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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Drehfluiddruckvorrichtungen
des Typs, in welchen ein Gerotorradsatz typischerweise als der Fluidverdrängungsmechanismus
dient, und genauer bezieht sie sich auf derartige Vorrichtungen,
die mit der Fähigkeit
zu mehreren Drehzahlverhältnissen
(Mehrfachverdrängung)
versehen sind. Darüber
hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein verbessertes
Verfahren zur Steuerung des Umschaltens (zwischen unterschiedlichen
Drehzahlverhältnissen) einer
derartigen Vorrichtung mit mehreren Drehzahlen.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung auf vorteilhafte Weise für Vorrichtungen
verwendet werden kann, die über
andere Fluidverdrängungsmechanismen
als Gerotorradsätze
verfügen
(wie z.B. Radialkolben- und
Nockenvorrichtungen), eignet sich die vorliegende Erfindung besonders
für eine
Verwendung mit Vorrichtungen, die Gerotorradsätze verwenden, weshalb sie
in Zusammenhang damit beschrieben werden wird. Darüber hinaus
ist die vorliegende Erfindung besonders für solche Vorrichtungen geeignet,
die während
des größten Teils
ihres Betriebszyklus als Motoren dienen, und die Erfindung wird
im Zusammenhang damit beschrieben werden.
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Motoren,
die Gerotorradsätze
benutzen, können
in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, wobei eine der
allgemeineren Anwendungen der Fahrzeugantrieb ist und wobei das
Fahrzeug eine motorbetriebene Pumpe aufweist, die unter Druck stehendes
Fluid zu einem Fahrzeughydraulik-Antriebskreis führt, und ein Paar Gerotormotoren einschließt, wobei
jeder Motor (typischer-, jedoch nicht notwendigerweise) einem der
Antriebsräder
zugeordnet ist. Für
den Fachmann versteht sich, dass viele Gerotormotoren einen Walzengerotorradsatz verwenden,
und insbesondere in größeren Motortypen
mit höheren
Drehmomenten, die typischerweise in Antriebsanwendungen verwendet
werden, und die nachfolgenden Bezüge auf einen "Gerotor" verstehen sich dahingehend,
dass sowohl ein konventioneller Gerotor wie ein Walzengerotor eingeschlossen wird.
Für die
Zwecke dieser Erfindung kann der "Gerotor" entweder einen IGR (intern erzeugter
Rotor) oder einen EGR (extern erzeugter Rotor) aufweisen, wobei
beide Rotoren dem Fachmann inzwischen allgemein wohlbekannt sind.
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Gerotormotoren
mit mehreren Drehzahlen sind aus den US-Patentschriften 4 480 971,
6 068 460 und 6 099 280 bekannt, die alle auf den Anmelder der vorliegenden
Erfindung übertragen
sind. Die Vorrichtung aus US-4 480 971 wird kommerziell weit verbreitet
verwendet und verfügt über eine
allgemein zufrieden stellende Leistungsfähigkeit, während in jüngerer Zeit die Vorrichtungen
von US-6 068 460 und US-6 099 280 ebenfalls kommerziell benutzt werden.
Wie für
den Fachmann wohlbekannt kann ein Gerotormotor als eine Vorrichtung
mit einem Mehrfach-Drehzahlverhältnis
(Mehrfachverdrängung)
betrieben werden, indem eine Ventilanordnung bereitgestellt wird,
die auf effektive Weise Fluid zwischen sich ausdehnenden und sich
zusammenziehenden Fluidvolumenkammern des Gerotorradsatzes "umwälzen" kann. Während der
Einlassanschluss mit sämtlichen
sich ausdehnenden Volumenkammern kommu niziert und alle sich zusammenziehenden
Volumenkammern mit dem Auslassanschluss in Verbindung stehen, wird
der Motor in dem normalen (LSHT)-Modus bzw. einem Modus mit niedriger
Drehzahl und hohem Drehmoment betrieben. Wenn ein Teil des Fluids
von bestimmten der sich zusammenziehenden Volumenkammmern (die "Umwälz"-Kammern) zurück zu den
sich ausdehnenden Volumenkammern umgewälzt wird, besteht die Folge in
einem Betrieb in einem (HSLT)-Modus bzw. einem Modus mit hoher Drehzahl
und niedrigem Drehmoment. Der HSLT-Modus erbringt das gleiche Resultat, wie
wenn die Verdrängung
des Gerotorradsatzes verringert werden würde, jedoch mit der gleichen
Fluiddurchflussrate durch den Gerotor.
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Die
Gerotormotoren mit mehreren Drehzahlen, die gemäß den oben genannten Patenten
angefertigt sind und kommerziell von dem Anmelder der vorliegenden
Erfindung vertrieben werden, arbeiten sowohl in dem LSHT- wie in
dem HSLT-Modus äußerst zufriedenstellend.
Allerdings ist beobachtet worden, dass wenn der Motor von einem
Modus in den anderen Modus (und insbesondere von dem HSLT-Modus
zu dem LSHT-Modus) umgeschaltet wird, unmittelbar dann eine Tendenz
zum Auftreten einer Kavitation in dem Gerotorradsatz besteht, wenn ein
Umschalten von einem Modus in den anderen auftritt. Während des
Umschaltens von dem HSLT- in den LSHT-Modus erhöht sich die effektive "Verdrängung" des Motors, während die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Pumpendurchfluss mindestens kurzfristig
allgemein konstant bleiben. Somit wird der Gerotorradsatz plötzlich auf
eine Geschwindigkeit "verlagert", die einer momentanen
Fluiddurchflussrate entspricht, welche höher als diejenige Rate ist,
die die Pumpe unmittelbar bereitstellen kann.
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Die
Umwälzfluidvolumenkammern
weisen die größte Tendenz
zu einer Kavitation auf, da dort eine größere Restriktion in dem Umwälzströmungsweg
als in den Strömungswegen
von und zu denjenigen Volumenkammern vorliegt, die normal (ohne Umwälzung) betrieben
werden. Wie für
den Fachmann wohlbekannt bewirkt eine innerhalb eines Fluidverdrängungselements
wie z.B. einem Gerotorradsatz auftretende Kavitation wesentliche
unerwünschte
Geräusche
und kann schließlich
auch zu einer Beschädigung
des Verdrängungsmechanismus
führen. Typischerweise
hält die
Kavitation an, bis das Fahrzeug auf eine Geschwindigkeit verlangsamt
wird, bei der die Pumpenströmung
die Drehzahl (Verlagerung) des Gerotorradsatzes in dem Motor "einholt".
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Ein
weiteres Problem, das in Verbindung mit dem Verfahren des Umschaltens
(und wiederum insbesondere von dem HSLT-Modus in den LSHT-Modus)
beobachtet worden ist, besteht darin, dass wenn das Umschalten an
einem Fahrzeug zu schnell ausgeführt
wird, beispielsweise bei einem Fahrzeug, das eine Ladung bewegt,
eine Tendenz besteht, dass sich die Ladung aufgrund ihres Impulses
selbst dann weiter bewegt, wenn sich das Fahrzeug verlangsamt. Somit
besteht die potentielle Gefahr des Verlustes mindestens eines Teils
der Ladung. Schließlich
ist bei mehreren Gelegenheiten beobachtet worden, dass ein abruptes
Verlangsamen des Fahrzeugs zu einem Schleudern des Fahrzeugs führt, was
bei mehrfacher Wiederholung wiederum einen übermäßigen Reifenverschleiß bewirken
kann.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Dementsprechend
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung
einer verbesserten fluiddruckbetätigten
Vorrichtung mit einem Mehrfachdrehzahlverhältnisvermögen, bei der das Schalten von
einem Modus in den anderen zu keiner wesentlichen Kavitation und
Geräuschbildung führt.
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Eine
spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der
Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zum Steuern des Schaltens
einer fluiddruckbetätigten
Vorrichtung mit mehreren Drehzahlverhältnissen, wobei das Schalten
ohne irgendein wesentliches Auftreten der oben beschriebenen beim
Stand der Technik bestehenden Probleme vollzogen wird.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines verbesserten Verfahrens zur Steuerung des Umschaltens einer
fluiddruckbetätigten
Vorrichtung mit mehreren Drehzahlverhältnissen, wobei jeder unterschiedliche
Typ an Schaltvorgang auf eine Weise bewerkstelligt werden kann,
die sich für
diesen jeweiligen Umschaltvorgang am besten eignet.
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Die
obigen und weitere Aufgaben der Erfindung werden durch die Bereitstellung
eines verbesserten Verfahrens zur Steuerung des Umschaltens einer
fluiddruckbetätigten
Vorrichtung mit mehreren Drehzahlverhältnissen zwischen einem ersten
Drehzahlverhältnis
und einem zweiten Drehzahlverhältnis gelöst, wobei
die Vorrichtung einen Fluiddruckverdrängungsmechanismus umfasst,
der eine Mehrzahl von sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden
Fluidvolumenkammern ausbildet. Eine Motorventilanordnung ist betätigbar,
um eine Fluidverbindung zu und von den Fluidvolumenkammern in dem ersten
Drehzahlverhältnis
herzustellen. Eine Schiebeventilanordnung ist zur Bewerkstelligung
des ersten Drehzahlverhältnisses
in einem ersten Zustand sowie in einem zweiten Zustand betätigbar,
um das zweite Drehzahlverhältnis
durch ein Miteinanderverbinden einer Mehrzahl der Volumenkammern
als Umwälzvolumenkammern
zu bewerkstelligen. Das Verfahren weist den Schritt des Umschaltens
der Schiebeventilanordnung zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand
in Ansprechen auf Änderungen in
einem Pilotdrucksignal zwischen einem ersten Druck und einem zweiten
Druck auf.
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Das
verbesserte Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksteuerventil
in Fluidverbindung mit einer Quelle von unter Druck stehendem Fluid
bereitgestellt wird, wobei das Drucksteuerventil betätigbar ist,
das Pilotdrucksignal zu der Schiebeventilanordnung in Ansprechen
auf Änderungen
eines elektrischen Befehlssignals zwischen einem ersten Signal und
einem zweiten Signal zu übertragen. Wenn
ein Umschalten in den zweiten Zustand befohlen wird, beinhaltet
das Verfahren eine Veränderung des
elektrischen Befehlssignals von dem ersten Signal zu dem zweiten
Signal über
einen ersten Zeitraum T1. Wenn ein Umschalten in den ersten Zustand
befohlen wird, beinhaltet das Verfahren eine Veränderung des elektrischen Befehlssignals
von dem zweiten Signal zu dem ersten Signal über einen zweiten Zeitraum
T2 hinweg, wobei T2 größer als
T1 ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Axialschnitt eines Gerotormotors mit niedriger Drehzahl und
hohem Drehmoment von dem Typ, für
welchen das verbesserte Steuerverfahren der vorliegenden Erfindung
anwendbar ist.
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2 ist
ein Hydraulikschema des gesamten Steuersystems zum Schalten des
in 1 illustrierten Gerotormotors.
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3 ist
eine etwas schematische Ansicht, die den schaltbaren Gerotormotor
illustriert, der das verbesserte Steuerverfahren der vorliegenden
Erfindung verwenden kann, wobei sich der Motor in dem LSHT-Modus
befindet.
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4 ist
eine etwas schematische Ansicht ähnlich
wie 3, die den Gerotormotor in dem HSLT-Modus illustriert.
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5 ist
ein Graph, der sowohl das Eingangssignal von dem Fahrzeugführer wie
das Befehlssignal für
das Drucksteuerventil gemäß dem verbesserten
Steuerverfahren der vorliegenden Erfindung illustriert, wobei beide
Signale als eine Funktion der Zeit dargestellt sind.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Nun
auf die Zeichnungen Bezug nehmend, welche die Erfindung nicht einzugrenzen
beabsichtigen, illustriert 1 einen
allgemein mit 10 bezeichneten Gerotormotor vom Ventil-in-Stern-("VIS")-Typ mit niedriger
Drehzahl und hohem Drehmoment (LSHT), der im Allgemeinen gemäß der auf
den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragenen Patentschrift US-A-5
211 551 angefertigt ist. Im Einzelnen ist der in 1 dargestellte
Gerotormotor 10 ein Motor mit mehreren Drehzahlverhältnissen,
der gemäß den oben
erwähnten
US-Patentschriften 6 068 460 und 6 099 280 angefertigt ist. Allerdings
versteht sich, dass sich die vorliegende Erfindung nicht auf einen
VIS-Gerotormotor begrenzt, und wie im Abschnitt "Hintergrund der Erfindung" erwähnt begrenzt sich
die Erfindung noch nicht einmal auf Vorrichtungen, die ausschließlich vom
Gerotortyp sind, sondern sie wird lediglich durch das in den beiliegenden
Ansprüchen
spezifisch angeführte
Maß begrenzt.
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Der
in 1 dargestellte VIS-Motor 10 umfasst eine
Mehrzahl von Abschnitten, die z.B. durch eine Mehrzahl von Bolzen 11 aneinander
befestigt werden, wobei in 1 nur ein
Bolzen, in den 3 und 4 jedoch
alle Bolzen dargestellt sind. Der Motor umfasst eine Endkappe 13,
eine Abstandsplatte 15, eine Umschaltplatte 17 (die
auch als eine "Auswahlplatte" bezeichnet werden
kann), eine stationäre Ventilplatte 19,
einen allgemein mit 21 bezeichneten Gerotorradsatz, eine
Ausgleichsplatte 22 und ein vorderes Lagergehäuse 23,
das eine Abtriebswelle 25 drehbar abstützt. Die Endkappe 13 bildet
einen Fluideinlassanschluss 13a und einen Fluidauslassanschluss 13b aus
(die einer vereinfachten Darstellung halber zwar in 1 nicht
dargestellt sind, jedoch in den Schemata der 2, 3 und 4 gezeigt werden).
Wie für
den Fachmann auf dem Gebiet von Motoren wohlbekannt wird, wenn der
Anschluss 13a zu dem Auslassanschluss und der Anschluss 13b zu dem
Einlassanschluss wird, die Drehrichtung der Abtriebswelle 25 umgekehrt.
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Der
ebenfalls in den 3 und 4 gezeigte
Gerotorradsatz 21 ist beim Stand der Technik wohlbekannt
und wird in den oben erwähnten
Patenten ausführlicher
illustriert und beschrieben, weshalb er hier nur kurz erläutert werden
wird. Der Gerotorradsatz 21 weist ein innenverzahntes Ringbauteil 27 auf,
das eine Mehrzahl von allgemein halbzylindrischen Öffnungen
ausbildet, wobei ein zylindrisches Walzenbauteil 29 in
jeder der Öffnungen
angeordnet ist und als die Innenzähne des Ringbauteils 27 fungiert.
Innerhalb des Ringbauteils 27 ist exzentrisch ein außenverzahntes
Sternbauteil 31 angeordnet, das typischerweise einen Außenzahn
weniger als die Anzahl der Innenzähne oder Walzen 29 aufweist,
wodurch es ermöglicht
wird, dass das Sternbauteil 31 relativ zu dem Ringbauteil 27 umläuft und
sich dreht. Die Umlauf- und
Drehbewegung des Sterns 31 innerhalb des Rings 27 bildet
eine Mehrzahl von Fluidvolumenkammern 33 aus, die zu jedem
gegebenen Zeitpunkt jeweils entweder eine sich ausdehnende Fluidvolumenkammer 33E oder
eine sich zusammenziehende Fluidvolumenkammer 33C ist.
Wie für den
Fachmann auf dem Gebiet von Gerotoren wohlbekannt befindet sich
zu jedem gegebenen Zeitpunkt ebenfalls eine der Volumenkammern in
einem Zustand eines "Übergangs" zwischen einem sich
ausdehnenden und einem sich zusammenziehenden Zustand. In der vorliegenden
Ausführungsform
und lediglich beispielshalber liegen insgesamt neun Volumenkammern 33 vor.
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Immer
noch hauptsächlich
auf 1 Bezug nehmend bildet der Stern 31 eine
Mehrzahl von geraden Innenkeilzähnen
aus, die mit einem Satz balliger Außenkeilzähne 35 in Eingriff
stehen, welche um ein Ende einer Hauptantriebswelle 37 herum
ausgebildet sind. An dem gegenüberliegenden
Ende der Antriebswelle 37 ist ein weiterer Satz balliger
Außenkeilzähne 39 angeordnet,
der dazu ausgelegt ist, mit einer Mehrzahl von geraden Innenkeilzähnen, die durch
die Abtriebswelle 25 ausgebildet sind, in Eingriff zu stehen.
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Immer
noch hauptsächlich
auf 1, jedoch nun auch in Zusammenhang mit den 3 und 4 Bezug
nehmend, wird das Sternbauteil 31 zusätzlich etwas ausführlicher
beschrieben werden. In der vorliegenden Ausführungsform und lediglich beispielshalber
weist der Stern 31 eine Baugruppe aus zwei getrennten Bereichen
einschließlich
eines Hauptsternbereichs 41, der die Außenzähne des Sterns beinhaltet,
und eines Einsatzes bzw. Steckteils 43 auf. Der Hauptbereich 41 und
der Einsatz 43 wirken zur Ausbildung der verschiedenen
Fluidzonen, -durchläse
und -anschlüsse
zusammen, die in den oben genannten Patenten ausführlich beschrieben
sind, weshalb sie hier nicht weiter ausführlich erörtert werden. Das Sternbauteil 31 bildet
eine zentrale Verteilerzone 45 aus, die durch eine Endfläche 47 ausgebildet
wird, welche in einem gleitenden Dichteingriff mit einer benachbarten
Oberfläche 49 der
stationären
Ventilplatte 19 steht.
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Die
Endfläche 47 des
Sterns 31 bildet einen Satz Fluidanschlüsse 51 aus, die jeweils
mittels eines durch den Einsatz 43 ausgebildeten Fluiddurchlasses 53 mit
der Verteilerzone 45 in kontinuierlicher Fluidverbindung
stehen. Weiterhin bildet die Endfläche 47 einen Satz
Fluidanschlüsse 55 auf,
die alternierend zu den Fluidanschlüssen 51 angeordnet
sind und wobei sich jeder der Fluidanschlüsse 55 radial nach
ihnen erstreckt und sich zu einer (nur in 3 dargestellten) äußeren Verteilerzone 57 hin öffnet, welche
die zentrale Verteilerzone 45 umgibt. Die stationäre Ventilplatte 19 legt
eine Mehrzahl von stationären
Ventildurchlässen 59 fest,
wobei in 1 nur einer dieser Durchlässe dargestellt
ist. Wenn das Sternbauteil 31 umläuft und sich dreht, tritt jeder
der durch den Einsatz 43 ausgebildeten Fluidanschlüsse 51 und 55 in
eine kommutierende Fluidverbindung mit jedem der stationären Ventildurchlässe 59,
wodurch alternierend Hochdruckfluid zu jeder Volumenkammer 33 geführt wird,
während
diese eine sich ausdehnende Volumenkammer 33E ist, und
anschließend
wird Niederdruckfluid von jeder Volumenkammer 33 aufgenommen,
während
diese eine sich zusammenziehende Volumenkammer 33C ist.
Die gerade beschriebene Ventilanordnung ist für den Fachmann auf dem Gebiet
von Gerotormotoren wohlbekannt und sie ist ausführlicher in den oben genannten
Patentschriften illustriert und beschrieben, wobei im folgenden
und in den beiliegenden Ansprüchen
auf diese Anordnung als die "Motorventilanordnung" Bezug genommen wird,
d.h. diejenige Ventilanordnung, die den grundlegenden normalen Betrieb des
Motors bewerkstelligt.
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Nun
hauptsächlich
auf die 3 und 4, jedoch
auch in gewissem Umfang auf die 1 und 2 Bezug
nehmend, wird diejenige Anordnung, durch die der Motor 10 der
vorliegenden Erfindung einen Betrieb mit mehreren Drehzahlverhältnissen
bewerkstelligt, beschrieben werden. Der Motor 10 umfasst
eine Schiebeventilspule 61 die wie in 2 schematisch
dargestellt durch eine Druckfeder 63 zu einem ersten Zustand
hin vorgespannt wird, der in 3 dargestellt
ist und bei dem sich der Motor 10 in seinem normalen Betriebsmodus
mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment befindet ("LSHT-Modus"). Wie schematisch
in 2 dargestellt und wie in 1 ersichtlich,
ist jede Volumenkammer des Motors, die im Umwälzbetrieb arbeiten soll (und
die daher auch als eine "Umwälzvolumenkammer 33R" bezeichnet wird),
durch ihren jeweiligen stationären Ventildurchlass 59 mittels
eines Fluiddurchlasses 65 mit der Schiebeventilspule 61 verbunden.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den 3 und 4 jeder "Durchlass" 65 schematisch
tatsächlich
als zwei getrennte Durchlässe
erscheint, wobei ein Durchlass zwischen der Schiebeventilspule 61 und
dem Sternanschluss (51 oder 55) und der andere
Durchlass zwischen der Schiebeventilspule 61 und der Umwälzvolumen 33R vorliegt.
Für die
Zwecke der nachfolgenden Beschreibung und der beiliegenden Ansprüche wird
jedoch jedes derartige "Paar" lediglich als "der Durchlass 65" beschrieben.
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In
dem LSHT-Modus von 3 befindet sich die Schiebeventilspule 61 in
einer Position, die jeden der Durchlässe 65 von den anderen
Durchlässen 65 und
weiterhin jeden Fluiddurchlass 65 von einer "Quelle" von Umwälzfluid
isoliert, wobei die Quelle allgemein mit "67" gekennzeichnet ist. Wie für den Fachmann
auf dem Gebiet von Zweigeschwindigkeitsmotoren mittlerweile wohlbekannt
kann die Quelle 67 einfach der Einlassanschluss 13a sein
(siehe 3), und in dem Fall eines bidirektionalen Motors
könnte
die Quelle 67 auch mit dem anderen Anschluss 13b verbunden
werden (wenn der Anschluss 13b als der Einlassanschluss
fungiert). Somit wird eine gewisse Art von Wechselventilanordnung,
die allgemein mit 69 gekennzeichnet ist, vorgesehen, sodass
derjenige der Anschlüsse 13a oder 13b,
der bei dem höheren
Druck liegt, in Fluidverbindung mit dem Fluiddurchlass steht, der
die Quelle 67 aufweist. Die mit der Quelle 67 und
der Schiebeventilspule 61 in Verbindung stehenden strukturellen
und betrieblichen Einzelheiten sind für den Fachmann mittlerweile
wohlbekannt und für
die vorliegende Erfindung nicht wesentlich, weshalb sie hier nicht
weiter beschrieben werden.
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Nun
hauptsächlich
auf die 2 und 4 Bezug
nehmend kann die Schiebeventilspule 61 entgegengesetzt
zu der Kraft der Druckfeder 63 durch ein Drucksignal 71 umgeschaltet
werden, das von einer Quelle von unter Druck stehendem Fluid wie
z.B. einer Systemladepumpe 73 übertragen wird. Der Fluidstrom
von der Ladepumpe 73 zu der Schiebeventilspule 61 wird
durch ein Druckminderungs-("Drucksteuer")-Ventil 75 gesteuert,
dessen spezifische Konstruktion und betriebliche Einzelheiten für die vorliegende
Erfindung nicht wesentlich sind, und die, da sie jenseits des Rahmens
der vorliegenden Erfindung liegen, hier nicht weiter beschrieben
werden. Es ist ausreichend festzuhalten, dass das Druckminderungsventil 75 den
als das Drucksignal 71 übertragenen
Druck steuern kann, um die Schiebeventilspule 61 von der
schematisch in 2 (und in 3)
dargestellten Position zu der in 4 gezeigten
Stellung zu verschieben. Die Position der Schiebeventilspule 61 beinhaltet
in 4 einen zweiten Zustand, der einem Betriebsmodus
des Motors 10 mit hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment
entspricht ("HSLT-Modus"). In dem HSLT-Betriebsmodus
befindet sich die Schiebeventilspule 61 in einer derartigen Position,
dass jeder der Fluiddurchlässe 65 in
offener Verbindung mit der Quelle 67 und somit in Verbindung
mit jedem der anderen Durchlässe 65 steht. Wenn
sich die drei Umwälzvolumen 33R ausdehnen und
zusammenziehen, fließt
das Fluid lediglich entlang den Volumenkammern 33R hin
und her, sowie durch die Fluiddurchlässe 65 und die Quelle 67.
Das bislang Beschriebene steht in kommerzieller Verwendung und ist
daher mittlerweile allgemein wohlbekannt.
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Nun
hauptsächlich
auf 2 in Zusammenhang mit 1 Bezug
nehmend liegt in Fluidverbindung mit dem Ausgang der Ladepumpe 73 stehend eine
Fluidleitung 81 vor, die in Verbindung mit dem Fluideinlass
eines magnetbetätigten
Steuerventils 83 steht. Das Steuerventil 83 wird
durch eine Druckfeder 85 zu einem/einer "Normal"-Modus bzw. -Position ("N") hin vorgespannt, in dem/der das Steuerventil 83 eine
Fluidleitung 89 mit einem Systemreservoir R verbindet.
Das Steuerventil 83 kann von seinem in 2 dargestellten
normalen Modus "N" durch einen elektromagnetischen
Magnetabschnitt 87 zu einem/einer Schaltmodus bzw. -position
("S") auf eine Weise
umgeschaltet werden, die im folgenden beschrieben werden wird. Befindet
sich das Steuerventil 83 in dem Schaltmodus "S", wird unter Druck stehendes Fluid von
der Fluidleitung 81 zu dem (ebenfalls in 1 dargestellten)
Fluiddurchlass 89 übertragen,
der mit dem Motor 10 an einer (lediglich in 1 gezeigten)
Befestigung 91 in Fluidverbindung steht.
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Nun
auf die 1 und 2 Bezug
nehmend ist ersichtlich, dass das vordere Lagergehäuse 23 eine
ringförmige
Kammer 93 ausbildet, und dass eine Mehrzahl von axialen
Fluiddurchlässen 95 in
einer offenen Verbindung mit der Kammer 93 steht, wobei
jeder Umwälzvolumenkammer 33R einer
der Durchlässe 95 zugeordnet
ist. Somit liegen in der vorliegenden Ausführungsform und lediglich beispielshalber
drei axiale Durchlässe 95 vor
(was schematisch in 2 dargestellt ist). Es sollte
sich verstehen, das für
ein vollständiges
Erreichen der Vorzüge der
vorliegenden Erfindung der Fluiddurchlass 89 im Stande
sein sollte, mit mindestens jeder der Umwälzvolumenkammern 33R zu
kommunizieren, jedoch liegt die Möglichkeit, dass der Fluiddurchlass 89 mit allen
Volumenkammern 33 (in dieser Ausführungsform mit allen neun Kammern)
kommunizieren kann, ebenfalls im Rahmen der Erfindung.
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Vorzugsweise
werden der Motor 10 und somit das in 2 dargestellte
Steuersystem gemäß der Anmeldung
US-SN. 10/282 633 vom 29.10.2002 für Michael W. Barto, Mark D.
Schuster, John B. Heckel und Marvin L. Bernstrom mit dem Titel "Anti-Cavitation System
For Two-Speed Motors" angefertigt, die
auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen ist. Angesichts dieser
Anmeldung werden bestimmte Aspekte des in 2 dargestellten
Steuersystems hier nur kurz beschrieben werden, um den erforderlichen
Hintergrund für
die Beschreibung der vorliegenden Erfindung zu bilden.
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Nun
hauptsächlich
auf 2 Bezug nehmend wird, wenn sich das Steuerventil 83 in
dem Schaltmodus "S" befindet, unter
Druck stehendes Fluid von der Ladepumpe 73 durch den Fluiddurchlass 89 übertragen,
um das Fluid in mindestens den Umwälzvolumenkammern 33R (welche
in 4 dargestellt sind) zu ergänzen. Somit strömt das unter Druck
stehende Fluid in dem Durchlass 89 durch die ringförmige Kammer 93 und
jeden der axialen Fluiddurchlässe 95,
wodurch der jeweiligen umgewälzten Umwälzvolumenkammer 33R zusätzliches
Fluid zugeführt
wird. Das Steuerventil 83 befindet sich lediglich dann
in dem Schaltmodus "S", wenn ein Bedarf besteht,
dass Ergänzungsfluid
zu diesen Fluidvolumenkammern, die die Umwälzvolumenkammern 33R waren; übertragen
werden soll, bis der Motor von dem HSLT-Modus in den LSHT-Modus
umgeschaltet wird.
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Zur
ausschließlichen
Zufuhr des Ergänzungsfluids
in demjenigen Fall, wenn dies wirklich erforderlich und nützlich ist,
wird ein in 2 dargestellter Positionssensor 99 betriebsfähig mit
der Schiebeventilspule 61 verbunden, der ein Signal 101 bereitstellt,
welches als ein "Änderungserfassungs"-Signal bezeichnet
werden kann, da es eine Änderung
in dem Status bzw. der Richtung von dem LSHT-Modus zu dem HSLT-Modus
(oder umgekehrt) anzeigt. Das Signal 101 wird zu einer
Motorsteuerlogik übertragen,
die in 2 schematisch dargestellt und mit 103 bezeichnet
ist. Die Steuerlogik 103 empfängt das Änderungserfassungssignal 101,
und wenn der Zustand des Signals 101 (z.B. Strom, Betriebsart usw.)
angibt, dass die Schiebeventilspule 61 zwischen Modi schaltet
(besonders wenn sie von dem HSLT- in den LSHT-Modus schaltet), überträgt die Steuerlogik 103 ein
geeignetes Befehlssignal 105 zu dem Magnetabschnitt 87 des
Steuerventils 83 und schaltet es von seinem normalen Modus "N" in seinen Schaltmodus "S" um. Somit befindet sich das Steuerventil 83 nur
dann in dem Schaltmodus "S", wenn sich die Schiebeventilspule 61 zwischen
den HSLT- und LSHT-Betriebsmodi verändert. Allerdings ist der Positionssensor 99 optional,
und die Position der Umschaltspule 61 könnte auf der Basis der Kenntnis
der Beziehung zwischen Kraft und Ablenkung der Druckfeder 63 sowie
auf dem Umstand, dass das Pilotdrucksignal 71 "befohlen" und somit bekannt
ist, bloß angenommen
(berechnet) werden.
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Immer
noch auf 2 Bezug nehmend umfasst das
dort dargestellte Steuersystem ein Umschaltmodul 107 einschließlich eines
Umschalthebels 109, mittels dessen der Fahrzeugführer manuell zwischen
dem LSHT-Modus (durchgezogene Linien in der Figur) und dem HSLT-Modus
(gestrichelte Linien) auswählen
kann. Die Stellung des Umschalthebels 109 bestimmt eine
gewisse Charakteristik (z.B. Spannung, Strom oder relative Einschaltdauer
usw.) eines elektrischen Eingangssignals 111, das von dem
Umschaltmodul 107 zu der Motorsteuerlogik 103 übertragen
wird. Wie am besten in 5 ersichtlich kann das allgemein
mit 111 bezeichnete Eingangssignal entweder aus einem Signal 111A bestehen,
durch welches befohlen wird, dass der Motor 10 von dem
LSHT-Modus in den HSLT-Modus "hoch"-geschaltet wird,
oder aus einem Signal 111B, durch welches angeordnet wird,
dass der Motor von dem HSLT-Modus
zurück
in den LSHT-Modus "herunter"-geschaltet wird.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wann immer der Umschalthebel 109 von
einem Modus (entweder LSHT oder HSLT) zu dem anderen Modus bewegt
wird, die Veränderung
in dem Eingangssignal 111 (von 111A und 111B,
oder umgekehrt) auf geeignete Weise von der Motorsteuerlogik 103 registriert,
die ein elektrisches Befehlssignal 113 erzeugt. Das Befehlssignal 113 wird
zu einem Magnetabschnitt 115 des Druckminderungs-(Drucksteuer)-Ventils 75 übertragen.
Für den Fachmann
sollte sich verstehen, dass die strukturellen und betrieblichen
Einzelheiten des Drucksteuerventils 75 keine wesentlichen
Merkmale der vorliegenden Erfindung bilden. Statt dessen besteht
die einzige Notwendigkeit darin, dass das Ventil 75 das Pilotdrucksignal 71 in
Ansprechen auf Änderungen
in dem elektrischen Eingangssignal 113 zwischen einem ersten
Signal-"Pegel" (entsprechend dem
Eingangssignal 111A) und einem zweiten Signal-"Pegel" (entsprechend dem
Eingangssignal 111B) variieren kann, was nachfolgend ausführlicher
illustriert und beschrieben werden wird.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
und lediglich beispielshalber umfasst die Motorsteuerlogik 103 einen
mobilen Vickers-Verstärker
mit der Bauteilenummer "731-F16
10 EN39". In dem
Verstärker
ist ein Mikrocontroller eingeschlossen, der von Microchip Technology
kommerziell vertrieben wird und die Bezeichnung "PIC 16C711-I/P" aufweist. Die Software für eine Anpassung
des Verstärkers
an die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung muss natürlich spezifisch
für die
jeweilige Anwendung und das jeweilige Fahrzeug geschrieben werden,
was nun ausführlicher
beschrieben werden wird.
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Im
Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung des Schaltsteuerverfahrens
der vorliegenden Erfindung sollte sich verstehen, dass in der vorliegenden
Ausführungsform
die Amplitude des in 5 allgemein mit 113 bezeichneten
Befehlssignals im Wesentlichen proportional zu dem durch das Drucksteuerventil 75 übertragenen
Pilotdrucksignal 71 ist. Eine derartige Proportionalität ist zwar
kein wesent liches Merkmal der Erfindung, wird jedoch teilweise deshalb
bevorzugt, um eine Visualisierung des Betriebs und der Auswirkung
des Schaltsteuerverfahrens der Erfindung zu erleichtern.
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Gemäß einem
der Vorteile der Erfindung sei darauf hingewiesen, dass vorzugsweise
die in der Motorsteuerlogik 103 integrierte Software bestimmte Werte
einschließen
würde,
die entweder von einer Fahrzeuganwendung zu der nächsten variiert
werden könnten
(und als ein "konstanter
Wert" eingestellt
werden würden),
oder die von der Logik während
des Betriebs des Fahrzeugs (als ein "variabler Wert") ausgelesen werden würden. Ein
Beispiel für einen "konstanten Wert" könnte das
Fahrzeuggewicht oder ein bestimmter anderer von dem Abnehmer bevorzugter
Betriebsparameter sein. Ein Beispiel für einen "variablen Wert" wäre
die momentane Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Es wird davon ausgegangen,
dass es sich für
den Fachmann auf dem Gebiet von Fahrzeugen und Motoren mit mehreren Geschwindigkeiten
versteht, dass ein Verfahren zur Steuerung des Umschaltens eines
Motors mit mehreren Geschwindigkeiten derartige Faktoren und Parameter
wie z.B. das Fahrzeuggewicht und die Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigen
sollte. Ebenfalls wird davon ausgegangen, dass es an Hand der vorliegenden
Beschreibung im Vermögen
des Fachmanns liegt, die diversen anderen Konstanten und Variablen
für ein
bestimmtes Fahrzeug, die in der Software der Steuerlogik 103 eingeschlossen
werden sollten, auszuwählen,
um ein optimales Schalten dieses jeweiligen Fahrzeugs zu bewerkstelligen.
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Nun
hauptsächlich
auf 5 Bezug nehmend wird, wenn der Fahrzeugführer den
Umschalthebel 109 von der in 2 dargestellten
Position zu der HSLT-Position bewegt, das Eingangssignal 111A zu
der Steuerlogik 103 übertragen.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird, wenn das Eingangssignal 111A von der Steuerlogik 103 empfangen
worden ist, das Befehlssignal von einem "Minimal"-Signal 113B zu einem "Startsignal" 113B verändert. Wie
in 5 ersichtlich vollzieht sich die Änderung
von dem Minimalsignal 113A zu dem Startsignal 113B ziemlich schnell,
sodass nahezu unmittelbar das Drucksignal 71 auf einen
Druck ansteigt, welcher der Kraft der Feder 63 in etwa
entspricht oder leicht darunter liegt. Mit anderen Worten wird die
Schiebeventilspule 61 schnell in einen Zustand gebracht,
von dem aus unmittelbar das Schalten in den HSLT-Modus ausgelöst werden
kann.
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Anschließend variiert
die Steuerlogik 103 das Befehlssignal 113 von
dem Startsignal 113B zu einem "Maximal"-Signal 113C, das einem Maximaldrucksignal 71 entspricht
und für
eine vollständige Bewerkstelligung
des Umschaltens des Motors 10 von dem LSHT-Modus zu dem
HSLT-Modus erforderlich ist. In den beiliegenden Ansprüchen kann
das Startsignal 113B das erwähnte "erste Signal" sein, während das Maximalsignal 113C das
erwähnte "zweite Signal" ausbilden kann.
Lediglich beispielshalber könnte
das Drucksignal 71 nun auf ungefähr den "Lade"-Druck
ansteigen, der in vielen Fahrzeugantriebssystemen in dem Bereich
von etwa 400 psi bis zu etwa 500 psi liegen könnte. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung verwendet die Steuerlogik 103 die verschiedenen
in die Software integrierten Variablen und Konstanten, um die Änderung des
Drucksignals 71 und somit das Umschalten in den HSLT-Modus
innerhalb desjenigen Zeitraums zu bewerkstelligen, der für die jeweilige
Fahrzeuganwendung als optimal erachtet wird (in 5 als "T1" dargestellt). Obgleich
in 5 der Übergang
von dem Startsignal 113B zu dem Maximalsignal 113C (der
als das "Auframpen" bezeichnet wird)
als eine lineare Änderung
dargestellt ist, versteht sich für
den Fachmann, dass dies für
die Erfindung nicht wesentlich ist und dass jede Art von nicht linearem
oder teilweise linearem Übergang
verwendet werden kann. Beispielsweise kann die "Verstärkung" des Übergangs aus Steuerungs- und
Stabilitätsgründen halber
langsam beginnen und sich dann zu dem Maximalsignal 113C hin
beschleunigen.
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Lediglich
beispielshalber im Zusammenhang mit der Entwicklung der vorliegenden
Erfindung wurde die Steuerlogik 103 für eine Verwendung mit einem
Zweigeschwindigkeitsmotor programmiert, der in einem Kompaktlader
mit einem Gewicht von ungefähr
8000 pound installiert wurde. Die Zeit T1 für den Übergang von dem Startsignal 113B zu
dem Maximalsignal 113C (von dem LSHT-Modus zu dem HSLT-Modus)
wurde auf zwischen etwa 1,0 und etwa 1,5 s eingestellt.
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Wenn
zu einem gewissen Zeitpunkt während des
Betriebs des Fahrzeugs der Fahrzeugführer bestimmt, dass ein Herunterschalten
von dem HSLT-Modus zurück
zu dem LSHT-Modus geeignet ist, bewegt der Fahrzeugführer den
Umschalthebel 109 zurück
zu der in 2 dargestellten LSHT-Position.
Die Bewegung des Umschalthebels 109 führt dazu, dass sich das Eingangssignal
von dem Signal 111A zurück
in das Signal 111B verändert.
In Ansprechen auf die Veränderung
in dem Eingangssignal (von 111A zu 111B) verringert
die Steuerlogik 103 das Befehlssignal rasch von dem Maximalsignal 113C zu
einem "oberen" Signal 113D,
das ausgewählt
wird, um die wahrscheinliche Hysterese des Systems zu berücksichtigen
und um die Schiebeventilspule 61 in einen Zustand zu bringen,
in der sich die Spule zwar immer noch in dem Umwälzmodus befindet, jedoch gerade
an dem Rückkehrpunkt
zu der in 2 gezeigten Position. Es sollte
sich verstehen, dass eine Reduzierung des Befehlssignals von dem Pegel
des Maximalsignals 113C zu dem Pegel des oberen Signals 113D vor
einer Durchführung
des nächsten
Steuerschritts für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung optional ist.
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Nachdem
das Drucksignal 71 auf einen Druck entsprechend dem oberen
Signal 113D reduziert worden ist, verwendet die Steuerlogik 103 danach
gemäß einem
sehr wichtigen Aspekt der Erfindung die in die Software integrierten
Variablen und Konstanten, um das Befehlssignal von dem oberen Signal 113D auf
eine Weise zu einem "unteren" Signal 113E zu
verändern,
die für
die jeweilige Fahrzeuganwendung optimal ist. In den beiliegenden
Ansprüchen
kann das obere Signal 113D das "zweite Signal" ausmachen, während das untere Signal 113E das
erwähnte "erste Signal" (mit Bezug auf ein
Schalten in den "ersten
Zustand") bildet.
Wie in 5 ersichtlich wird der Übergang (der als das "Abrampen" bezeichnet wird)
von dem oberen Signal 113D zu dem unteren Signal 113E über einen
Zeitraum T2 hinweg bewerkstelligt, der vorzugsweise größer als die
Zeit T1 für
das Auframpen ist. In der vorliegenden Ausführungsform und lediglich beispielshalber
wurde die Zeit T2 für
den Übergang
(Abrampen) von dem oberen Signal 113D zu dem unteren Signal 113E (von
dem HSLT-Modus zu dem LSHT-Modus) auf zwischen etwa 1,5 und etwa
3,0 s in der Steuerlogik 103 eingestellt, die beispielshalber
in Verbindung mit dem oben erwähnten
Kompaktlader verwendet wurde.
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Aus 5 ist
ersichtlich, dass das untere Signal 113E ungefähr dem Startsignal 113B entspricht (was
ein Grund dafür
ist, dass beide Signale in den beiliegenden Ansprüchen als
das "erste Signal" bezeichnet werden
können),
und somit ist an dem Ende des Abrampens das Drucksignal 71 erneut
ungefähr gleich
wie (oder möglicherweise
etwas geringer als) die Kraft der Feder 63, um die Rückstellung
der Schiebeventilspule 61 auf die schematisch in 2 dargestellte
Position sicherzustellen. Nachdem das Befehlssignal über die
Zeit T2 für
das Abrampen auf das untere Signal 113E verringert worden
ist, kann es auf Wunsch rasch weiter hinab auf ungefähr den Pegel
des Minimalsignals 113A reduziert werden, um sicherzustellen,
dass die Schiebeventilspule 61 in der in 2 dargestellten
nicht umgewälzten
Position verbleibt.
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Für den Fachmann
auf dem Gebiet der Steuertechnik versteht sich, dass obgleich der
Graph von 5 die Signale 111 und 113 bezüglich ihres Stroms
darstellt, die verschiedenen oben beschriebenen Rampenvorgänge auch
bezüglich
ihrer Spannung quantifiziert werden könnten. Jedoch sind die Signale
bezüglich
ihres Stroms dargestellt worden, um den Bedarf nach einem Ausgleich
von Systemvariablen wie z.B. der Temperatur der Spule in dem Magnetabschnitt 115 zu
vermeiden.
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Die
Erfindung ist in der obigen Beschreibung ausführlich erläutert worden, und es wird davon
ausgegangen, dass sich für
den Fachmann an Hand dieser Beschreibung verschiedene Abänderungen
und Modifikationen der Erfindung ergeben. Es ist beabsichtigt, dass
sämtliche
derartigen Abänderungen und
Modifikationen in der Erfindung eingeschlossen sind, sofern sie
in den Rahmen der beiliegenden Ansprüche fallen.