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Stufenlos regelbares Getriebe
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Die Erfindung bezieht sich auf ein stufenlos regelbares Getriebe mit
An-und Abtriebswelle und einem Druckflüssigkeits-Übertragungsmedium.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches stufenlos regelbares
Getriebe in baulich einfacher, raumsparender Ausgestaltung so auszubilden, daß bei
geringsten Reibungsverlusten eine hohe Effektiv-Leistung erzielt wird, dies unter
Einbeziehung der Möglichkeit, den wechselnden Mediumsbedarf für eine Energie-Speicherung
zu nutzen.
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Gelöst ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der Antriebswelle
eine in ihrer Neigung verstellbare Steuerscheibe zugeordnet ist, deren Breitfläche
auf Axialkolben einwirkt, die in einem mit der Antriebswelle drehend verbundenen
Rotor angeordnet sind, welcher die mit einem ventilgesteuerten Druckflüssig keitsreservoir
verbundene Druckflüssigkeit enthält derart, daß diese Druckflüssigkeit gleichachsig
gelagerte Gegen kolben beaufschlagt, deren freie, über den Rotorkopf vorstehende
Enden sich an einer Schrägfläche der Abtriebswelle abstützen.
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Zufolge solcher Ausgestaltung ist ein gattungsgemäßes stufenlos regelbares
hydrostatisches Getriebe geschaffen, welches sich, einem Fahrzeug zugeordnet, zur
Rückgewinnung der Bremsenergie nutzen läßt. Es brauchen keine zusätzlichen Hydraulikpumpen
oder Ölmotoren zwischengeschaltet zu werden. Vielmehr kommt man mit den getriebeeigenen
Aggregaten aus. Dabei bilden die Axialkolben den sogenannten Ölmotor,
während
die jenseits der Druckflüssigkeit liegenden Axialkolben die Hydraulikumpe darstellen.
Solange der Winkel von Steuerscheibe und der Winkel der Schrägfläche gleich sind,
ist die Drehzahl der Abtriebswelle gleich Null. Durch Veränderung des Winkels der
Steuerscheibe läßt sich die Umdrehungszahl der Abtriebswelle stufenlos verändern,
dies auch derart, daß der Ölmotor die Funktion der Hydraulikpumpe übernimmt und
umgekehrt. Der entsprechende Freilauf zwischen dem treibenden und dem angetriebenen
Teil des Getriebes gibt dabei die Möglichkeit der Gewinnung von Bremsenergie. Je
größer der Winkel der Steuerscheibe, desto größer die Bremswirkung. Die vom Motor
geförderte Hydraulikflüssig keit wird dem ventilgesteuerten Druckflüssig keitsreservoir
zugeführt. Wird bei Stillstand oder Lauf der Abtriebswelle dem Öl kreis zwischen
Hydraulikpumpe und Ölmotor vom Druckflüssig keitsreservoir her Hydraulikflüssigkeit
zugeführt, so wird, je nach Winkelstellung der Steuerscheibe, die Leistung an der
Abtriebswelle größer als die Leistung an der Antriebswelle des Getriebes. Die Differenz
der Leistungen ist gleich der aus dem Speicher eingespeisten Leistung, d. h. Wiedereinspeisung
der vorher gewonnenen Energie.
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Bezüglich des Druckflüssigkeitsreservoirs ergibt sich eine vorteilhafte
Bauform insofern, als dieses mit elner beweglichen Wand gegenüber einem Luftkompressionsraum
abgeteilt ist. Hier kann es sich sowohl um eine membranartige Wand handeln als auch
um einen entgegen Federbelastung verlagerbaren, kolbenartigen Druckboden.
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Schließlich ist es bezüglich des rotationssymmetrischen Aufbaues und
kreisringartigen Anordnung der Axial- und Gegenkolben von Vorteil, daß diese jeweils
koaxial zueinander ausgerichtet sind.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung sind
nachstehend anhand eines zeichnerisch veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher
erläutert. Es zeigt: Fig. 1 das erfindungsgemäße Getriebe in weitestgehend schematisierter
Wiedergabe, und zwar bei auf ganzer Länge aufgeschnittenem Gehäuse und Fig. 2 eine
entsprechende Darstellung, gegenüber Fig. 1 etwas vergrößert, und zwar bei aufgeschnittenem
Rotor.
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Das dargestellte Getriebe ist in einem zylinderförmigen Gehäuse 1
untergebracht. Das linksseitige Kopfende des Gehäuses bildet eine zentralliegende
Lagerhöhlung 2 aus. In letzterer läuft die Antriebswelle 3.
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Am anderen Ende des Gehäuses 1 befindet sich ein entsprechendes Lager
4 für die dort austretende, koaxial zur Antriebswelle 3 liegende Abtriebswelle 5.
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Gehäuseinnenseitig geht die Antriebswelle 3 in einen querschnittsverdickten
Abschnitt, den sogenannten Rotor 6 über. Es kann sich, wie in Fig. 2 dargestellt,
gleich um ein einstückiges Dreh-Bauteil handeln.
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Der Rotor 6 ist auf ganzer Länge zylindrisch gestaltet. Er endet jeweils
in einem axialen Abstand zu den Kopfenden des Gehäuses- 1, welcher etwa dem Radius
des Rotors entspricht.
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Der Rotor 6 nimmt in gleicher Winkelverteilung eine Anzahl konzentrisch
zur Getriebeachse x-x angeordneter Axialkolben 7 auf. Er weist dazu von der dortigen
Rotor-Stirnfläche 6' ausgehende Zylinderbohrungen 8 auf. Der Boden 8' dieser Zylinderbohrungen
setzt sich in eine querschnittsreduzierte Bohrung 9 fort, welche strömungstechnisch
mit einem Ring raum 10 in Verbindung steht. Letzterer befindet sich in einer Querwand
11. Diese ist mit der Wand des Gehäuses 1 verbunden und befindet sich in einer entsprechend
querliegenden Ringnut 12 des Rotors 6.
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Die zugleich ein mittiges Stützlager für den Rotor 6 bildende Querwand
11 ist mehrfach raumparallel zur Getriebeachse x-x durchbrochen, und zwar vorzugsweise
in einer Ringebene, welche mit der der Bohrungen 9 übereinstimmt.
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Die Kanalabschnitte 13 ihrerseits münden in einen dem Ringraum 10
entsprechenden Ringraum 14 auf der dortigen Seite der Querwand 11.
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Beide Ringräume werden von parallelen Wandabschnitten der Ringnut
12 verschlossen. Lediglich die Bohrungen 9 lassen eine Strömungsverbindung zur Querwand
11 zu. An den Ringraum i4 schließen sich sodann wieder den Bohrungen 9 entsprechende
Bohrungen 15 an, die mit diesen gegenüber querschnittsbreiteren Zylinderbohrungen
16 für koaxial zu den Axialkolben 7 gelagerte Gegenkolben 17 verbunden sind.
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Beide Zylinderbohrungen 8, 16 sind so strömungstechnisch an ein und
dieselbe Druckflüssigkeit D angeschlossen.
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Die antriebswellenseitige Hälfte des Rotors 6 bildet einen Ölmotor
I, die jenseits der Querwand 11 liegende Seite eine Hydraulikpumpe II.
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Von einem der axialen Kanalabschnitte 13 geht ein radialgerichteter
Verbindungskanal 18 aus. Über diesen Kanal ist die Druckflüssigkeit D an ein Druckflüssigkeitsreservoir
19 angeschlossen, dies unter Zwischenschaltung eines Ventiles 20.
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Der Baueinheitantriebswelle/Rotor ist eine in ihrer Neigung verstellbare
Steuerscheibe 21 zugeordnet. Letztere weist eine zentrale Durchbrechung 22 für die
Antriebswelle 3 auf. Der demzufolge ringscheibenförmige Körper wirkt mit seiner
den Axialkolben 8 zugewandten Breitfläche 21' auf diese ein. Die bspw. von Achsstummeln
23, welche diametral am Rand der Steuerscheibe 21 ansetzen, gebildete Querachse
y schneidet die Gehäuseachse x-x senkrecht. Einer der Achsstummel 23 setzt sich
gehäuseaußenseitig in die aus Fig. 2 ersichtliche Betätigungshandhabe 24 fort. An
letzterer greift ein nicht näher dargestelltes Verstellorgan an.
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Der Neigungswinkel der Steuerscheibe 21 beträgt in Fig. 2 220.
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Die Druckflüssigkeit D hält die Axialkolben 7 in Anlage an der Breitfläche
21'. Statt einer Flachrundung der anliegenden Kolbenenden kann zur Verschleißminderung
auch eine Kugel eingelagert sein.
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Die freien Enden der über die andere Stirnfläche 6" des Rotorkopfes
1 überstehenden Gegen kolben 17 werden von der gleichen Druckflüssigkeit in Anlage
gehalten an einer Schrägfläche 25 der Abtriebswelle 5.
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Letztere geht gehäuseinnenseitig in eine Taumelscheibe 26 über Deren
Durchmesser entspricht im wesentlichen dem des Rotors 6 bzw. der Steuerscheibe 21.
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Das Druckflüssigkeitsreservoir 19 ist durch eine bewegliche Wand 27
gegegenüber einem dahinterliegenden Luftkompressionsraum 28 abgeteilt.
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Bezüglich der Wand kann es sich um eine Membrane handeln.
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Die Funktion ist wie folgt: Die Antriebswelle 3 läuft mit einer Drehzahl
n1 um. Solange die Winkel von Schrägfläche 25 und Steuerscheiben-Breitfläche 21'
bzw. Förderstrom der Hydraulikpumpe II und der Schluckstrom des Ölmotors I gleich
sind, ergibt sich ein Übersetzungsverhältnis (i =); die Drehzahl n2 der Abtriebswelle
5 ist gleich 0.
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Verkleinert man den Winkel der Steuerscheibe ?1, so verringert sich
die Menge des Ölmotor-Schluckstroms. Die von. der Hydraulikpumpe geförderte Druckflüssigkeit
kann nicht mehr vollständig vom Ölmotor 1 aufgenommen werden. Die Taumelscheibe
26 wird daher mit einer entsprechenden Drehzahl von den Gegenkolben 17 der Hydraulikpumpe
II mitgeschleppt. Dies bedeutet ein Übersetzungsverhältnis (i) zwischen oO und 1,
bzw. n2 ist größer als 0. Wird der Winkel der Steuerscheibe 21 gleich 0° und somit
der Schluckstrom des Ölmotors I ebenfalls gleich 0, so können die Gegenkolben 17
der Hydraulikpumpe II keine Druckflüssigkeit mehr verdrängen, d. h. die Taumelscheibe
26
wird von den Gegenkolben 17 der Hydraulikpumpe II mit der Drehzahl
des Rotors 6 mitgeschleppt, also i = 1; n1 = n2. Wird hingegen die Steuerscheibe
21 zur entgegengesetzten Seite hin verschwenkt, so wird der Ölmotor I zur Hydraulikpumpe
II und die Hydraulikpumpe II wird zum Ölmotor 1. Die Taumelscheibe 26 der Abtriebswelle
5 bewegt sich mit einer Drehzahl n2 > n1, i = < 1. Wird der Winkel der Steuerscheibe
21 größer als der konstante Winkel (180) der Schrägfläche 25 der Taumelscheibe 26
bzw. der Schluckstrom des Ölmotors I größer als der Förderstrom der Hydraulikpumpe
II, so ist sogar eine Drehrichtungsumkehrung der Abtriebswelle 5 gegenüber der Antriebswelle
1 möglich.
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Für die spezielle Anwendung des Getriebes mit dem Ziel der Rückgewinnung
der Bremsenergie ergibt sich folgende Funktionsweise: Versucht die Abtriebswelle
5 mit Taumelscheibe 26 bei der Stellung i = 1 (der Winkel der Steuerscheibe 21 beträgt
00) die Hydraulikpumpe II zu überlaufen, so wird das durch einen entsprechenden
Freilauf verhindert. Die Taumelscheibe 26 wird also die Hydraulikpumpe mit gleicher
Drehzahl mitnehmen. Wird die Steuerscheibe 21 ausgeschwenkt, so wird der Ölmotor
I zur Pumpe. Dies hat zur Folge, daß die Abtriebswelle abgebremst wird. Je größer
der Winkel der Steuerscheibe ist, umso größer wird die Bremswirkung. Die vom Ölmotor
geförderte überschüssige Druckflüssigkeit wird dabei über das Ventil 20 dem Druckflüssigkeitsreservoir
19 zugeführt. Die Bremsenergie wird dadurch gespeichert. Wird nun bei Stillstand
oder Lauf der Abtriebswelle 5 dem Druckflüssigkeitskreis zwischen Hydraulikpumpe
II und Ölmotor I vom speicherbildenden Druckflüssig keitsreservoir 19 über das Ventil
20
Druckflüssigkeit zugeführt, so wird je nach Winkelstellung der
Steuerscheibe 21 entweder n2 n1 bei M1 = M2 oder M2 M1 bei n1 = n2, in jedem Falle
aber die Leistung P2 an der Abtriebswelle 5 größer sein als die Leistung P1 an der
Antriebswelle 1. Die Differenz der Leistungen ist gleich der aus dem Druckflüssigkeitsreservoir
19 eingespeißten Leistung (Wiedereinspeisung der vorher gewonnenen Energie).
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Alle in der Beschreibung erwähnten und in der Zeichnung dargestellten
neuen Merkmale sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den Ansprüchen nicht
ausdrücklich beansprucht sind.
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