Die Erfindung betrifft ein Hydromodul für hydrostatisch-mechanische Getriebe mit zwei integrierten Schrägscheiben- oder Schrägachsentriebwerken gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2.

Für hydro-mechanische Getriebe, insbesondere solche mit Leistungsverzweigung werden verstellbare Schrägscheiben- oder Schrägachsen-Triebwerke eingesetzt, die als Pumpe oder Motor arbeiten.

Schrägscheibentriebwerke besitzen eine rotierende Zylindertrommel mit über deren Umfang verteilten, in den Zylindern beweglichen Verdrängerkolben, die sich gleitend auf einer Schrägscheibe abstützen. Der Schwenkwinkel der Schrägscheibe ist über ein Servosystem verstellbar. Mit zunehmendem Schwenkwinkel vergrößert sich der Kolbenhub in den Zylinderbohrungen und damit der Volumenstrom.

Schrägachsen-Triebwerke besitzen jeweils eine Zylindertrommel, die um ihre Längsmittelachse drehbar gelagert ist und ebenfalls auf ihrem Umfang verteilt Zylinderbohrungen besitzt, in denen die Kolben verschiebbar sind. Zur Verstellung des Volumenstroms ist die Zylindertrommel um eine quer zu ihrer Drehachse verlaufende Schwenkachse schwenkbar, wodurch die Längsmittelachse der Zylindertrommel einen verstellbaren Winkel mit der Achse der Triebwelle bildet. Die Kolben stützen sich dabei am Triebflansch der Welle unter dem einstellbaren Winkel gelenkig ab.

Um ein Schrägachsentriebwerk verstellen zu können, muss das entsprechende „Endgehäuse" drehbar gestaltet sein. Dies wird typischerweise durch ein Joch bewerkstelligt, das jeweils den Zylinderblock der Pumpe bzw. des Motors aufnimmt und schwenkbar am feststehenden Gehäuseteil gelagert ist. Um den Volumenstrom in das feststehende Gehäuse zu leiten, müssen Drehdurchführungen vorgesehen werden, die an die Dichtungen sehr hohe Anforderungen stellen, weil relativ große Spalte bei hohen Drücken von typischerweise bis zu 570 bar bei Temperaturen von bspw. 125°C überbrückt werden müssen.

Ein Hydromodul mit zwei Triebwerken und jeweils zugeordneten Jochen der beschriebenen Art aus der DE 10 2004 030 147 A1 bekannt.

In Leistungsverzweigungs-Getrieben bilden eine Pumpe und ein oder mehrere Hydromotoren der eingangs beschriebenen Art ein stufenlos verstellbares Hydrostatgetriebe. Die über die Antriebswelle von einem Verbrennungsmotor eingeleitete Leistung verzweigt sich dabei auf das Hydrostatgetriebe und die Eingangswelle eines Summiergetriebes. Im Summiergetriebe werden die Drehzahlen und Drehmomente des Hydrostatgetriebes und der Antriebsmaschine wieder zusammengeführt. Für einen gewissen Geschwindigkeitsbereich ergibt sich damit ein in seiner Übersetzung stufenloses Getriebe mit den bekannten Vorteilen, dass innerhalb dieses Geschwindigkeitsbereichs in jedem Fahrzustand mit optimaler Motordrehzahl gefahren werden kann und durch Schalten bedingte Zugkraftunterbrechungen vermieden werden. Um größere Geschwindigkeitsbereiche zu überdecken ist allerdings in der Regel ein mechanisches Bereichsgetriebe nachgeschaltet, das je nach den gestellten Anforderungen mehr oder weniger komplex ausgebildet sein kann.

Ein einschlägiges Leistungsverzweigungsgetriebe für Schlepper ist in der DE 42 09 950 A1 beschrieben.

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein verbessertes Hydromodul für hydrostatisch-mechanische Getriebe geschaffen werden.

Erfindungsgemäß wird dies mit einem Hydromodul mit zwei darin integrierten Schrägscheiben-Triebwerken erreicht, die jeweils einen rotierenden Zylinderblock mit darin beweglichen Verdrängern aufweisen. Die Verdränger stützen sich gleitend an einer gemeinsamen Doppelschrägscheibe ab, deren Schwenkwinkel über ein Servosystem verstellbar ist. Die Doppelschrägscheibe ist zur zwangsgekoppelten gemeinsamen Verstellung des Volumenstroms beider Triebwerke ausgebildet und weist hierzu Anlageflächen für die Verdränger der jeweiligen Triebwerke auf, die unterschiedliche Neigungswinkel relativ zur jeweiligen Triebwelle aufweisen. Die beiden Triebwerke sind in einem gemeinsamen Gehäuse mit parallelen Triebwellen gelagert.

Das genannte Ziel wird erfindungsgemäß auch mit einem Hydromodul für hydrostatisch-mechanische Getriebe und zwei im Hydromodul integrierten Schrägachsentriebwerken erreicht, die jeweils einen Zylinderblock mit darin beweglichen Verdrängern aufweisen, wobei die Verdränger jeweils an achsparallelen Wellen schwenkbar gelagert sind. Die Zylinderblöcke beider Schrägachsentriebwerke sind in einem gemeinsamen Joch mit unterschiedlichen Schwenkwinkeln gelagert und zur Verstellung des Volumenstroms mittels eines Servosystems mit dem Joch zwangsweise gemeinsam verschwenkbar.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass auf die unabhängige Steuerung der beiden Triebwerke und die damit verbundenen Freiheitsgrade zugunsten eines vereinfachten Aufbaus verzichtet werden kann. Die Vorteile liegen darin, dass für beide Triebwerke nur noch ein einziger Schwenkmechanismus und ein einziges sog. Control mit Servokolben und Steuerventil erforderlich ist. Die Verbindungsleitungen können sehr kurz und innerhalb der Baueinheit gehalten werden, so dass die bisherigen Dichtungsprobleme entfallen. Dies bringt eine erhebliche Kostenreduzierung und eine größerer Zuverlässigkeit im Betrieb mit sich.

Vorzugsweise arbeitet eines der Triebwerke als Pumpe und das andere als Hydromotor. Die Ausgangslage der Pumpe liegt dabei bei einem minimalen Schwenkwinkel, vorzugsweise bei 0°, während der Hydromotor in Ausgangslage auf maximalem Schwenkwinkel, steht. Zur Kompensation von Volumenstromverlusten kann die Ausgangslage der Pumpe einige Winkelgrade unter 0° betragen, d.h. dass die Pumpe beim minimalen Schwenkwinkel geringfügig in die zum eigentlichen Verstellbereich entgegengesetzte Richtung verschwenkt. Damit lassen sich Volumenstromverluste kompensieren, die sonst bei bestimmten Geländesituationen ein langsames Weiterbewegen des Fahrzeugs im Neutralzustand bewirken würden.

Erfindungsgemäß ist die Pumpe vom minimalen Schwenkwinkel, also typischerweise einem Schwenkwinkel im Bereich um 0° auf maximalen Winkel verstellbar, während durch die mechanische Zwangskopplung gleichzeitig der Motor synchron von maximalem auf einen minimalen Winkel, der bei 0° liegt, verschwenkt wird. Bei Schrägachsentriebwerken liegt der maximale Schwenkwinkel im Bereich von 40° bis 50°, bei Schrägscheibentriebwerken im Bereich von 15° bis 25°.

Bei Schrägachsentriebwerken ergibt sich ein besonderer Vorteil dadurch, dass die Verbindungskanäle zwischen beiden Triebwerken innerhalb des Jochs ausgebildet und im Joch auch Einspeise- und Spülventile vorgesehen werden, weil hierdurch komplizierte Drehdurchführungen mit engen Passungen und viele Dichtungsprobleme entfallen. Dieses Joch ist vorzugsweise mit Wälzlagern, insbesondere mit zwei Kegelrollenlagern am feststehenden Gehäuseteil gelagert. Dies ergibt eine wesentlich einfachere Konstruktion als sie bei herkömmlichen Jochen möglich ist, die an einem Drehzapfen gelagert sind, an dem zugleich auch die Drehdurchführungen für den Hauptölstrom ausgebildet werden müssen. In vorteilhafter Weise ist eine Schwenkverbindung zwischen Joch und Gehäuse vorgesehen, an der die Anschlüsse für die Einspeisung und die Entnahme von Spülöl an der Schwenkachse des Jochs vorgesehen sind. Daraus resultiert eine vergleichsweise einfache Verbindung, die jeweils über ein Rohrstück erfolgen kann, das mit Spielpassung an der Schwenkachse beiderseits des Doppeljochs oder mit zwei koaxialen Rohrstücken auf einer Seite des Jochs eingesetzt ist. Damit kann in einfacher Weise das Verdrehen ermöglicht werden.

Das erfindungsgemäße Hydromodul wird bevorzugt als Hydrostatgetriebe in Leistungsverzweigungsgetrieben, insbesondere für Schlepper und Traktoren eingesetzt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen Beschreibung der Ausführungsbeispiele.

Es zeigen:

1: Ein Hydromodul mit Schrägscheibentriebwerken in einem Schnitt in der Ebene der Triebwellen;

2: Das Hydromodul von 1 in Richtung der Schwenkachse gesehen;

3: Die Doppelschrägscheibe nach dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2;

4: Ein Hydromodul mit Schrägachsentriebwerken, gesehen in Richtung Richtung der Schwenkachse;

5: Gesamtansicht des Hydromoduls mit Schrägachsentriebwerken;

6: Das Doppeljoch des Hydromoduls gesehen aus der Richtung der Triebwellen;

7: Ein Beispiel für die Winkelbeziehungen zwischen den Triebwerken und dem Doppeljoch;

8: Ein Beispiel für die Winkelbeziehungen zwischen den Triebwerken bei Volumenstromkompensation;

9: Das Doppeljoch in Frontansicht mit Spülanschluss, Einspeisung und Druckabsicherung;

10: Die hydraulische Verbindung für Einspeisung oder Spülung;

11: Eine weitere Ausgestaltung der hydraulischen Verbindung für Einspeisung und Spülung.

12: Die Servosteuerung zur Schwenkwinkelverstellung

1 zeigt ein Hydromodul 1 nach der Erfindung, das in hydrostatischmechanischen Getrieben zum Einsatz kommt. Es umfasst zwei Triebwerke in Schrägscheibenbauweise, nämlich eine Pumpe 2a und Hydromotor 3a, die mit parallelen Triebwellen 12 in einem gemeinsamen Gehäuse 25, 29 gelagert sind.

Die 1 zeigt dabei einen Schnitt in der durch die parallelen Triebwellen 12 aufgespannten Ebene. Die beiden Triebwerke 2a, 3a weisen jeweils einen mit der Welle 12 rotierenden Zylinderblock 2.1, 3.1 mit Verdrängerkolben 26 auf, die in den Zylindern verschieblich sind und sich mittels Gleitschuhen 23 an einer gemeinsamen Schrägscheibe 22 abstützen. Die Schrägscheibe 22 ist mittels eines nicht dargestellten Servosystems um die Schwenkachse 24 drehbar und besitzt für die Pumpe 2a und den Hydromotor 3a jeweils eine Anlagefläche mit unterschiedlicher Schrägstellung, die sich aber im Schnitt längs der Mittelebene der Triebwerke nicht abzeichnet.

2 zeigt die gleiche Anordnung von der Seite, gesehen in Richtung der Schwenkachse 24. Pumpe 2a und Motor 3a liegen hier hintereinander. Die Verdrängerkolben 26 des Pumpenzylinderblocks 2.1 stützen sich an der Schrägscheibe 22 ab, die in der Darstellung der 2 für die Pumpe im Schwenkwinkel Null, d.h. in Neutralstellung steht. Für den dahinter liegenden, von der Pumpe verdeckten Hydromotor hat die Anlagefläche dagegen eine Neigung, die dem maximalen Schwenkwinkel entspricht und in der Figur durch den Doppelpfeil angedeutet ist. Die Schrägscheibe 22 wird so verschwenkt, dass die Pumpe von der Neutralstellung auf einen maximalen Schwenkwinkel, d.h. einen maximalen Wert des Volumenstroms verstellt wird. Gleichzeitig verstellt der Motor vom maximalen Ausgangswert seines Schluckvolumens auf Null. Der minimale Schwenkwinkel kann aus Kompensationsgründen für die Pumpe geringfügig unter oder über Null liegen, wie nachfolgend im Zusammenhang mit 8 noch näher erläutert wird.

3 zeigt die Doppelschrägscheibe 22 der Schrägscheiben-Baueinheit. Die Doppelschrägscheibe 22 ist mittels eines Servosystems um die Schwenkachse 24 verstellbar und weist jeweils eine Anlagefläche 27, 28 für die Verdrängerkolben von Pumpe und Hydromotor auf. Die beiden Anlageflächen 27, 28 haben unterschiedliche Neigungswinkel. Diese bewirken, dass in Neutralstellung die Pumpe auf dem Schwenkwinkel 0° steht, während zugleich der Hydromotor eine Verstellung entsprechend seinem maximalen Schluckvolumen aufweist. Bei Änderung des Schwenkwinkels der Doppelschrägscheibe 22 verstellt die Pumpe von dieser Ausgangslage aus bis zu ihrem maximalen Verstellwinkel, dem sie den maximalen Volumenstrom fördert, während zugleich der Hydromotor zwangsweise und synchron vom maximalen auf den minimalen Schwenkwinkel verstellt.

Die 4 zeigt das Prinzip eines erfindungsgemäßen Hydromoduls mit Schrägachsentriebwerken in Richtung der Schwenkachse. Von den beiden achsparallelen Triebwellen 12 ist deshalb lediglich diejenige des Hydromotors 3 zu sehen. Der Motor 3 und die Pumpe 2 liegen in dieser Darstellung wieder hintereinander in ihrer jeweiligen Ausgangslage, d.h. die Pumpe 2 befindet sich mit ihrem Zylinderblock 2.1 in der 0°-Stellung, also im praktisch förderlosen Zustand, während der Hydromotor 3 und dessen Zylinderblock den maximalen Schwenkwinkel von etwa 45° gegen die Achse der Triebwelle 12 einnehmen, bei dem der Hydromotor sein maximales Schluckvolumen hat. Die Kolben 14 des Hydromotors 3, die mit dem Kolbenkopf 15 im Triebflansch 16 der Welle 12 gelagert sind, erreichen hier den größten Hub in den Zylindern 13. Der Zylinderblock 3.1 liegt dabei in bekannter Weise an einer Ventilplatte 5 an.

Pumpe 2 und Hydromotor 3 sind vom Doppeljoch 4 umfasst und werden mit diesem zwangsweise gemeinsam verschwenkt. Dabei überstreicht der Hydromotor 3 den Schwenkbereich SM zwischen einem maximalen und einem minimalen Winkel. Im dargestellten Beispiel beträgt der Schwenkwinkel maximal 45° und minimal 0°. Zugleich verschwenkt die Pumpe 2 mit ihrem Zylinderblock 2.1 und ihrer Ventilplatte 6, die in der Figur gestrichelt dargestellt sind, über den Winkelbereich SP von 0° auf 45°, d.h. sie verstellt von Null auf maximalen Volumenstrom.

5 ist eine Gesamtansicht des Hydromoduls mit Schrägachsentriebwerken. Der feststehende Teil des Hydromoduls 1 enthält die parallelen Triebwellen 12, an deren Flanschen die jeweiligen Verdränger schwenkbar gelagert sind. Die jeweiligen Zylinderblöcke von Pumpe und Hydromotor werden vom Doppeljoch 4 umfasst, das mittels eines Servosystems um die Schwenkachse 10 verstellbar ist. Das Joch besitzt beiderseits jeweils einen Zapfen 11, an dem auch die Anschlüsse für Einspeisung 17 und Spülung 18 vorgesehen sind. Die Verbindungskanäle zwischen Pumpe und Motor sind im Joch ausgebildet, wodurch lange Verbindungskanäle, Durchführungen und schwer zu beherrschende Dichtungen entfallen, wie sie sonst bei getrennten, unabhängig voneinander steuerbaren Triebwerken erforderlich sind.

Mit dem Joch 4 werden Pumpe 2 und Motor 3 zwangsweise gemeinsam verstellt. Dies geschieht wiederum in der Weise, dass die Pumpe 2, die in der Ausgangslage im Bereich des Schwenkwinkels 0° steht, in Richtung ihres maximalen Schwenkwinkels verstellt wird, während gleichzeitig der Motor 3, der in seiner Ausgangslage auf maximalem Schwenkwinkel steht in Richtung 0°-Verschwenkung bis zu einem minimalen Wert verstellt wird.

Die 6 zeigt das abgenommene Doppeljoch 4 aus der Richtung der Triebwellen. Dargestellt sind die beiderseitigen Lagerzapfen 11 an denen das Doppeljoch 4 um die Schwenkachse 10 verschwenkt werden kann, und an denen die Anschlüsse für Einspeisung 17 und Spülung ausgebildet sind. Außerdem sind die im Winkel gegeneinander versetzten Auflageflächen 5a, 6a im gemeinsamen Joch 4 für die Ventilplatten 5, 6 des Motors und der Pumpe zu sehen.

Die geschilderte Winkelbeziehung ist in 7 dargestellt. Sie ist durch die mechanische Zwangskopplung der beiden Triebwerke im gemeinsamen Doppeljoch bedingt, wobei im dargestellten Fall die Pumpe zwischen 0° und 45° und der Hydromotor zwischen 45° und 0° verschwenken.

8 zeigt, dass sich der Verstellbereich nicht zwingend jeweils von 0° bis 45° erstrecken muss, sondern für jedes Triebwerk getrennt vorgegeben sein kann. Dieser Umstand kann dazu genutzt werden, volumetrische Verluste zu kompensieren und bspw. eine aktive Stillstandsregelung vorzusehen. Dies kann erforderlich sein, um ein Weiterkriechen des Fahrzeugs im geneigten Gelände in der Neutralstellung des Hydromoduls zu vermeiden und bedeutet, dass der minimale Schwenkwinkel der Pumpe geringfügig von 0° abweichen kann. Als Beispiel zeigt 8 eine Pumpenverstellung von –2,5° auf 42,5°, während der Hydromotor synchron von 45° auf 0° verschwenkt. In gleicher Weise kann auch der Verstellbereich des Hydromotors bspw. etwas zu positiven Werten hin verschoben sein.

Die 9 zeigt das Doppeljoch 4 in Frontansicht mit den Einrichtungen zum Spülen sowie zur Einspeisung und Druckabsicherung. Angedeutet sind die im Jochinneren verlaufenden Verbindungskanäle 7 zwischen der Ventilplatte 5 des Hydromotors und der Ventilplatte 6 der Pumpe sowie Fluidleitungen zum Einspeisen und Spülen, deren Anschlüsse bspw. an einem zapfenartigen Fortsatz 11 des Jochs 4 an einer Schwenkverbindung nach außen geführt werden. In der Leitung zur Einspeisung 17 sind jeweils zwischen dem Anschluss und den Ventilplatten 5, 6 Ventile 8 vorgesehen, die einerseits als Hochdruckbegrenzungsventile fungieren und andererseits auch die Funktion der Einspeiseventile übernehmen. In den zum Spülanschluss 18 führenden Leitungen ist ein Spülschieber 9 vorgesehen, der wie die HD-Ventile ebenfalls im Doppeljoch 4 integriert ist.

Die 10 und 11 zeigen Möglichkeiten, wie die Verbindung im Einspeise- 17 und Spülanschluss 18 realisiert werden kann. Die Verbindung wird gemäß 10 durch ein Rohrstück 20 hergestellt, das mit Spielpassung 19 mit einer für die Dichtwirkung ausreichenden Länge in den Zapfen 11 des Jochs 4 koaxial zur Schwenkachse 10 eingepasst ist. Die Dichtung erfolgt somit metallisch über die Dichtlänge, wofür bspw. etwa 5 mm ausreichen. Damit ist die Verdrehmöglichkeit für das Anschlussstück gegeben. Dieses Prinzip wird in 11 weitergebildet. Zur Einspeisung 17 dient das Rohrstück 20, das koaxial vom Rohrstück 21 für die Spülung 18 umgeben ist. Beide Rohrstücke sind wiederum mit Spielanpassung 19 und ausreichender Länge in den Zapfen des Jochs 4 eingepasst.

12 zeigt das Hydromodul 1 mit den Triebwellen 12 und dem Doppeljoch 4, mit dem Pumpe und Hydromotor mechanisch in der Weise zwangsgekoppelt sind, dass beim Verschwenken der Pumpe von 0° auf 45° zugleich der Hydromotor von 45° auf 0° verstellt wird. Die Verstellung wird durch ein Servosystem bewirkt, dessen Servokolben 31 das Doppeljoch 4 um das Schwenklager 11 drehen.

Mit der Erfindung wird somit eine kompakte Baueinheit für einen hydrostatischen Antrieb geschaffen, mit dem der Aufwand für die üblichen getrennten beiden Triebwerke erheblich vermindert wird, das weitaus kostengünstiger ist und im Betrieb deutlich höhere Zuverlässigkeit aufweist.

SM

Schwenkbereich des Motors

SP

Schwenkbereich der Pumpe

1

Hydromodul

2

Schrägachsentriebwerk, Pumpe

2a

Schrägscheibentriebwerk, Pumpe

2.1

Zylinderblock (Pumpe

3

Schrägachsentriebwerk, Hydromotor

3a

Schrägscheibentriebwerk, Hydromotor

3.1

Zylinderblock (Motor)

4

Doppeljoch

5

Ventilplatte (Motor)

5a

Auflagefläche für Ventilplatte

6

Ventilplatte (Pumpe)

6a

Auflagefläche für Ventilplatte

7

Verbindungskanäle im Joch

8

Hochdruckbegrenzungsventil

9

Spülschieber

10

Schwenkachse des Doppeljochs

11

Zapfen, Lagerung

12

Triebwelle

13

Zylinder

14

Kolben

15

Kolbenkopf

16

Triebflansch

17

Einspeisung

18

Spülanschluss

19

Spielpassung

20

Rohrstück

21

koaxiales Rohrstück

22

Doppelschrägscheibe

23

Gleitschuhe

24

Schwenkachse der Schrägscheibe

25

Gehäuse

26

Verdrängerkolben

27

Schrägscheiben-Anlagefläche (Pumpe)

28

Schrägscheiben-Anlagefläche (Motor)

29

Endgehäuse

30

Verbindungskanäle

31

Servokolben