DE69403887T2

DE69403887T2 - Gangschaltungsvorrichtung für einen Hydraulikmotor nach dem Schrägscheibenprinzip

Info

Publication number: DE69403887T2
Application number: DE69403887T
Authority: DE
Inventors: Young-Bog Ham; Hyong-Eui Kim
Original assignee: Korea Institute of Machinery and Metals KIMM
Current assignee: Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2014-12-29
Also published as: US5687631A; EP0661478A1; ATE154677T1; KR970002532B1; DE69403887D1; JPH07259719A; EP0661478B1; KR950019254A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Geschwindig keits- bzw. Drehzahländerungsvorrichtung für eine zweistufige Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsänderung eines Hydraulikmotors nach dem Schrägscheibenprinzip, die aus einer Schrägscheibe, einem Verschiebekolben und einem Steuerventil besteht und in der der Winkel der Schrägscheibe sogar während der Drehung des Hydraulikinotors verändert werden kann, so daß der erforderliche Durchsatz pro Umdrehung (Verdrängungsvolumen) bei zwei Stufen verändert werden kann.
Ein Hydraulikmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der US-A-2478481 enthalten. Die Schrägscheibe ist an zwei separaten, in dem Ventilgehäuse angeordneten Drehbolzen montiert.
Leichtbauweise und hohe Drehzahlen bzw. Geschwindkeiten werden in der hydraulischen Laufmaschine gefordert, die üblicherweise einen Achskolbenhydraulikmotor, ein Bremsventil und ein Reduktionsgetriebe enthält. Für diesen Zweck wird die Anzahl der Komponenten verringert oder die Drehzahl mit dem gleichen Durchsatz verdoppelt.
In dem Fall eines Hydraulikmotors mit fester Leistung wird die von der Pumpe gelieferte Fluidmenge begrenzt; die maximale Drehzahl ist daher durch die maximale Auslaßströmung des dem Hydraulikmotor zugeführten Hydraulikfluids bestimmt. Um die maximale Drehzahl in dem Fall zu erhalten, in dem das angelegte Drehmoment bei dem maximalen Durchsatz nicht groß ist, wird daher eine Drehzahländerungsvorrichtung verwendet, die den erforderlichen Durchsätz pro Umdrehung (Verdrängungsvolumen) des Hydraulikmotors verringern kann.
In dem Fall des Achskolbenhydraulikmotors nach dem Schrägscheibenprinzip wird, um das ausgeschlossene Volumen zu verändern, eine Drehzahländerungsvorrichtung aufgenommen, die den Kolbendurchmesser, den Kolbenteilkreisdurchmesser des Kolbenkörpers oder die Anzahl der Kolben verändern kann. Es gibt jedoch dahingehend ein Problem, daß diese Drehzahländerungsvorrichtungen während der Drehung des Hydraulikmotors nicht angetrieben werden können.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, die oben beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Technik zu überwinden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehzahländerungsvorrichtung für einen Hydraulikinotor nach dem Schrägscheibenprinzip zu schaffen, in der Schrägscheiben mit verschiedenen Winkeln sogar während der Drehungen des Hydraulikmotors unter Verwendung von Schrägscheibenverschiebekolben und von Steuerventilen bewegt werden können und bei der die Anzahl der Komponenten verringert ist.
Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Die abhängigen Ansprüche 2 - 5 definieren bevorzugte Ausführungsformen.
Die obige Aufgabe und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit bezug auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher, in denen:
Figur 1 eine Schnittansicht ist, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 2 den Hydraulikkreislauf zum Schalten der Steuerventile veranschaulicht;
Figur 3 einen Betätigungszustand eines Steuerkolbens für ein Steuerventil veranschaulicht, in der:
Figur 3A einen Zustand der geschalteten&sub1; ersten Drehzahl veranschäulicht;
und
Figur 3B einen Zustand der geschalteten, zweiten Drehzahl veranschaulicht;
Figur 4 verschobene Zustände der Schrägscheiben veranschaulicht, in denen:
Figur 4A einen Zustand der geschalteten, ersten Drehzahl veranschaulicht;
und
Figur 4B einen Zustand der geschalteten, zweiten Drehzahl veranschaulicht;
Figur 5 die Form der Schrägscheibe veranschaulicht, in der:
Figur 5A eine Perspektivansicht,
Figur 5B eine Seitenansicht von links und
Figur 5C eine Vorderansicht ist; und
Figur 6 die wirksame Kraft, die an die Schrägscheiben angelegt ist, und ihre Positionen veranschaulicht.
Figur 1 ist eine Schnittansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, in der die Drehzahländerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bei dem herkömmlichen Hydraulikmotor angewendet wird. Der Aufbau der vorliegenden Erfindung wird in bezug auf Figur 1 beschrieben.
Es ist ein Gehäuse 17 vorgesehen, das wie folgt aufgebaut ist. Dies bedeutet, es enthält ein Einsetz- bzw. Einbauloch zum Einsetzen bzw. Einbauen eines Fixierstiftes 7, der das gleichzeitige Drehen der Schrägscheibe 1 aufgrund des Reibungsdrehmoments von neun Gleitschuhen 10 verhindert, die die Gleit- und Drehbewegungen auf der schrägen Fläche einer Schrägscheibe 1 und die hin- und hergehenden Bewegungen innerhalb einer zylindrischen Trommel 12 durchführen. Das Gehäuse enthält weiter einen Gewindebereich, der an dem oben erwähnten Loch ausgebildet ist, um das Ausschieben des Fixierstiftes aufgrund des Innendrucks des Gehäuses zu verhindern. Weiterhin ist ein Ölring 8 an einer beliebigen Position angebracht, an der der Fixierstift 7 in dem Gehäuse 17 eingebettet ist; damit wird das Auslaufen von Öl durch den Gewindebereich des Fixierstiftes 7 während der Drehung des Hydraulikmotors verhindert. Weiterhin ist am unteren Abschnitt der Schrägscheibe 1 ein Aufnahmeloch 6 in der Richtung der Verschiebung der Schrägscheibe ausgeforint, um den Fixierstift 7 aufzunehmen, ohne auf das Verschieben der Schrägscheibe 1 einzuwirken.
Weiterhin muß das Gehäuse 17 mit einer zylindrischen Bohrung versehen sein, um einen Kolben 3 zum Verschieben der Schrägscheibe 1 aufzunehmen. In dem Fall, in dem ein Ölring beim Verschiebekolben 3 verwendet wird, ist die Genauigkeit der zylindrischen Bohrung nicht streng begrenzt. In dem Fall jedoch, in dem eine mechanische Dichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder angebracht ist, muß der Innendurchmesser der zylindrischen Bohrung äußerst genau sein, wobei der Durchmesser des Verschiebekolbens 3 in Betracht gezogen werden muß, um das Abfallen und die Leckage beim Verschiebedruck zu verhindern. Es ist kein separates Hydraulikdruckversorgungsrohr für die Zuführung des Hydraulikfluids in den Zylinder, sondem ein Hydraulikdruckversorgungsrohr (in Figur 1 nicht gezeigt) an der Innenwandung des Gehäuses 17 für die Leichtbauweise des Hydraulikmotors angebracht. Somit wird ein Hydraulikfluid von einem Vorsteuerventil zur Steuerung der zweiten Drehzahl intermittierend geliefert, das auf einer Abdeckung hinten im Hydraulikmotor angebracht ist.
Figur 2 veranschaulicht einen Hydraulikkreislauf zum Schalten der Steuerventile. Figur 3 veranschaulicht einen Betätigungszustand eines Steuerkolbens eines Steuerventils und Figur 4 verschobene Zustände der Schrägscheiben. Die Beschreibung der Abschnitte, die dem herkömmlichen Hydraulikkreislauf entsprechen, werden ausgelassen und es werden nur die Hydraulikkreisläufe beschrieben, die die Steuerventile der vorliegenden Erfindung (die Steuerventile enthalten eine Vorsteuerleitung 14, einen Steuerkolben 15 und eine Druckfeder 16) und den Schrägscheibenverschiebekolben 3 steuern. Ferner wird ebenfalls ihre Wirkungsweise beschrieben.
Um die zweite Drehzahl zu steuern, ist ein Steuerventil erforderlich; dieses Steuerventil ist integral mit dem Laufmotor vorgesehen. Das Steuerventil funktioniert wie folgt. Dies bedeutet, daß, wenn der Laufmotor während seinem Betrieb zur zweiten Drehzahl geschalten werden muß, ein Teil des Druckfluids, das an den Laufmotor geliefert wird, intermittierend an den Zylinder des Schrägscheibenverschiebekolbens 3 geliefert wird. Wenn diese Versorgungsverbindung realisiert ist, strömt das Fluid des Zylinders aus und dieser ist mit einem äußeren Entleerungsrohr für das Innere des Gehäuses 17 verbunden.
Das Steuerventil enthält: ein Loch zum Aufnehmen des Steuerkolbens 15 innerhalb der hinteren Abdeckung des Motors, eine mit einem Hydraulikdurchsatzweg verbundene Druckversorgungsleitung 13, die das Hydraulikfluid an den Motor liefert, eine Vorsteuerleitung 14 für das Aufnehmen äußerer Vorsteuerdräicksignale und eine Druckfeder 16, die an der Seite angebracht ist, die zu der Seite entgegengesetzt liegt, an - der der äußere Vorsteuerdruck wirkt. Wenn das Hydraulikfluid an die Anschlüsse A oder B geliefert wird, bewegt sich ein Bremshauptsteuerkolben nach links und rechts, so daß das Hydraulikfluid der Anschlüsse A oder B an das Druckversorgungsrohr geliefert wird. Wenn der Druck auf das Innere der Vorsteuerleitung 14 wirkt, erreicht der Druck wegen der Wirkung des Druckes des Vorsteuerventiles zur Steuerung der zweiten Drehzahl unter dieser Bedingung anschließend die linke Seitenfläche des Steuerkolbens 15. Wie in Figur 3B gezeigt ist, bewegt sich folglich der Steuerkolben nach links und der Innendruck der Druckversorgungsleitung 13 geht durch den Steuerkolben 15 hindurch, um das Innere des Zylinders des Schrägscheibenverschiebekolbens 3 zu erreichen. Als Ergebnis wird die Schrägscheibe 1 verschoben, so daß die zweite, schräge Fläche (4B) die Wandungsfläche des Gehäuses 17 berührt. Folglich wird der Zustand aus Figur 4B realisiert (ein Zustand der geschalteten, zweiten Drehzahl).
Um auf die erste Drehzahl zu verschieben, wird anschließend, wenn das Drucksignal des Vorsteuerventiles für die zweite Drehzahl getrennt wird, der Druck der Vorsteuerleitung 14 gesenkt, so daß sich die Druckfeder ausdehnt. Unter dieser Bedingung gelangt der Steuerkolben 15 in den Zustand aus Figur 3A; das Hydraulikfluid des Schrägscheibenverschiebezylinders fließt in das Gehäuse 17, um zu einem äußeren Entleerungsanschluß DR entleert zu werden. Zu demselben Zeitpunkt kehrt die Schrägscheibe 1 zurück, um einen großen Neigungswinkel Θ1 zu bilden, der dem ursprünglichen Zustand entspricht, mit dem Ergebnis, daß der Zustand aus Figur 4A realisiert wird (ein Zustand der geschalteten, ersten Drehzahl).
Die Schrägscheibe 1 der vorliegenden Erfindung setzt sich wie folgt zusammen. Dies bedeutet, daß, wie es in Figur 5 gezeigt ist, eine zylindrische Umrandung 5 zwischen 5 einer ersten, schrägen Fläche 4a, die einen großen Neigungswinkel Θ1 bildet, und einer zweiten, schrägen Fläche 4b, die einen kleinen Neigungswinkel Θ2 bildet, vorgesehen ist, um den Kontakt mit dem Gehäuse 17 gleichmäßig herzustellen. Damit das Verschieben der Schrägscheibe 1 nicht behindert wird, hat weiter die Seite eine gewölbte Fläche 9, so daß die Schrägscheibe 1 Gleitbewegungen entlang der Innenwandungsfläche des Gehäuses 17 durchführt.
Beim Verschieben der Schrägscheibe 1 zur zweiten Drehzahl sind der Durchmesser des Schrägscheibenverschiebekolbens 3 und die Position des Kolbens von Bedeutung. Dies wird unten in bezug auf Figur 6 beschrieben.
Der Durchmesser des Kolbens hängt eng mit der Kolbenkraft Fc zusammen, die beim Verschiebevorgang der Schrägscheibe angelegt ist. Ein Verschiebedrehmoment T1 zum Verschieben der Schrägscheibe 1 ist gleich der Kolbenkraft Fc (die das Verschieben der Schrägscheibe bewirkt) mal einem Abstand a zwischen der Verschiebekolbenmitte und der Verschiebemitte. Ein Drehmoment T2, das das Verschieben der Schrägscheibe 1 hemmt, wird dem Drehmoment T1 angepaßt. Das Drehmoment T2 ist gleich der resultierenden Kraft FR der neun Kolben (in dem Fall, daß neun Kolben für den Hydraulikmotor verwendet werden), um die zylindrische Trommel 12 zu drehen, multipliziert mit einem Abstand b zwischen der Mitte der Hauptwelle des Hydraulikmotors und der Verschiebemitte.
Wenn das Schrägscheibenverschiebedrehmoment T1 verglichen mit dem Drehmoment T2, das sich aus den resultierenden Kräften der neun Kolben ergibt, zu groß ist, wird die Schrägscheibe unter dieser Bedingung verkehrt herum angeordnet, wobei das Ende der Schrägscheibe 1 die Drehmitte ist. Dies ergibt ein überverschiebendes Drehmoment T3; dieses Drehmoment T3 ist gleich der Kolbenkraft Fc (die das Verschieben der Schrägscheibe bewirkt) multipliziert mit einem Abstand (a+c) zwischen der Mitte des Schrägscheibenverschiebekolbens 3 und dem Endpunkt der kreisförmigen Schrägscheibe 1. Und ein überverschiebendes Widerstandsdrehmoment T4 ist gleich der resultierenden Kraft FR der neun Kolben multipliziert mit einem Abstand (b+c) zwischen der Mitte der Hauptantriebswelle des Hydraulikmotors und dem Endpunkt der kreisförmigen Schrägscheibe 1.
Dies bedeutet, daß, wenn die Schrägscheibe 1 nicht verkehrt herum angeordnet, sondern beständig verschoben werden soll, das Drehmoment T1 größer als das Drehmoment T2 und das Drehmoment T3 kleiner als das Drehmoment T4 sein muß. Dies bedeutet, daß die folgende Beziehung erfüllt sein muß. T2< T1 und T3< T4, d.h. (FRxb)< (Fcxa), {Fcx(a+c)}< {FRX(b+c)}.
Wenn FR, b und a auf der Grundlage der Bedingung (FRxb)< (Fcxa) bestimmt worden sind, kann so anschließend Fc bestimmt werden, und es kann so der Durchmesser des Schrägscheibenverschiebekolbens 3 bestimmt werden. Weiter sind Fc und a auf der Grundlage der Beziehung (FCX(a+b)}< {FRX(b+c)} bestimmt worden; es kann so c bestimmt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben ist, sind die Schrägscheibe, die Schrägscheibenverschiebekolben und die Steuerventile integral mit dem herkömmlichen Hydraulikmotor vom Typ mit fest angebrachter Schrägscheibe vorgesehen. Deshalb kann ein Hydraulikmotor mit Leichtbauweise realisiert werden und das ausgeschlossene Volumen kann sogar während dem Betrieb des Hydraulikmotors verändert werden, so daß Drehzahländerungen während dem Drehen des Hydraulikmotors mit derselben Fluidmenge realisiert werden können. Somit wird die Wirkungsweise des Hydraulikmotors verändert.

Claims

1. Hydraulikmotor nach dem Schrägscheibenprinzip mit einer Geschwindigkeits- bzw. Drehzahländerungsvorrichtung mit:

einem Gehäuse (17);

einer Schrägscheibe (1);

einer zylindrischen Trommel (12) mit einer Vielzahl von Kolben (11), die an die Schrägscheibe (1) anstoßen, wobei sich die zylindrische Trommel (12) um eine erste Achse dreht;

einem Verschiebekolben (3), der in einen Zylinder eingefügt ist, welcher innerhalb des Gehäuses (17) ausgeformt ist, um die Schrägscheibe (1) transversal zu der ersten Achse zu verschieben;

einem Steuerventil, das eine Vorsteuerleitung (14), einen Steuerkolben (15) und eine Druckfeder (16) für das Betätigen des Schrägscheibenverschiebekolbens (3) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägscheibe (1) aufweist:

eine zylindrische Umrandung (5), die mit einer Bodenwandung des Gehäuses in Verbindung steht, um die Schrägscheibe (1) verschiebbar zu stützen; und ein Aufnahmeloch (6) zum Aufnehmen eines Fixierstiftes (7), der an einer Seitenwandung des Gehäuses (17) angebracht ist, um ein Blockierungsdrehen der Schrägscheibe (1) um die erste Achse herum zu verhindern.

2. Hydraulikmotor nach dem Schrägscheibenprinzip gemäß Anspruch 1, bei dem die zylindrische Umrandung (5) der Schrägscheibe (1) zwischen einer ersten, schrägen Fläche (4a) und einer - zweiten, schrägen Fläche (4b) vorgesehen ist, und bei dem die Seiten der Schrägscheibe (1) gewölbt sind.

3. Hydraulikmotor nach dem Schrägscheibenprinzip gemäß Anspruch 2, bei dem das Aufnahmeloch (6) eine Ausnehmung ist, die an einer zweiten, schrägen Fläche (4b) der Schrägscheibe (1) entlang einer zur ersten Achse parallelen Richtung ausgeformt ist, wobei sich der Fixierstift (7) entlang der Rille bewegt, wenn die Schrägscheibe (1) verschoben wird.

4. Hydraulikmotor nach dem Schrägscheibenprinzip gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Steuerventil eine Druckversorgungsleitung (13) aufweist, die mit einem zu dem Motor führenden Hydraulikdurchsatzweg und mit einem Loch, das den Steuerkolben (15) innerhalb einer Motorabdeckung aufnimmt, verbunden ist, und wobei die Vorsteuerleitung (14) angeordnet ist, um äußere Vorsteuerdruckignale zu empfangen, und wobei die Druckfeder (16) an einer Seite angebracht ist, die zur Seite entgegengesetzt liegt, an der der Vorsteuerdruck wirkt.

5. Hydraulikmotor nach dem Schrägscheibenprinzip gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Durchmesser und die Position des Schrägscheibenverschiebekolbens (3) so bestimmt werden, daß: das Drehmoment (Fcxa), das von dem Schrägscheibenverschiebekolben (3) um die zylindrische Umrandung (5) ausgeübt wird, um die Schrägscheibe (1) zu verschieben, größer als das Verschiebedrehmoment (FRxb) ist, das von der Vielzahl der Kolben (11) der zylindrischen Trommel um die zylindrische Umrandung (5) ausgeübt wird, und das das Verschieben der Schrägscheibe (1) hemmt; und daß das Drehmoment (Fcx(a+c)), das durch den Schrägscheibenverschiebekolben (3) um den Endpunkt der Schrägscheibe diametral entgegengesetzt zu dem Schrägscheibenverschiebekolben ausgeübt wird, geringer ist, als das Drehmoment (FRX(b+c)), das durch die Vielzahl der Kolben (11) der zylindrischen Trommel um den Endpunkt ausgeübt wird.