DE2005579A1

DE2005579A1 - Strömungsmittel-Kraftübertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE2005579A1
Application number: DE19702005579
Authority: DE
Inventors: Roger Harvey Yorke Glasgow Schottland Hancock (Großbritannien). Fl6h 45-02
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1969-02-11
Filing date: 1970-02-06
Publication date: 1970-08-27
Also published as: FR2035288A5; SE357242B; GB1305379A; JPS4934215B1; US3623322A

Description

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Dipl. ing. E. HOLZEE AUOSBFRG

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N.

Augsburg, den 5· Februar 1970

National Research Development Corporation, Kingsgate House, 66-7^ Victoria Street, London, S.W.l, England

Strömungsmittel-Kraftübertragungseinrichtung

Die Erfindung betrifft Strömungsmittel-Kraftübertragungseinrichtungen, welche insbesondere eine Kugelpumpe und eine Vielzahl von strömungsmittelbetätigten Motoren aufweisen.

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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Strömungsmittel-Kraftübertragungseinrichtung derart auszulegen, daß das Äquivalent für eine Vielzahl von Übersetzungsverhältnissen durch stufenweise Änderung der Pumpenleistung und durch Änderung der Anzahl der durch die Pumpenleistung betriebenen Motoren erzielt wird.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine Strömungsmittel-Kraftübertragungseinrichtung, welche durch die Kombination einer Rotationskugelpumpe, welche zwei Sätze von Kugeln aufweist, und einer Abschalteinrichtung, mittels welcher einer der Kugelsätze derart abschaltbar ist, daß sich die Pumpenleistung ändert, mit einer Vielzahl von Motoren, welche mittels des von der Pumpe geförderten Strömungsmittel antreibbar sind, und mit einer Kupplungseinrichtung, welche ein wahlweises Ankuppeln der Motoren an die Pumpenleistung gestattet, gekennzeichnet ist.

Vorzugsweise ist einer der Kugelsätze durch ein Ventil abschaltbar, welches jeweils die Eingänge und Ausgänge der dem betreffenden Kugelsatz zugeordneten Kugelzylinder über einen Kurzschlußkanal derart miteinander verbindet, daß das Strömungsmittel keine effektive Leistung vollbringt.

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bemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind vier Motoren derart vorgesehen, daß jeweils einer dieser Motoren jeweils ein Rad eines vierräderigen Fahrzeugs antreibt. Diese Motoren sind außerdem derart paarweise angeordnet, daß ein Räderpaar bzw. beide Räderpaare gemeinsam ent weder durch sämtliche Kugelsätze der Kugelpumpe oder aber durch eine geringere Fördermenge als die Gesamtfördermenge der Kugelpumpe angetrieben werden.

Erfindungsgemäß wird die Einstellung der Fördermenge der Kugelpuape und diejenige der Anzahl der anzutreibenden Motoren durch eine einzige Steuereinrichtung, beispielsweise durch einen einzigen Schalthebel, vorgenommen.

Der Schalthebel ist vorzugsweise derart angeordnet, daß durch die Winkelbewegung des Hebels um eine bestimmte Achse ein Ventil betätigt wird, mittels welchem die Förder menge der Pumpe eingestellt wird, und daß durch die Winkel- A bewegung des Schalthebels um eine weitere bestimmte Achse ein weiteres Ventil betätigt wird, welches die anzutreibenden Motoren ansteuert.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Pumpe für den Antrieb der Fahrzeugrädermotoren

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eines Fahrzeuges mit Vierradantrieb ausgelegt. An jedem Rad ist jeweils ein strömungsmittelbetätigter Kugelmotor angeordnet und die Pumpe setzt das Strömungsmittel derart unter Druck,daß diese Kugelmotoren angetrieben werden. Zur Erzielung des Äquivalentes eines Vierganggetriebes wird die Pumpenleistung derart einem Ventil zugeführt, daß für die ersten beiden Orange sämtliche vier Rädermotoren bzw. für den dritten und vierten Gang nur zwei Rädermotoren gespeist werden. Die Motoren der jeweils nicht durch die Pumpe angetriebenen Pahrzeugräder sind jeweils durch ein Ventil derart kurzgeschlossen, daß sie das Strömungsmittel jeweils von ihrem Eingang zu ihrem Ausgang hin umpumpen. Dieses letztgenannte Ventil bildet günstigerweise einen Teil desjenigen Ventiles, mittels welchem die Motoren angesteuert werden. Die Übersetzungsverhältnisse ergeben sich damit in folgender Weise:

Erster Gang:

Pumpe auf minimaler fördermenge, Ventile derart eingestellt, daß sämtliche vier Rädermotoren gespeist werden,

Zweiter Gang:

Pumpe auf maximaler Fördermenge, Ventile derart eingestellt,

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daß sämtliche vier Rädermotoren gespeist·werden,

Dritter Gang: Pumpe auf minimaler Fördermenge,

Ventile derart eingestellt, daß-

nur zwei Rädermotoren gespeist werden, und

Vierter Gang: Pumpe auf maximaler Fördermenge, ™

Ventile derart, eingestellt, daß nur zwei Rädermotoren ge-

'""■■"," ' speist werden.

über einen in bekannter Weise ausgeführten, mit einer Schaltkuiisse herkömmlicher Art zusammenwirkenden Schalthebel werden die beiden verschiedenen Ventile betätigt. Das eine Ventil ist ein Rotationsverteilerventil, welches die Ausgangsleistung der Kugelpumpe,entweder auf zwei f

Rädermotoren oder auf vier Rädermotoren verteilt, während das andere Ventil ein axial verschiebbares umschaltventil ist, mittels welchem die Fördermenge der Pumpe verändert wird.

Dieses Umschaltventil weist eine neutrale Stellung auf.

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in welcher die fördermenge am fumpenausgang einfach derart

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rückgefördert wird, daß kein Antriebsströmungsmittel zu den Rädermotoren gelangt.

Eine Drehrichtungsumkehr der Fahrzeugräder bzw. der Rückwärtsgang ergibt sich dadurch, daß ein normalerweise drehfester Ventilringschieber mittels eines Zahnstangentriebes um einen Winkel von 90° gedreht wird. Diese Umfl} schaltung wird nicht über den Schalthebel, sondern über einen gesonderten Hebel vorgenommen.

Zum besseren Verständnis wird im folgenden auf die als Beispiele dienenden Zeichnungen Bezug genommen, welche im einzelnen zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Strömungsmittel-

Kraftübertragungseinrichtung tk nach der Erfindung,

Fig. 2 teilweise im Schnitt eine Seiten

ansicht einer Kugelpumpe, welche

sich für einen Teil der Ober-

tragungseinrichtung gemäß Fig. eignet,

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Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie

III-III gemäß der Darstellung in Fig. 2,

Fig. M einen Schnitt längs der Linie IV-IV gemäß der Darstellung in

Mg. ,2,

Fig. 5 in perspektivischer Darstellung

eine schematische Ansicht von in

- den Fig. 2 und 3 dargestellten

Teilen,

Fig. 6 schematisch Teile der Anordnung

gemäß· der Darstellung in den Fig. 2 und 4, und

Fig. 7 eine Einzelheit eines weiteren

Teiles der Strömungsmittel-Kraftübertragungseinrichtung nach der Erfindung gemäß der Darstellung in Fig. 2.

Das Schema einer Kraftübertragungseinrichtung nach

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der Erfindung ist in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt. Vier Fahrzeugrädermotoren 10, 11, 12 und 13 werden über eine mittels eines Schalthebels 16 steuerbare-Ventilanordnung 15 aus einer Pumpe 14 gespeist, welche zwei unterschiedliche Fördermengen abgeben kann. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 können entweder die beiden Rädermotoren 10 und 11 oder aber sämtliche vier Rädermotoren angetrieben werden. Wenn nur zwei Räder angetrieben werden, so sind die Motoren der beiden φ anderen Räder jeweils abgeschaltet, was in Fig. 1 durch die unterbrochene Leitungsverbindung symbolisch dargestellt ist. Ein Antrieb in umgekehrter Richtung ist mittels eines . gesonderten Hebels 39a einstellbar, welcher derart auf ein Ventil 20 einwirkt, daß die Strömungen des Strömungsmittels zu der Pumpe 14 hin und aus der Pumpe 14 heraus gegenseitig vertauscht werden.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 in Verbindung mit den zugeordneten Teilen aus den Fig. 3 und 4 ist die « Pumpe 14 eine Kugelpumpe, welche zwei Sätze von Kugeln 17 bzw. 18 aufweist. Die Strömung zu der Pumpe hin sei so angenommen, als komme sie aus den Rädermotoren über einen Einlaßkanal 19 und durch eine Einlaßöffnung in einem Ringschieber 20 in einen achsparallelen Hohlraum eines Zylinderkörpers 21 und von dort aus durch eine gemeinsame Öffnung 22 in diesem Zylinderkörper zu den beiden Kugel-

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pumpensätzen 17 und l8. Die Strömung kehrt durch die Öffnung 22 und weiter durch eine Auslaßöffnung.in dem Ringschieber 20 zu einem Auslaßkanal 23 zurück. Die ·

Fördermenge der Pumpe ist durch Verschieben eines axial verschiebbaren Ventiles 24 veränderbar. In der durch ausgezogene Linien dargestellten Stellung sind beide Kugelsätze 18 und 17 derart mit der gemeinsamen öffnung 22 verbunden, daß die gesamte fördermenge der Pumpe für den An-

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trieb zur Verfügung steht. Durch Verschieben des Ventiles 2k nach ^ links, vgl. Fig. 2, wird ein ,Ventilteller 25 in eine Stellung N verschoben, welphe durch strichpunktierte Linien angedeutet ist. In dieser Stellung haben beide Kugelsätze mit einem Ringkanal 26 Verbindung _s in welchem das Arbeitsmittel zirkuliert und damit die Pumpe in einen neutralen Betriebszustand versetzt, bei welchem keiner der Fahrzeugrädermotoren angetrieben ist. Durch ein weiteres Verschieben des Ventiles in bezug auf die Darstellung in Fig. 2 nach links gelangt der Ventilteller 25 schließlich in eine Stellung, in welcher m er ein Teil 27 dichtend verschließt. In dieser Stellung ist der Kugelsatz 18 unwirksam, da das Strömungsmittel den Ringkanal 26 durchströmt. In dieser Stellung leistet jedoch der Kugelsatz 17 wirksame Arbeit und treibt die Rädermotoren an. Die Pumpenanordnung dreht sich dabei um eine Achse 28 und nimmt dabei den Zylinderkörper 21 mit» Der Ringschieber 20 jedoch wird dabei in seiner relativen Lage festgehalten.

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Die Versorgung der Rädermotoren mit dem Strömungsmittel aus der Kugelpumpe erfolgt über ein Rotationsverteilerventil 29· Dieses Rotationsventil ist schematisch in perspektivischer Darstellung zusammen mit den zugeordneten Kanälen in Fig. 5 dargestellt. In Fig. 3 sind durch ausgezogene Linien bzw. durch strichpunktierte Linien zwei verschiedene Einstellungen dieses Ventils dargestellt. Bei der mit ausgezogenen Linien dargestellten Einstellung des Ventiles 29 wird das Strömungsmittel durch den Auslaßkanal 23, eine Ventilöffnung 29a und einen Kanal 30 zu nur zwei Rädermotoren hingeleitet, während das Strömungsmittel aus diesen Motoren fiber einen Kanal 30a und eine Ventilöffnung 29b zu dem Einlaßkanal 19 zurückkehrt. Gleichzeitig sind ein Versorgungskanal 31 und ein diesem zugeordneter Rücklaufkanal 31a für die anderen beiden Rädermotoren zur Pumpe hin gesperrt und durch einen Ventilkurzschlußkanal 29c kurzgeschlossen.

Wenn das Ventil 29 in die in Fig. 3 durch strichpunktierte Linien angedeutete Stellung verstellt wird, verbindet die Ventilöffnung 29a die Kanäle 23, 30 und 31 miteinander und verbindet außerdem die Ventilöffnung 29b, die Kanäle 19, 30a und 31a miteinander und der Ventilkurschlußkanal 29c ist unwirksam.

Damit die wirksamen Übersetzungsverhältnisse, welche

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durch die Kombination einer Pumpe mit Ventilen erzielbar sind, mittels eines Schalthebels und einer Schaltkulisse herkömmlicher Art von Hand wählbar sind, muß mittels des Schaltmechanismus* sowohl das Rotationsverteilerventil 29 als auch das Axialventil 24 einstellbar sein. Dieser Schaltmechanismus ist in den Fig. 2 und 4 und zusätzlich durch eine schematische perspektivische Darstellung in Fig. 6 dargestellt. Die dem Schaltmechanismus zugeordnete Schaltkulisse ist gesondert in Fig. 7 dargestellt.

Der Schalthebel 32 ist an einer Stelle 33 an dem Rotationsverteilerventil 29 angelenkt und um eine zur Achse dieses Ventiles senkrechte Achse derart verstellbar, daß sich eine Verstellung des Rotationsverteilerventiles um einen Winkel bis zu 90° durch Drehung des Schalthebels relativ zu dem Ventil ergibt. Unterhalb der Anlenkstelle 33 ist der Schalthebel 32 über eine Kugel-Schlitz-Gelenkverbindung mit einem weiteren, an dem Ventil 24 angelenkten Hebel 34 verbunden. Das untere Ende des Hebels 34 ist als Gabel ausgebildet, welche ein Ende des Ventiles 24 umgreift, an welchem der Hebel 34 angelenkt ist. Durch diese Anordnung ist es möglich, den Schalthebel um seine Anlenkstelle 33 herum zu verstellen und damit das Axialventil 24 unabhängig von dem Rotationsventil 29 vorwärts und rückwärts zu verschieben.

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Eine Verstellung des Schalthebels in die Stellung ¹¹I. Gang" in der Schaltkulisse bewirkt folgendes: Das Rotationsverteilerventil 29 wird derart verdreht, daß die Strömung aus der Pumpe durch sämtliche vier Rädermotoren hindurchgeht; außerdem wird aber das Axialventil 2M derart verschoben, daß die Pumpe ihre minimale Fördermenge abgibt. Eine Verstellung des Schalthebels 32 in die Stellung "2. Gang" in der Schaltkulisse bewirkt, daß die Pumpe ihre maximale Fördermenge abgibt und daß die Strömung zu allen vier Rädermotoren hin erhalten bleibt. Eine Verstellung des Schalthebels in die Stellung "3· Gang" bewirkt eine Drehung des Verteilerventiles 29 um einen Winkel vom 90°, so daß nur noch zwei Rädermotoren angetrieben werden, und bewirkt außerdem eine Einstellung der Pumpe auf minimale Fördermenge. Eine Verstellung des Schalthebels in die Stellung "Ί. Gang" bewirkt, daß die Pumpe ihre maximale Fördermenge abgibt und daß die Strömung weiterhin nur zu zwei Rädermotoren gelangt.

Die neutrale Stellung N des Schalthebels entspricht derjenigen Stellung des Ventiltellers 25 des Axialventiles 2Ί, bei welcher die Pumpe durch den Ringkanal 26 kurzgeschlossen ist.

Durch Drehung des Ringschiebers 20 mittels des in Fig. 1* dargestellten Mechanismus¹ wird der Rückwärts-

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gang eingestellt. Der Ringschieber 20 weist radiale Zähne auf, welche mit Zähnen 38 einer Zahnstange 39 in Eingriff sind. Die Zahnstange 39 wird so weit verschoben, bis der Ringschieber 20 um einen Winkel von 90° gedreht ist, wodurch sich die Strömung zu den Rädermotoren hin umkehrt, da sich die normale Zuordnung der Kanäle 19 bzw. 23 zur Saug- bzw. Förderphase der Pumpe umkehrt.

Diese Anordnung stellt ein Vierganggetriebe sowohl für A eine Vorwärtsbewegung als auch für eine Rückwärtsbewegung des Fahrzeuges dar.

Zwischen der Kugelpumpe und ihrer'Antriebsquelle ist normalerweise eine Kupplungsanordnung erforderlich. In dem vorliegenden Fall ist deshalb auf der rechten Seite in Fig. 2 eine Fliehkraftkupplung dargestellt. Es können bei einer Strömungsmittel-Kraftübertragungseinrichtung nach der Erfindung jedoch auch andere Arten von Kupplungen Verwendung finden. '

Die Erfindung ist zwar im vorhergehenden insbesondere als eine Strömungsmittel-Kraftübertragungseinrichtung beschrieben worden, bei welcher eine Kugelpumpe eine Vielzahl von Rädermotoren antreibt, es ist jedoch selbstverständlich, daß die Rollen der Pumpe und der Motoren jeweils

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gegeneinander vertauscht werden können. Tatsächlich arbeitet bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung die Pumpe dann als Motor, welcher von den jeweils als Pumpe wirkenden Rädermotoren angetrieben wird, wenn das betreffende fahrzeug sich im Schiebelauf befindet.

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Claims

Patentansprüche

I.)Strömungsmittel-Kraftübertragungseinrichtung, gekennzeichnet durch die Kombination einer Rotationskugelpumpe (14), welche zwei Sätze von Kugeln (17, 18) aufweist, und einer Abschalteinrichtung (24, 25, 26, 27), mittels welcher einer der Kugelsätze derart abschaltbar ist, daß sich die Pumpenleistung ändert, mit einer Vielzahl von Motoren (10, 11, 12, 13)» welche mittels des von der Pumpe geförderten Strömungsmittels antreibbar sind, und mit einer Kupplungseinrichtung (29» 29a, 29b, 29c), welche ein wahlweises Anschließen der Motoren an die Pumpenleistung gestattet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschalteinrichtung (24, 25, 26, 27) ein Ventil (24) aufweist, mittels welchem jeweils über einen Ringkanal (26) die Einlaß- und Auslaßöffnungen des dem einen Kugelsatz (18) zugeordneten Zylinders miteinander kurzschließbar sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des genannten einen Ventiles (24) über den Ringkanal (26) außerdem jeweils Einlaß- und Auslaßöffnungen der

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dem anderen Kugelsatz (17) zugeordneten Zylinder miteinander kurzschließbar sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte eine Ventil (24) ein in Axialrichtung der Kugelpumpe (14, 17, 18) verschiebbares Ventil ist.
5· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungseinrichtung zwei Motoren (10 bzw. 11 und 12 bzw. 13) aufweist und daß die Kupplungseinrichtung (29, 29a, 29b, 29c) ein weiteres Ventil (29) aufweist, welches in einer bestimmten Ventilstellung die beiden Motoren an die Pumpenleistung anschließt und welches in einer anderen Ventilstellung den einen der beiden Motoren an die Pumpenleistung anschließt und gleichzeitig den anderen der beiden Motoren kurzschließt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Ventil (29) ein Rotationsverteilerventil ist, dessen Drehachse parallel zur Drehachse der Pumpe (14, 17, 18) verläuft.

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7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschalteinrichtung (24·, 25, 26, 27) und die Kupplungseinrichtung (29, 29a, 29b, 29c) einen gemeinsamen Schalthebel (32) mit zwei Freiheitsgraden aufweisen, wobei die beiden Einrichtungen jeweils entsprechend einem dieser beiden Freiheitsgrade unabhängig voneinander betätigbar sind.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch noch ein weiteres Ventil, mittels welchem die Richtung der Pumpenleistung umkehrbar ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (14-, 17, 18) einen mit achsparallelen Hohlräumen versehenen Zylinderkörper (21) aufweist, welcher mit der Pumpe zusammen koaxial drehbar ist und mittels welchem eine Verbindung (22) zwischen den Kugelzylindern der Pumpe und gemeinsamen Einlaß- bzw. Auslaßkanälen (19 bzw. 23) herstellbar ist, und daß schließlich das noch weitere Ventil einen Ringschieber (20) aufweist, welcher zwischen diesem Zylinderkörper und den Einlaß- und Auslaßkanälen um diesen Zylinderkörper herum drehbar ist.

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