SK50072010A3 - Hydraulická prevodovka - Google Patents

Abstract

Hydraulická prevodovka pozostáva z hydraulického čerpadla (1) s nasávacími a výtlačnými prvkami (3,4) hydraulicky prepojeného s hydromotorom (2), kde v hydraulickom čerpadle (1) sú radiálne priehradky (5) umiestnené v osovom strede vonkajšieho prstencového telesa (7) hydraulického čerpadla (1) a kde dutý rotujúci piest (8) je pripojený na vstupný hriadeľ (9). Pritom vonkajšie prstencové teleso (7) je meniteľne uložené proti vstupnému hriadeľu (9) s kladnou až zápornou excentricitou. Dutý rotujúci piest (8) obsahuje axiálne vybrania alebo utesňovací mechanizmus na vedenie radiálnych priehradiek (5). V hydromotore (2) sú radiálne priehradky (5‘) uložené v osovom strede vonkajšieho prstencového telesa (7‘) hydromotora (2) a dutý rotujúci piest (8‘) je pripojený na výstupný hriadeľ (10). Pritom vonkajšie prstencové teleso (7‘) je pevne s maximálnou exentricitou uložené proti výstupnému hriadeľu (10) alebo vonkajšie prstencové teleso (7‘) je meniteľne uložené proti výstupnému hriadeľu (10) s maximálnou až minimálnou excentricitou. Dutý rotujúci piest (8‘) obsahuje axiálne vybrania alebo utesňovací mechanizmus na vedenie radiálnych priehradiek (5‘). Vonkajšie prstencové teleso (7) hydraulického čerpadla (1) je posuvne uložené medzi dvoma paralelnými plochými čelami (6) a vonkajšie prstencové teleso (7‘) hydromotora (2) je buď posuvne, alebo je pevne uložené medzi dvoma paralelnými plochými čelami (6‘).

Description

Predstavovaný vynález sa týka usporiadania hydraulickej prevodovky. Vynález spadá z hľadiska výroby do oblasti strojárenstva najmä do konštrukcie hydraulických prevodoviek.

Doterajší stav techniky

Zo stavu techniky je známe veľké množstvo typov a konštrukcií prevodoviek na zmenu otáčiek a krútiaceho momentu. Všeobecne známe sú mechanické prevodovky, kde prenos krútiaceho momentu a otáčky sa prenášajú cez sústavu ozubených kolies. Tieto prevodovky môžu byť manuálne ale aj automatické.

Ďalšiu kategóriu prevodoviek tvoria prevodovky hydrodynamické a hydromechanické. Podstatou konštrukcie hydrodynamických prevodoviek je „pružné“ spojenie klasickej prevodovej skrine cez hydrodynamický menič. Hydrodynamický menič sa skladá z čerpadla a turbíny s olejovou náplňou. Motor je spojený s čerpadlom. Z turbíny sa krútiaci moment prenáša do prevodovej skrine.

Dosiaľ všetky známe typy hydraulických čerpadiel s vystredeným rotujúcim segmentom a lopatkami osadzované aj do hydrodynamických meničov majú konštrukciou, kde ich lopatky smerujú do stredu vystredeného rotujúceho segmentu. Tým sa mení uhol dotyku týchto lopatiek na vnútorné steny statora, čo je nevýhodné z hľadiska utesnenia týchto lopatiek voči vnútornej stene statora. Ďalšou nevýhodou je ten fakt, že sa vysúvaním a zatláčaním lopatky mení jej hĺbka zasunutia alebo vysunutia, ktorá je zvyčajne na vnútorné steny statora dotláčaná pružinami.

Taktiež firma HONDA sa prezentovala hydraulickou prevodovkou HFT aplikovanou v motorke DN - 01. Táto hydraulická prevodovka obsahuje axiálne piestikové čerpadlo ovládané pevnou výkyvnou kulisou a axiálny piestikový hydromotor ovládaný ale už prestaviteľnou výkyvnou kulisou. Takáto koncepcia hydraulickej prevodovky má však svoje technické obmedzenia. Nevýhodou je aj ich vysoká cena a zložitá konštrukcia.

Stav techniky však registruje aj slovenský patent č. 287199, v ktorom lopatky hydraulického rotačného čerpadla s excentrický uloženým vnútorným rotačným segmentom smerujú už do osi statora. Táto nová konštrukcia hydraulického rotačného čerpadla podľa vyššie uvedeného patentu evokovala ku vzniku novej konštrukcie hydraulickej prevodovky s lepšími technickými parametrami jednoduchej konštrukcie s minimálnym počtom súčiastok, a najmä s vyššou tesnosťou statora a súčasťami rotora. Výsledkom tohto úsilia je ďalej opisované technické riešenie v predloženom vynáleze.

Podstata vynálezu

Vyššie uvedené nedostatky sú odstraňované kinematickým usporiadaním hydraulickej prevodovky podľa vynálezu, ktorej podstata spočíva v tom, že pozostáva z hydraulického čerpadla s nasávacími a výtlačnými prvkami hydraulicky prepojeného s hydromotorom. Pritom v hydraulickom čerpadle sú rotujúce radiálne priehradky umiestnené v osovom strede vonkajšieho prstencového telesa hydraulického čerpadla. Dutý rotujúci piest je pripojený na vstupný hriadeľ. Vonkajšie prstencové teleso hydraulického čerpadla je meniteľne uložené voči vstupnému hriadeľu s kladnou až zápornou excentricitou. Záporná excentricita uloženia vonkajšieho prstencového telesa hydraulického čerpadla a kladná excentricita uloženia vonkajšieho prstencového telesa hydromotora dovoľuje prenos krútiaceho momentu a súhlasný smer otáčania na vstupe a výstupe hydraulickej prevodovky. Záporná a kladná excentricita sú terminologický relatívne a recipročné. Kladná excentricita uloženia vonkajšieho prstencového telesa hydraulického čerpadla a kladná excentricita uloženia vonkajšieho prstencového telesa hydromotora dovoľuje prenos krútiaceho momentu a nesúhlasný smer otáčania na vstupe a výstupe hydraulickej prevodovky. Napokon nulová excentricita uloženia vonkajšieho prstencového telesa hydraulického čerpadla nedovolí prenos krútiaceho momentu a tak pri otáčkach na vstupe hydraulickej prevodovky sú na výstupe hydraulickej prevodovky otáčky nulové. Toto riešenie hydraulickej prevodovky tak dovoľuje konštrukciu pohonnej jednotky bez nutnosti spojky. Taktiež plní funkciu parkovacej brzdy. Dutý rotujúci piest obsahuje pozdĺžne vybrania alebo utesňovací mechanizmus pre radiálne vedenie rotujúcich priehradiek. Obdobne v hydromotore sú radiálne priehradky umiestnené v osovom strede vonkajšieho prstencového telesa hydromotora. Dutý rotujúci piest hydromotora je pripojený na výstupný hriadeľ, pričom vonkajšie prstencové teleso hydromotora je pevne s maximálnou excentricitou uložené voči výstupnému hriadeľu. Alebo alternatívne je vonkajšie prstencové teleso hydromotora meniteľne uložené voči výstupnému hriadeľu s maximálnou až minimálnou excentricitou. Dutý rotujúci piest hydromotora taktiež obsahuje pozdĺžne vybrania alebo utesňovací mechanizmus pre radiálne vedenie priehradiek. Všetky vyššie uvedené kinematické usporiadania môžu použiť utesňovací mechanizmus priehradiek, ktorý je valcom so stredovou axiálnou štrbinou doliehajúcou do valcového sedla rotujúceho piesta.

Zmena excentricity vonkajších prstencových telies hydraulického čerpadla je konštrukčne riešená tak, že vonkajšie prstencové teleso hydraulického čerpadla je posuvne uložené medzi dvoma paralelnými rovinnými napríklad doskovými čelami. Analogicky to platí aj pre hydromotor, čo umožňuje meniť pomer prietoku kvapaliny v hydraulickej prevodovke.

Podľa vynálezu existuje aj technické kvalitatívne funkčné zdokonalenie hydraulickej prevodovky, kde nasávacie a výtlačné prvky zaradené medzi hydraulické čerpadlo - hydromotor sú medzi sebou prepojené riadeným ventilom. To umožní plniť funkciu „neutrálu“ čo je ekvivalentom otvorenej spojky, keď otáčky na vstupe hydraulického čerpadla sú nulové a otáčky na výstupe hydromotora môžu dosahovať nenulové hodnoty ( jazda bez spusteného napríklad spaľovacieho motora).

Výhody kinematického usporiadania hydraulickej prevodovky skonštruovanej podľa vynálezu spočívajú najmä v tom, že oproti iným hydraulickým prevodovkám s rotujúcim piestom je podstatne zdokonaleným konštrukčným spôsobom vyriešené tesnenie rotujúcich radiálnych priehradiek, pretože tieto smerujú do osi vonkajšieho prstencového telesa, ktorým je zvyčajne stator. Nedochádza tak k vibráciám motora.

Dosiahne sa plynulá zmena prietoku kvapaliny v hydraulickom čerpadle od maximálnej hodnoty prietoku v jednom smere cez nulu až po maximálnu hodnotu prietoku v druhom smere. To znamená, že hydraulická prevodovka umožňuje plynulý prechod zmyslu smeru otáčania výstupného hriadeľa hydromotora. V aplikácií na automobil je zabezpečený plynulý chod automobilu aj dopredu aj dozadu.

Pridaním ventilu, ktorý prepojí nasávanie a vývod kvapaliny z hydromotora sa jednoduchým spôsobom realizuje funkcia „neutrál“ pretože sa umožní prietoku kvapaliny v samotnom hydromotore aj pri nečinnom čerpadle. V aplikácií na automobil je zabezpečený chod automobilu aj bez naštartovaného napríklad spaľovacieho motora.

Funkcia „parkovacej brzdy,, sa zas zabezpečí presunutím vonkajšieho prstencového telesa hydraulického čerpadla do stredu statora. V tomto prípade hydraulické čerpadlo kvapalinu neprečerpáva do hydromotora a ani neumožňuje jej prietok z opačnej strany. Tým sa zabraňuje otáčaniu hydromotora, ktorý tak plní funkciu parkovacej brzdy.

V prípade, že aj v hydromotore by bolo jeho vonkajšie prstencové teleso prestavené z polohy maxima, ktorá je zadefinovaná ako východzia poloha do polohy s menšou excentricitou, otáčky hydromotora by stúpali na úkor krútiaceho momentu a tak v prípade automobilu by hnaná náprava brzdila otáčky hydromotora, čím by sa znižovali aj otáčky hydraulického čerpadla, ktoré by tak malo brzdiaci účinok na motor. Teoreticky, v prípade, že v hydromotore by bolo jeho vonkajšie prstencové teleso prestavené z polohy maxima, ktorá je zadefinovaná ako východzia poloha do polohy s nulovou excentricitou, potom otáčky hydromotora by bez záťaže limitné stúpali k nekonečnu. V prípade automobilu, ak by táto hydraulická prevodovka bola zaťažená, tak hnaná náprava by celkom zabrzdila otáčky hydraulického čerpadla a motor by sa zastavil. Výhody hydraulických prevodoviek podľa vynálezu sa prejavia najmä v automobilovom priemysle najmä u motoriek, kde môže byť umiestnená v miestach, kde klasické prevodovky nebolo možné umiestniť.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Hydraulická prevodovka podľa vynálezu bude bližšie ozrejmená pomocou výkresov, na ktorých obr. 1 znázorňuje tri polohy vonkajšieho prstencového telesa s priehradkami v tvare doskových lopatiek. Na obr. 2a je znázornené usporiadanie hydraulického čerpadla a hydromotora ako hydraulickej prevodovky pre polohu „neutrál,,. Na obr. 2b je znázornené usporiadanie hydraulického čerpadla a hydromotora ako hydraulickej prevodovky pre polohu „parkovacej brzdy,,. Na obr. 2c je znázornené usporiadanie hydraulického čerpadla a hydromotora ako hydraulickej prevodovky pre súhlasný smer otáčania. Na obr. 2d je znázornené usporiadanie hydraulického čerpadla a hydromotora ako hydraulickej prevodovky pre nesúhlasný smer otáčania. Na obr. 3 je znázornená konkrétna aplikácia hydraulickej prevodovky pre auto. Na obr. 4 je znázornená zostava hydraulického čerpadla a hydromotora usporiadaných do jedného monolitického bloku. Na obr. 5 a 6 je znázornená zostava hydraulického čerpadla a hydromotora ako hydraulickej prevodovky, ktorej komponenty sú samostatné funkčné bloky a kde nasávacími a výtlačnými prvkami sú hadice alebo potrubia.

Príklady uskutočnenia

Rozumie sa, že jednotlivé uskutočnenia vynálezu sú predstavované pre ilustráciu a nie ako obmedzenia technických riešení. Odborníci znalí stavom techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania viac ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia podľa vynálezu. Aj takéto ekvivalenty budú spadať do rozsahu nasledujúcich patentových nárokov. Pre odborníkov znalých stavom techniky nemôže robiť problém dimenzovanie takého zariadenia a vhodná voľba jeho materiálov a konštrukčných usporiadaní, preto tieto znaky neboli detailne riešené.

Príklad 1

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná základná aplikácia hydraulickej prevodovky pre motorku, ktorej podstatná časť konštrukcie je znázornená na obr. 4. Pozostáva z hydraulického čerpadla 1 s kanálovými nasávacími a výtlačnými prvkami 3,4 hydraulicky prepojeného s hydromotorom 2. Pritom v hydraulickom čerpadle 1 sú rotujúce radiálne priehradky 5 uchytené o voľne uložený pomocný hriadeľ, pričom rotujúce radiálne priehradky 5 sú umiestnené v osovom strede vonkajšieho prstencového telesa 7 hydraulického čerpadla 1 ako je to znázornené na obr. 1. Dutý rotujúci piest 8 je pripojený na vstupný hriadeľ 9 napríklad od spaľovacieho motora. Vonkajšie prstencové teleso 7 hydraulického čerpadla 1_ je meniteľne uložené voči vstupnému hriadeľu 9 s kladnou až zápornou excentricitou. Záporná excentricita uloženia vonkajšieho prstencového telesa 7 hydraulického čerpadla 1 a kladná excentricita uloženia vonkajšieho prstencového telesa T_ hydromotora 2 dovoľuje prenos krútiaceho momentu a súhlasný smer otáčania na vstupe a výstupe hydraulickej prevodovky ako je to znázornené na obr. 2c. Kladná excentricita uloženia vonkajšieho prstencového telesa 7 hydraulického čerpadla 1 a kladná excentricita uloženia vonkajšieho prstencového telesa 7 hydromotora 2 dovoľuje prenos krútiaceho momentu a nesúhlasný smer otáčania na vstupe a výstupe hydraulickej prevodovky ako je to znázornené na obr. 2d. Napokon nulová excentricita uloženia vonkajšieho prstencového telesa 7 hydraulického čerpadla 1_ nedovolí prenos krútiaceho momentu a tak pri otáčkach na vstupe hydraulickej prevodovky sú na výstupe hydraulickej prevodovky otáčky nulové ako je to znázornené na obr. 2b. Dutý rotujúci piest 8 hydraulického čerpadla 1 obsahuje pozdĺžne vybrania alebo utesňovací mechanizmus pre radiálne vedenie priehradiek 5. Obdobne v hydromotore 2 sú radiálne priehradky 5' uchytené o voľne uložený ďalší pomocný hriadeľ, pričom radiálne priehradky 5' sú umiestnené v osovom strede vonkajšieho prstencového telesa 71 hydromotora 2. Vonkajšie prstencové teleso T_ hydromotora 2 je voči výstupnému hriadeľu 10 uložené pevne s maximálnou excentricitou. Dutý rotujúci piest 81 hydromotora 2 obsahuje pozdĺžne vybrania alebo utesňovací mechanizmus pre radiálne vedenie priehradiek 5'. Všetky vyššie uvedené kinematické usporiadania môžu použiť utesňovací mechanizmus priehradiek, ktorý je valcom so stredovou axiálnou štrbinou doliehajúcou do valcového sedla rotujúceho piesta 81 hydromotora 2. Vonkajšie prstencové teleso 7 hydraulického čerpadla 1_ je posuvne uložené medzi dvoma paralelnými rovinnými, plochými napríklad doskovými čelami 6. Aj vonkajšie prstencové teleso 7' hydromotora 2 je pevne uložené medzi dvoma paralelnými rovinnými, plochými doskovými čelami 6'. Technické kvalitatívne funkčné zdokonalenie hydraulickej prevodovky je zabezpečené tým, že nasávacie a výtlačné prvky 3,4 zaradené medzi hydraulické čerpadlo la hydromotor 2 sú medzi sebou prepojené riadeným ventilom 11. To umožní plniť funkciu „ neutrálu“ ako otvorenej spojky, keď otáčky na vstupe hydraulického čerpadla 1 sú nulové a otáčky na výstupe hydromotora 2 môžu dosahovať nenulové hodnoty, čo umožňuje jazdu bez spusteného napr. spaľovacieho motora. Obr. 3 názorne dokumentuje principiálnu funkčnosť.

Alternatívne môže byť vonkajšie prstencové teleso 7' hydromotora 2 meniteľne uložené voči výstupnému hriadeľu 10 s maximálnou až minimálnou excentricitou a vonkajšie prstencové teleso 7' hydromotora 2 je posuvne uložené medzi dvoma paralelnými, rovinnými, plochými doskovými čelami 6'.

Príklad 2

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná ďalšia odvodená aplikácia hydraulickej prevodovky, ktorá bola podrobne opísaná v predchádzajúcich príkladoch. Jej vhodnejšia aplikácia sa javí pre tie aplikácie, kde hydraulické čerpadlo 1 a hydromotor 2 sú od seba vzdialené a preto sú použité hadicové, alebo trubkové nasávacie a výtlačné prvky 3,4 ako je to znázornené na obr. 5 alebo 6.

Priemyselná využiteľnosť

Hydraulická prevodovka podľa vynálezu nachádza uplatnenie najmä v automobilovom a motocyklovom priemysle ale taktiež v obrábacích a roľníckych strojoch ako sú napríklad traktor, kombajn a podobne.

y* f* /(J

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Hydraulická prevodovka, vyznačujúca sa tým, že pozostáva z hydraulického čerpadla (1) s nasávacími a výtlačnými prvkami (3,4) hydraulicky prepojeného s hydromotorom (2), kde v hydraulickom čerpadle (1) sú radiálne priehradky (5) umiestnené v osovom strede vonkajšieho prstencového telesa (7) hydraulického čerpadla (1) a kde dutý rotujúci piest (8) je pripojený na vstupný hriadeľ (9), pričom vonkajšie prstencové teleso (7) je meniteľne uložené voči vstupnému hriadeľu (9) s kladnou až zápornou excentricitou, pričom dutý rotujúci piest (8) obsahuje axiálne vybrania alebo utesňovací mechanizmus pre vedenie radiálnych priehradiek (5); a kde v hydromotore (2) sú radiálne priehradky (5') uložené v osovom strede vonkajšieho prstencového telesa (7') hydromotora (2) a kde dutý rotujúci piest (8') je pripojený na výstupný hriadeľ (10), pričom vonkajšie prstencové teleso (7') je pevne s maximálnou excentricitou uložené voči výstupnému hriadeľu (10) alebo vonkajšie prstencové teleso (7') je meniteľne uložené voči výstupnému hriadeľu (10) s maximálnou až minimálnou excentricitou, pričom dutý rotujúci piest (8') obsahuje axiálne vybrania alebo utesňovací mechanizmus pre vedenie radiálnych priehradiek (5'), a kde vonkajšie prstencové teleso (7) hydraulického čerpadla (1) je posuvne uložené medzi dvoma paralelnými plochými čelami (6) a kde vonkajšie prstencové teleso (7') hydromotora (2) je buď posuvne alebo je pevne uložené medzi dvoma paralelnými plochými čelami (6').

2. Hydraulická prevodovka podľa nároku 1, vyznačujúca sa t ý m, ž e nasávacie a výtlačné prvky (3,4) zaradené medzi hydraulické čerpadlo (1) hydromotor (2) sú medzi sebou prepojené riadeným ventilom (11).