Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisches Getriebe, das auf einem
Arbeitsfahrzeug, wie zum Beispiel einem Traktor oder einem Radlader,
montiert ist und wobei das Getriebe eine hydraulische Pumpe und einen
hydraulischen Motor umfasst.
Beschreibung des Standes der Technik
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Ein konventionelles hydrostatisches Getriebe weist, wie in der japanischen
Patentanmeldung Nr. 11-59210 (1999) beschrieben, eine Struktur auf, die aus
einer hydraulischen Pumpe und einem hydraulischen Motor besteht, also eine
Struktur mit einem Motor und mit einer Pumpe.
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Im Normalfall umfasst ein hydrostatisches Getriebe (folgend als HST
bezeichnet) von dieser einmotorigen, mit einer Pumpe versehenen Bauart einen
hydraulischen Konstant-Motor (hydraulischer Motor mit nicht verstellbarer
Verdrängung) und eine hydraulische, verstellbare Verdrängerpumpe und die
charakteristischen Eigenschaften der Ausgangsdrehzahl und des
Ausgangsdrehmoments des HST werden von den Verdrängungsvolumina der
hydraulischen Pumpe und des hydraulischen Motors bestimmt. Das
Ausgangsdrehmoment des hydraulischen Motors kann nämlich zu dem
Zeitpunkt einer minimalen Drehzahl einen vorher bestimmten Ladedruck
(maximaler Druck des Ölkreislaufs bestimmt durch ein Entlastungsventil) nicht
überschreiten.
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Es ist zum Beispiel wünschenswert, dass das maximale Drehmoment eines
hydraulischen Getriebes je nach dem verwendeten Arbeitsfahrzeug, erhöht
werden kann. Als Maßnahmen bei dieser Situation werden zuerst eine
Vergrößerung des hydraulischen Motors und eine Verstellbarkeit der Verdrängung
des hydraulischen Motors erwogen. Bei einer Vergrößerung des hydraulischen
Motors sollten die Mittel zur Erhöhung des Verdrängungsvolumens des
hydraulischen Motors (Erhöhung des Reduzierverhältnisses) in Übereinstimmung
mit dem Verdrängungsvolumen der hydraulischen Pumpe erhöht werden. Aus
diesem Grunde ersteht das Problem, dass eine Neukonstruktion des gesamten
hydraulischen Systems notwendig wird. Ist für den hydraulischen Motor die
Bauart eines verstellbaren Verdrängermotors gewählt worden, so dass eine
niedrigere Drehzahl möglich und das Drehmoment erhöht wird, so entsteht
zusätzlich noch das Problem, dass das Reduzierverhältnis des hydrostatischen
Getriebes durch die zulässige Drehzahl des hydraulischen Motors beschränkt
ist und dass es schwierig ist, einem anfänglichen Reduzierverhältnis-Bereich
zu genügen. Wie oben erlauben zusätzliche Hilfsmittel weitere
Verbesserungen.
Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Ziel der Erfindung ist ein hydrostatisches Getriebe anzubieten, das eine
Erhöhung des maximalen Drehmoments ermöglicht, wobei eine dazu
notwendige Umrüstung eines bestehenden hydraulischen Systems so klein wie
möglich sein soll.
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Um das obige Ziel zu erreichen, wird ein stufenlos verstellbares
hydrostatisches Getriebe vorgesehen, das erfindungsgemäß aus einer hydraulischen
verstellbaren Verdrängerpumpe, zwei hydraulischen Motoren (einem ersten
hydraulischen Motor und einem zweiten hydraulischen Motor), die durch
Drucköl der hydraulischen Pumpe betrieben werden, und einem parallelen
Kreislauf besteht, um einerseits die hydraulischen Öl-Einlässe der beiden
hydraulischen Motoren miteinander zu verbinden, so dass sie gegenseitig
kommunizieren können und andererseits auch die hydraulische Öl-Auslässe
miteinander zu verbinden, so dass sie ebenfalls kommunizieren können. Dabei
ist mindestens einer der beiden hydraulischen Motoren ein verstellbarer
hydraulischer Verdrängermotor und die Rotationen der Ausgangswellen der
beiden Motoren können durch einen Ausgangs-Konfluenz Mechanismus so
zusammenwirken, dass sie wie eine einzelne Ausgangsrotation abgenommen
werden können.
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Bei dieser Struktur sind beide Motoren derartig parallel geschaltet, dass eine
einzelne Ausgangsrotation abgenommen werden kann, wobei bei einer
bestimmten Ausgangsdrehzahl ein Drehmoment erzeugt wird, das doppelt so
stark ist wie ein konventionelles Drehmoment. In anderen Worten, die beiden
hydraulischen Motoren sind so angeordnet, dass ihre hydraulischen
Öl-Einlässe miteinander kommunizieren und dass ihre Öl-Auslässe ebenfalls
miteinander kommunizieren, derart, dass die hydraulischen Motoren parallel in einer
Tandemanordnung verbunden sind, und einer der hydraulischen Motoren ein
verstellbarer Verdrängermotor ist. In dem Fall, dass ein hydraulischer Motor
ein Motor mit festgelegter Verdrängung ist, der im folgenden als
Konstant-Motor bezeichnet wird, wird die Ausgangsdrehzahl des anderen hydraulischen
Motors von der Bauart eines verstellbaren Verdrängermotors so eingestellt,
dass die zusammenwirkende Ausgangsdrehzahl (confluent output rotational
speed) gleich wird. Als Resultat davon kann in diesem Zustand ein
Ausgangsdrehmoment von ungefähr der doppelten Stärke entstehen und wenn die
Ausgangsdrehzahl des hydraulischen verstellbaren Verdrängermotors auf Null
eingestellt ist, kann der hydraulische Konstantmotor die gleiche Rolle spielen als
ob nur ein hydraulischer Konstantmotor alleine vorhanden wäre.
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Wenn beide hydraulische Motoren verstellbare Verdrängermotoren sind und
wenn die Ausgangsdrehzahlen beider hydraulischen Motoren so eingestellt
sind, dass die zusammenwirkenden Ausgangsdrehzahlen gleich sind, kann das
Ausgangsdrehmoment bei der eingestellten Ausgangsdrehzahl zweimal so
hoch wie ein konventionelles Drehmoment sein. Zur gleichen Zeit, wenn die
Ausgangsdrehzahl eines der hydraulischen verstellbaren Verdrängermotoren
auf Null eingestellt ist, kann ein Ausgangszustand durch den anderen
hydraulischen verstellbaren Verdrängermotor erreicht werden.
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Wenn bei dem erfindungsgemäßen HST eine aus einer Pumpe und zwei
Motoren bestehende Struktur verwendet wird, wobei diese beiden hydraulischen
Motoren, von denen mindestens einer ein verstellbarer Verdrängermotor ist,
parallel miteinander verbunden sind, braucht nur eine örtliche Umrüstung
gemacht werden, derart, dass ein hydraulischer verstellbarer Verdrängermotor
montiert wird, damit ein gewünschter, variabler Bereich sichergestellt wird und
eine Erhöhung des maximalen Drehmoments eintritt.
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Entsprechend einem bevorzugten Aspekt der vorgestellten Erfindung ist einer
der beiden hydraulischen Motoren ein verstellbarer Verdrängermotor und der
andere ist ein Konstant-Motor. Weiterhin kann zwischen einem ersten
Geschwindigkeitszustand, bei welchem der Winkel der Steuerscheibe des
hydraulischen verstellbaren Verdrängermotors gleich dem Winkel der Steuerscheibe
des hydraulischen Konstant-Motors ist, und einem zweiten
Geschwindigkeitszustand, bei welchem der Winkel der Steuerscheibe des hydraulischen
verstellbaren Verdrängermotors gleich Null ist, selektiv geschaltet werden.
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Bei dieser Struktur, bei welcher beide hydraulische Motoren, einschließlich des
hydraulischen Konstant-Motors und des hydraulischen verstellbaren
Verdrängermotors, parallel derartig miteinander verbunden sind, dass eine einzige
Ausgangsrotation abgenommen werden kann, wird dadurch ein maximales
Drehmoment erzielt, das doppelt so groß ist wie ein konventionelles Drehmoment.
Der hydraulische verstellbare Verdrängermotor hat nämlich die Bauart, bei
welcher zwischen zwei Schaltzuständen selektiv gewählt werden kann, wobei
zwischen dem ersten Geschwindigkeitszustand, bei welchem der Winkel seiner
Steuerscheibe gleich dem Winkel der Steuerscheibe des hydraulischen
Konstant-Motors ist, und dem zweiten Geschwindigkeitszustand, bei welchem der
Winkel seiner Steuerscheibe gleich Null ist, geschaltet werden kann. Wenn der
hydraulische verstellbare Verdrängermotor in den ersten
Geschwindigkeitszustand gebracht wird, verdoppelt sich ungefähr das Drehmoment aus diesem
Grund. Dadurch wird das maximale Drehmoment ermöglicht, bei welchem die
Menge von Drucköl pro Zeiteinheit am Ausgang der hydraulischen Pumpe auf
ungefähr die doppelte Menge beschränkt wird. Wenn der hydraulische
verstellbare Verdrängermotor in den zweiten Geschwindigkeitszustand
gebracht wird, entspricht dies dem Zustand, als wenn ein hydraulischer Motor
mit niedrigem Verdrängungsvolumen montiert ist, so dass
Geschwindigkeitsänderungen in einem konventionellen Bereich erreicht werden.
Das ungefähr doppelte maximale Drehmoment kann durch eine geringe
Umstellung erreicht werden, derart, dass der hydraulische verstellbare
Verdrängermotor mit einer hochniedrig zwischen zwei Geschwindigkeiten schaltbaren
Struktur in Parallelschaltung betrieben wird, wodurch auch der erforderliche
Bereich von Geschwindigkeitsänderungen sichergestellt wird. Damit kann eine
sinnvolle Struktur zur Verfügung gestellt werden.
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Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung fluchten die beiden
Ausgangswellen miteinander. Da die beiden hydraulischen Motoren so angeordnet
sind, dass deren Ausgangswellen miteinander in der gleichen Richtung
ausgerichtet sind, verglichen mit, zum Beispiel, einer Struktur, bei welcher die
Ausgangswellen der beiden hydraulischen Motoren durch Zahnräder miteinander
derartig verbunden sind, dass sie wie eine einzige Ausgangswelle
funktionieren, ist die erfindungsgemäße Struktur in Längsrichtung länger, aber sie ist in
der vertikalen Richtung und in der Querrichtung kompakter und damit kann die
Vorrichtung zur Geschwindigkeitsänderung mit einer reduzierten Abmessung in
der radialen Richtung der Ausgangswellen verwirklicht werden. Zusätzlich
können noch in dem Fall, in dem beide hydraulischen Motoren die gleiche
Drehzahl haben, die beiden Ausgangswellen direkt miteinander verbunden werden,
so dass die Struktur noch kompakter wird.
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Andere charakteristische Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der
folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit
den Zeichnungen erklärt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 stellt eine Seitenansicht eines Traktors dar, an welchem ein
erfindungsgemäßes HST montiert ist;
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Fig. 2 stellt eine Seitenansicht des HST in einem zweiten
Geschwindigkeitszustand dar;
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Fig. 3 stellt eine Seitenansicht des HST in einem ersten
Geschwindigkeitszustand dar;
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Fig. 4 zeigt einen Hydraulikschaltplan des HST.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Fig. 1 stellt einen Traktor dar, an welchem ein erfindungsgemäßes HST
montiert ist. Bezugszeichen 1 kennzeichnet die Vorderräder, Bezugszeichen 2
kennzeichnet die Hinterräder, Bezugszeichen 3 kennzeichnet die Motorhaube,
Bezugszeichen 4 kennzeichnet den Fahrerbereich, Bezugszeichen 5
kennzeichnet den Antriebsmotor, Bezugszeichen 6 kennzeichnet ein
vorgeschlagenes Getriebe, Bezugszeichen 7 kennzeichnet die Karosserie des
Fahrzeugs, Bezugszeichen 8 kennzeichnet den Fahrersitz, Bezugszeichen 9
kennzeichnet eine Antriebswelle für Geräte, Bezugszeichen 10 kennzeichnet
ein Heckarbeitsgerät, Bezugszeichen 11 kennzeichnet ein Schutzblech für das
Hinterrad und der Buchstabe g kennzeichnet eine Schutzvorrichtung.
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Die Fig. 2 und Fig. 3 zeigen das HST 12, welches ein Hauptbestandteil des
vorgeschlagenen Getriebes 6 ist und Fig. 4 zeigt einen Hydraulikschaltplan.
Das HST 12 überträgt die Kraft eines Antriebs über eine Antriebswelle 13 und
wiederum über eine Verzahnung 14, welche inbesonders durch eine
Stirnverzahnung realisiert wird, zu einer Pumpenwelle 15 einer hydraulischen
verstellbaren Verdrängerpumpe P. Die Abtriebswellen 16 und 17 zweier hydraulischer
Motoren M1 und M2, die von dem Öldruck der hydraulischen
Pumpe P betrieben werden, sind direkt miteinander über eine Kupplung 18
verbunden (ein Beispiel eines Mechanismus A einer Ausgangskonfluenz). Auf
diese Art hat das HST 12 eine Struktur, die aus einer Pumpe P und zwei
Motoren besteht. In Fig. 4 stellt der Teil, der von einer strich-punktierten Linie
umgeben ist, das Getriebegehäuse 6c dar und die Teile, die außerhalb davon
gezeigt werden (ein Öl-Auslass Kanal 19a einer Ladepumpe 19, ein
elektromagnetischen Schaltventils 39, das später beschrieben wird und ähnliche Teile),
bestehen aus einer Anordnung von Leitungen und von Anbau-Komponenten,
die außerhalb am Gehäuse angebracht sind.
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Die Pumpenwelle 15 ist mit der Ladepumpe 19 für das HST 12 verbunden und
hat ein nach außen aus dem Getriebegehäuse 6c hinausragendes Ende in
Form eines herausragenden Wellenendteiles 20, welches als Antriebswelle für
Geräte oder etwas ähnliches benützt werden kann. Das Getriebegehäuse 6c
umfasst ein Hauptgehäuse 21, um hauptsächlich die hydraulische Pumpe P
und den ersten hydraulischen Motor M1 aufzunehmen, ein
Abdeckungsgehäuse 22, um die Antriebswelle 13 und ähnliches aufzunehmen, und ein
Motorgehäuse 23 für den zweiten hydraulischen Motor M2 und einen
Öldurchlassblock 24, der sich zwischen dem Hauptgehäuse 21 und dem Motorgehäuse 23
befindet.
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Wie in Fig. 4 dargestellt, ist die hydraulische Kolbenpumpe P in der Bauart
einer verstellbaren Verdrängerpumpe ausgeführt, der erste hydraulische Motor
M1 ist in der Bauart eines Axialkolben-Konstantmotors ausgeführt und der
zweite hydraulische Motor M2 ist in der Bauart eines verstellbaren Axialkolben-
Verdrängermotors ausgeführt. Die Drucköl-Einlässe 25 und 26 der beiden
hydraulischen Motoren M1 und M2 sind verbunden, um miteinander
kommunizieren zu können, während die Öl-Auslässe 27 und 28 ebenfalls verbunden sind,
um miteinander kommunizieren zu können. Dadurch wird ein paralleler
Kreislauf h gebildet, der mit der hydraulischen Pumpe P über ein Paar von
Öl-Einlass/-Auslass Kanälen 29 bzw. 30 verbunden ist. Die Bezugszeichen 34 und 35
bezeichnen mitlaufende Entlastungsventile, um maximale Betriebsdrücke an
den vorderen und rückwärtigen Seiten festzulegen, und das Bezugszeichen 36
bezeichnet ein Hauptentlastungsventil, um einen oberen Grenzwert des
Betriebsdrucks festlegen zu können. Die Funktionen der Öl-Einlässe 25 und 26
bzw. der Öl-Auslässe 27 und 28 sind immer entgegengesetzt, ob die
Ausgangsdrehrichtung des HST 12 in Normalrichtung oder in rückwärtiger
Richtung vonstatten geht.
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Wenn der hydraulische Verstellzylinder 31, welcher im Eingriff mit dem
Steuerteil 33 der hydraulischen Pumpe P steht, über das Verstellen eines variablen
Ventils 32 betätigt wird, verändert sich der Winkel einer Steuerscheibe der
hydraulischen Pumpe P und die Beaufschlagung von hydraulischem Öl pro
Zeiteinheit verändert sich. Danach wird die Energie des herausgedrückten,
hydraulischen Öls durch den ersten und zweiten Motor M1 und M2 in eine
Drehkraft umgewandelt, so dass eine Drehkraft der Eingangswelle 13 frei
zwischen vorwärts und rückwärts geschaltet werden kann. Die Drehkraft wird
stufenlos vorwärts und rückwärts verändert und wird an der Ausgangswelle 17
abgenommen und über ein Zusatzgetriebe, das nicht gezeigt wird, an die
Hinterräder 2 übertragen. So funktioniert das HST 12.
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Der zweite hydraulische Motor M2 ist von einer Bauart, die in zwei
Schaltzustände geschaltet werden kann und zwar in einen ersten
Geschwindigkeitszustand, bei welcher seine Steuerscheibe den gleichen Winkel hat wie die
Steuerscheibe des ersten hydraulischen Motors M1, und in einen zweiten
Geschwindigkeitszustand, bei welchen der Winkel seiner Steuerscheibe gleich
Null ist. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist in dem hydraulischen Kreislauf ein
Schaltzylinder 38 vorgesehen, der auf einen mit Steuernocken versehenen Teil 37a
einer Steuerplatte 37 des zweiten hydraulischen Motors M2 einwirkt. Weiterhin
befindet sich in dem hydraulischen Kreislauf ein elektromagnetisches
Steuerventil 39, welches zwischen zwei Positionen schaltbar ist, um diesen
Schaltzylinder 38 zu steuern, und ein Knopfschalter 40, um besagtes
elektromagnetische Steuerventil 39 zu betätigen. Dieser Knopfschalter 40 wird derartig
betrieben, dass er das elektromagnetische Steuerventil 39 schaltet, um den
Schaltzylinder 38 auszudehnen und zu kontrahieren. Als Resultat kann das
Gerät frei selektierbar zwischen dem ersten Geschwindigkeitszustand, bei
welchem die Steuerscheibe 37 kippt (der Zustand welcher in Fig. 3 gezeigt wird)
und dem zweiten Geschwindigkeitszustand, bei welchem die Steuerscheibe 37
senkrecht steht und deren Winkel also zu Null wird (der Zustand welcher in
Fig. 2 gezeigt wird), geschaltet werden.
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Der Schaltzylinder 38 umfasst einen steuernden Teil 41, welcher aus einer
Zylinderkammer 41a und einer Kolbenstange 41b besteht, und einen
Rückstellungsteil 42, welcher aus einer Rückholfeder 42a und einer Schubstange 42b
besteht. Der steuernde Teil 41 und der Rückstellungsteil 42 sind derartig
angeordnet, dass sie sich in dem Motorgehäuse 23 gegenüber stehen. Der erste
Geschwindigkeitszustand, wie in Fig. 3 gezeigt, wird erreicht, wenn das
Drucköl in die Zylinderkammer 41a geleitet wird, um die Kolbenstange 41b mit
viel Kraft gegen die Betätigungskraft der Rückholfeder 42a zu schieben. Um
andererseits in den zweiten Geschwindigkeitszustand, wie er in Fig. 2 gezeigt
wird, zurückzukehren, schiebt die Schubstange 42b, nachdem das Öl aus der
Zylinderkammer 41a entfernt wurde, den mit Steuernocken versehenen Teil
37a durch die Betätigungskraft der Rückholfeder 42a auf eine Null-Grad
Position zurück.
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Der zweite hydraulische Motor M2 ist derartig angeordnet, dass die Achse X
der Ausgangswelle 17 entsprechend der Achse X der Ausgangswelle 16 des
ersten hydraulischen Motors M1 derartig ausgerichtet ist, dass beide in einer
geraden Linie angeordnet sind. Deshalb ist der Motorteil in der Richtung der
Achse X (Längsrichtung) verlängert, aber er ist in der Vertikalen und in der
Querrichtung kompakt und deswegen ist der Platzbedarf für einen Traktor oder
für ähnliche Geräte, bei denen der Raum für ein Getriebe in der Längsrichtung
verlängert wurde, passend.
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Da in dem ersten Geschwindigkeitszustand beide hydraulischen Motoren M1
und M2 den gleichen Winkel der Steuerscheibe aufweisen, ist das gesamte
Drehmoment in diesem ersten Geschwindigkeitszustand ungefähr zweimal so
hoch wie das Drehmoment des ersten hydraulischen Motors M1. Das
Drehmoment verdoppelt sich theoretisch, aber durch das Auftreten von
Energieverlusten, wie sie zum Beispiel durch Reibung entstehen, ist das Drehmoment an
der Ausgangswelle 17 nur "ungefähr verdoppelt". Deshalb kann, wenn die
hydraulische Pumpe P mit der niedrigsten Geschwindigkeit in dem ersten
Geschwindigkeitszustand betrieben wird, ein maximales Drehmoment, welches
ungefähr zweimal so hoch ist wie ein konventionelles Drehmoment, erzeugt
werden. Dieser Zustand ist bei Arbeiten mit einer hohen Anforderung an das
Drehmoment wie beim Pflügen oder beim Arbeiten im Schlamm geeignet.
Zusätzlich ist zu bemerken, dass in dem zweiten Geschwindigkeitszustand, bei
welchem der Kippwinkel der Steuerscheibe bei Null ist, das Gerät praktisch wie
ein einmotoriges, hydrostatisches Getriebe mit dem ersten Motor M1 betrieben
werden kann.
Weiteres Ausführungsbeispiel
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Die Drehzahl der Ausgangswelle 17 des zweiten hydraulischen Motors M2
könnte zum Beispiel durch einen Untersetzungsmechanismus auf die Hälfte
reduziert werden als wenn die Ausgangswelle 17 mit der Ausgangswelle 16
des ersten Motors M1 verzahnt wäre. In dem ersten Geschwindigkeitszustand
kann der Kippwinkel der Steuerscheibe 37 des zweiten Motors M2 derartig
eingestellt werden, dass die Drehzahl der zweiten Ausgangswelle 17 doppelt so
hoch ist wie die Drehgeschwindigkeit der ersten Ausgangswelle 16. In diesem
Fall entspricht der Übersetzungsmechanismus dem
Ausgangs-Konfluenzmechanismus A.
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Das hydrostatische Getriebe der vorgestellten Erfindung kann als ein Getriebe
für die Geschwindigkeitsveränderung eines Kombinations-Fahrzeugs oder
eines Arbeitsfahrzeugs, wie zum Beispiel eines Transportfahrzeugs, verwendet
werden. Sowohl der erste hydraulische Motor M1 wie auch der zweite
hydraulische Motor M2 können von der Bauart eines verstellbaren Verdrängermotors
sein.