungsgrad bei betriebsmäßigem Lauf) mit den Vorteilen einer Regelung
der geförderten-Flüssigkeitsmenge von Null bis zu einem Höchstwert (verlustloses
Anfahren) verbünden werden.
Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe
in einfacher und betriebssicherer Weise dadurch gelöst, daß in an sich bekannter
Weise der sternförmig angeordnete Zylinderblock mit der treibenden Welle verbunden
ist und die Kolben bzw. Kolbenstangenköpfe in tangentialer Richtung gegenüber der
Kolbenleitfläche des um die treibende Welle drehbar gelagerten Trägers frei beweglich
angeordnet sind. Infolge der Anordnung gemäß der Erfindung zwingt die Leitfläche
die Kolben nur noch zu einer radialen Hinundherbewegung in den Zylindern, wodurch
die relativen Bewegungen zwischen Zylinderblock und Kolbenleitfläche unabhängiger
und damit leichter beeüiflußbar sind. Nunmehr ist es möglich, die Exzentrizität
des Trägers der Kolbenleitfläche verstellbar zu gestalten und somit die Leistung
mit wechselbaren Anteilen teils hydraulisch, teils mechanisch auf die Lastwelle
zu übertragen.
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An sich sind bereits Ausführungen bekannt, bei denen sternförmig angeordnete
Kolben mit einem um die Antriebswelle drehbar gelagerten Kolbenträger zusammenarbeiten.
Hierbei handelt es sich jedoch um Flüssigkeitsrutschkupplungen, bei denen der Zylinderblock
mit der antreibenden Welle und der Kolbenträger mit der angetriebenen Welle verbunden
ist. Bei geöffneter Kupplung sind die Arbeitszylinder paarweise durch Kanäle verbunden,
so daß die geförderte Flüssigkeitsmenge aus einem Zylinder ohne Hemmung in den anderen
überfließen kann, eine Mitnahme des Kolbenträgers also nicht stattfindet. Werden
die Verbindungskanäle dagegen geschlossen, so vermögen die Arbeitskolben eine Bewegung
nicht auszuführen und nehmen daher den angetriebenen Kupplungsteil mit. Zwischen
der offenen und geschlossenen Stellung der Verbindungskanäle findet eine Drosselung
der Flüssigkeit statt, wobei die angetriebene Welle mit verminderter Drehzahl mitgenommen
wird. Abgesehen davon, daß es sich bei diesen bekannten Kupplungen nicht um Leistungsteilergetriebe
handelt, geht bei der erwähnten Drosselung 'ein großer Teil der Arbeitsleistung
verloren, so daß die praktische Verwendbarkeit als Flüssigkeitsgetriebe ausgeschlossen
ist. Demgegenüber bietet die Ausbildung des Flüssigkeitsgetriebes nach der Erfindung
gegenüber allen bekannten Ausführungen ähnlicher Art den Vorteil einer ganz wesentlichen
Verbesserung, da nur wenige Schmierstellen im Vergleich zu den bisherigen Ausführungen
notwendig sind, scheuernde Relativbewegungen völlig vermieden werden und daher auch
die Regelmöglichkeit eine wesentlich größere ist.
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Weiterhin hat noch die Ausführung nach der Erfindung den Vorteil,
daß die Flüssigkeit durch die gekröpfte Welle geführt werden kann, wodurch eine
mehrfache Umkehr oder ein häufiger Wechsel der Stromrichtung vermieden wird. An
Hand der Abb. = und 2 sei zunächst die Kräfteverteilung im Leistungsteilergetriebe
erläutert, wobei Abb. i schematisch ein Getriebe mit drehbarem Zylinderblock c und
drehbarer Kolbenleitfläche t darstellt. Der abgebildete Maschinenteil wirkt, wie
sich aus der Anordnung des Saugraumes S und des Druckraumes D sowie der angegebenen
Drehrichtung ergibt, als Flüssigkeitspumpe. Auf die an der Kolbenstange h befestigte
Rolle y wirkt eine vom Kolbendruck herrührende Kraft P1, deren Richtung durch die
Achse w1 des Zylinderblockes geht. DieReaktionskraft hierzu wird dargestellt durch
die Kraft P2, die als reine Normalkraft durch die Achse w2 der Führüngsbahn s gehen
muß und eine in die Richtung von Pl fallende Komponente im Betrage von (- P1) besitzt.
Die aus P1 und P2 resultierende Kraft R ist daher senkrecht zu P1 gerichtet und
hat in bezog auf die Zylinderblockachse w1 ein Drehmoment R - a, das sich- auf den
Zylinderblock überträgt und vom Moment des Antriebsmotors überwunden werden muß.
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Die Rolle y wirkt auf die Scheibe t mit der Kraft (- P2) zurück,
welche von der Achse w2 aufgenommen wird, solange die Scheibe t auf ihrer Achse
w2 gelagert ist. Wird jedoch die Scheibe t auch um die Achse w1 drehbar gelagert,
so tritt ein Drehmoment (- P2) - x auf. Aus der Ähnlichkeit der zugehörigen
Dreiecke ergibt sich
Die beiden genannten Drehmomente sind also gleich. Wird daher die Scheibe t um dieAchse
w1 drehbar angeordnet, so wird auf sie ein Drehmoment übertragen, welches gleich
dem Antriebsmoment des Zylinderblockes ist. Dieser Teil der Leistung wird rein mechanisch
weitergegeben, sobald der Zylinderblock c mit der Antriebswelle und die Kolbenleitfläche
(Scheibet) gegebenenfalls über ein Vorgelege mit der Lastwelle verbunden wird. Abb.
2 zeigt ferner, daB dieser Teil der Gesamtleistung, welcher also mechanisch auf
die Lastwelle übertragen wird, von der Größe der Exzentrizität zwischen den Achsen
w1 und w2 abhängt.
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Die Abb. 3 und q. zeigen zunächst ein Ausführungsbeispiel, bei welchem
wohl die geteilte Leistungsabgabe, aber noch nicht die Exzenterverstellung im Pumpensatz
durchgeführt ist. Der (nicht gezeichnete) Antriebsmotor treibt die Welle w1 an,
auf welcher der Zylinderblock c aufgekeilt ist. Die zugehörigen Kolben sind mittels
Kolbenstange k und Rolle v in den exzentrisch zur Welle w1 gelagerten Führungsrillen
s geführt, werden also zwangläufig in radialer Richtung (Hubrichtung) bewegt, sobald
die Drehbewegung einsetzt. Die bei diesem Ausführungsbeispiel gehäuseartig ausgebildete
Scheibe
t (vgl. Abb. i) ist unter Zwischenschaltung des Teiles e um die Welle w1, also exzentrisch
drehbar. Diese Drehung wird vermittels der Zahnräder oder Zahnradpaare z1 und z2
sowie z1', z2' auf die Lastwelle ws übertragen. Die Antriebswelle w1 durchsetzt
nicht das ganze Getriebe, sondern ist unterteilt und findet ihre Fortsetzung in
der Vorgelegewellewo, welche gleichzeitig den Steuerzylinder und die Druck- und
Saugkanäle enthält, welch letztere zum Verteiler mit Druck- und Saugraum D, .S führen.
Die Scheibe t ist gleichzeitig drehbar auf dem Teil e gelagert, jedoch ist eine
derartige Drehung ohne jedweden Einfluß, da sie weder eine mechanische Kraftübertragung
auf die Sekundärwelle noch eine Pumpenwirkung der Kolben und Zylinder auslöst. Ein
auf die Scheibe t übertragenes- Drehmoment (vgl. oben und Abb. 2) bewirkt jedoch
auch eine Drehung der Scheibe t um die Achse w1, an welcher der Teil e nebst den
Zahnrädern z1, z2, z1', z2' teilnehmen. Das auf die Scheibe t übertragene Drehmoment
wird somit über ein Vorgelege an die Lastwelle mechanisch weitergegeben.
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Die Steuerung muß durch einen mit dem Teil e verbundenen Körper bewirkt
werden, da die - relative Lage dieses Teiles gegenüber dem Zylinderblock c für die
Stellung der einzelnen Kolben maßgebend ist. Im vorliegenden Falle ist erfindungsgemäß
die Vorgelegewelle wo mit dem Teil e verbunden und übernimmt die Steuerung in der
aus der Zeichnung ersichtlichen Weise.
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Es bedarf nun lediglich einer entsprechenden Ausbildung des Teiles
e, um bei einem derartigen Pumpensatz die Verstellung der Exzentrizität zu ermöglichen.
Abb. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Der die Kolbenleitfläche enthaltende Teil
t (vgl. Abb. i und 3) ist der Einfachheit halber als Scheibe angedeutet und wird
durch Anschläge h an einer Axialbewegung verhindert. Auf der Vorgelegewelle wo ist
an Stelle des Teiles e (_,#1bb. 3) ein Verstellkörper v angeordnet, und zwar axial
verschiebbar, aber sowohl mit der Scheibe t als auch mit der Welle
wo undrehbar verbunden. Das Zahnrad z1 ist in diesem Falle gesondert auf
der Welle wo festgekeilt. Es= ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine Axialverschiebung
des schräg prismatischen oder schräg zylindrischen Verstellkörpers v eine Änderung
der Exzentrizität der Kolbenleitfläche herbeiführt, ohne daß gleichzeitig die Drehung
der einzelnen Teile irgendwie behindert wird.
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Die Wirkungsweise einer Einrichtung nach Abb. 3, im Sinne der Abb.
5 ausgebildet, würde demnach bei einem Lokomotivantriebe folgende sein Beim Anfahren
wird eine geringe Exzentrizität eingestellt (gezeichnete Stellung in Abb. 5). Die
Folge ist eine geringere Förderung bei hohem Druck der Flüssigkeit (großes Drehmoment),
d. h. verlustfreies Anfahren. Da die Exzentrizität zunächst noch gering bleibt,
hält sich auch das auf die Scheibe t übertragene Drehmoment (Abb. 2) in geringen
Grenzen; die mechanische Leistungsübertragung ist annähernd Null. Eine Verschiebung
des Verstellkörpers v in axialer Richtung nach der einen oder anderen Seite, je
nach der gewünschten Drehrichtung, verändert die Exzentrizität. Die Folge ist ein
weiteres allmähliches Senken des Druckes und eine Erhöhung der Geschwindigkeit der
Flüssigkeit, Erhöhung aber auch des auf die Scheibe t übertragenen Drehmomentes,
d. h. des mechanisch übertragenen Anteiles an der Gesamtleistung. Im Augenblick
der größten Exzentrizität, also der im wesentlichen mechanischen Kraftübertragung,
können, sobald nach dem Obigen die Exzentrizität in dem Sekundärsatz auf Null, d.
h. die Förderleistung ebenfalls auf Null herabgesetzt worden ist, die Druck- und
Saugkanäle abgesperrt werden, wobei das Flüssigkeitsgetriebe als Flüssigkeitskupplung
dient.
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Die Verstellung des Körpers v kann auf die verschiedenste Art vorgenommen
werden. Die einfachste Ausführung besteht darin, daß die Einstellung der Exzentrizität
von Hand vorgenommen wird. Es ist aber auch möglich, eine servomotorische Verstellung
vorzusehen, wobei beispielsweise der in dem Flüssigkeitsgetriebe herrschende Druck
zur servomotorischen Verstellung herangezogen werden kann.