DE2004267A1 - Auskupplungsventil für hydrostatische Getriebe - Google Patents

Description

Beschreibung zu der Patentanmeldung der Firma

The Cessna Aircraft Company, 5800 East Pawnee Road, Wichita,

Kansas 67200, USA

betreffend

Auskupplungsventil für hydrostatische Getriebe

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Getriebemeehanismu8 zur Verwendung in motorisierten Fahrzeugen und dergleichen« Hydromechanieche Getriebe dieser Art weisen eine Fluidpumpe mit axial beweglichen Kolben auf, welche in Antriebsverbindung mit einem gleichartigen Fluidmotor steht, und werden im Handel als hydrostatische Getriebe bezeichnet. Ein der Erfindung ähnliches Getriebe ist Gegenstand des US-Patentes Nr. 31?1SUO.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein ferngesteuertes Steuerventil, welches den Druck in den eine geschlossene Schleife bildenden Strömungswegen zwischen Pumpe und Motor des Getriebes mindert und bei Abstellen der Energiequelle ein Auskuppeln oder Freilaufen ermöglicht, Bei zu hoher Belastung der Schleife hat das Ventil die Funktion eines Oberdruckventils«

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Wenn ein Fahrzeug mit herkömmlichem hydrostatischen Getriebe zum Stilletand gebracht und die Energiequelle abgestellt wird, bleibt die Kraftübertragung momentan blockiert aufgrund des in der geschlossenen Schleife eingeschlossenen, unter Druck stehenden Fluids. Da es unvermeidbar ist» daß Fluid durchsickert, werden Pumpe und Motor voneinander gelöst, und das Fahrzeug läuft im Freilauf, wenn die Bremsen nicht angezogen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein von Hand oder auto- ^ matisch betätigbares Auskupplungsventil zu schaffen, welches bei Anhalten der Maschine das Getriebe entriegelt und dadurch das Entstehen eines schädlichen Betriebszustandes verhindert und die Schmierung des Getriebes unterstützt«

Die Erfindung geht aus von einem Auskupplungsventil für hydrostatische Getriebe mit einer hydraulischen Pumpe, die Über einen geschlossenen Leitungsweg in Antriebsverbindung mit einem Fluidmotor steht, wobei der geschlossene Leitungsweg eine erste Leitung aufweist, die den Pumpenauslaß mit dem Motoreinlaß verbindet, sowie eine zweite Leitung, die den Motorauslaß mit dem Pumpeneinlaß verbindet, und wobei der geschlossene Leitungsweg mit einer Fluidladeeinrichtung zum Ersetzen von Leckverlusten ψ in Verbindung steht und löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß das Auekupplungsventil mit der ersten Leitung in Verbindung steht und eine erste Schaltstellung aufweist, in der Fluid aus der ersten Leitung in einen Sumpf abfließen kann, sowie eine zweite Sohaltstellung, in der die Verbindung zum Sumpf unterbrochen ist, daß das Auskupplungsventil ein Ventilbetätigungeglied umfaßt mit einer ersten Ventilfläche, die dem Druck in der ersten Lei- tung ausgesetzt ist und das Ventilbetätigungsglied in eine Ventilstellung zu drücken bestrebt ist, sowie eine zweite, größere Ventilfläche, die der ersten Ventilfläche entgegenwirkt und dem Druck der Fluidladeeinrichtung ausgesetzt ist und das Ventilbetätigungsglied in eine zweite Vantilutellung zu drücken bestrebt iet, wobei die Ventilflächen so bemessen sind, d*ß

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bei einem bestimmten Druckunterschied zwischen der ersten und der zweiten Ventilfläche das Ventilbetätigungeglied in die erste Ventilstellung gedrückt wird.

Das Auakupplungeventil nach der Erfindung ist einfach und kompakt und hat in einem hydrostatischen Getriebe die zusätzliche Funktion eines Oberdruckventils.

Die Erfindung ist is folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren AusfOhrungsbeispielen ergänzend beschrieben.

Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch das hydrostatische Getriebe und zeigt.das Auskupplungsventil nach der Erfindung mit der symbolisch dargestellten Ladepumpe;

Fig. 2 ist eine Teilansicht entlang der Linie 2-2 von Fig. 1, wobei Bereiche des Ventiltellers gegebrochen dargestellt sind;

Fig. 3 ist eine Teilansicht des Auskupplungsventils entlang der Linie 3-3 von Fig. 2, und

Fig. Ί ist eine Teilansicht einer abgeänderten Ausführungsform des AuBkupplungsventils.

Fig. 1 zeigt ein Getriebe 10, welches eine Pumpe 12 mit axial bewegbaren Kolben umfaßt, die über einen eine geschlossene Schleife bildenden Strömungeweg mit einem Motor IU mit axial bewegbaren Kolben in Verbindung steht. Pumpe und Motor sind durch eine mit Bohrungen versehene Platte IS voneinander getrennt. Die Pumpe 12 wird Über eine Antriebswelle 13 von einer Antriebsenergiequelle (nicht dargestellt) angetrieben- Die Getriebeleistung wird von einem an der rechten Seite eines drehbaren Gehäuses 29 angebrachten Ritzel 23 abgenommen.

Die Pumpe 12 umfaßt einen mit einer Antriebswelle 13 verzahnten drehbar angeordneten Zylinderblock 16, In dem Zylinderblock

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sind Zylinder 17 nit hin- und hergehend bewegbaren Kolben 18 angeordnet, deren Enden gegen eine Platte 19 stoßen. Die Platte 19 wird durch Rollenlager auf der Punpentaumelscheibe 20 gehalten.

Der Motor IH ist ähnlich wie die Pumpe 12 aufgebaut und umfaßt einen Zylinderblock 21, Zylinder 22 und Kolben 2%. Die drehbar auf der Motortaumelscheibe 30 befestigte Platte 26 stößt gegen die Enden der Kolben 24. Der Zylinderblock 21 ist nicht drehbar. Er ist auf einer Welle 31 versahntι welche ihrerseits an einer unbeweglichen Befestigungsvorrichtung 32 verankert ist. Die Platte 15 ist »wischen Pumpe 12 und Motor 14 angeordnet und in der Mitte auf einer zentralen Hauptwelle 34 befestigt, welohe Ober Lager 35 beide Zylinderbiooka 16 und 21 drehbar hält. Die Platte IS ist an dem Gehäuse 29 befestigt. Die Pumpen- und Motortaumelscheiben 20 und 30 sind in dem Gehäuse 29 in üblicher Weise angebracht und drehen βich.daher mit der Platte 15 und dem Gehäuse 29.

Die Konstruktion von Taumelscheiben ist an sich bekannt und bildet den Gegenstand des U.S.-Patentes Nr. 3.313.108.

Fig. 2 zeigt die Platte 15 mit einem Paar nierenförmiger Schlitze 38 und 40, welche für die Entlade- und Rttckfluftströmung in eine die Pumpe mit dem Motor verbindende geschlossene Leitungeschleife sorgen. Zur leichteren Beschreibung soll der Schlitz 38 als Oberdruck- oder Entladeseite und der Schlitz 40 als Niederdruckoder ROckflußeeite Abs eine geschlossene Schleife bildenden Strömungsweges bezeichnet werden. Wenn sich die Antriebswelle 13 in umgekehrter Richtung drehen würde, dann würden die Ober- und Niederdruckschlitze umgekehrt.

Das Getriebe 10 steht in Verbindung mit einer Niederdruck-Ladepumpe 50 (Fig. 1), welche mechanisch von der Antriebswelle 13 angetrieben wird, wie in gestrichelten Linien 42 dargestellt ist. Die Pumpe 50 versorgt das Getriebe über den Durchgang 51 in der unbeweglichen Welle 31 mit Ladefluid, Der Durchgang Sl steht mit

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einem axialen Durchgang 46 in der drehbaren Hauptwelle 3·* in Verbindung. Die an Ende des Durchgangs 46 angeordnete Verengung 72 hält einen angemessenen Ladedruck im Durchgang 46 aufrecht und ermöglicht eine Schmierströmung -zu den Lagern 35 und 27.

In der Platte 15 (Fig. 2) sind ein Paar Kontrollventile 44 und 48 gegenüberliegend.» angeordnet, die ein Strömen von Ladefluid vom seitlichen Durchgang 45 in die Schlitz· 40 bzw. 38 ermöglichen. Im Kontrollventil 44 befindet sich eine Kugel 41, welche bei Ladedruck aus ihrer Lage gebracht wird, so daß Fluid durch den Spalt 43 in den nierenförmigen Schlitz 40 gelangen kann. In der Platte 15 befinden sich ferner Auskupplungsventilvorrichtungen 52 und 54. Die das Ventil 52 aufnehmende Öffnung 55 durchquert den Schlitz 38, wie Fig. 3 im einzelnen erkennen läßt. Die Ventilanordnung 52 umfaßt einen in der Öffnung 55 verschraubten Ventilkörper 56 und einen verschiebbaren Kegel 59. Der Ventilkörper weist einen Bereich 57 von geringerem Durchmesser auf, der den Schlitz 38 mit einem Querdurchgang 58 verbindet. Eine in dem Ventilkörper vorgesehene zentrale Aussparung 60 nimmt den Stößel 62 des Kegels gleitbeweglich auf. Wenn das Ende des Stößels 62 an den Ventilsitz 63 stößt, strömt kein Fluid durch die zentrale Aussparung 60. Sobald sich der Stößel 62 von der in Fig. 3 dargestellten Stellung nach unten bewegt, strömt Fluid durch längliche Rillen 64 zum Abflußkanal 61. Die tatsächlich dem Fluiddruck vom Durchgang 58 ausgesetzte Fläche 53 des Stößelendes 62 ist wesentlich kleiner als die Fläche 65 am unteren Ende des Kegels 59. Die Fläche 65 ist dem Ladedruck durch den seitlichen Durchgang 47 ausgesetzt. Dichtungsringe 66 verhindern, daß Fluid zwischen der Öffnung 55 und dem Ventilkörper 56 leckt. Abflußkanäle 61 in der Platte 15 sorgen für Schmierströmung durch die Lagergehäuse 67 und 68 von Pumpe und Motor, aus den Kreuzlöchern 69 und 70 in den Gehäusehohlraum 71. Ladefluid im zentralen Durchgang ¥« mopgt für eine Schmier strömung zu be 14$» Seiten 4#r iUuptmXl* f#» Durch die Verengung 72 strömend««

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Fluid gelangt um die Enden der Welle 34 und aus den KreuzlOohern 69 hinaus. An gegenüberliegenden Ende der Welle 31 gelangt das Fluid zwischen einer von der unbeweglichen Welle 31 getragenen vorgespannten Buchse 73 und der beweglichen Welle 3*1 aus den Kreuzlöchern 70 heraus.

Obwohl dae Auskupplungsventil dieser Erfindung für den Fall eine« Getriebes mit drehbarer Platte und unbewegliche« Motorblock beschrieben ist, gilt die Erfindung ebenso für ein Setrieb« Bit unbeweglicher Platte.

Funktionsweise

Eine Antriebsmaschine treibt die Welle 13 an, was eine Drehbewegung des Zylinderblockes 16 und aufgrund der Winkelstellung der Taumelscheibe 20 eine Hin- und Herbewegung der Kolben 18 bewirkt. Durch den nierenförmigen Schlitz 38 wird Durckfluid in die Zylinder 22 des Motorzylinderblocks gepreßt. Da der Motorzylinderblock 21 feststehend und die Taumelscheibe 30 auf dem Gehäuse 29 angeordnet ist, bewirkt der Fluiddruck eine Hin- und Herbewegung der Kolben 24, woraufhin sich die Taumelscheibe 30 mit dem Gehäuse 29 zu drehen beginnt. Die Abtriebswelle (nicht dargestellt) wird vom Ritzel 23, das am Gehäuse 29 befestigt ist, angetrieben >

Wenn die Antriebswelle 13 in Drehung versetzt wird, liefert die Ladepumpe 50 Niederuckfluid an den mittleren Durchgang 46 des Getriebes. Das Ladefluid fließt über den Durchgang 45 in beide Schlitze 38 bzw. 40, sobald der Druck in den Schlitzen unter > aim Ladehöhe gesunken ist, etwa wenn die Antriebsmaschine angestellt wird, nachdem einiges Fluid aus der geschlossenen Schleife UqHUXZB 38 und 40) «mtwichep ist Ein RUckflo* in das U<ie- »y9Um wif4 durch 4i# K?ntroU¥«ntH« HH und 4* v»rhin4#rt.

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Fig. 3 seigt die Stellung des Auskupplungeventile 52 bei normalen Arbeitsbedingungen. Der Ladedruck wirkt auf die Unterflache 65 des Kegels und drückt ihn nach oben, während der hohe Druck im Schiita 38 auf die kleine von Ventilsits 63 gebildete Flache 53 wirkt und den Kegel nach unten drückt. Wenn der Ladedruck aufhört, weil beispielsweise die Antriebsmaschine abgestellt wird, drückt der Druck auf die Fliehe 53 den Kegel nach unten, so daft Fluid in die geschlossene Leitungsschleife strömt und durch den Schlitx 38, den Durchgang 58, die Rillen 61, die Aussparung 60, die Durchginge 61, die Lagerhohlräume 67 und die Kreuslöcher 69 und 70 in die Gehäuseöffnung 71 abläuft. Wenn Fluid aus der geschlossenen Schleife abfliegt, werden Pump« 12 und Motor 14 ausgekuppelt, und die Antriebswelle 13 und das Ausgangsritzel 23 können sich unabhängig voneinander frei drehen. Das Auskupplunftsentil 5* ist «it de» Schiit* «0, der Rückseite der geschlossenen Schleife, verbunden und funktioniert in der gleichen Meise wie das Auskupplungsventil 52.

Das Ventil 52 wirkt auch als Überdruckventil, wenn das Getriebe überbelastet ist. Wenn der Druck im Schlitx 28 sich einer gefährlichen Höhe nähert (z.B. 3000 psi), ist die Kraft auf der Fläche 53 gröfter als die auf der Fläche 65 und bringt den Kegel 59 aus seiner Stellung 63, so daft der Druck gemindert wird und das Getriebe so lange gleitet, bis die Lage geändert wird.

Zum wahlweisen.Auskuppeln dee Getriebes ohne Abstellen der Antriebsmaschine kann auch eine manuelle Steuerung für das Auskupplungsventil 52 verwendet werden. Eine derartige Steuerung kann in Form eines «wischen Ladepumpe SO und Getriebe angeordneten Riohtungssteuerventils vorgesehen sein, welches bei Betätigung das Ladesystem zum Abfluß oder ein Unterdruckventil öffnet. Eine andere Art der Steuerung bildet eine mechanische

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Kupplung zwischen Antriebsmaschine und Antriebswelle 13. Beide Steuerungsarten mindern den Ladedruck vom Durchgang t6, wodurch die Ventile 52 und SM die geschlossene Schleife zum Abfluß öffnen und Pumpe und Motor auskuppeln. Das Getriebe kann während des Auskuppeins zusätzlich geschmiert werden, indem im Ladesystem ein sehr geringer Druck aufrechterhalten wird.

Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Aueführungeform eines Auskupplungeventile 52A₇ bei dem eine Druckfeder 75 in der zentralen Aussparung 60 angeordnet ist. Die Feder 75 setzt das Teil 59 unter Vorspannung und ergibt damit eine größere Wirkung. Ferner kann die Fader so dimensioniert sein, daß das Teil sich nach unten zur Abflußstellung bewegt_£ nenn der Ladedruck auf einen vorbestimmten niederen Druck oberhalb Null sinkt.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Cl.J Auskupplungsventil für hydrostatische Getriebe mit einer hydraulischen Pumpe, die über einen geschlossenen Leitungsweg in Antriebsverbindung mit einem Fluidmotor steht, wobei der geschlossene Leitungeweg eine erste Leitung aufweist, die den Pumpenauslaß mit dem Motoreinlaß verbindet, sowie eine zweite Leitung, die den Motorauslaß mit dem Pumpeneinlaß verbindet, und wobei der geschlossene Leitungsweg mit einer Fluidladeeinrichtung zum Ersetzen von Leckverlusten in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet , daß das Auskupplungsventil (52) mit der ersten Leitung in Verbindung steht und eine erste Schaltetellung aufweist, in der Fluid aus der ersten Leitung in einen Sumpf abfließen kann, sowie eine zweite Schaltstellung, in der die Verbindung zum Sumpf unterbrochen ist, daß das Auskupplungsventil ein Ventilbetätigungsglied (53) umfaßt mit einer ersten Ventilflache (53), die dem Druck in der ersten Leitung ausgesetzt ist und das Ventilbetätigungsglied in eine Ventilstellung zu drücken bestrebt ist, sowie eine zweite, größere Ventilfläche (65), die der erster» Ventilfläche entgegenwirkt und dem Druck der Fluidladeeinrichtung ausgesetzt ist und das Ventilbetätigungsglied in eine zweite Ventilstellung zu drücken bestrebt ist,wobei die Ventilflächen so bemessen sind, daß bei einem bestimmten Druckunterschied zwischen der ersten und der zweiten Ventilfläche das Ventilbetätigungsglied (59) in die erste Ventilstellung gedrückt wird.

   2« Auskupplungsventil nach Anspruch !,gekennzeichnet durch einen Ventilkörper (56), der eine zentrale Aussparung (60) aufweist, die einen Schaft (62) des Ventilbet*ti~ gungsgliedee aufnimmt, an dessen Ende die kleinere Ventilfläche (63) sitzt.

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   - ίο -

   3. Auekupplungeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventilgehäuse eine von der ersten Leitung durchquerte Bohrung (55) aufweist, in der der Ventilkörper (56) untergebracht ist.

   t* Auskupplungsventil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventilbetätigungsglied (59) ein Stößelende (62) aufweist, dessen Stirnfläche als Ventilfläche ausgebildet ist, sowie am anderen Ende ein tellerförmiges Teil (59), das die zweite Ventilfläche (65) bildet.

   5. Auskupplungsventil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet } daß das Auskupplungeventil zwischen Pumpe und Motor um eine Welle (3Ό angeordnet ist, die einen axialen Durchtritt (46) aufweist, der mit der Fluidspeisequelle verbunden ist, sowie einen seitlichen Durchtritt (17), der den axialen Durchtritt (U6) mit der Bohrung in den Auslaßventilen in Verbindung bringt, so daß der Fluiddruck auf die zweite Ventilfläche des Ventilbetätigungsgliedes ausgeübt wird.

   6. Auskupplungsventil nach Anspruch 1 bis 5, mit Lagerhohlräumen für die Pumpe und den Motor, gekennzeichnet durch einen dritten Durchtritt (61) zum Verbinden der zentralen Ausnehmung mit den Lagerhohlräumen (67, 68),

   7. Auekupplungsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Lagerhohlräume (67, 68) Abflußbohrungen (69,70) aufweisen, die mit einem FluidvorratsbehSlter in Verbindung stehen, und daß der dritte Durchtritt (61) das von dem Auskupplungsventil abfließende Fluid mit den Lagerhohlräumen verbindet„

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   8, Anwendung des Auskupplungsventiis nach Anspruch i bis 7 bei hydrostatischen Getrieben; bei denen die Pumpe und oar Motor zu einem gemeinsamen Aggregat zusaasmengsfa&t und durch ein oder mehrere Auekupplungsven-rila getrennt sind«

   8. Anwendung des Auskupplungsvtrttils nach Anspruch :', bis ? bei hydrostatischen Getriebe*¹» ,:«i denen 41« P^iKps flbtr <*ine mechanische Kupplung mit «ainer ^ntrzebsffiasch^ne jskuppei^ ist und die Fluidladequelle eine iiederdruckp»-Jipe älldet_;. welche mit der Welle der Antriejsjsisehine ver^uns*^ ist_f. se daS der Ladedruck auf Kuli ai^iSi^t aenr dis ^:*«.^ä n3.cht mehr umläuft

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