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Diese Offenbarung betrifft Antriebseinheiten, einschließlich Antriebe, die einen eingebauten Motor für die Übertragung von Drehleistung an eine Ausgangsnabe aufweisen.
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In verschiedenen Anwendungen kann eine Antriebseinheit verwendet werden, um Drehleistung an verschiedene Komponenten bereitzustellen. Beispielsweise kann bei verschiedenen Rad- oder Kettenfahrzeugen eine Achsantriebseinheit an einem Rahmen des Fahrzeugs befestigt sein, um Drehleistung an eine Ausgangsnabe der Antriebseinheit bereitzustellen, um die Räder oder Ketten des Fahrzeugs anzutreiben und dadurch das Fahrzeug über das Gelände zu bewegen. Eine solche Antriebseinheit (und andere) kann Hydraulikmotoren, um Drehleistung bereitzustellen, und verschiedene Getriebe, um die Drehzahl der Drehleistung für die Ausgabe an der Ausgangsnabe einzustellen, umfassen. In manchen Fällen können die Motoren mit einer oder mehreren unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden.
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Die Antriebseinheiten können auch eine Feststellbremse, wie etwa eine federbetätigte, hydraulisch lösbare Bremse umfassen, um den Antriebsmotor zu bremsen. Bekannte Anordnungen können eine oder mehrere Komponenten umfassen, um die Bremse zu lösen, und können auch eine oder mehrere Komponenten umfassen, um die Drehzahl des Antriebsmotors mechanisch zu steuern. Beispielsweise kann ein Hydraulikkolben verwendet werden, um die Bremse zu lösen, und ein oder mehrere hydraulische Kippmechanismen können verwendet werden, um die Motordrehzahl zu verändern, indem der Kippgrad einer Taumelscheibe, die von einem oder mehreren drehbaren Kolben des Motors beaufschlagt wird, verändert wird. Das Anordnen und Einhausen komplexer Einheiten wie dieser, zusammen mit Räderwerken, Lagern, Wellen und anderen Antriebskomponenten, unter möglicherweise relativ knappen Platzbedingungen kann eine Herausforderung darstellen. Dementsprechend kann es zweckmäßig sein, eine verbesserte Anordnung für die Steuerung der Motor- und Bremskomponenten der Antriebseinheit bereitzustellen.
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Eine Antriebseinheit für die Übertragung von Leistung wird offenbart, die von einem gemeinsamen Hydraulikkolben betriebene Motor- und Bremskomponenten aufweist.
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Gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfasst eine Antriebseinheit ein Gehäuse und einen Antriebsmotor, der zumindest teilweise im Gehäuse enthalten ist und der einen Rotor aufweist, der eine Ausgangswelle dreht. Ein Auswahlmechanismus, der zumindest teilweise im Gehäuse enthalten ist, ist in eine aus einer Vielzahl von Richtungen, die einer aus einer Vielzahl von Motoreinstellungen entspricht, bewegbar. Eine Bremseinheit, die zumindest teilweise im Gehäuse enthalten ist, ist konfiguriert, mit dem Rotor des Antriebsmotors zu koppeln. Eine Bremseinheit ist zwischen einer gebremsten Position, in der die Bremseinheit die Drehung des Rotors hemmt, und einer gelösten Position, in der die Bremseinheit die Drehung des Rotors erlaubt, bewegbar. Ein Aktuator, der zumindest teilweise im Gehäuse enthalten ist, ist angeordnet, um in die Bremseinheit einzugreifen, zumindest wenn sich die Bremseinheit in der gebremsten Position befindet, und um in den Auswahlmechanismus einzugreifen, zumindest wenn sich die Bremseinheit in der gelösten Position befindet.
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In gewissen Ausführungsformen umfasst eine Antriebseinheit ein Gehäuse und einen Hydraulikantriebsmotor mit einem Rotor, der eine Ausgangswelle dreht, die sich entlang einer Drehachse innerhalb des Gehäuses erstreckt. Eine in Bezug auf das Gehäuse um die Ausgangswelle drehbar befestigte Taumelscheibe ist in eine aus einer Vielzahl von Kipprichtungen, die einer aus einer Vielzahl von Motordrehzahleinstellungen entspricht, bewegbar. Eine Bremseinheit ist konfiguriert, um mit dem Rotor des Antriebsmotors zu koppeln und sich zwischen einer gebremsten Position, in der die Bremseinheit die Drehung des Rotors hemmt, und einer gelösten Position, in der die Bremseinheit die Drehung des Rotors erlaubt, zu bewegen. Ein Aktuatorkolben kann von einer oder mehreren aus einer Vielzahl von Hydraulikdruckströmen aus einem oder mehreren entsprechenden Druckhohlräumen betätigt werden, um in die Bremseinheit einzugreifen, zumindest wenn sich die Bremseinheit in der gebremsten Position befindet, und in den Auswahlmechanismus einzugreifen, zumindest wenn sich die Bremseinheit in der gelösten Position befindet.
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Die Vielzahl von Druckoberflächen kann durch eine abgestufte Umfangsoberfläche des Aktuatorkolbens ausgebildet werden.
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Die Vielzahl von Druckoberflächen kann durch konzentrische Ringe des Aktuatorkolbens ausgebildet werden.
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In gewissen anderen Ausführungsformen umfasst eine Antriebseinheit für einen Achsantrieb eines Arbeitsfahrzeugs eine Befestigungsnabe, die konfiguriert ist, an einen Rahmen des Arbeitsfahrzeugs befestigt zu sein. Ein Antriebsmotor, der eine Ausgangswelle aufweist, ist an der Befestigungsnabe angebracht. Eine Taumelscheibe ist in Bezug auf die Befestigungsnabe um die Ausgangswelle drehbar angeordnet und in eine aus einer Vielzahl von Kipprichtungen, die einer aus einer Vielzahl von Motordrehzahleinstellungen entspricht, bewegbar. Eine Bremseinheit ist konfiguriert, mit dem Rotor des Antriebsmotors zu koppeln und sich zwischen einer gebremsten Position, in der die Bremseinheit die Drehung des Rotors hemmt, und einer gelösten Position, in der die Bremseinheit die Drehung des Rotors erlaubt, zu bewegen. Ein Aktuatorkolben kann von einem oder mehreren aus einer Vielzahl von Hydraulikdruckströmen aus einem oder mehreren aus einer Vielzahl von entsprechenden Druckhohlräumen betätigt werden, um in die Bremseinheit einzugreifen, zumindest wenn sich die Bremseinheit in der gebremsten Position befindet, und in den Auswahlmechanismus einzugreifen, zumindest wenn sich die Bremseinheit in der gelösten Position befindet. Ein Zahnradsatz ist mit der Ausgangswelle gekoppelt und eine Ausgangsnabe empfängt Drehleistung vom Motor über die Ausgangswelle und den Zahnradsatz, um Antriebsleistung für das Arbeitsfahrzeug bereitzustellen. Befindet sich die Bremseinheit in der gelösten Position, kann die Ausgangsnabe mit einer ersten Drehzahl und Drehmoment angetrieben werden, wenn sich die Taumelscheibe in einer ersten Kippposition befindet, und die Ausgangsnabe kann mit einer zweiten Drehzahl und Drehmoment angetrieben werden, wenn sich die Taumelscheibe in einer zweiten Kippposition befindet.
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Der Aktuatorkolben kann eine Vielzahl von Druckoberflächen umfassen und die Vielzahl von Druckhohlräumen ist zwischen der Vielzahl von Druckoberflächen und einem Gehäuse definiert und die Vielzahl von Druckoberflächen wird durch eine abgestufte Umfangsoberfläche des Aktuatorkolbens ausgebildet.
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Der Aktuatorkolben kann eine Vielzahl von Druckoberflächen umfassen und die Vielzahl von Druckhohlräumen ist zwischen der Vielzahl von Druckoberflächen und dem Gehäuse definiert und die Vielzahl von Druckoberflächen wird durch konzentrische Ringe des Aktuatorkolbens ausgebildet.
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Die Details von einer oder mehreren Ausführungsformen werden in den beiliegenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale und Vorteile werden aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Patentansprüchen deutlich.
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Fahrzeugs, in dem eine Antriebseinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung implementiert werden kann;
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2 ist eine perspektivische Schnittansicht einer beispielhaften Antriebseinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung für die Verwendung im Fahrzeug aus 1;
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3 ist eine Teilseitenschnittansicht einer beispielhaften Motor- und Bremsanordnung der Antriebseinheit aus 2;
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4 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs 4-4 aus 3, die eine beispielhafte Kolbenkonfiguration zeigt;
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5 ist eine Teilseitenschnittansicht einer anderen beispielhaften Motor- und Bremsanordnung der Antriebseinheit aus 2;
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6 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs 6-6 aus 5, die eine beispielhafte Kolbenkonfiguration zeigt; und
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7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Federanordnung für die Antriebseinheit aus 2 zeigt.
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Zeichnungen die gleichen Elemente.
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Das Folgende beschreibt eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen der offenbarten Antriebseinheit, wie in den beiliegenden Figuren der oben kurz beschriebenen Zeichnungen gezeigt. Verschiedene Modifikationen der beispielhaften Ausführungsformen können von Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung in Betracht gezogen werden.
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Wie hierin verwendet kann sich die „axiale“ Richtung auf eine Richtung beziehen, die zu einer Drehachse, Symmetrieachse oder Mittellinie einer Komponente oder von Komponenten allgemein parallel ist. Beispielsweise kann sich bei einem Zylinder mit einer Mittellinie und entgegengesetzten, kreisförmigen Enden, die „axiale“ Richtung auf die Richtung beziehen, die sich allgemein parallel zu der Mittellinie zwischen den entgegengesetzten Enden erstreckt. In gewissen Fällen kann der Begriff „axial“ in Bezug auf Komponenten verwendet werden, die nicht zylindrisch (oder anderweitig radialsymmetrisch) sind. Beispielsweise kann die „axiale“ Richtung bei einem rechteckigen Gehäuse, das eine sich drehende Welle enthält, als eine Richtung angesehen werden, die zur Drehachse der Welle allgemein parallel ist.
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Ebenso wie hierin verwendet, kann sich „radial“ ausgerichtet auf zwei Komponenten beziehen, die beide entlang einer Linie angeordnet sind, die sich von einer gemeinsamen Mittellinie, Achse oder ähnlichem Bezugspunkt senkrecht nach außen erstreckt. Beispielsweise können zwei konzentrische und axial überlappende zylindrische Komponenten über den axial überlappenden Teilen der Komponenten als „radial“ ausgerichtet, aber über den nicht axial überlappenden Teilen der Komponenten nicht als „radial“ ausgerichtet angesehen werden. In manchen Fällen können Komponenten als „radial“ ausgerichtet betrachtet werden, obwohl es sein kann, dass eine oder beide der Komponenten nicht zylindrisch (oder anderweitig radialsymmetrisch) sind. Beispielsweise kann eine sich drehende Welle innerhalb eines die Welle enthaltenden rechteckigen Gehäuses über eine Länge der Welle, die mit dem Gehäuse axial überlappt, „radial“ ausgerichtet sein.
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Die Offenbarung kann allgemein als eine verbesserte Motoreinstellungsauswahl und Bremssteueranordnung für fluidgetriebene Antriebe, wie etwa hydraulische oder pneumatische Antriebe, bereitstellend betrachtet werden. Solche Antriebe können eingesetzt werden, um in verschiedenen Anwendungen eine Leistung abzugeben, einschließlich beispielsweise, um verschiedene Subkomponenten von Arbeitsfahrzeugen und Arbeitsgeräten mit Leistung zu versorgen. Als ein nichteinschränkendes Beispiel kann die Antriebseinheit eine Achsantriebsanordnung sein, um Antriebsleistung an die Räder oder Laufroller für das Fortbewegen von verschiedenen Arbeitsfahrzeugen bereitzustellen, wie etwa Rad- oder Kettenlader, -sprühmaschinen, -sortierer und verschiedene andere land- und forstwirtschaftliche Maschinen und Baumaschinen.
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Die Offenbarung kann auch eine Anordnung bereitstellen, um die Teileanzahl und Komplexität der Antriebseinheit zu senken, indem eine einzige Betätigungskomponente sowohl für die Auswahl der Motoreinstellung als auch für die Steuerung der Bremse verwendet wird. Als nichteinschränkende Beispiele kann der Motor ein Hydraulikmotor, wie auf dem Gebiet der Erfindung bekannt ist, sein und die Motoreinstellung kann als eine oder mehrere aus der Ausgangsdrehzahl und dem Drehmoment des Motors oder als der physische Hubraum des Hydraulikfluids im Motor, was wiederum die Ausgangsdrehzahl und das Drehmoment beeinflusst, betrachtet werden. Die Bremse kann vom Aktuator gesteuert werden, um den Motor zu Bremsen oder das Bremsen des Motors zu lösen, abhängig davon, ob die Bremse normal angelegt oder gelöst ist. Eine federbetätigte, hydraulisch lösbare Bremse kann beispielsweise normal durch Federkraft angelegt werden, um den Motor zu bremsen, wodurch der Aktuator verwendet werden kann, um durch Überwinden der Federkraft die Bremse zu lösen.
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Der Aktuator kann jede geeignete Komponente sein, die diese doppelte Funktion erfüllt und in den verfügbaren Raum des Antriebs passt. In einem nichteinschränkenden Beispiel kann der Aktuator ein hydraulisch betätigter Kolben sein. Der Kolben kann konfiguriert und im Antrieb angeordnet sein, um mehrere diskrete Drücke auf den Kolben auszuüben, entweder einzeln oder zusammengefasst. Beispielsweise können zwei Drücke auf den Kolben ausgeübt werden, einschließlich eines ersten Drucks, um die Bremse zu lösen, und eines zweiten Drucks, um eine Motoreinstellungsauswahl vorzunehmen. Der erste und der zweite Druck können einzeln ausgeübt werden, das heißt einer nach dem anderen auf aufeinanderfolgende Art, oder die beiden Drücke können gleichzeitig während eines oder beider Vorgänge ausgeübt werden. Somit kann die Kraft des Drucks einmalig ausreichen, um einen der Vorgänge durchzuführen, oder die Kräfte müssen summiert werden, um einen oder mehrere der Vorgänge durchzuführen. In jedem Fall können die Drücke auf getrennte, isolierte Druckoberflächen aus getrennten, isolierten Druckhohlräumen ausgeübt werden.
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In gewissen Ausführungsformen kann es sein, dass der Kolben mehrere Druckoberflächen aufweist, die am äußeren Umfang des Kolbens angeordnet sind. Beispielsweise kann der Kolben ein ringförmiger Körper mit einem abgestuften äußeren Umfang sein, bei dem radiale Oberflächen der Stufen entlang der Drehachse beabstandet sind und die sich in verschiedenen Abständen von der Drehachse befinden. Der abgestufte äußere Umfang des Kolbens kann in unmittelbarer Nähe zu einer abgestuften inneren Oberfläche des Antriebsgehäuses, wie etwa einer Motornabe, angeordnet sein. Kleine Spalte zwischen den abgestuften Oberflächen definieren die Druckhohlräume, die ein Arbeitsmedium aufnehmen. Die Druckhohlräume sind abgedichtet, so dass, wenn sie mit unter Druck stehendem Arbeitsmedium überschwemmt werden, ein ausreichender Druck, der auf die Druckoberflächen des Kolbens wirkt, den Kolben axial entlang der Drehachse verschieben kann. Die Kolbenbewegung bewirkt dann die Motorauswahl und Bremssteuervorgänge. Beispielsweise kann der Kolben in einer Position von der Bremse ausrücken, indem er die Federkraft, die normalerweise das Ineinandergreifen des Kolbens mit der Bremse aufrechterhält, überwindet. In einer anderen Position ändert der Kolben beispielsweise die Neigung einer Taumelplatte, die den Hubraum des Motors und dadurch die Drehzahl und die Drehmomentausgabe durch die Ausgangswelle ändert.
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In gewissen Ausführungsformen kann der Kolben mehrere auf der Fläche des Kolbens angeordnete Druckoberflächen aufweisen. Beispielsweise kann der Kolben ein ringförmiger Körper mit mehreren konzentrischen ringförmigen Ringen sein, die sich axial von der Fläche des Kolbens erstrecken, wobei die radialen Flächen der ringförmigen Ringe Druckoberflächen in unterschiedlichen Abständen von der Drehachse definieren. Die Fläche des Kolbens kann in unmittelbarer Nähe zu ringförmigen Nuten in einer inneren Oberfläche des Antriebsgehäuses, wie etwa einer Motornabe, angeordnet sein. Kleine Spalte zwischen den ringförmigen Ringen und Nuten definieren die Druckhohlräume, die das Arbeitsmedium aufnehmen. Die Druckhohlräume sind abgedichtet, so dass, wenn sie mit unter Druck stehendem Arbeitsmedium überschwemmt werden, ein ausreichender Druck, der auf die Druckoberflächen des Kolbens wirkt, den Kolben axial entlang der Drehachse verschieben kann. Die Kolbenbewegung bewirkt dann die Motorauswahl und Bremssteuervorgänge, beispielsweise auf die im vorausgegangenen Absatz beschriebenen Art und Weise.
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Nun auf die Figuren Bezug nehmend kann die offenbarte Antriebseinheit bei einem beispielhaften Arbeitsfahrzeug 10, wie in 1 gezeigt, verwendet werden. Wie abgebildet, kann das Arbeitsfahrzeug 10 ein kompakter Kettenlader mit Bodenkontaktketten 12 sein. Eine beispielhafte Antriebseinheit 14 ist als eine Achsantriebseinheit konfiguriert, die an einem Rahmen 16 des Arbeitsfahrzeugs 10 befestigt ist, um Antriebsleistung an die Ketten 12 bereitzustellen. Es versteht sich, dass das abgebildete Arbeitsfahrzeug 10 lediglich als ein Beispiel präsentiert wird und die offenbarte Antriebseinheit (z.B. die Antriebseinheit 14) bei anderen Fahrzeugen (oder anderen Maschinen) verwendet werden kann, beispielsweise einschließlich jedes Fahrzeugs, bei dem die Antriebsleistung von einem oder mehreren hydraulischen Achsantrieben bereitgestellt wird. Zudem versteht es sich, dass die offenbarte Antriebseinheit als eine Achsantriebseinheit (z.B. wie für die Antriebseinheit 14 abgebildet) verwendet werden kann, um Antriebsleistung an ein Bodenkontaktelement (z.B. Räder etc.) eines Fahrzeugs bereitzustellen, oder verwendet werden kann, um Drehleistung an andere Vorrichtungstypen bereitzustellen.
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Bezug nehmend auch auf 2 wird eine beispielhafte Konfiguration der Antriebseinheit 14 präsentiert. Verschiedene Komponenten (oder Einheiten) der Antriebseinheit 14 können allgemein eine Radialsymmetrie zeigen, so dass die in 2 abgebildete Schnittansicht für diese Komponenten eine Ansicht einer beliebigen Anzahl diametrischer Ebenen durch die Antriebseinheit 14 darstellen kann. In gewissen Ausführungsformen kann die offenbarte Antriebseinheit verschiedene radiale Asymmetrien zeigen.
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Wie abgebildet kann die beispielhafte Antriebseinheit 14 eine Befestigungsnabe 20 umfassen, die für die Anbringung an den Rahmen 16 des Arbeitsfahrzeugs 10 konfiguriert ist, und kann somit als eine Achsantriebseinheit zum Antreiben der Ketten 12 des Arbeitsfahrzeugs 10 verwendet werden. Die Befestigungsnabe 20 ist als Teil eines größeren Gehäuses oder Befestigungsstruktur 22 für die Antriebseinheit 14 umfasst, die allgemein konfiguriert sein kann, während des Betriebs der Antriebseinheit 14 relativ stationär zu bleiben. Ein Motor 24 kann an der Befestigungsstruktur 22 oder einem Motorgehäuse (und dadurch an der Befestigungsnabe 20) an einem axialen Ende 26 der Antriebseinheit 14 angebracht sein, so dass der Motor 24 für die Abgabe von Drehleistung an verschiedene externe Vorrichtungen (z.B. die Ketten 12 aus 1) in einer angemessen stationären Ausrichtung gehalten werden kann. In 2 ist der Motor 24 als Hydraulikmotor mit einer Bremseinheit 30 und einer Ausgangswelle 28 konfiguriert, die sich in Richtung eines weiteren axialen Endes 32 der Antriebseinheit 14 erstreckt, wie nachfolgend im Detail beschrieben. In weiteren Ausführungsformen können andere Konfigurationen möglich sein.
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Die Antriebseinheit 14 kann zudem ein Ausgangsverbindungsteil umfassen. Wie abgebildet, ist das Ausgangsverbindungsteil als Ausgangsnabe 36 konfiguriert, obwohl andere Konfigurationen möglich sein können. Allgemein umfasst die Ausgangsnabe 36 einen Nabenkörper 38, der sich innerhalb der Antriebseinheit 14 erstrecken kann, um auf verschiedenen Lagern 40 zu ruhen. Die Ausgangsnabe 36 kann auch eine Verbindungslippe 42 umfassen, die sich vom Nabenkörper 38 in Richtung des axialen Endes 32 der Antriebseinheit 14 bis zu einem axialen Ende der Verbindungslippe 42 erstreckt. Allgemein kann die Verbindungslippe 42 eine Hinterschneidung 44 definieren, so dass radial innerhalb der Verbindungslippe 42 ein Freiraum bereitgestellt wird. Wie abgebildet ist die Ausgangsnabe 36 so konfiguriert, dass sie in die Ketten 12 des Arbeitsfahrzeugs 10 (direkt oder indirekt) eingreift, so dass die Drehung der Ausgangsnabe 36 eine Bewegung der Ketten 12 und dadurch eine Bewegung des Arbeitsfahrzeugs 10 antreiben kann. In anderen Ausführungsformen können andere Ausgangsverbindungsteile verwendet werden, um in die Ketten 12 oder andere externe Vorrichtungen einzugreifen.
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Die Antriebseinheit 14 kann zudem ein Gehäuse umfassen, das konfiguriert ist, mit der Verbindungslippe des relevanten Ausgangsverbindungsteils ineinander zu greifen, so dass die Drehleistung über eine Mitrotation (d.h. Drehung im Einklang) des Gehäuses und das Ausgangsverbindungsteil vom Gehäuse auf das Ausgangsverbindungsteil übertragen werden kann. Wie abgebildet kann ein Gehäusezylinder 46 beispielsweise eine Endkappe 48 und ein Nabenende 50 umfassen, das konfiguriert ist, über die Verbindungslippe 42 an die Ausgangsnabe 36 angebracht zu sein. Der Gehäusezylinder 46 kann an die Befestigungsnabe 20 angebracht werden, indem das Nabenende 50 des Gehäusezylinders 46 in die Hinterschneidung 44 eingefügt wird, wobei die Verbindungslippe 42 das Nabenende 50 des Gehäusezylinders 46 allgemein umgibt (d.h. radial ausgerichtet mit und außerhalb von dem Nabenende).
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Drehleistung kann auf verschiedenem Wege vom Motor 24 an den Gehäusezylinder 46 und dadurch über die Verbindung zwischen der Verbindungslippe 42 und dem Nabenende 50 des Gehäusezylinders 46 an die Ausgangsnabe 36 übertragen werden. Wie abgebildet können beispielsweise Zahnsätze 52 auf einem inneren Umfang des Gehäusezylinders 46 einstückig (oder anders) ausgebildet sein, so dass der Gehäusezylinder 46 unterschiedliche innere Hohlradverbindungsteile 54 und 56 umfasst. Ein Zahnradsatz (z.B. ein Planetenzahnradsatz), der die Hohlradverbindungsteile 54 und 56 verwendet, kann dann innerhalb des Gehäusezylinders 46 angeordnet sein, um eine geeignete Drehzahlverminderung zwischen der Drehung der Ausgangswelle 28 (z.B. durch den Motor 24 angetrieben) und der Drehung des Gehäusezylinders 46 (z.B. treibt die Drehung der Ausgangsnabe 36 und dadurch die relevante externe Vorrichtung an) bereitzustellen.
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Wie im veranschaulichten Beispiel kann die Antriebseinheit 14 einen beispielhaften Doppel-Planetenzahnradsatz 60 mit Sonnenrädern 62 und 64, Sätzen von Planetenrädern 66 und 68 und Planetenradträgern 70 und 72 umfassen. Die Planetenräder 66 stehen mit dem Sonnenrad 62 und mit dem Hohlradverbindungsteil 54 im Eingriff. Die Planetenräder 68 stehen mit dem Sonnenrad 64 und dem Hohlradverbindungsteil 56 im Eingriff. Der Planetenradträger 70 ist am Sonnenrad 62 fixiert (z.B. daran festgelegt oder damit einstückig ausgebildet) und der Planetenradträger 72 ist an einem verlängerten Hals 74 der Befestigungsstruktur 22 fixiert (z.B. daran festgemacht oder damit einstückig ausgebildet). Bei einer solchen Konfiguration kann das Sonnenrad 64 vom Planetenradträger 70 über eine Bewegung der Planetenräder 66 um das Sonnenrad 62 gedreht werden, während die Drehachsen der verschiedenen Planetenräder 68 über die Verbindung zwischen dem Planetenradträger 72 und dem Hals 74 an einem Ort fixiert sind. Es versteht sich, dass auch andere Konfigurationen möglich sein können.
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Beim abgebildeten Planetenzahnradsatz 60 kann die Drehleistung vom Motor 24 an den Gehäusezylinder 46 weitergeleitet werden. Wenn beispielsweise das Sonnenrad 62 vom Motor 24 (d.h. über die Ausgangswelle 28) gedreht wird, dann wird die Drehleistung vom Sonnenrad 62 durch die Planetenräder 66 sowohl an das Sonnenrad 64 (über den Planetenradträger 70) als auch an den Gehäusezylinder 46 (über das Hohlradverbindungsteil 54) übertragen. Die am Sonnenrad 64 empfangene Drehleistung wird über die Planetenräder 68, was durch die fixierte Verbindung zwischen dem Planetenradträger 72 und dem Hals 74 ermöglicht wird, und das Hohlradverbindungsteil 56 an den Gehäusezylinder 46 weiterübertragen. Aufgrund der Verbindung zwischen dem Gehäusezylinder 46 und der Ausgangsnabe 36 kann die Drehleistung vom Gehäusezylinder 46 dann an die Ausgangsnabe 36 und dadurch an die relevante externe Vorrichtung übertragen werden. Wie abgebildet sind die Hohlradverbindungsteile 54 und 56 so am Gehäusezylinder 46 angebracht, dass, wenn das Nabenende 50 des Gehäusezylinders 46 an der Ausgangsnabe 36 über die Verbindungslippe 42 angebracht ist, die Hohlradverbindungsteile 54 und 56 mit der Verbindungslippe 42 nicht radial ausgerichtet sind (d.h. nicht axial überlappen). Zudem ist der Planetenzahnradsatz 60 so konfiguriert, dass die verschiedenen Sonnen- und Planetenräder mit der Verbindungslippe 42 auch nicht radial ausgerichtet sind, wenn der Gehäusezylinder 46 an der Ausgangsnabe 36 angebracht ist. In anderen Ausführungsformen können auch andere Konfigurationen möglich sein.
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Bezug nehmend auch auf 3 werden nun die Motor- und Bremsanordnung und deren Betrieb beschrieben. Wie erwähnt kann der Motor 24 innerhalb der Befestigungsstruktur 22 am axialen Ende 26 der Antriebseinheit 14 befestigt sein. Der Motor 24 kann ein Hydraulikmotor sein, dessen Ausgangswelle 28 sich in Richtung des axialen Endes 32 der Antriebseinheit 14 erstreckt. Der Motor kann einen ringförmigen Zylinderblock oder Rotor 80 aufweisen, der für die gemeinsame Drehung mit einem einstückigen Stabende der Ausgangswelle 28 befestigt ist. Zylinderkammern 82 können um den Rotor allgemein parallel zur Ausgangswelle 28 verteilt sein. Die Zylinderkammern 82 nehmen Kolben 84 auf, die jeweils Enden aufweisen, die sich in den Zylinderkammern 82 hin- und her bewegen. Hydrauliköl oder ein anderes unter Druck stehendes Arbeitsmedium tritt durch eine oder mehrere Öffnungen (nicht gezeigt) in einer Ventilplatte 86 an einem Ende des Rotors 80 in die Zylinderkammern 82 ein. Das Füllen des offenen Volumens in den Zylinderkammern 82 mit Hydraulikfluid treibt die Kolben 84 dazu an, sich aus dem Rotor 80 hinaus zu erstrecken, während das Entziehen von Hydraulikfluid den Kolben 84 erlaubt, sich zurückzuziehen, wie auf dem Gebiet der Erfindung bekannt ist. Die Kolben 84 können freie Enden 88 aufweisen, die mit Walzen oder anderen reibungsmindernden Elementen fixiert sein können, die in einen Schuh 90 einer Taumelplatte 92 eingreifen, die einstellbar befestigt ist (z.B. durch Kugelverbindungen 94 der Befestigungsnabe 20 (siehe 7)), um sich um eine Kippachse zu drehen, die in einem Winkel auf die Drehachse des Motors 24 steht. Die Kolben 84 drücken tatsächlich auf die Taumelplatte 92, wobei die freien Enden 88 in den Schuh 90 eingreifen, um den Rotor 80 zu drehen.
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Die Bremseinheit 30, die in Form einer federbetätigten, hydraulisch lösbaren Feststellbremsanordnung vorliegen kann, ist mit dem Rotor 80 gekoppelt. Beispielsweise kann die Bremseinheit 30, wie im veranschaulichten Beispiel, vier ringförmige Bremsscheiben 100, die sich mit dem Rotor 80 drehen, und drei ringförmige Reibungsscheiben 102, die an der Befestigungsstruktur 22 angebracht sind, umfassen. Das Anbringen der Bremsscheiben 100 am Rotor 80 und der Reibungsscheiben 102 an der Befestigungsstruktur 22 kann in jeder geeigneten Art vorgenommen werden. Beispielsweise können die Bremsscheiben 100 entlang ihres inneren Umfangs Zähne (nicht gezeigt) verteilt haben, die in axial-verlaufenden Wellenverzahnungen 104 am äußeren Umfang des Rotors 80 eingreifen. Das Ineinandergreifen der Zähne der Bremsscheiben 100 mit den Wellenverzahnungen 104 des Rotors 80 veranlasst die Bremsscheiben 100, sich mit dem Rotor 80 bei seiner Drehung mitzudrehen. Die Befestigungsstruktur 22 weist einen ringförmigen Bremsflansch 106 auf, gegen den eine andere der Bremsscheiben 100 anliegt, wenn die Bremseinheit 30 gebremst ist. Dies hemmt die Gesamtaxialbewegung der Bremsscheiben 100, so dass sich die Flächen der Bremsscheiben 100 mit den kammförmig angeordneten Reibungsscheiben 102 in eine anliegende Beziehung bewegen, die, bei Anwendung einer ausreichenden Axialkraft, die Reibungskraft nutzen, um die Drehung der Bremsscheiben 100, und dadurch den Rotor 80, zu verlangsamen und zu stoppen.
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Die Betätigung und Lösung der Bremseinheit sowie die Auswahl der Kipprichtung der Taumelscheibe 92 können zumindest teilweise von einem oder durch ein Doppelfunktionsaktuatorelement erreicht werden. Beispielsweise kann, wie veranschaulicht, ein einzelner Aktuatorkolben 110 eine relativ große ringförmige Komponente sein, die um den Rotor 80 und die Taumelscheibe 92 angeordnet ist. Bei einem äußeren axialen Ende kann der Aktuatorkolben 110 einen ringförmigen Bremsflansch 112 aufweisen, der so ausgerichtet ist, um in eine innere der Bremsscheiben 100 einzugreifen, wenn die Bremseinheit 30 gebremst ist. Eine Feder, oder genauer gesagt, eine Federanordnung 114, die in den Aktuatorkolben 110 eingreift, ist konfiguriert, in Abwesenheit eines entgegenwirkenden Hydraulikdrucks eine Axialkraft an den Aktuatorkolben 110 anzulegen, der, wenn der Bremsflansch 112 in die Bremseinheit 30 eingreift, die Bremsscheiben 100 axial in einen Reibschluss mit den Reibungsscheiben 102 bewegt, um den Rotor 80, wie oben beschrieben, zu verlangsamen und zu stoppen. Die Federanordnung 114 kann, wie in 7 gezeigt, eine Anordnung aus zwölf Federn 116 umfassen, die um die Ausgangswelle 28 anordnet sind und in vertieften Taschen (nicht gezeigt) in der Befestigungsnabe 20 gehalten werden und ausgerichtet sind, in einen Federflansch 118 an einem axialen inneren Ende des Aktuatorkolbens 110 einzugreifen. Die Anzahl und der Typ der Federn in der Federanordnung 114 können schwanken, um die geeignete Federlänge und -rate bereitzustellen, einschließlich verschiedener Einfach- und Doppelschraubenfedern und Belleville-Federn.
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Am inneren axialen Ende kann der Aktuatorkolben 110 eine ringförmige Nut 120 aufweisen, die einen Teil 122 des äußeren Umfangs der Taumelplatte 92 aufnimmt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Taumelplatte 92 (oder der Aktuatorkolben 110) einen Vorsprung (z.B. ein Kugel- oder Stiftelement) aufweisen und der Aktuatorkolben 110 (oder die Taumelplatte 92) kann eine Tasche (z.B. ein vertiefter Sockel), die den Vorsprung aufnimmt, aufweisen. Über die Nutverbindung oder die Verbindung von Stift und Sockel kann die Axialbewegung des Aktuatorkolbens 110 in Richtung des axialen Endes 32 der Federkraft der Federanordnung 114 entgegenwirken, um die Bremseinheit 30 zu lösen.
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Zusätzlich dazu und ebenso über die Nutverbindung oder die Verbindung von Stift und Sockel kann die Axialbewegung, in beide Richtungen des Aktuatorkolbens 110 eine Änderung der Kipprichtung der Taumelplatte 92 bewirken. Das Ändern der Neigung der Taumelplatte 92 beeinflusst wiederum den Betrieb des Motors 24, wie auf dem Gebiet der Erfindung bekannt ist. Insbesondere, wenn die Taumelplatte 92 sich in Bezug auf die Kippachse in einem großen Kippwinkel befindet (z.B. normal oder schief zur Drehachse des Motors), erhöht sich der Hub der Kolben 84, was den Hubraum bzw. das Volumen des unter Druck stehenden Fluides in den Zylinderkammern 82 vergrößert, und veranlasst den Motor 80, und dadurch die Ausgangswelle 28, sich mit einer relativ geringen Drehzahl mit einem relativ hohen Drehmoment zu drehen. Im Gegensatz dazu verringert sich der Kolbenhub, wenn die Taumelplatte 92 sich in einem kleineren Kippwinkel, jedoch größer als normal zur Drehachse des Motors 24 befindet, wodurch der Hubraum oder das Volumen des unter Druck stehenden Fluids in den Zylinderkammern 82 verringert und der Rotor 80, und dadurch die Ausgangswelle 28, veranlasst wird, sich mit einer relativ hohen Drehzahl und einem relativ geringen Drehmoment zu drehen. Auf diese Weise erfüllt der Aktuatorkolben 110 die beiden Zwecke des Lösens der Bremseinheit 30 und des Auswählens einer Drehzahl-/Drehmomenteinstellung des Motors 24, indem er die Position der Taumelplatte 92, die als Auswahlmechanismus dient, verändert.
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Die Axialbewegung des Aktuatorkolbens 110 in Richtung des axialen Endes 32, beispielsweise um die Bremseinheit 30 zu lösen und den Kippwinkel der Taumelplatte 92 zu verringern, kann erreicht werden, indem ein Hydraulikdruck direkt an den Aktuatorkolben 110 an eine Druckoberflächenanordnung 130 des Aktuatorkolbens 110 angelegt wird. Während die Konfiguration der Druckoberflächenanordnung 130 verschiedene Gestalten annehmen kann, kann es wünschenswert sein, zumindest zwei isolierte Druckoberflächen zu haben, die einzeln oder zusammengefasst betätigt werden können, um schwankende Kräfte für die unterschiedliche Axialbewegung des Aktuatorkolbens 110 unter konstanten Systemdruckbetriebsbedingungen bereitzustellen.
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Bezug nehmend nun auch auf 4 kann die Druckoberflächenanordnung 130 in einer Konfiguration in der Form eines abgestuften äußeren Umfangs 132 des Aktuatorkolbens 110 und einem entsprechenden abgestuften inneren Umfang 134 der Befestigungsstruktur 22 vorliegen. Wie gezeigt weisen die abgestuften Umfänge 132, 134 drei mehr innere Durchmesser auf, die zwei oder mehr Druckhohlräume 136 und 138 definieren. Jeder Druckhohlraum 136, 138 ist vom anderen und der Umgebung durch drei O-Ringe 140 abgedichtet, die in ringförmigen Nuten 142 angebracht sind, die entweder im Aktuatorkolben 110 oder der Befestigungsstruktur 22 ausgebildet sind.
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Bezugnehmend nun auf die 5 und 6 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Druckoberflächenanordnung 130b gezeigt, die einen Aktuatorkolben 110b und eine Befestigungsstruktur 22 umfasst. Wie abgebildet wird die Druckoberflächenanordnung 130b von zwei beabstandeten ringförmigen Ringen 150 und 152 ausgebildet, die sich vom Aktuatorkolben 110b in Richtung des axialen Endes 26 erstrecken. Die Befestigungsstruktur 22 definiert zwei konzentrische Vertiefungen 154 und 156, die konfiguriert sind, die Ringe 150 bzw. 152 aufzunehmen. Die entsprechenden Druckhohlräume 158 und 160 werden zwischen diesen ausgebildet und durch O-Ringe 140b in den Nuten 142b entweder im Aktuatorkolben 110b oder der Befestigungsstruktur 22 abgedichtet.
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In beiden der veranschaulichten beispielhaften Druckoberflächenanordnungen 130, 130b gibt es mehrere Druckhohlräume, insbesondere zwei ringförmige Druckhohlräume mit unterschiedlichem Durchmesser. Diese Konfiguration stellt zwei Druckkräfte bereit, die den Aktuatorkolben 110, 110b betätigen. Diese anlegbaren Kräfte hängen von der Größe des Rings der Druckhohlräume ab. Der vorrangig wichtige Bereich kann daher die Durchmesser der Druckhohlräume sein, so dass die axiale Beabstandung der Druckhohlräume weniger kritisch ist, vorausgesetzt, die Spaltabmessung ist nicht gleich null.
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Als ein Betriebsbeispiel mit Bezug auf die Anordnung aus 4 kann der innere Druckhohlraum 136 mit dem kleineren Durchmesser verwendet werden, um den Aktuatorkolben 110 axial zu bewegen, um der Federanordnung 114 entgegenzuwirken und die Bremseinheit 30 zu lösen, während der äußere Druckhohlraum 138 mit dem größeren Durchmesser verwendet wird, um den Kippwinkel der Taumelplatte 92 zu ändern. Zudem kann zu diesem Beispiel der Druckhohlraum 138 verwendet werden, um die Taumelplatte 92 in eine Position zu bewegen, die einer Motorbetriebsbedingung mit einem geringen Hubraum (hohe Drehzahl/geringes Drehmoment) entspricht. Eine Motorbetriebsbedingung mit hohem Hubraum (geringe Drehzahl/hohes Drehmoment) kann standardmäßig unter Verwendung der Federanordnung 114 erreicht werden, was, wie beschrieben, auch die Aktivierung der Feststellbremse bereitstellen kann.
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Eine Fluidabgabe an die Druckhohlräume kann in jedem der veranschaulichten Beispiele, und anderen, durch eine einzelne Einlassöffnungspassage 170 für beide Hohlräume erfolgen vor einer Verzweigung zu jedem Druckhohlraum über Passagen 172. Darüber hinaus können die Druckoberflächenanordnungen 130 aufgrund der relativen Größe und der Position des Aktuatorkolbens 110 mit Bezug zur Befestigungsstruktur 22 in der Nähe der Außenseite der Antriebseinheit 14 positioniert sein. Diese Merkmale erlauben eine minimale und relativ unkomplizierte hydraulische Portierung und Weiterleitung durch die Antriebseinheit 14, was für die Steuerung der Feststellbremse und der Motorauswahlfunktionen erforderlich ist.
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Es sollte angemerkt werden, dass die Motorauswahl durch das Bewegen der Taumelscheibe 92 in eine von zwei oder mehreren individuellen Taumelscheibenkipprichtungen, schrittweise oder in Ein-Aus-Manier, oder durch eine allgemein kontinuierliche oder unendliche Kippwinkeleinstellung mit entsprechenden Motorbetriebseinstellungen erreicht werden kann. Die Steuerung des Hydraulikdrucks ermöglicht letzteres ohne Weiteres durch Ändern des Systemdrucks. Ansonsten müsste die Druckoberflächenanordnung 130 und/oder die Federanordnung 114 entsprechend ausgewählt und konfiguriert werden, um zur gewünschten Motorauswahl- und zur gewünschten Bremsenbetätigungs-/-lösungsfunktionalität zu passen. Als ein nichteinschränkendes Beispiel können der Aktuator und die Befestigungsstruktur konfiguriert sein, einen oder mehrere zusätzliche Druckhohlräume zu umfassen, um eine oder mehrere zusätzliche Motorbetriebsauswahlmöglichkeiten bereitzutsellen. Es versteht sich auch, dass die offenbarte Anordnung verwendet werden könnte, um die Bremseinheit anzuwenden, der Federanordnung in anderen Bremseinheiten als Feststellbremseinheiten überwunden wird.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht einschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „einer“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen umfassen, sofern durch den Kontext nicht eindeutig anders angegeben. Es versteht sich zudem, dass jede Verwendung der Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ in dieser Beschreibung die Gegenwart der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten bezeichnet, aber nicht die Gegenwart oder Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließt.
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Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung präsentiert, soll aber nicht erschöpfend oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen werden für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offensichtlich sein, ohne vom Geist und dem Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Ausdrücklich referenzierte Ausführungsformen hierin wurden ausgewählt und beschrieben, um die Grundlagen der Offenbarung und ihre praktische Anwendung am besten zu erklären und es anderen Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung zu erlauben, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Modifikationen und Variationen des/der beschriebenen Beispiels/Beispiele zu erkennen. Dementsprechend sind zahlreiche andere Ausführungsformen und Implementierungen, als die explizit beschriebenen, innerhalb des Schutzumfangs der nachfolgenden Patentansprüche.
