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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Achsantriebsvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, deren Ausgangsgeschwindigkeit durch Betätigen eines
Fahrsteuerelements geändert
wird.
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Stand der Technik
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Im
Stand der Technik gibt es eine bekannte Achsantriebsvorrichtung
mit einem Aufbau der Art, dass eine Hydraulikpumpe, die von einem
Motor angetrieben wird, ein Hydraulikmotor, der in Fluidverbindung
mit der Hydraulikpumpe steht, sowie eine Achse, die von der Ausgangsdrehung
des Hydraulikmotors angetrieben wird, in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht
sind. Nachstehend wird eine solche Achsantriebsvorrichtung auch
als integriertes hydrostatisches Getriebe bezeichnet, d.h. "IHT" (IHT = integrated
hydrostatic transmission). Ferner wird im folgenden ein hydrostatisches
Getriebe, das von der Hydraulikpumpe und dem Hydraulikmotor gebildet wird,
die in Fluidverbindung miteinander stehen, als "HST" bezeichnet
(HST = hydrostatic transmission).
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Zumindest
die Hydraulikpumpe oder der Hydraulikmotor sind von einem Typ mit
variabler Verdrängung,
der mit einer Kapazitätsänderungsvorrichtung
wie einer beweglichen Taumelscheibe in Verbindung mit einem vom
Menschen betätigten
Fahrsteuerelement versehen ist. Seine Kapazität wird kontinuierlich entsprechend
dem Betriebsgrad des Fahrsteuerelements variiert, so dass die Drehgeschwindigkeit der
Achse kontinuierlich geändert
wird.
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Das
IHT wird leichter und kompakter, da die Hydraulikpumpe, der Hydraulikmotor
und die Achse zusammen in dem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, was
bei der Kompaktierung eines mit dem IHT ausgestatteten Fahrzeugs
von Vorteil ist. Wenn jedoch das Fahrzeug mit den Achsen unter schwerer
Last fährt,
wird eine Bedienungsperson dazu veranlasst, eine große Kraft
auf das Fahrsteuerelement für
den Geschwindigkeitsänderungsvorgang
aufzubringen, wodurch eine reibungslose Geschwindigkeitsänderung
behindert wird.
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US-5875631
A offenbart eine Achsantriebsvorrichtung, auf der der Oberbegriff
von Anspruch 1 beruht und die ein externes Steuersystem zum Steuern
der Pumpen mit variabler Verdrängung
aufweist. Das Steuersystem umfasst Strömungssteuerelemente, die mechanisch
mit jeweiligen doppelt wirkenden Hydraulikaktuatoren verbunden sind,
und ein Hebelmittel in der Form eines Joysticks, der auf mehrere Steuerventile
einwirkt, welche sich nahe an dem Joystick befinden, da sie mechanisch
mit diesem verbunden sind und in Fluidverbindung mit den doppelt
wirkenden Hydraulikaktuatoren stehen.
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ABRISS DER
ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Achsantriebsvorrichtung
bereitzustellen, die reibungslos bei ihrer Geschwindigkeitsänderung durch
verringerte menschliche Kraft betätigt werden kann. Um diese
Aufgabe zu erfüllen,
stellt die vorliegende Erfindung eine Achsantriebsvorrichtung bereit,
wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Um
die Aufgabe zu erfüllen,
wird ein hydraulischer Aktuator wie z.B. ein Hydraulikzylinder zum Steuern
der Kapazitätsänderungsvorrichtung
vorgesehen. Der Hydraulikaktuator umfasst einen Antriebsteil und
einen feststehenden Teil. Der Antriebsteil ist funktionsmäßig mit
der Kapazitätsänderungsvorrichtung
verbunden. Falls die Kapazitätsänderungsvorrichtung
eine in Rotation bewegbare Taumelscheibe ist, ist ein Verbindungselement
zwischen dem Antriebsteil des Hydraulikaktuators und der beweglichen Taumelscheibe
eingefügt,
um so die Hin- und Herbewegung des Antriebsteils in eine Drehbewegung
der beweglichen Taumelscheibe umzuwandeln.
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Der
feststehende Teil des Hydraulikaktuators ist am Gehäuse befestigt.
Außerdem
kann, wenn ein Mittelabschnitt am Gehäuse zur Fluidverbindung der Hydraulikpumpe
und des Hydraulikmotors miteinander befestigt ist, der Mittelabschnitt
als feststehender Teil des Hydraulikaktuators dienen, wodurch die
Anzahl von erforderlichen Teilen zur Herstellung des Hydraulikaktuators
verringert wird. Auch in diesem Fall ist der Antriebsteil in den
Mittelabschnitt eingegliedert, wodurch zu einer Minimierung des
IHT beigetragen wird. Ferner kann auch das Steuerventil in den Mittelabschnitt
aufgenommen werden, um so das IHT weiter zu minimieren. In diesem
Fall kann das Steuerventil parallel zu dem Antriebsteil des Hydraulikaktuators
hin- und herbeweglich sein, wodurch der ungenutzte Abschnitt des
Mittelabschnitts zur Anordnung des Hydraulikaktuators und des Steuerventils extrem
reduziert wird.
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Der
Hydraulikaktuator wird durch ein Steuerventil hydraulisch gesteuert.
Zum Betätigen
des Steuerventils ist ein Verbindungsmechanismus, der funktionsmäßig mit
einem vom Menschen betätigten, am
Fahrzeug vorgesehenen Fahrsteuerelement verbunden ist, durch das
Gehäuse
so gehaltert, dass er mit dem Steuerventil verbunden ist. Die gesamte menschliche
Betätigungskraft,
die auf das Fahrsteuerelement aufgebracht werden muß, kann
gerade so groß sein,
wie es erforderlich ist, das Steuerventil über den Verbindungs(gestänge)mechanismus
zu bewegen. Somit kann die menschliche Betätigungskraft zur Geschwindigkeitsänderung
so verringert werden, dass das Fahrzeug auch über eine lange Zeit ohne Ermüdung gefahren
werden kann.
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Vorzugsweise
ist zur Minimierung des hydraulischen Servomechanismus mit dem Hydraulikaktuator,
dem Steuerventil und dem Verbindungsmechanismus das Steuerventil
parallel zu dem Antriebsteil des Hydraulikaktuators hin und her
beweglich. Der Verbindungsmechanismus umfasst ein Rotationselement,
das drehbar durch das Gehäuse
gelagert ist, und ein zwischen das Rotationselement und das Steuerventil
eingefügtes
Verbindungselement. Das Rotationselement ist funktionsmäßig mit dem
Fahrsteuerelement verbunden. Das Verbindungselement wandelt die
Drehbewegung des Rotationselements in eine Hin- und Herbewegung
des Steuerventils um.
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Der
Antriebsteil des Hydraulikaktuators ist mit dem Verbindungselement
zu dessen Rückkoppelung
verbunden. Um zu verhindern, dass die zur Betätigung des Steuerventils erforderliche
menschliche Kraft zunimmt, ist ein Abschnitt des Verbindungselements
zwischen seinen Verbindungspunkten mit dem Rotationselement und
dem Steuerventil zur Verbindung mit dem Antriebsteil des Hydraulikaktuators vorgesehen.
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Der
Verbindungsmechanismus oder genauer gesagt das Rotationselement
kann als wirksamer Abschnitt vorgesehen sein, an dem ein Rückführmittel zur
Neutralposition zum Zurückführen der
Kapazitätsänderungsvorrichtung
zu ihrer Neutralposition angebracht ist. Das heißt durch Vorbelasten des Verbindungsmechanismus
oder des Rotationselements zu deren Neutralposition kann die Neutralposition
der Kapazitätsänderungsvorrichtung
festgelegt werden.
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Für die Zuführung von Öl zu dem
Hydraulikaktuator durch das Steuerventil kann das in das Gehäuse gefüllte Öl benutzt
werden. Außerdem
kann, wenn eine Versorgungspumpe zum Versorgen des HST mit Öl im Gehäuse vorgesehen
ist, die Versorgungspumpe auch zum Versorgen des Hydraulikaktuators
mit Öl
eingesetzt werden. Öl
von dem Hydraulikaktuator kann in den Innenraum des Gehäuses abgeführt werden.
Daher ist keine weitere Ölquelle
für den
Hydraulikaktuator erforderlich, wodurch die Anzahl von Teilen zum
Aufbau des hydraulischen Servomechanismus zum Bewegen der Kapazitätsänderungsvorrichtung
verringert wird, um Kosten einzusparen.
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Der
Hydraulikaktuator und das Steuerventil können in dem gemeinsamen Gehäuse enthalten sein.
Außerdem
kann der Verbindungsmechanismus ebenfalls in dem Gehäuse enthalten sein,
außer
einem Abschnitt hiervon, der in Verbindung mit dem außerhalb
des Gehäuses
vorgesehenen, vom Menschen betätigten
Element steht. Damit kann der Ölkreislauf
zum Versorgen des Hyrdaulikzylinders und des Steuerventils mit Öl aus dem Ölsumpf im
Gehäuse
extrem minimiert werden, um so eine ausgezeichnete Kompaktheit des
IHT mit einem solchen hydraulischen Servomechanismus zu ermöglichen.
Ferner sind Bestandteile des hydraulischen Servomechanismus zum
Bewegen der Kapazitätsänderungsvorrichtung
durch das Gehäuse
vor Schmutzwasser, Regenwasser, Staub und anderen Verunreinigungen geschützt, um
so die Lebensdauer und Zuverlässigkeit
des IHT bei dessen Kapazitätssteuerung
zu verbessern.
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Die
obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile gehen aus der
folgenden Beschreibung hervor.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN/FIGUREN
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Es
zeigen:
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1 ein
Diagramm eines Hydraulikkreislaufs eines IHT gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
im Schnitt gehaltene Draufsicht auf dieses IHT,
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3 eine
Schnittansicht längs
einer Linie III-III von 2, wobei sich ein Steuerhebel 61 an seiner
Ausgangsposition befindet,
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4 eine
Schnittansicht längs
einer Linie IV-IV
von 2,
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5 eine
Schnittansicht längs
einer Linie V-V von 3 und 4,
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6 eine
Schnittansicht längs
einer Linie III-III von 2, wobei ein Steuerhebel 61 seine
Drehung beginnt, und
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7 eine
Schnittansicht längs
einer Linie III-III von 2, wobei eine bewegliche Taumelscheibe 13 gemäß der Drehung
des Steuerhebels 61 gedreht wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
allgemeiner Aufbau eines IHT 1, das als Achsantriebsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung dient, wird im folgenden beschrieben.
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, sind ein oberer
Gehäuseteil 9t und
ein unterer Gehäuseteil 9b miteinander
durch ihre umgebenden horizontalen Verbindungsflächen verbunden, um so ein Gehäuse 9 zu
bilden. Eine später
beschriebene Motorwelle 22 ist drehbar zwischen den oberen
und unteren Gehäuseteilen 9t und 9b so angeordnet,
dass sich ihre Achse auf den horizontalen Verbindungsflächen der
zusammengefügten
oberen und unteren Gehäuseteile 9t und 9b befindet. Linke
und rechte Achsen 50L und 50R sind über den Verbindungsflächen zwischen
den zusammengefügten
oberen und unteren Gehäuseteilen 9t und 9b angeordnet
und sind drehbar durch den oberen Gehäuseteil 9t gelagert.
Die Achsen 50L und 50R sind über eine Differentialgetriebeeinheit 40 im
Gehäuse 9 differential
miteinander verbunden und stehen lateral aus dem Gehäuse 9 in
entgegengesetzten Richtungen vor.
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Ein
Innenraum des Gehäuses 9 ist
in eine erste Kammer R1 und eine zweite Kammer R2 durch eine Trennwand 9i unterteilt,
die integral mit dem Gehäuse 9 ausgebildet
ist.
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In
der ersten Kammer R1 sind eine Hydraulikpumpe 11 und ein
Hydraulikmotor 21 angeordnet, die miteinander hydraulisch
verbunden sind, um ein HST 8 zu bilden. In der zweiten
Kammer R2 sind die oben erwähnten
Achsen 50L und 50R, die Differentialgetriebeeinheit 40 und
ein Getriebezug 30 zum Übertragen
von Energie von einer später
erläuterten Motorwelle 22 des
HST 8 zu der Differentialgetriebeeinheit 40 angeordnet.
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Auf
diese Weise sind die Hydraulikpumpe 11, der Hydraulikmotor 21 und
die Differentialgetriebeeinheit 40 in dem gemeinsamen Gehäuse 9 enthalten,
wodurch das IHT 1 als ausgezeichnete kompakte Achsantriebsvorrichtung
gebildet wird.
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Wie
in den 3 und 4 gezeigt ist, ist eine obere
Hälfte
der Trennwand 9i nach unten in dem oberen Gehäuseteil 9t von
dessen Decke aus zur Bodenfläche
als die oben erwähnte
horizontale Verbindungsfläche
derselben ausgebildet. Eine untere Hälfte der Trennwand 9i ist
nach oben in dem unteren Gehäuseteil 9b von
dessen Boden aus zu der oberen Oberfläche hin als die oben erwähnte horizontale
Verbindungsfläche
derselben ausgebildet. Durch Verbinden des oberen Gehäuseteils 9t und des
unteren Gehäuseteils 9b miteinander
werden die oberen und unteren Hälften
der Trennwand 9i miteinander verbunden, wodurch die Trennwand 9i gebildet wird.
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Die
erste Kammer R1 und die zweite Kammer R2 sind mit gewöhnlichem Öl befüllt, wodurch
sie als jeweilige Ölsümpfe dienen.
Wie in 4 gezeigt ist, ist ein externer Reservoirbehälter 17 an
dem oberen Gehäuseteil 9d so
angebracht, dass er in Fluidverbindung mit der ersten Kammer R1 über einen Verbindungsanschluß 16 steht.
Auch wenn das Hydrauliköl
in der ersten Kammer R1 durch den Betrieb des HST 8 erhitzt
wird, so dass es sich dehnt, strömt das
erhöhte
Volumen des Hydrauliköls
in den Reservoirbehälter 17,
wodurch das Volumen des Hydrauliköls in der ersten Kammer R1
geregelt wird.
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Ferner
wird Öl
zum Strömen
zwischen der ersten und zweiten Kammer R1 und R2 durch ein Ölfilter 20 gebracht,
das an einem optimalen Abschnitt der Trennwand 9i vorgesehen
ist, wodurch das Volumen des Hydrauliköls in der ersten Kammer R1
geregelt wird.
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Öl in der
zweiten Kammer R2 wird durch Eisenpulver kontaminiert, das von den
sich reibenden Zahnrädern
oder dgl. darin erzeugt wird, solche Verunreinigungen werden jedoch
durch das Ölfilter 20 entfernt,
bevor das Öl
aus der zweiten Kammer R2 in die erste Kammer R1 eintritt, wodurch
das HST 8 in der ersten Kammer R1 geschützt wird. Damit fungiert das
in das Gehäuse 9 gefüllte gemeinsame Öl als Schmieröl für Zahnräder, Lager
und dgl. sowie als Hydrauliköl
für das
HST 8.
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In
der ersten Kammer R1 ist ein Mittelabschnitt 10 des HST 8 entfernbar
am Gehäuse
angebracht. Wie in 2 gezeigt ist, ist in der Draufsicht betrachtet
eine Longitudinalrichtung des Mittelabschnitts 10 senkrecht
zu den Achsen 50L und 50R ausgerichtet. Ein Vorderhälftenabschnitt
des Mittelabschnitts 10, der auf diese Weise angeordnet
ist, hat eine Vertikalfläche,
die als Motor-Montagefläche 10m dient,
auf der der Hydraulikmotor 21 montiert ist. Ein hinterer
Abschnitt dieses Mittelabschnitts 10 hat eine Horizontalfläche, die
als Pumpen-Montagefläche 10p dient,
auf der die Hydraulikpumpe 11 montiert ist (sh. 3 und 4).
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Der
Mittelabschnitt 10 ist mit einem Paar Ölzirkulationsdurchgängen 71 und 72 zum
Zirkulieren von Öl
zwischen der Hydraulikpumpe 11 und dem Hydraulikmotor 21 ausgebildet.
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Hinsichtlich
der Hydraulikpumpe 11, die in 2, 3 und 4 gezeigt
ist, ist ein Zylinderblock 14 verschiebbar und drehbar
an der Pumpenmontagefläche 10p des
Mittelabschnitts 10 über
eine Ventilplatte angebracht. Der Zylinderblock 14 ist
mit mehreren Zylinderlöchern
darin ausgebildet, in die jeweilige Kolben 15 hin- und
herbeweglich über
jeweilige Vorbelastungsfedern eingesetzt sind. Eine bewegliche Taumelscheibe 13,
die als Kapazitätsänderungsvorrichtung
für das
HST 8 dient, liegt an den Köpfen der Kolben 15 an.
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Ein
Paar nierenförmiger
Anschlussöffnungen 51,
die mit den jeweiligen Ölzirkulationsdurchgängen 71 und 72 in
Verbindung stehen, münden
an der Pumpenmontagefläche 10p.
Damit wird die Hydraulikpumpe (die Zylinderlöcher im Zylinderblock 14)
in Fluidverbindung mit dem Paar Ölzirkulationsdurchgängen 71 und 72 über die
nierenförmigen
Anschlussöffnungen 51 gebracht.
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Der
Zylinderblock 14 ist feststehend auf seiner Drehachse mit
einer Pumpenwelle 12 in Eingriff bringbar vorgesehen. Die
Pumpenwelle 12 steht nach oben aus dem oberen Gehäuseteil 9t vor,
so dass sie feststehend auf dieser mit einem Kühlgebläse 7 und einer Eingangsriemenscheibe 6 vorgesehen ist.
Wie in 1 gezeigt ist, ist die Eingangsriemenscheibe 6 antriebsmäßig über einen
Riemen 5 mit einer Ausgangsriemenscheibe 4 verbunden,
die an einer Ausgangswelle 3 eines Fahrzeugmotors 2 befestigt
ist, wodurch sie als Eingangsriemenscheibe des IHT 1 dient.
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Die
bewegliche Taumelscheibe 13 ist drehbar so schräggestellt,
dass ihre an dem Kolben 15 anliegende Oberfläche unter
einem optionalen Winkel aus ihrem horizontalen Zustand, in dem sie
senkrecht zu dem Kolben 15 ist, d.h. der Drehachse des Zylinderblocks 14,
geneigt ist, wodurch die Menge und die Richtung des aus der Hydraulikpumpe 11 ausgetragenen Öls geändert wird.
Wie später
erläutert
wird, ist ein Hydraulikaktuator zum Betätigen der beweglichen Taumelscheibe 13 vorgesehen.
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Drucköl, das aus
der Hydraulikpumpe 11 ausgetragen wird, wird dem Hydraulikmotor 21 über einen
der Ölzirkulationsdurchgänge 71 oder 72 zugeführt, und über den
anderen der Ölzirkulationsdurchgänge 71 und 72 zurückgeführt, wodurch
es zwischen der Hydraulikpumpe 11 und dem Hydraulikmotor 21 zirkuliert
wird.
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Hinsichtlich
des Hydraulikmotors 21 gemäß 2 ist ein
Zylinderblock 24 verschiebbar und drehbar an der Motormontagefläche 10m über eine
Ventilplatte angebracht, so dass seine Drehachse lateral und horizontal
ausgerichtet ist. Mehrere Kolben 25 sind hin- und herbeweglich über jeweilige
Vorbelastungsfedern in jeweilige Zylinderlöcher eingesetzt, die in den
Zylinderblock 24 gebohrt sind.
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Eine
feststehende Taumelscheibe 23 ist fest zwischen den oberen
und unteren Gehäuseteilen 9t und 9b so
eingefügt,
dass sie an den Köpfen
der Kolben 25 anliegt. Der Zylinderblock 24 ist
feststehend auf seiner Drehachse im Eingriff mit der Motorwelle 22 vorgesehen.
Die Motorwelle 22 ist lateral horizontal parallel zu den
Achsen 50L und 50R angeordnet.
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Ein
Ende der Motorwelle 22 ist drehbar in einem Lagerloch gelagert,
das sich am Zentrum der Motormontagefläche 10m des mittleren
Abschnitts 10 öffnet.
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Das
andere Ende der Motorwelle 22 ist in die zweite Kammer
R2 eingesetzt, während
der Zwischenabschnitt der Motorwelle 22 drehbar durch ein Lager 29 gelagert
ist, das zwischen den oberen und unteren Hälften der Trennwand 9i vorgesehen
ist. Das Lager 29 ist mit einer Dichtung versehen, um zu verhindern,
dass zwischen den ersten und zweiten Kammern R1 und R2 strömendes Öl durch
dieses strömt.
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Der
Getriebezug 30, der Energie von der Motorwelle 22 zu
der Differentialgetriebeeinheit 40 überträgt, wird im folgenden beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, sind ein Ausgangszahnrad 31 und
eine Bremsscheibe 32 an der Motorwelle 22 in der
zweiten Kammer R2 befestigt. Eine Bremsvorrichtung 33 ist angrenzend
an die Bremsscheibe 32 angeordnet, so dass eine Bremskraft
auf die Bremsscheibe 32 einwirkt, wodurch die Motorwelle 22 abgebremst
wird.
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Wie
in 2 gezeigt ist, umfasst die Bremsvorrichtung 33 ein
Paar Bremsklötze 36 und 36', eine Bremssteuerwelle 34 und
einen an der Bremssteuerwelle 34 befestigten Bremshebel.
Die Bremsklötze 36 sind
angrenzend an die Bremsscheibe 32 einander gegenüberliegend
in bezug auf die Bremsscheibe 32 angeordnet. Die Bremssteuerwelle 34 ist
eingekerbt, so dass sie im Schnitt im wesentlichen D-förmig ist,
wodurch sie als Nocken für
den Bremsklotz 36 gegenüber
der Bremsscheibe 32 dient. Die Bremssteuerwelle 34 ist
vertikal angeordnet und drehbar durch die obere Wand des oberen
Gehäuseteils 9t gelagert
und steht von dieser nach oben vor, so dass sie feststehend an dieser
mit dem Bremshebel (nicht gezeigt) vorgesehen ist.
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Durch
Schwenken des Bremshebels wird die Bremssteuerwelle 34 integral
gedreht, so dass ihr Nockenabschnitt den Bremsklotz 36 gegen
die Bremsscheibe 32 drückt.
Dadurch wird die Bremsscheibe 32 sandwichartig zwischen
den Bremsklötzen 36 und 36' unter Druck
festgehalten, so dass die Motorwelle 22 durch Reibung abgebremst
wird.
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In
der zweiten Kammer R2 ist eine horizontale Gegenwelle 39 parallel
hinter der Motorwelle 22 angeordnet.
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Ein
diametral kleines Zahnrad 38 ist frei drehbar um die Gegenwelle 39 herum
vorgesehen. Ein diametral großes
Zahnrad 37 ist nicht relativ drehbar an dem diametral kleinen
Zahnrad 38 angesetzt, so dass es mit dem an der Motorwelle 22 befestigten
Ausgangszahnrad 31 in Eingriff steht. Das diametral kleine
Zahnrad 38 steht konstant in Eingriff mit einem später erläuterten
Eingangszahnrad 41 der Differentialgetriebeeinheit 40.
Aufgrund einer solchen Anordnung wird Energie bzw. Kraft von dem Ausgangszahnrad 31 über die
Untersetzungsgetrieberäder 38 und 37 zu
dem Eingangszahnrad 41 übertragen.
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Im
folgenden wird die Differentialgetriebeeinheit 40 beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, sind in dem Eingangszahnrad 41 ein
Paar lateraler Durchgangslöcher
so vorgesehen, dass sie einander in bezug auf eine Drehachse des
Eingangszahnrads 41 oder der Achsen 50L und 50R gegenüberliegen.
Ein Paar Ritzelwellen 42, die senkrecht zu den Achsen 50L und 50R sind,
sind in den jeweiligen Löchern
so angeordnet, dass sie integral mit dem Eingangszahnrad 41 um
die Achsen 50L und 50R herum drehbar sind. Kegelzahnräder 43 sind
an den jeweiligen Ritzelwellen 42 vorgesehen, so dass sie
relativ zu dem Eingangszahnrad 41 drehbar sind. Ein Paar
Kegelseitenräder 44 sind
an proximalen Endabschnitten der Achsen 50L bzw. 50R befestigt.
Demgemäß wird von
dem Eingangszahnrad 41 aufgenommene Kraft auf die linken
und rechten Achsen 50L und 50R über die
Kegelritzel 43 und Kegelseitenräder 44 übertragen.
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Auf
diese Weise umfasst die Differentialgetriebeeinheit 40 kein
Differentialgehäuse,
da die Ritzel 43 in das Eingangszahnrad 41 eingegliedert
sind, wodurch es noch kompakter ist.
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Übrigens
kann für
die Differentialsperre, d.h. zum Versperren bzw. Verriegeln der
linken und rechten Achsen 50L und 50R miteinander
eines der Kegelseitenräder 44 (in
dieser Ausführungsform
das rechte Kegelseitenrad 44) mit dem Eingangszahnrad 41 durch
einen Differentialsperrmechanismus 56 versperrt werden,
der um eine der Achsen 50L oder 50R (in dieser
Ausführungsform
die rechte Achse 50R) herum angeordnet ist.
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Ein Ölversorgungssystem
zum Ausgleichen eines Öllecks
in dem HST 8 wird im folgenden beschrieben. Wie in 3 gezeigt
ist, ist ein Versorgungspumpengehäuse 46 an der Bodenfläche des Mittelabschnitts 10 im
Gehäuse 9 angebracht.
In dem Versorgungspumpengehäuse 46 angrenzend
an die Bodenfläche
des Mittelabschnitts 10 sind drehbar ein Innenrotor 48 und
ein Außenrotor 49 angeordnet,
die miteinander in Eingriff stehen, wodurch eine Versorgungspumpe 45 gebildet
wird. Eine Pumpenwelle 12 erstreckt sich nach unten von
dem Mittelabschnitt 10, so dass sie am Innenrotor 48 befestigt
ist. Daher werden durch Drehung der Pumpenwelle 12, welche
von dem Motor 2 Energie aufnimmt, die Hydraulikpumpe 11 und
die Versorgungspumpe 45 synchron angetrieben.
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Wie
in den 3 und 5 gezeigt ist, sind eine Ölansaugöffnung 52 und
eine Ölaustragsöffnung 53 in
einem Versorgungspumpengehäuse 46 unmittelbar
unter den Rotoren 48 und 49 ausgebildet. Wie in
den 4 und 5 gezeigt ist, ist ein Filter 47 zwischen
einer Seitenfläche
des Versorgungspumpengehäuses 46 und
einer Seitenwand des Gehäuses 9 (an
dem unteren Gehäuseteil 9b)
gehaltert. Durch Antreiben der Versorgungspumpe 45, d.h.
der sich drehenden Rotoren 48 und 49, wird Öl in der
ersten Kammer R1 in die Ölansaugöffnung 52 über ein Filter 47 aufgenommen
und aus der Ölaustragsöffnung 53 über die
Rotoren 48 und 49 ausgetragen. Wie in 1 und 5 gezeigt
ist, ist ein Öldurchgang 54,
der sich von der Ölaustragsöffnung 53 erstreckt,
in dem Versorgungspumpengehäuse 46 so ausgebildet,
dass Öl
durch dieses zwischen einem im Mittelabschnitt 10 gebildeten
Versorgungsölkreislauf 18 und
einem Hydraulikölkreislauf 19 für einen
später erläuterten
Taumelscheiben-Steuermechanismus verteilt wird.
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Wie
in den 3 und 5 gezeigt ist, umfasst der Versorgungsölkreislauf 18 für das HST 8 einen
ersten Versorgungsöldurchgang 91,
ein Reduzierventil 93, einen zweiten Versorgungsöldurchgang 92 und
ein Paar Rückschlagventile 94 (sh. 1). Der
erste Versorgungsöldurchgang 91 in
Verbindung mit dem Öldurchgang 54,
der in dem Versorgungspumpengehäuse 46 ausgebildet
ist, ist mit dem zweiten Versorgungsöldurchgang 92 über ein
Reduzierventil 93 verbunden. Daher wird aus der Versorgungspumpe 45 ausgetragenes Öl in das
Reduzierventil 93 über
den ersten Versorgungsöldurchgang 91 eingeleitet,
so dass es durch das Reduzierventil 93 auf den vorbestimmten
Versorgungsdruck dekomprimiert wird, und strömt dann in den zweiten Versorgungsöldurchgang 92.
Jedes Rückschlagventil 94 öffnet sich,
wenn der Hydraulikdruck eines entsprechenden Ölzirkulationsdurchgangs 71 oder 72 geringer
ist als der des zweiten Versorgungsöldurchgangs 92, so
dass Öl
nur in der Richtung von dem zweiten Versorgungsöldurchgang 92 zu einem
der entsprechenden Ölzirkulationsdurchgänge 71 oder 72 strömen kann,
wodurch der Ölverlust
in den Ölzirkulationsdurchgängen 71 und 72 ausgeglichen
wird.
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Der
Versorgungsölkreislauf 18 umfasst
ferner ein Rückschlagventil 95 zum
Verhindern einer unerwarteten freien Drehung der Antriebsräder eines Fahrzeugs.
Das Rückschlagventil 95 ermöglicht das Strömen von Öl von dem Ölsumpf in
der ersten Kammer R1 zu den Rückschlagventilen 94.
Falls der Motor 2 angehalten wird, während sich ein Fahrzeug an einer
Neigung befindet, tendieren die Achsen 50L und 50R dazu,
sich so zu drehen, dass der Hydraulikmotor 21 als Pumpe
funktioniert, um den Hydraulikdruck eines der Ölzirkulationsdurchgänge 71 oder 72 zu
verringern. Damit die Achsen 50L und 50R stationär gehalten
werden, ist es erforderlich, dass dieser verringerte Hydraulikdruck
ausgeglichen wird. Die Versorgungspumpe 45 wird jedoch
nicht angetrieben, da der Motor 2 nicht angetrieben wird.
Daher werden das Rückschlagventil 95 und
ein entsprechendes Rückschlagventil 94 durch
den Unterdruck der hydraulisch reduzierten Ölzirkulationsdurchgänge 71 oder 72 geöffnet, so
dass das Öl
aus der ersten Kammer R1 in diese eingeleitet wird.
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Ein
hydraulischer Servomechanismus zum Steuern der beweglichen Taumelscheibe 14 wird
im folgenden beschrieben. Wie in den 2 und 4 gezeigt
ist, ist eine Steuerwelle 60 parallel zu den Achsen 50L und 50R angeordnet
und drehbar durch eine Seitenwand des oberen Gehäuseteils 9t gegenüber dem
Getriebezug 30 in bezug auf das HST 8 angeordnet.
Die Steuerwelle 60 steht nach außen aus dem Gehäuse 9 so
vor, dass sie feststehend an diesem mit einem Steuerhebel 41 vorgesehen
ist, der funktionsmäßig mit
einem nicht dargestellten, vom Menschen betätigten Fahrsteuerelement wie
einem Pedal oder dgl. verbunden ist, das neben einem Sitz eines
Fahrzeugs vorgesehen ist.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist im Gehäuse 9 ein Schwenkarm 62 an
der Steuerwelle 60 befestigt. Damit sind die Steuerwelle 60,
der Steuerhebel 61 und der Schwenkarm 62 so vereint,
dass sie als Drehelement dienen, das vom Gehäuse 9 drehbar gehaltert bzw.
gelagert ist. Der Schwenkarm 62 erstreckt sich im wesentlichen
nach unten und ist an seinem unteren Ende mit einem im wesentlichen
vertikalen Schlitz 62a eingekerbt. Der Schwenkarm 62 ist
feststehend mit einem Druckstift 67 parallel zu der Steuerwelle 60 versehen.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist in dem mittleren Abschnitt 10 eine
longitudinale Steuerventilkammer 83 neben den Ölzirkulationsdurchgängen 71 und 72 gebohrt.
Ferner ist eine zylindrische Kammer 85 über der Steuerventilkammer 83 parallel
in den mittleren Abschnitt 10 gebohrt.
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Ein
Hydraulikkolben 84 ist in der Hydraulikkammer 85 des
mittleren Abschnitts 10 so angeordnet, dass er fluidmäßig angezogen
und hin und her verschiebbar in der Longitudinalrichtung darin angeordnet
ist, wodurch er einen Hydraulikzylinder 80 als Aktuator
für die
bewegliche Taumelscheibe 13 bildet. Damit dient der Hydraulikkolben 84 als
Antriebsteil des Hydraulikzylinders 80, und der mittlere
Abschnitt 10 dient als feststehender Abschnitt des Hydraulikzylinders 80,
d.h. als Zylindergehäuse
desselben. Der Hydraulikkolben 84 unterteilt die Zylinderkammer 85 in
eine vordere Ölkammer
C1 und eine hintere Ölkammer
C2, die mit der Steuerventilkammer 83 über jeweilige Auslassöffnungen 81 und 82,
die vertikal in dem mittleren Abschnitt 10 ausgebildet
sind, in Verbindung gebracht werden.
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Ein
Steuerventil 86 ist in der Steuerventilkammer 83 so
angeordnet, dass es in deren Longitudinalrichtung hin und her verschiebbar
ist. Das Steuerventil 86 besteht aus einem Paar diametral
großer Abschnitte 86a,
einem diametral kleinen Abschnitt 86b und einem funktionalen
Abschnitt 86c. Die diametral großen Abschnitte 86a sind
miteinander über die
diametral kleinen Abschnitte 86b verbunden und so ausgebildet,
dass sie beide Auslassöffnungen 81 und 82 gleichzeitig
verschließen.
Der Funktionsabschnitt 86c erstreckt sich von der Steuerventilkammer 83 zur
Außenseite
des mittleren Abschnitts 10 zu dem Schwenkarm 62 hin.
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Gemäß 4 und 5 ist
eine Einlassöffnung 87 in
den mittleren Abschnitt so gebohrt, dass die Austragsölöffnung 53 in
dem Versorgungspumpengehäuse 46 in
Verbindung mit der Steuerventilkammer 83 gesetzt wird.
Eine Einlassöffnung 87 ist so
positioniert, dass sie konstant gegenüber der Steuerventilkammer 83 zwischen
dem Paar diametral großer
Abschnitte 86a des Steuerventils 86 ungeachtet
des Betriebszustands des Steuerventils 86 geöffnet ist.
In dem Versorgungspumpengehäuse 46 ist ein
Widerstandsventil 88 in Verbindung mit dem Öldurchgang 54 zwischen
der Ölaustragsöffnung 53 und
der Einlassöffnung 87 vorgesehen.
Ferner ist in dem Versorgungspumpengehäuse 46 ein Druckminderungsventil 96 zum
Begrenzen des Hydraulikdrucks des Hydraulikzylinders 80 mit
dem Öldurchgang 54 an
der stromabwärtigen
Seite des Widerstandsventils 88 verbunden.
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Die
beiden gegenüberliegenden
Enden der Steuerventilkammer 86 sind gegenüber dem Ölsumpf der
ersten Kammer R1 im Gehäuse 9 offen,
so dass Öl
alternierend aus den Ölkammern
C1 und C2 über
die jeweiligen Auslassöffnungen 81 und 82 zu dem Ölsumpf abgeführt werden
kann.
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Ein
Rückkoppelungsabschnitt 84a ist
an einem Ende des Hydraulikkolbens 84 befestigt und steht
von dem mittleren Abschnitt 10 zu dem Schwenkarm 62 vor.
Der Hydraulikkolben 84 ist an der oberen Oberfläche des
longitudinal mittleren Abschnitts hiervon mit einer nach oben offenen
Ausnehmung 84b versehen. In den mittleren Abschnitt 10 ist eine Öffnung 10h nach
oben von der Ausnehmung 84b aus durchgebohrt. Die Öffnung 10h verlängert sich
in der Longitudinalrichtung des Hydraulikkolbens 84. Der
Boden der Ausnehmung 84b ist zu einer unteren Halbkugel
ausgebildet. Ein Kugelgelenk 89 mit einer sphärischen
Außenfläche, das
mit der Bodenform der Ausnehmung 84b zusammenpasst, ist
in die Ausnehmung 84b eingesetzt, um verschiebbar und drehbar
in einem fluiddichten Sitz am Boden der Ausnehmung 84b zu
sitzen.
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Neben
der Hydraulikpumpe 11 ist eine Lagerwelle 55,
die parallel zu den Achsen 50L und 50R ist, durch
die Seitenwand des Gehäuses 9 gelagert. Eine
Verbindungsstange 90 ist im wesentlichen vertikal neben
der Hydraulikpumpe 11 angeordnet und an ihrem vertikalen
Zwischenabschnitt an der Lagerwelle 55 angelenkt. Die Verbindungsstange 90 ist
an ihrem einen Endabschnitt mit einem Vorsprung 90a versehen,
der zu der Hydraulikpumpe 11 hin so vorsteht, dass er zwischen
einem Paar Vorsprüngen 13a,
die an einem Seitenabschnitt der beweglichen Taumelscheibe 13 vorgesehen
sind, in Eingriff steht. Der andere Endabschnitt der Verbindungsstange 90, der
sich allmählich
verengt, ist verschiebbar in ein axiales Durchgangsloch, das in
das Kugelgelenk 89 durch die Öffnung 10h des mittleren
Abschnitts 10 und die Ausnehmung 84b des Hydraulikkolbens 84 gebohrt
ist, eingesetzt. Die Hin- und Herbewegung des Hydraulikkolbens 84 wird über das
Kugelgelenk 89 und die Verbindungsstange 90 in
die Drehbewegung der beweglichen Taumelscheibe 13 umgewandelt.
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Eine
Verbindungsstange 100 ist im wesentlichen vertikal zwischen
den Schwenkarm 62 als Teil des oben erwähnten Drehelements und das
Steuerventil 86 eingefügt,
wodurch die Drehbewegung des Schwenkarms 62 in die Hin-
und Herbewegung des Steuerventils 86 umgewandelt wird.
Das heißt
ein Druckstift 101 ist an einem Endabschnitt (einem oberen
Endabschnitt) der Verbindungsstange 100 so vorgesehen,
dass er verschiebbar in den im Schwenkarm 62 ausgebildeten
Schlitz 62a eingesetzt ist, und der andere Endabschnitt
(ein unterer Endabschnitt) der Verbindungsstange 100 ist
dreh-/schwenkbar mit einem äußeren Ende
eines funktionalen Abschnitts 86c des Steuerventils 86 verbunden
und so angeordnet, dass sie an ihrem einen Endabschnitt (einem unteren
Endabschnitt) am äußersten
Ende des funktionalen Abschnitts 86c des Steuerventils 86 angelenkt ist.
Ein Zwischenabschnitt der Verbindungsstange 100 ist dreh-/schwenkbar
mit dem Rückkoppelungsabschnitt 84a des
Hydraulikkolbens 84 verbunden. Die Verbindungsstange 100 und
das oben erwähnte Drehelement
mit dem Schwenkarm 62 bilden einen Verbindungsmechanismus
für das
Betriebssteuerventil 86.
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Wie
in 4 gezeigt ist, wenn der Steuerhebel 61 sich
an seiner Neutralposition befindet, werden beide Auslassöffnungen 81 und 82 von
der Steuerventilkammer 83 durch das Steuerventil 86 geschlossen,
wodurch der Hydraulikkolben 84 in der Zylinderkammer 85 in Übereinstimmung
mit der Neutralposition der beweglichen Taumelscheibe 13 gehalten
wird.
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Aus
diesem neutralen Zustand wird der Steuerhebel 61 im Gegenuhrzeigersinn
zentriert um die Steuerwelle 60 gedreht. Die Steuerwelle 60 und
der Schwenkarm 62 werden zusammen mit dem Steuerhebel 61 gedreht.
Dann erreicht der Schwenkarm 62 die Position, wie sie in 6 gezeigt
ist, wobei der Druckstift 101 am oberen Endabschnitt der
Verbindungsstange 100 durch den Schwenkarm 62 gedrückt bzw.
geschoben wird, während
der Druckstift 101 an einem Ende (in 6 dem
linken Ende) des Schlitzes 62a anstößt. Der Hydraulikzylinder 80 wird in
der Neutralstellung gehalten, da die Auslassöffnungen 81 und 82 noch
geschlossen bleiben. Das heißt
der Hydraulikkolben 84 und der Rückkoppelungsabschnitt 84a werden
in ihren Ausgangsspositionen gemäß 4 gehalten.
Dementsprechend wird die Verbindungsstange 100 im Uhrzeigersinn
wie ein Schaukel oder Wippe (seesaw) gedreht, während ihr Verbindungspunkt
mit dem Rückkoppelungsabschnitt 84a als
Drehpunkt dient, so dass der untere Endabschnitt der Verbindungsstange 100 den
funktionalen Abschnitt 86c drückt, wodurch das Steuerventil 86 entgegengesetzt
zu dem oberen Endabschnitt der von dem Schwenkarm 62 gedrückten Verbindungsstange 100 bewegt
wird (in 6 nach links).
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Durch
Drücken
des Steuerventils 86 auf diese Weise mit menschlicher Kraft
wird die Einlassöffnung 87 in
Verbindung mit einer Auslassöffnung 82 gebracht,
so dass aus der Versorgungspumpe 45 ausgetragenes Öl in die Ölkammer
C1 der Zylinderkammer 85 eingespeist wird. Gleichzeitig
wird die andere Auslassöffnung 81 in
Verbindung mit der Ölkammer
C2 der Zylinderkammer 85 in Fluidverbindung mit der Steuerventilkammer 83 gebracht,
wodurch Öl in
der Ölkammer
C2 zu dem Ölsumpf
in der ersten Kammer R1 abgeführt
wird.
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Infolgedessen
wird, wie in 7 gezeigt ist, der Hydraulikkolben 84 druckbeaufschlagt,
um sich nach rechts zu bewegen (in die Bewegungsrichtung des unteren
Endes der Verbindungsstange 100), so dass die bewegliche
Taumelscheibe 13 in Verbindung mit dem Hydraulikkolben 84 über die
Verbindungsstange 90 im Gegenuhrzeigersinn zentriert um die
Lagerwelle 55 gedreht wird.
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Gemäß 7 bewegt
sich der Rückkoppelungsabschnitt 84a des
Hydraulikkolbens 84 ebenfalls nach rechts, so dass die
Verbindungsstange 100, die dreh-/schwenkbar an ihrem Zwischenabschnitt
mit dem Rückkoppelungsabschnitt 84a verbunden
ist, im Gegenuhrzeigersinn zentriert um den Druckstift 101 im
Schlitz 62a gedreht wird, so dass der funktionale Abschnitt 86a des
Steuerventils 86 nach rechts gezogen wird. Demgemäß wird das Steuerventil 86 so
bewegt, dass es beide Auslassöffnungen 81 und 82 wieder
verschließt.
Schließlich wird
der Hydraulikkolben 84 bis zu einem Grad bewegt, der dem
Drehgrad des Steuerhebels 61 entspricht, und anschließend schließt das Steuerventil 86 beide
Auslassöffnungen 81 und 82 vollständig, wodurch
der Hydraulikkolben 84 gestoppt wird. Folglich wird die
bewegliche Taumelscheibe 13 unter einem Winkel schräg gestellt,
der der Verlagerung des Hyraulikkolbens 84 entspricht,
um so die volumetrische Kapazität
der Hydraulikpumpe 11 zu variieren.
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Wie
oben erwähnt
wurde, wird durch Drehen des Steuerhebels 61 in der Longitudinalrichtung
des Fahrzeugs, so dass der Schwenkarm 62 um die Steuerwelle 60 herum
nach vorne oder hinten geschwenkt/gedreht wird, die Verbindungsstange 100 so
betätigt,
dass das Steuerventil 86 hin und her bewegt wird, so dass
einer der Auslassöffnungen 81 und 82 Öl zugeführt und
von der anderen (Auslassöffnung) Öl abgeführt wird,
wodurch der Hydraulikzylinder 80 zum Drehen der beweglichen
Taumelscheibe 13 betätigt
wird.
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Infolge
eines so strukturierten hydraulischen Servomechanismus mit dem Hydraulikzylinder 80 kann
menschliche Kraft, die auf den Steuerhebel 61 aufgebracht
werden muß (d.h.
das durch den Menschen betätigte
Geschwindigkeitsänderungs-Betriebselement
wie z.B. ein Geschwindigkeitsänderungspedal)
auf die Kraft verringert werden, die zum Schalten des Steuerventils 86 erforderlich
ist. Daher kann auch beim Fahren über längere Zeit ein Fahrzeug mit
dem IHT 1 dieser Ausführungsform
ohne Ermüdung
gefahren werden.
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Wie
in den 2, 4, 6 und 7 gezeigt
ist, ist zum Vorbelasten des Steuerhebels 61 zu seiner
Neutralposition eine Exzenterwelle 66 feststehend durch
die Seitenwand des oberen Gehäuseteils 9t gehaltert,
so dass sie sich parallel zu dem Druckstift 67 am Schwenkarm 62 im
Gehäuse 9 erstreckt.
Eine Neutral-Rückholfeder 65 ist
um die Steuerwelle 60 im Gehäuse 9 herum angeordnet. Beide
Endabschnitte der Neutral-Rückholfeder 65 kreuzen
einander und erstrecken sich so, dass sie den Druckstift 67 und
die Exzenterwelle 66 sandwichartig umfassen, wie in 4 gezeigt
ist, wenn sich der Steuerhebel 61 in der Neutralposition
befindet.
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Wenn
der Steuerhebel 61 zum Ändern
der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs gedreht wird, drückt der
Druckstift 67 auf einen der beiden Endabschnitte der Neutral-Rückholfeder 65 von
dem anderen weg, der von der Exzenterwelle 66 gehalten wird,
wie in 6 und 7 gezeigt ist. Damit wird eine
Federkraft in der Neutral-Rückholfeder 65 erzeugt,
wobei der Raum zwischen den beiden Endabschnitten hiervon erweitert
wird, so dass der Steuerhebel 61 zu seiner Neutralposition
vorbelastet wird, die durch die feststehende Exzenterwelle 66 festgelegt
ist. Wenn die menschliche Betätigungskraft
vom Steuerhebel 61 abläßt, wird
dann der Stift 67 von dem einen Endabschnitt der Neutral-Rückholfeder 65 mit
deren Federkraft gedrückt
und in Kontakt mit dem anderen Endabschnitt der Neutral-Rückholfeder 65 gebracht.
Somit wird der Steuerhebel 61 zusammen mit dem Druckstift 67,
dem Schwenkarm 62 und der Steuerwelle 60 zu seiner
Neutralposition zurückgeführt und
dort durch die Neutral-Rückholfeder 65 gemäß 4 gehalten,
so dass die bewegliche Taumelscheibe 13 in ihre Neutralposition
zurückgeholt
und dort gehalten wird.
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Übrigens
steht die Exzenterwelle 66 aus dem Gehäuse 9 so nach außen vor,
dass sie zu einem Gewindestift ausgebildet ist, um den eine Mutter 66a zum
Befestigen der Exzenterwelle 66 zusammen mit dem oberen
Gehäuseteil 9t vorgesehen
ist. Durch Drehen der Exzenterwelle 66 und optimales Positionieren
der Mutter 66a werden die Neutralpositionen des Schwenkarms 62,
der Verbindungsstange 100 und des Steuerventils 86 eingestellt
bzw. angepasst, wodurch die bewegliche Taumelscheibe 13 in
einer geeigneten Neutralposition eingestellt wird.
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Fachleute
werden erkennen, dass die vorstehende Beschreibung eine bevorzugte
Ausführungsform
der offenbarten Vorrichtung ist, und dass verschiedene Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang
der beigefügten
Ansprüche
abzuweichen.