-
Die
Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein vierradgetriebenes Fahrzeug.
-
Hydrostatische
Getriebe werden zur Kraftübertragung
von einem Haupttriebwerk, wie einem Verbrennungsmotor, zu einer
Ausgangswelle zum Antrieb externer Vorrichtungen, wie die Achse
eines Kraftfahrzeugs, verwendet. Bekannte hydrostatische Getriebe
enthalten eine Hydraulikpumpe mit einer Eingangswelle, die durch
das Haupttriebwerk angetrieben wird. Zum Antrieb einer Ausgangswelle
wird ein Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe zu einem Hydraulikmotor
gepumpt, wobei keine mechanische Verbindung zwischen der Eingangswelle
der Pumpe und der Ausgangswelle des Motors vorhanden ist.
-
Hydraulische
Axialkolbenpumpen weisen einen mit der Eingangswelle drehbaren Zylinderblock sowie
Kolben auf, die innerhalb des Zylinderblocks axial bewegbar sind,
wobei die Verdrängung
der Hydraulikpumpe veränderbar
und proportional zum Hub der Kolben ist. Die Pumpe weist eine schrägstellbare Schrägscheibe
auf, die mit den Kolben während
des Drehens des Zylinderblocks in Eingriff ist, um den Kolbenhub
und infolgedessen die Ver drängung
der Pumpe zu verändern.
Durch Veränderung
des Neigungswinkels der Schrägscheibe
kann ein weiter Bereich an Strömungsdurchsätzen zum
Motor erreicht werden. In der neutralen Position der Schrägscheibe werden
die Kolben nicht bewegt, und es wird kein Fluid zum Motor gepumpt.
In dieser Position gibt die Eingangswelle keine Bewegung an die
Motorwelle weiter. Wenn die Schrägscheibe
der Pumpe aus der neutralen Position weg geschwenkt wird, werden
die Kolben beim Drehen des Zylinderblocks bewegt, und Hydraulikfluid
wird zum Motor gepumpt.
-
Hydraulikmotoren
können
ebenfalls in Axialkolbenbauweise ausgeführt sein. Ähnlich wie bei der vorstehend
beschriebenen Hydraulikpumpe mit veränderlicher Verdrängung weist
ein Axialkolbenmotor sich hin- und herbewegende Kolben auf, die
mit einer schrägstellbaren
Schrägscheibe
in Wirkverbindung sind, wobei der Kolbenhub die Größe des Drehmoments
an die Motorausgangswelle aus dem zum Motor gepumpten Fluid bestimmt.
Wenn sich die Motor-Schrägscheibe
in einer neutralen Position befindet, werden die Kolben nicht bewegt
und die Motorausgangswelle nicht gedreht, ohne Rücksicht auf die Verdrängung der
Hydraulikpumpe. Wenn die Motor-Schrägscheibe aus der neutralen
Position weg geschwenkt wird, werden die Motorkolben bewegt und
die Ausgangswelle durch die Strömung
des Hydraulikfluids durch das Getriebe angetrieben. Die Ausgangsleistung
des hydrostatischen Getriebes ist somit eine Funktion der vorbestimmten
Verdrängungen
sowohl der Hydraulikpumpe als auch des Hydraulikmotors.
-
Bei
der Konstruktion von typischen Straßen- und Geländefahrzeugen,
die einen hydrostatischen Antrieb und Betrieb einer mechanischen
Zugeinrichtung haben, ist es häufig
notwendig, ein wählbares Übersetzungsverhältnis zwischen
dem Hydraulikmotor und den Antriebsachsen bereitzustellen, um die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit
und den gewünschten
Zug der Zugeinrichtung je nach Art der Verwendung des Fahrzeugs
zu erhalten. In einem Hydraulikmotor mit veränderlicher Verdrängung bestimmt
die Position der Motor-Schrägscheibe
direkt die Geschwindigkeit der Motorausgangswelle, wobei überschüssige Energie
als mögliches
Ausgangsdrehmoment des Motors bereitgestellt wird. Es ist daher
möglich,
das Verhältnis
zwischen Motordrehzahl und Motordrehmoment, das auf die Antriebsachsen aufgebracht
wird, durch geeignetes Positionieren der Motor-Schrägscheibe
zu steuern. Ebenso werden die Fahrzeuggeschwindigkeit und der Zug
der Zugeinrichtung durch die Position der Motor-Schrägscheibe bestimmt.
-
In
vielen Situationen ist jedoch der begrenzte Verschwenkbereich der
Motor-Schrägscheibe
ungenügend,
um die Leistungsbereichsanforderungen an die hydrostatische Übertragungsvorrichtung
zufriedenzustellen. Um den Leistungsbereich zu erhöhen, ist
ein Getriebe zwischen der Motorausgangswelle und den Antriebsachsen
vorgesehen, um die notwendigen Geschwindigkeits- und Drehmomentverhältnisse
zu erreichen. Die Notwendigkeit eines Getriebes erhöht die mechanische
Komplexität
des gesamten Antriebs, welche sich nachteilig auf die Zuverlässigkeit
und die Kosten des Antriebs auswirkt. Ein zusätzliches Problem liegt darin,
daß durch
das Vorsehen eines Getriebes Raum benötigt wird.
-
Ein
Ansatz zur Variierung des Leistungsbereichs einer hydraulischen
Vorrichtung ist in der US-Patentschrift 3 093 081 gezeigt. Diese
Druckschrift zeigt eine Axialkolbenpumpe, in der eine gemeinsame
Antriebswelle die Zylinderblöcke
von zwei variablen Verdrängungspumpen
dreht. Jede dieser Pumpen hat eine schrägstellbare Schrägscheibe,
um ihre Verdrängung
zu variieren. Der Verdrängungsbereich
der Pumpen ist so gewählt,
daß der
kombinierte Output der Pumpen Spitzenanforderungen des Hydrauliksystems
zufriedenstellt. Diese bekannte Axialkolbenpumpe ist jedoch kein
Getriebe, und die Druckschrift enthält keinen Hinweis auf die Art
und Weise, in der Kraft zum Antreiben eines Fahrzeugs übertragen
wird.
-
Die
US-Patentschrift 2 562 363 zeigt eine Motoreinheit mit zwei getrennten
Motoren. Ein Motor weist eine schrägstellbare Schrägscheibe
auf, um die Verdrängung
des Motors zu verändern,
während
der andere Motor eine feststehende Verdrängung hat. Der Betriebsbereich
der Verbundeinheit ist auf den Verdrängungsbereich des einzelnen
Motors mit variabler Verdrängung
in Verbindung mit der feststehenden Verdrängung des zweiten Motors begrenzt.
Weiterhin ist, um bei dieser bekannten Vorrichtung die einzige variable
Schrägscheibe
zu verschwenken, ein Arm direkt mit einem Druckregulierungsmechanismus
verbunden, und es gibt keine Möglichkeit,
einen gewünschten
Schrägscheibenwinkel
festzulegen.
-
Ferner
ist aus der
DE 32 38
362 A1 eine als Motor oder Pumpe betreibbare Axialkolbenmaschine in
Schrägscheibenbauform
bekannt, die im dargestellten Beispiel als Zweipumpen-Aggregat ausgeführt ist,
um ein breites Leistungsspektrum zu erhalten. Auch diese Druckschrift
enthält
keinen Hinweis auf eine mögliche
Verwendung der Axialkolbenmaschine im Antriebsstrang eines vierradgetriebenen Fahrzeugs.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebseinrichtung für ein vierradgetriebenes Fahrzeug
derart auszubilden, daß ein
breites Leistungsspektrum ohne zusätzliches Getriebe möglich ist.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist die Antriebseinrichtung für ein vierradgetriebenes Fahrzeug
wie folgt ausgebildet: Mit zwei voneinander beabstandeten, parallelen,
von einer Hauptantriebsvorrichtung angetriebenen Antriebsachsen,
die jeweils zwei Enden aufweisen, mit denen zwei der vier Räder antriebsmäßig verbunden
sind, zwei Differenzialgetrieben, von denen jedes zwischen den beiden
Enden einer jeweiligen Antriebsachse angeordnet ist, einer hydrostatischen
Kraftübertragungseinrichtung,
die zwischen die Hauptantriebsvorrichtung und die Antriebsachsen
geschaltet ist und eine Steuerfluidquelle, eine Hydraulikpumpe mit
stufenloser Verdrängungssteuerung,
die eine von der Hauptantriebsvorrichtung angetriebene Eingangswelle
aufweist, und einen zwei Ausgänge
aufweisenden Tandem-Hydraulikmotor in Reihenbauweise, der mit den
Differenzialgetrieben antriebsmäßig verbunden
ist und mit der Hydraulikpumpe in Fluidverbindung steht, aufweist,
wobei der Hydraulikmotor ein Gehäuse
mit einem vorderen Gehäuseabschnitt,
einem hinteren Gehäuseabschnitt
und einem den vorderen Gehäuseabschnitt
und den hinteren Gehäuseabschnitt
miteinander verbindenden mittleren Gehäuseabschnitt, eine gemeinsame
Motorausgangswelle, die zwei Wellenenden hat, die sich axial fluchtend
durch das Gehäuse
im wesentlichen senkrecht zu den Antriebsachsen erstrecken, wobei
die Wellenenden mit den Antriebsachsen über die Differenzialgetriebe
verbunden sind, um sie synchron anzutreiben, zwei Motoreinheiten
mit variabler Verdrängung,
die in dem vorderen und dem hinteren Gehäuseabschnitt jeweils angeordnet
sind und antriebsmäßig mit
der gemeinsamen Motorausgangswelle verbunden sind, wobei jede Motoreinheit
einen drehbaren Zylinderblock mit hin- und herbewegbaren Kolben, die mit der
Hydraulikpume in Verbindung stehen, und eine schrägstellbare
Schrägscheibe
aufweist, deren Schrägstellung den
Hub der hin- und herbewegbaren Kolben bestimmt, und eine Ventilplatte
zwischen dem mittleren Gehäuseabschnitt
und dem Zylinderblock hat, und eine Servoeinrichtung aufweist, die
mit der Steuerfluidquelle verbunden ist, wobei der Tandem-Hydraulikmotor
in einem ersten Betriebsbereich ist, wenn die Schrägscheiben
in einer Stellung maximaler Verdrängung sind, in einem zweiten
Betriebsbereich ist, wenn eine Schrägscheibe in einer Stellung
maximaler Verdrängung
ist und die andere Schrägscheibe
in einer Stellung minimaler Verdrängung ist, in einem dritten
Betriebsbereich ist, wenn die eine Schrägscheibe in einer Verdrängungszwischenstellung
und die andere Schrägscheibe
in einer Stellung minimaler Verdrängung ist, und in einem vierten
Betriebsbereich ist, wenn die eine Schrägscheibe keine Verdrängung bewirkt
und die andere Schrägscheibe
in einer Stellung minimaler Verdrängung ist.
-
Im
Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist der Hydraulikmotor mit variabler Verdrängung ein Motorgehäuse mit
einem Fluideinlaß und
einem Fluidauslaß auf.
Zwei hydraulische Verdrängungseinheiten
sind im Gehäuse
in einer parallelen Anordnung befestigt und mit einer gemeinsamen
Ausgangswelle in Wirkverbindung. Jede Motoreinheit weist einen drehbaren
Zylinderblock mit hin- und herbewegbaren Kolben auf , die mit dem
Fluideinlaß und
dem Fluidauslaß zusammenwirken,
sowie eine schrägstellbare
Schrägscheibe,
um den Hub der Kolben zu variieren. Zwei Servoeinrichtungen regulieren
unabhängig die
Position jeder Schrägscheibe,
um einen breiten Leistungsbereich des Hydraulikmotors zu erhalten.
-
Die
gemeinsame Ausgangswelle ist innerhalb des Gehäuses drehbar gelagert und weist
ein Paar beabstandeter Enden auf, die sich bis außerhalb
des Gehäuses
erstrecken, wobei das eine Ende eine erste Achswelle und das andere
Ende eine zweite Achswelle antreibt. Da die Achsen durch eine gemeinsame
Welle angetrieben werden, sind die erste Achswelle und die zweite
Achswelle im wesentlichen kollinear beabstandet. In gleicher Weise
dient die Welle, da sie sich durch den Motor erstreckt, in vorteilhafter
Weise als eine Verbindungshülse
für beide Achsen,
die sicherstellt, daß jede
Achse sich mit der gleichen Drehzahl dreht.
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist jede Servoeinrichtung eine Zwei-Positions-Minimum-Maximum-Vorrichtung
mit einem axial bewegbaren Ventilschieber zur Regulierung der Zufuhr
eines Steuerfluids zur Schrägscheibe.
Jeder Ventilschieber ist zwischen einer ersten Position zum Festlegen
einer minimalen Verdrängung
der entsprechenden Motoreinheit und einer zweiten Position zum Festlegen
einer maximalen Verdrängung
der entsprechenden Motoreinheit bewegbar. Die zwei Servoeinheiten
sind somit in Kombination betreibbar, um eine Dreifach-Geschwindigkeitsbetätigung der Ausgangswelle
bei einer gegebenen Pumpenströmung
zu erhalten. Die Ausgangswelle nimmt eine erste Ausgangsgeschwindigkeit
an, wenn sich die erste Servoeinrichtung in der ersten Position
und die zweite Servoeinrichtung in der ersten Position befinden.
Die Ausgangswelle nimmt eine zweite Ausgangsgeschwindigkeit an,
wenn sich die erste Servoeinrichtung in der ersten Position und
die zweite Servoeinrichtung in der zweiten Position befinden. Die Ausgangswelle
nimmt eine dritte Ausgangsgeschwindigkeit an, wenn sich die erste
Servoeinrichtung in der zweiten Position und die zweite Servoeinrichtung
in der zweiten Position befinden.
-
Alternativ
können
die Servoeinrichtungen kontinuierlich mittels mechanischer Rückkoppelungssteuerungen
(feedback controls) positioniert werden, um unbegrenzt variable
Positionen der Motor-Schrägscheiben
zu erhalten.
-
Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen mit
gleichen Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnet sind. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung
eines hydrostatischen Getriebes mit einem Tandem-Hydraulikmotor
für ein
vierradgetriebenes Fahrzeug;
-
2 einen Vertikalschnitt
des Tandem-Hydraulikmotors von 1;
-
3 einen Schnitt entlang
der Linie 3-3 von 2 und
-
4 eine Schemadarstellung
des vierradgetriebenen Fahrzeugs mit einer Antriebseinrichtung nach
der Erfindung.
-
In 1 ist eine hydrostatische
Kraftübertragungsvorrichtung
(Getriebe), global mit 10 bezeichnet. Das Getriebe weist
eine hydraulische Pumpe 12 auf, welche durch einen Hauptantrieb 14 über eine Pumpeneingangswelle 16 angetrieben
wird, sowie einen Tandem-Hydraulikmotor 18. Die Hydraulikpumpe 12 und
der Tandem-Hydraulikmotor 18 sind
miteinander durch zwei hydraulische Leitungen 20 und 22 verbunden,
wodurch eine geschlossene hydraulische Hauptschleife gebildet wird.
Die Hydraulikpumpe 12 weist, wie schematisch dargestellt
ist, eine reversible variable Verdrängung auf und enthält eine Schrägscheibe 24,
die durch einen fluidbetätigten Servomechanismus 26 betätigt wird.
Die Position der Schrägscheibe 24 bestimmt
den Betrag und die Richtung der Strömung von der Hydraulikpumpe
12 zum Tandem-Hydraulikmotor 18,
um einen reversiblen Antrieb für
eine Motorausgangswelle 28 zu erhalten.
-
Eine
Zuführpumpe 30 mit
feststehender Verdrängung
ist mit der hydraulischen Pumpe 12 verbunden und stellt
sowohl eine Steuerfluidquelle als auch eine Zusatzfluidquelle für die Hauptschleife
dar. Die Strömung
von der Zuführpumpe 30 gelangt über eine
Fluidleitung 32 zu einer Steuerung 34 für die Pumpenverdrängung, über eine
Fluidleitung 36 zu einer Motor-Verdrängungssteuerung 38,
und über
eine Leitung 40 zu einem Zuführ-Sicherheitsventil 42 und einem
Paar Rückschlagventile 44.
Die Zuführpumpe 30 beliefert
hierdurch in Abhängigkeit
davon, welche Seite die Niederdruckseite der Hauptschleife ist,
entweder die Hauptschleifenleitung 20 oder 22 mit
Zusatzfluid, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
-
Der
Tandem-Hydraulikmotor 18 ist ebenfalls von der Art, die
eine reversible variable Verdrängung aufweist,
und enthält
ein Paar Hydraulikeinheiten 46 und 48 mit variabler
Verdrängung,
die in einer parallelen Anordnung befestigt sind, um die gemeinsame Motorausgangswelle 28 anzutreiben.
Wie nachstehend im einzelnen beschrieben wird, enthält die Motoreinheit 46 eine
schrägstellbare
Schrägscheibe 50, die
durch einen fluidbetätigten
Servomechanismus 52 betrieben wird. Die Motoreinheit 48 weist
eine schrägstellbare
Schrägscheibe 54 auf,
die durch einen fluidbetätigten
Servomechanismus 56 betrieben wird. Die Positionen der
Motor-Schrägscheiben 50 und 54 verändern zusammen
die Größe des Drehmoments
und der Geschwindigkeit, der vom Hauptantrieb 14 zur Motorausgangswelle 28 übertragen wird,
in dem das durch die Leitungen 20 und 22 gepumpte
Fluid reguliert wird.
-
Die
Pumpenverdrängungssteuerung 34 ist mittels
eines drehbaren Hebels 58 betreibbar und enthält eine
mechanische Schrägscheiben-Rückkopplung.
Die Schrägscheiben-Rückkopplung
sorgt für
die Regelung des Steuerfluids über
zu entgegengesetzten Enden des Servomechanismusses 26 führende Leitungen 60 und 62,
um die Schrägscheibe 24 zu
positionieren und dadurch den Betrag und die Richtung der Strömung zum
Tandem-Hydraulikmotor 18 festzulegen. Die Motorverdrängungssteuerung 38 ist
mittels eines Hebels 64 betreibbar und enthält ebenfalls
eine mechanische Schrägscheiben-Rückkopplung.
Die Rückkopplung
der Motor-Schrägscheibe
sorgt für
die Regelung des Steuerfluids über
zwei zu den Servoeinrichtungen 52 bzw. 56 führenden
Leitungen 66 bzw. 70, um die Motor-Schrägscheiben 50 bzw. 54 zu
positionieren.
-
Die
vorstehende Beschreibung ist typisch für eine hydrostatische Übertragungseinrichtung,
in der Kraft von einer Pumpeneingangswelle zu einer Motorausgangswelle übertragen
wird, wobei keine mechanische Verbindung zwischen der Pumpe und
dem Motor vorhanden ist. Im folgenden wird nun der Aufbau des Tandem-Hydraulikmotors
näher beschrieben,
der die Regelung des Verhältnisses
zwischen den Geschwindigkeits- und Drehmomentcharakteristiken der
Pumpeneingangswelle und der Motorausgangswelle über einen weiten Bereich ermöglicht.
-
Jede
Motoreinheit 46 und 48 mit variabler Verdrängung ist
im Detail in den 2 und 3 gezeigt, wobei die Komponenten
vergleichbar mit jenen von 1 sind,
welche die gleiche Bezugszahl haben. Die Motoreinheit 46 weist
einen drehbaren Zylinderblock 74 auf, der sich innerhalb
eines Motorgehäuses 76 befindet,
sowie eine interne Bohrung mit einer Keilwellenverbindung zu einer
angetriebenen Ausgangs-Halbwelle 78. Die Halbwelle weist
ein Ende 80 mit reduziertem Durchmesser auf, welche mittels
eines Nadellagers 82 in einem Mittelabschnitt 84 des Motorgehäuses 76 drehbar
gelagert ist. Das nach außen
gehende Ende der Halbwelle 78 ist mittels eines Kugellagers 86 drehbar
gelagert und axial festgelegt, welches in einer Aussparung innerhalb
des Gehäuses
sitzt, wobei das Kugellager mittels eines Rückhalterings 88 an
Ort und Stelle gehalten wird. Eine Lippendichtung 90 umgibt
die Welle und dichtet das Innere des Motorgehäuses ab.
-
Der
drehbare Zylinderblock 74 weist eine Reihe von Kolbenaufnahmekammern 92 auf,
die um die Drehachse der Halbwelle 78 herum beabstandet sind,
wobei jede Kammer eine Öffnung 94 zu
einer Ventilplatte 96 aufweist, die am Mittelabschnitt 84 anliegt.
Jede Kolbenaufnahmekammer enthält
einen hin- und hergehenden Kolben 98. Die Kolben können von üblicher
Bauart sein, wobei ein sphärisches
Ende 100 in ein Gleitelement 102 schwenkbar eingreift.
Ein zylindrischer Teil 104 des Gleitelements weist eine sphärische Ausnehmung
auf, um das sphärische Ende 100 des
Kolbens aufzunehmen, sowie einen Gleitelementfuß 106, der mit der
die Hubbewegung der Kolben steuernden Schrägscheibe 50 in Eingriff bringbar
ist.
-
Die
Gleitelemente werden mittels einer kielartigen Niederhaltevorrichtung 108 in
Folgeeingriff mit der Schrägscheibe 50 gedrängt. Die
Niederhaltevorrichtung 108 enthält eine zwischen zwei Rückhaltescheiben 110 und 111 angeordnete
Axialfeder 109, wobei die Rückhaltescheibe 110 an
der Ventilplatte 96 anliegt. Die Rückhaltescheibe 111 ist
mit mehreren umfangsmäßig beabstandeten
Niederhaltestiften 112 in Eingriff, die zur Axialbewegung
in Nuten geführt
sind, welche entlang dem Umfang der Halbwelle 78 ausgebildet
sind. Die Niederhaltestifte sind unter axialer Vorspannung mit einem
sphärischen
Haltelager 113 in Eingriff, das konzentrisch um die Halbwelle 78 befestigt
und in Eingriff mit einer ringförmigen Gleitelementhalterung 114 ist.
Die Gleitelementhalterung ist ähnlich
wie eine Telefonwählscheibe
geformt und weist mehrere umfangsmäßig beabstandete, kreisförmige Öffnungen
auf, die jeweils lose einen zylindrischen Teil 104 des
Gleitelements 102 aufnehmen.
-
Die
Motoreinheit 48 ist im großen und ganzen identisch zur
Motoreinheit 46 und weist einen drehbaren Zylinderblock 116 auf,
der innerhalb des Motorgehäuses 76 angeordnet
ist, sowie eine innere Bohrung mit einer Keilverbindung zu einer
angetriebenen Ausgangs-Halbwelle 118. Die Halbwelle 118 weist
ein Ende 120 mit verringertem Durchmesser auf, welches
mittels eines Nadellagers 122 in einem Mittelabschnitt 84 des
Motorgehäuses 76 drehbar gelagert
ist.
-
Das
nach außen
weisende Ende der Halbwelle 78 ist mittels eines Kugellagers 124 drehbar
gelagert und in axialer Richtung festgelegt, welches in einer Ausnehmung
innerhalb des Gehäuses
sitzt, wobei das Kugellager durch einen Haltering 126 an Ort
und Stelle gehalten wird. Eine Lippendichtung 128 umgibt
die Welle und dichtet das Innere des Motorgehäuses ab. Der drehbare Zylinderblock 116 weist
eine Reihe von Kolbenaufnahmekammern 30 auf, die um die
Drehachse der Halbwelle 118 herum beabstandet sind, wobei jede Kammer
eine Öffnung 132 zu
einer Ventilplatte 133 aufweist, die am Mittelabschnitt 84 gegenüber der
Ventilplatte 96 anliegt. Jede Kolbenaufnahmekammer weist
einen hin- und hergehenden Kolben 134 mit einem ein Gleitelement 138 schwenkbar
befestigenden sphärischen
Ende 136 auf. Ein zylindrischer Teil 140 des Gleitelements weist
eine sphärische
Ausnehmung zur Aufnahme des sphärischen
Endes 136 des Kolbens auf, sowie einen Gleitelementfuß 142,
der mit der Schrägscheibe 54 in
Eingriff ist, um die hin- und hergehende Bewegung der Kolben zu
steuern.
-
Die
Gleitelemente werden mittels einer kielartigen Niederhaltevorrichtung 144 in
Folgeeingriff mit der Schrägscheibe 54 gedrängt. Die
Niederhaltevorrichtung 144 enthält eine Axialfeder 146,
die zwischen einem Paar Haltescheiben 148 und 149 angeordnet
ist, wobei die Haltescheibe 148 an der Ventilplatte 96 anliegt
und die Haltescheibe 149 mit axial bewegbaren Niederhaltestiften 150 in
Eingriff ist. Die Niederhaltestifte sind unter Vorspannung mit einem sphärischen
Haltelager 152 in Eingriff, welches konzentrisch um die
Halbwelle 118 herum befe stigt und in Eingriff mit einer ringförmigen Gleitelementhalterung 154 ist.
Die Gleitelementhalterung gleicht der Gleitelementhalterung 114 und
weist eine Anzahl von umfangsmäßig beabstandeten,
kreisförmigen Öffnungen
auf, die jeweils lose einen zylindrischen Teil 140 eines
Gleitelements 138 aufnehmen.
-
Der
Mittelabschnitt 84 weist zwei Fluiddurchlässe 155a und 155b auf,
die unter Druck stehendes Fluid von der gemeinsamen Fluidleitung 20 erhalten (1). Der Fluiddurchlaß 155a liefert
Fluid zum Zylinderblock 74 durch eine bogenförmige Öffnung in der
Ventilplatte 96 und die Öffnungen 94 in jeder
Kolbenaufnahmekammer 92. Das unter Druck stehende Fluid
versucht, die Kolben 98 zu bewegen, und erzeugt hierdurch
die Drehbewegung des Zylinderblocks 74 und der Halbwelle 78.
Der Fluiddurchlaß 155b liefert
Fluid zum Zylinderblock 116 durch eine bogenförmige Öffnung in
der Ventilplatte 133 und die Öffnungen 132 in jeder
Kolbenaufnahmekammer 130. Das unter Druck stehende Fluid
versucht, die Kolben 134 zu bewegen und erzeugt hierdurch
eine Drehbewegung des Zylinderblocks 116 und der Halbwelle 118.
-
Die
Halbwellen 78 und 118 sind an ihren inneren Enden 80 bzw. 120 mittels
einer zylindrischen Wellenkupplung 156 derart verbunden,
daß die
Halbwellen starr verbunden sind und eine gemeinsame Motorausgangswelle 28 bilden.
Auf diese Weise leistet die Drehbewegung der Zylinderblöcke 74 und 116 jeweils
ihren Beitrag zur Drehmomentgröße, die
an die Motorausgangswelle übertragen
wird, wobei die Position jeder Schrägscheibe 50 und 54 den
Drehmomentanteil der Motoreinheiten 46 bzw. 48 bestimmt.
-
Zwei
Fluiddurchlässe 188 bzw. 190 stehen mit
drehbaren Zylinderblöcken 74 bzw. 116 in
Verbindung, um Hydraulikfluid vom Motor 18 durch die Fluidleitung 22 zurückzuführen. Das
Hydraulikfluid wird hierdurch mittels der Pumpe 10 mit
variabler Verdrängung
kontinuierlich durch die Hauptfluidleitungen 20 und 22 sowie
den Hydraulikmotor 18 gepumpt.
-
Der
Winkel der Schrägscheibe 50 wird
durch die fluidbetätigte
Servoeinrichtung 52 gesteuert, die innerhalb des Motorgehäuses 76 befestigt
und mechanisch mit der Schrägscheibe
mittels eines mechanischen Verbindungselements 159a verbunden
ist. Der Winkel der Schrägscheibe 54 wird
durch eine fluidbetätigte
Servoeinrichtung 56 gesteuert, die innerhalb des Motorgehäuses 76 befestigt
und mechanisch mit der Schrägscheibe
mittels eines mechanischen Verbindungselements 159b verbunden
ist.
-
Die
Servoeinrichtungen 52 und 56 sind im allgemeinen
von gleicher Bauart, wobei die in 3 detailliert
gezeigte Servoeinrichtung einen axial bewegbaren Hilfskolben 160 aufweist,
der zwischen beabstandeten Endabdeckungen 161 und 162 aufgenommen
und mit einer zylindrischen Seitenwand innerhalb des Motorgehäuses 76 in
Eingriff ist. Der Hilfskolben 160 weist eine sich nach
auswärts öffnende
Ausnehmung 166 auf, die an einem seiner Enden ausgebildet
ist und die Feder 53 der Servoeinrichtung aufnimmt. Eine
sich entgegengesetzt öffnende
Ausnehmung 170 ist im anderen Ende des Hilfskolbens ausgebildet
und ist mit der Fluidleitung 66 durch ein in die Endabdeckung 162 eingebrachtes
Loch 174 in Verbindung. Ungefähr mittig auf dem Umfang des Hilfskolbens 160 ist
eine nach innen gerichtete, horizontale Nut 176 ausgebildet.
Wie auch aus 2 ersichtlich
ist, nimmt die Nut 176 ein am Verbindungselement 159a befestigtes
Hülsenlager 178 auf.
Die Axialverschiebung des Kolbens 160 der Servoeinrichtung
erzeugt hierbei eine Winkelverschiebung der Schrägscheibe 50 und eine
entsprechende Hubänderung
der Kolben 98, wenn der Zylinderblock 74 mit der
Halbwelle 78 rotiert. Obwohl nicht im Detail gezeigt, ist
die Hilfseinrichtung 56 von ähnlicher Bauart wie die Hilfseinrichtung 52 und
mit einem auf dem Verbindungselement 159b ausgebildeten
Hülsenlager 180 in
Eingriff, um die Position der Schrägscheibe 54 zu verändern.
-
Die
vorstehend erläuterte
Wirkungsweise der hydrostatischen Übertragungseinrichtung 10 und des
Tandem-Hydraulikmotors 18 wird im folgenden kurz zusammengefaßt. Der
Hebel 58 auf der Pumpenverdrängungssteuerung 34 wird
manuell betätigt, um
die Schrägscheibe 24 der
Hydraulikpumpe 12 zu positionieren, und bestimmt hierdurch
einen Betrag und eine Richtung der Strömung von der Pumpe zum Tandem-Hydraulikmotor 18.
Durch die Leitung 20 wird Fluid zu den Durchlässen 155a und 155b geliefert,
die Fluid mit den drehbaren Zylinderblöcken 74 bzw. 116 austauschen.
Der Hebel 64 auf der Motorverdrängungssteuerung 38 wird
zur Messung von Steuerfluid betätigt,
welches von der Zuführpumpe 30 zu
den Servoeinrichtungen 52 und 56 strömt. Obwohl
in 1 die Verdrängungssteuerungen 34 und 38 als
separate Steuerungen gezeigt sind, ist es im Rahmen der vorliegenden
Erfindung ohne weiteres möglich,
daß optional
eine Eingliederung der beiden Steuerungen in eine einzige Steuereinheit
vorgesehen ist. Weiterhin ist die vorliegende Erfindung, obwohl
für jede
der Verdrängungssteuerungen 34 und 38 eine
Handhebeleingabe gezeigt ist, vollständig betreibbar mit jeder Art
von Steuerung zum Messen von Steuerfluid, das zu einem fluidbetätigten Steuermittel
fließt,
um eine schrägstellbare
Schrägscheibe auf
einer Hydraulikeinheit zu positionieren. Beispiele für andere
Steuerungen bekannter Technologie sind hydraulisch gesteuerte Verdrängungssteuerungen, System-Druckkompensationssteuerungen,
elektrische Verdrängungssteuerungen,
die ein Servoventil verwenden, und impulsweitenmodulierte Magnetspulensteuerungen.
-
Wie
vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben
ist, ist die Hilfseinrichtung 52 ein Minimum-Maximum-Typ,
in der der Kolben 160 der Hilfseinrichtung axial zwischen
einer ersten und einer zweiten Position bewegbar ist, in denen alternativ eine
maximale oder minimale Verdrängung
(Verschiebung) der Motoreinheit 46 erreicht wird. Wird
die Kammer 170 der Hilfseinrichtung mit keinem Steuerfluid
versorgt, befindet sich der Kolben 160 unter Federvorspannung
in einer ersten Position, in der die sich daraus ergebende Position
der Schrägscheibe 50 einen
maximalen Hub der Kolben 98 festlegt. Wenn Steuerfluid
durch die Leitung 66 in die Kammer 170 der Hilfseinrichtung
geliefert wird, drückt
der Kolben der Hilfseinrichtung die Feder 53 zusammen und positioniert
die Schrägscheibe 50 derart,
daß die
Kolben 58 einen minimalen Hub aufweisen. Die Hilfseinrichtung 56 ist
in gleicher Weise eine Minimum-Maximum-Steuerung, die in dem Falle,
daß kein
Steuerfluid vorhanden ist, eine Position der Schrägscheibe 54 mit
maximalem Hub festlegt. Die Betätigung
der Hilfseinrichtung 56 führt zu einer Drehung der Schrägscheibe 54,
so daß der
Hub der Kolben 134 minimiert wird.
-
Der
Tandem-Hydraulikmotor 18 sorgt somit für eine dreifache Veränderung
der von der Pumpeneingangswelle 16 zur Motorausgangswelle 28 übertragenen
Kraft. Befindet sich jede der Motor-Schrägscheiben 50 und 54 in
einer Lage mit maximaler Verdrängung,
so wird die Ausgangswelle 28, wenn kein Steuerfluid zu
den Hilfseinrichtungen 52 bzw. 56 geliefert wird,
direkt durch das Hydraulikfluid in der Leitung 20 angetrieben,
das mittels der Pumpe 12 mit variabler Verdrängung gepumpt
wird. Bei dieser Sachlage legt die Position der Pumpen-Schrägscheibe 24 den
Output der Motorwelle 28 über einen ersten Betriebsbereich
der Übertragungseinrichtung fest.
-
Wenn
eine der Motor-Schrägscheiben 50 oder 54 in
eine Lage mit minimaler Verdrängung
gedreht wird, beispielsweise durch eine manuelle Betätigung des
Hebels 64 und eine entsprechende Betätigung einer der Hilfseinrichtungen 52 bzw. 56,
wirken die Motoreinheiten 46 und 48 zusammen,
um den Output der Welle 28 zu regulieren. In diesem Falle
regulieren Veränderungen
in der Verdrängung
der Hydraulikpumpe 12 den Wellen-Output des Tandem-Hydraulikmotors 18 über einen
zweiten Betriebsbereich.
-
Letztendlich
reguliert, wenn eine der Motor-Schrägscheiben 50 und 54 in
eine Lage mit minimaler Verdrängung
positioniert ist, eine Veränderung in
der Position der Pumpen-Schrägscheibe 24 die von
der Eingangswelle 16 zur Motorausgangswelle 28 übertragene
Kraft über
einen dritten Betriebsbereich. Die Hilfseinrichtungen sorgen somit
bei einer ganz bestimmten Position der Schrägscheibe 24 für einen
wahlweisen Dreigang-Betrieb der Ausgangswelle 28.
-
Wenn
eine der Motor-Schrägscheiben
unbegrenzt durch die Verdrängungssteuerung 38 gesteuert
wird, ist es möglich,
die Schrägscheibe
senkrecht zur Antriebswelle zu positionieren, um eine Position mit
der Verdrängung
0 zu erreichen. Diese Eigenschaft ermöglicht eine vierte effektive
Verdrängung des
Tandem-Motors, um
eine noch größere Motorwellengeschwindigkeit
zu erzeugen, wenn ein Motor eine minimale Verdrängung und der andere Motor eine
Verdrängung
von 0 aufweist.
-
Der
Unterschied im Antriebsmoment, das durch den Tandem-Motor in jeder
der drei Motor-Betriebsbedingungen übertragen wird, ist umgekehrt proportional
zur Differenz in der Wellengeschwindigkeit, so daß in dem
Falle, daß sich
beide Motor-Schrägscheiben
in einer Position mit maximaler Verdrängung/minimaler Wellengeschwindigkeit
befinden, ein maximales Drehmoment mittels des Motors übertragen
wird. Umgekehrt wird, wenn sich beide Motor-Schrägscheiben in einer Lage mit
minimaler Verdrängung/maximaler
Wellengeschwindigkeit befinden, ein minimales Drehmoment mittels
des Motors übertragen.
Infolgedessen ist der Geschwindkeits- und Drehmomentbereich, der
mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, größer als derjenige
bekannter Vorrichtungen, die nur eine einzige Motoreneinheit mit
variabler Verdrängung
aufweisen.
-
Die
Antriebseinrichtung ist in ein vierradgetriebenes Fahrzeug eingebaut,
das in 4 mit 189 bezeichnet
ist. Das Fahrzeug weist ein Paar beabstandeter, paralleler Antriebsachsen 191 und 192 mit jeweils
gegenüberliegend
befestigten Antriebsrädern 194 bzw. 196 auf.
Ein Tandem-Hydraulikmotor 18 ist in einer Kraftübertragungseinheit
zum hydrostatischen Antrieb des vierradgetriebenen Fahrzeugs 189 und
zur Beaufschlagung der Achsen 191 und 192 mit einem
Antriebsmoment vorgesehen. Die Bauart des Motors 18 mit
durchgehender Welle erleichtert den synchronen Antrieb der Achsen 191 und 192 über Übertragungs wellen 198 und 200.
Die Übertragungswelle 198 ist
an einem Ende mit einem Ende 202 der Motorausgangswelle
verbunden und überträgt von dieser
Drehmoment zur Antriebsachse 191 über ein Differenzialgetriebe 204.
Die Übertragungswelle 200 ist
mit einem Ende 202 der Motorwelle verbunden und überträgt von dieser
Drehmoment zur Antriebsachse 192 über ein Differenzialgetriebe 208.
Da die Enden der Motorwellen 202 und 206 für eine synchrone
Umdrehung mittels der Wellenkupplung 156 verbunden sind,
wird Drehmoment zu den Differenzialgetrieben 204 und 208 für eine genaue
Steuerung der Antriebsgeschwindigkeit der Achsen 191 bzw. 192 übertragen.
-
Die
Verwendung einer gemeinsamen durchgehenden Welle zur Übertragung
von Antriebsmoment auf jede Achse 191 und 192 erlaubt
eine einfache Reihenbauart, in der sich die Übertragungswellen 198 und 200 kollinear
zwischen dem Motor 18 und den Differenzialgetrieben 204 bzw. 208 erstrecken.
Wie oben ausgeführt
ist, ist es aufgrund der weiten Verdrängungsverhältnisse, die mit dem Tandem-Hydraulikmotor 18 erreichbar
sind, nicht erforderlich, ein zusätzliches Getriebe vorzusehen,
wenn die Verdrängung
des Motors in geeigneter Weise ausgewählt wird. Hierdurch liegt eine
besonders gute Eignung für
einen einfachen Antrieb mit einem weiten Leistungsbereich vor.