-
Hintergrund
der Erfindung
-
Gebiet der
Erfindung
-
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.
-
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.
-
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
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.
-
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.
-
Hydrostatische
Getriebe der erfindungsgemäßen Gattung
sind durch die
US 3,074,296 und
die
EP 26 115 bekannt
geworden. Der Oberbegriff des Patentanspruches 1 geht aus von der JP-A-2000-220737.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
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.
-
Um
das obige Ziel zu erreichen, wird ein stufenlos verstellbares hydrostatisches
Getriebe vorgesehen, das die Merkmale des Patentanspruches 1 aufweist.
-
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 und der andere
hydraulische Motor ein Motor mit festgelegter Verdrängung ist,
der im folgenden als Konstant-Motor bezeichnet wird. Dabei 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.
-
Entsprechend
der vorgestellten Erfindung ist einer der beiden hydraulischen Motoren
ein verstellbarer Verdrängermotor
und der andere ist ein Konstant-Motor.
Dabei 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.
-
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
Dreh moment 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 hoch/niedrig
zwischen zwei Geschwindigkeiten schaltbaren Struktur in Parallelschaltung
betrieben wird, wodurch auch der erforderliche Bereich von Geschwindigkeitsänderungen
sichergestellt wird.
-
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.
-
1 stellt
eine Seitenansicht eines Traktors dar, an welchem ein erfindungsgemäßes HST
montiert ist;
-
2 stellt
eine Seitenansicht des HST in einem zweiten Geschwindigkeitszustand
dar;
-
3 stellt
eine Seitenansicht des HST in einem ersten Geschwindigkeitszustand
dar;
-
4 zeigt
einen Hydraulikschaltplan des HST.
-
Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
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.
-
Die 2 und 3 zeigen
das HST 12, welches ein Hauptbestandteil des vorgeschlagenen Getriebes 6 ist
und 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 verstell baren
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 Bespiel eines Mechanismus A
einer Ausgangskonfluenz). Auf diese Art hat das HST 12 eine Struktur,
die aus einer Pumpe P und zwei Motoren besteht. In 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.
-
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.
-
Wie
in 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.
-
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.
-
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 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 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 2 gezeigt
wird), geschaltet werden.
-
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 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 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.
-
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.
-
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
-
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.
-
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.