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Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Getriebe, bei dem das Arbeitsmittel
von mindestens einer Druckquelle mehreren hydrostatischen Motoren zugeführt wird
und bei dem eine Servoeinrichtung vorgesehen ist, um bei Abnahme der Belastung eines
Hydromotors größere Energieverluste dadurch, daß diesem Motor eine größere Druckmittelmenge
pro Zeiteinheit auf Kosten des oder der anderen normal belasteten Motoren zugeführt
wird, im wesentlichen zu vermeiden.
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Bei einem bekannten Getriebe wird ein Steuerventil verwendet, das
von einem Servoventil eingestellt wird. Das Steuerventil besitzt Auslässe, die an
die Hydromotoren angeschlossen sind. In der Normalstellung des Steuerventils erhalten
alle Hydromotoren die gleiche ArbeitsmitteImenge pro Zeiteinheit. Jeder Hydromotor
treibt eine Servopumpe an. Je zwei Servopumpen liegen in einem geschlossenen Kreislauf,
so daß die Förderleitung der einen Pumpe mit der Saugleitung der anderen verbunden
ist, und umgekehrt. Beide Verbindungsleitungen sind mit dem Servoventil verbunden.
Läuft der eine Hydromotor schneller, so pumpt dessen Servopumpe mehr Medium, als
die andere Pumpe aufnehmen kann. Es ergibt sich ein Druckanstieg, der auf das Servoventil
übertragen wird und von dort das Hauptventil im Sinne einer Drosselung der zum schneller
werdenden Motor führenden Leitung verstellt.
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Nachteil dieser bekannten Servoeinrichtung ist die relativ komplizierte
Steuerung mit dem zugehörigen apparativen Aufwand. Die Servopumpen laufen dauernd
mit und verringern den Gesamtwirkungsgrad.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Servoeinrichtung der eingangs aufgeführten
Art zu schaffen, die einfacher und störunanfälliger ausgebildet ist. Insbesondere
sollen die Herstellungskosten des bekannten Kraftübertragungssystems erheblich herabgesetzt
werden.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeder Motor bzw. jede Motorgruppe
über eine eigene Zufuhrleitung an die Druckquelle angeschlossen ist, daß alle Zufuhrleitungen
auch bei unterschiedlichen Belastungen ihrer Motoren den gleichen Arbeitsmitteldurchsatz
haben und daß alle Zufuhrleitungen über in Richtung der Zufuhrleitung öffnende Rückschlagventile
und Servoleitungen mit einer gemeinsamen Servohauptleitung verbunden sind, die an
eine Servodruckquelle angeschlossen ist, die einen Bruchteil der von der Hauptdruckquelle
oder den -quellen gelieferten Gesamtenergie abgibt.
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Es ist bereits bekannt, eine Druckquelle so auszubilden, daß sie mehrere
Förderleitungen aufweist, die bei unterschiedlichen Druckbelastungen einen unveränderlichen
Druckmitteldurchsatz haben.
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Bei der Erfindung ist jeder Hydraulikmotor über eine eigene Zufuhrleitung
an eine Druckmittelquelle angeschlossen. Unabhängig von den Belastungen der einzelnen
Hydromotoren erhalten- diese je nach Einstellung immer die gleiche Arbeitsmittelzufuhr.
über die Servohauptleitung wird den einzelnen Hydromotoren eine weitere Arbeitsmittelmenge
zugeführt. Bei gleicher Belastung sind auch die zusätzlichen Arbeitsmittelmengen
für beide Hydromotoren konstant. Ändert sich nun aber die Belastung des einen Hydromotors,
so ändert sich auch die Verteilung der durch die Servoleitungen zugeführten Hilfsmengen.
Bei abnehmender Belastung eines Hydromotors erhält dieser eine größere Hilfsarbeitsmittelmenge.
Dies kann so weit gehen, daß die gesamte, in die Servohauptleitung eingespeiste
Arbeitsmittehnenge diesem weniger belasteten Hydromotor zugeführt wird. In jedem
Fall erhält aber der andere Hydromotor über seine eigene Zufuhrleitung die eingestellte
»Grund-Arbeitsmittelmenge«. Es tritt somit zwar ein gewisser Energieverlust ein,
der jedoch nie so groß wird, daß der normal belastete Hydromotor zum Stillstand
kommt.
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Das vorstehende Prinzip mag in einem Beispiel erläutert werden. Zwei
unabhängige Hydromotoren erhalten je einen Arbeitsmittel-Hauptstrom, der 40 % des
Gesamtstroms der Anlage ausmacht. Der Arbeitsmittel-Servostrom beträgt dann 20%.
Davon werden je 10'% in den Hauptstrom eingespeist, so daß der Gesamtstrom für jeden
Hydromotor 50% beträgt. Sinkt nun die Belastung des einen Hydromotors ab, so wächst
der Servostrom für diesen Hilfsmotor an. Der Zuwachs kann aber nur 10% des Gesamtstroms
der ganzen Anlage ausmachen, so daß im extremen Fall der schwach belastete Hydromotor
60 % und der normal belastete 409/o der Gesamtenergie erhält. Es ist also niemals
möglich, daß der normal belastete Motor eine starke Absenkung der Energiezufuhr
erfährt oder gar zum Stillstand kommt.
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Der Fortschritt der Erfindung liegt in dem außerordentlich einfachen
und störunanfälligen Aufbau. Es sind lediglich eine Servohauptleitung mit einem
Anschluß an eine Druckquelle sowie Servoanschlußleitungen mit Rückschlagventilen
vorzusehen.
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Wird das erfindungsgemäße Getriebe für den Antrieb von Fahrzeugen,
beispielsweise Landfahrzeugen, verwendet, so wird das Problem der ungleichen Antriebsgeschwindigkeit,
beispielsweise bei Kurvenfahrt, ohne weiteres gelöst. Aber auch wenn das eine Antriebsrad
die Bodenhaftung verliert, kann niemals der gesamte Hydraulikstrom zu dem Hydromotor
dieses Rades wandern und das andere Rad zum Stillstand kommen. Vielmehr verliert
das die Bodenhaftung beibehaltende Rad lediglich einen gewissen Bruchteil seiner
Antriebskraft, nämlich im angegebenen Beispiel 20%. Dies ist noch nicht einmal als
Nachteil anzusehen, da - wie die Erfahrung gezeigt hat - in einem solchen Fall die
automatische Verringerung der Antriebskraft nur zur Sicherheit beiträgt. Die Erfindung
bringt also zweifellos mit einfachsten Mitteln eine sehr fortschrittliche Lösung
des bestehenden Problems.
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Da gerade bei Fahrzeugen die unterschiedliche Be-Iastung der Fahrzeugräder
derart, daß beispielsweise ein Rad seine Bodenhaftung verliert, nur sehr kurzzeitig
auftritt, kann in diesem kurzen Zeitraum ein gewisser Energieverlust ohne weiteres
in Kauf genommen werden, denn der Gesamtwirkungsgrad des erfindungsgemäßen Kraftübertragungssystems
ist dennoch höher als der des bekannten Systems, da hier während des Dauerbetriebs
Ausgleichspumpen an jedem Hydraulikmotor mitlaufen müssen, die eine dauernde Umwälzung
bewirken, was einen dauernden Leistungsverlust darstellt.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der neuen Erfindung
ergeben sich aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden
Beschreibung und den Unteransprüchen. Es zeigt F i g. 1 ein Schaltbild eines hydraulischen
Systems mit der neuen Erfindung,
F i g. 2 ein schematisches Schaltbild
einer Abwandlung des Systems nach F i g. 1, das drei getrennte Pumpen zum Zuführen
von Medium aufweist, F i g. 3 ein schematisches Schaltbild einer Abwandlung des
Systems mit zwei variabel angetriebenen Pumpen in einer Allradantriebsausführung
und F i g. 4 eine schematische Abwandlung mit einer einzigen variabel angetriebenen
Pumpe, die nach fünf Richtungen abzweigt.
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F i g. 1 zeigt eine Form der Erfindung, bei der eine Einzelpumpe die
drei gesonderten und unabhängigen Druckmittelquellen für das Getriebesystem abgibt.
Diese Druekmittelquellen liefern ihren jeweiligen Motoren die Kraft, von denen in
bekannter Weise jeder ein Rad antreibt. Es ist klar, daß beliebig viele, mindestens
aber zwei Antriebsräder W I und W 2 benutzt werden können.
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Die Pumpe P kann ihre Förderung in mehrere unabhängige Zuleitungen
1, 2 und 3 aufteilen. Auch andere Formen von Druekmittelquellen, von denen einige
noch erwähnt werden, können benutzt werden, aber es ist wesentlich, daß drei unabhängige
Zufuhrquellen benutzt werden. Die Leitung 1. steht in Verbindung mit dem Richtungssteuerventil
V l, während die Leitung 2 dem Riclhtungssteuerventil V 2 Druckmittel zuführt.
Diese Steuerventile sind ebenfalls an sich bekannt und als Vierwegeventile für drei
Stellungen ausgebildet. Sie werden durch herkömmliche druckluftbetätigte Servoeinrichtungen
A betätigt, die durch ein (nicht veranschaulichtes) magnetspulenbetätigtes Steuerventil
über die Leitungen A 1 betätigt werden. Diese Richtungssteuerventile leiten über
die Leitungen 6 und 7 wahlweise jeder Seite ihrer jeweiligen Motoren Druckmittel
zu. Befinden sich diese Ventile in der neutralen Stellung, wird das Mittel durch
die Leitung ß zum Speicher geleitet.
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Die hydraulischen Motoren M1, M2 können auf diese Weise je nach der
Stellung ihrer jeweiligen Steuerventile wahlweise in beiden Richtungen angetrieben
werden. Wenn die Ventile in der neutralen Stellung sind, geben die Motoren ihren
zugeordneten Rädern W l, W 2 keine Antriebskraft.
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Die dritte von der Pumpe P abgehende Zufuhrleitung 3 gabelt sich in
zwei getrennte Zweigleitungen 4 und 5, die ihren jeweiligen Motoren über ihre Richtungssteuerventiie
Medium zuleiten. Absperrventile 4 a bzw. 5 a liegen in den Leitungen
4 und S, und dadurch wird den Motoren aus einer dritten unabhängigen Quelle
gesondert und unabhängig Fluidum zugeführt.
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Zur Veranschaulichung sei angenommen, daß die Pumpe auf Förderung
von 4011/o ihrer Leistung an jede der Leitungen 1 und 2 eingestellt ist und die
übrigen 20 o/o der Pumpenleistung durch die Leitung 3 gehen. Bei Aufteilung der
Leistung der Pumpe in dieser Form und wenn die Räder gleiche Hafteigenschaften am
Boden haben, nimmt jedes Rad 5011/o des von der Pumpe geförderten Fluidums auf,
und daher wirkt jedes auch mit gleicher Antriebskraft.
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Beim Kurvenfahren dreht sich das Rad an der Außenseite schneller,
und wenn die Pumpe auch weiter jedem Rad eine gleiche Mediumsmenge zuführen würde,
hätte die schnellere Drehung weniger Antriebsleistung zur Folge. Bei der vorliegenden
Erfindung wird aber bei Kurvenfahrt die Strömung aus der Leitung 3 ungleich aufgeteilt
und automatisch mehr Flüssigkeit in das sich schneller drehende Rad gepumpt, was
eine gleiche Antriebskraft der Räder sicherstellt.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich, sobald.
ein Rad auf Eis oder Schlamm trifft und dadurch seine Haftleistung verliert. Bei
dem vorliegenden System zum Fördern von Fluidum aus drei getrennten und unabhängigen
Zufuhrquellen geht nicht der gesamte Druck in der Anlage durch das durchdrehende
Rad verloren. Letzteres erhält nämlich nicht das ganze Fluidum, sondern das andere
belastete Rad nimmt beim obigen Beispiel vielmehr niemals weniger als 40% des Mediums
auf. Die Geschwindigkeit des belasteten Rades fällt etwas ab, weil der Teil des
Mediums, der vorher durch die Leitung 3 aus der dritten Quelle dafür abgezweigt
worden war, durch das rutschende Rad verlorengeht. Diese Verringerung der Geschwindigkeit
des belasteten Rades ist häufig von Vorteil, weil der Fahrer das Fahrzeug in diesem
abnormalen Zustand besser beherrschen kann.
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Das erfindungsgemäße System gleicht deshalb beim Fahren einer Kurve
die effektive Antriebskraft der Räder aus. Im übrigen arbeitet, wenn ein Rad durchdreht,
das andere belastete Rad mit verminderter Geschwindigkeit weiter; niemals geht in
dem System Kraft gänzlich verloren, ebensowenig verdoppelt sich die Geschwindigkeit
des belasteten Rades.
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F i g. 2 zeigt eine andere Anordnung zur Förderung von Fluidum von
drei unabhängigen Druckmittelquellen aus. Bei dieser Abwandlung werden drei Pumpen,P1,
P2 und P3 benutzt, aber Aufbau und Wirkungsweise des übrigen Teils der Anlage können
wie bei F i g. 1 sein.
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Rückflußventile 10 und 11 sind zwischen den Leitungen 6 bzw. 7 eingesetzt,
die als überlastungsschutz in jeder Motordrehrichtung wirken. Diese Ventile schützen
vor Überdrücken in den Leitungen für die Motoren, und zwar in beiden Strömungsrichtungen.
Sie wirken z. B., wenn die Richtungssteterventile auf die neutrale Stellung geschaltet
werden, wobei das Fahrzeug immer noch in Bewegung sein kann. Unter diesen Umständen
wirken die Motoren als Pumpen und lassen das Medium zirkulieren.
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Bei einer solchen Anlage kann, wenn ein Steuerventil in die neutrale
Lage verstellt wird, das zageordnete Rad weiter durchdrehen und als Pumpe das Druckmittel
über ihr Rückfiußventil umwälzen. Bei diesen Motoren könnte eine gewisse Leckströmung
auftreten. Unter diesen Umständen käme es zu einer Kavitation des als Pumpe arbeitenden
Motors. Um dieses Problem zu vermeiden, sind für jeden Motor Rückschlagventile vorgesehen,
welche die Pumpförderung von Medium vom Speicher aus je nach den Anforderungen der
Motoren ermöglichen. Diese Rückschlagventile 12 und 13 sind an die Leitungen 6 und
7 angeschlossen und führen über die Leitung 14 zum Speicher. Bei Auftreten des durch
das Durchdrehen der Räder bei neutral eingestelltem Steuerventil hervorgerufenen
Trägheitsbelastungseffekts öffnet das eine oder andere Rückflußventi110 oder 11,
und zwar je nach der Raddrehrichtung. Bei in dieser Weise erfolgendem Umwälzen des
Fluidums durch den Motor hindurch wird das durch die Leckströmung aus den Motoren
verlorene Fluidum über die Ventile 12 und 13 ausgeglichen.
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Die Ventile 12 und 13 sind nicht erforderlich, wenn diese Trägheitsbelastungseffekte
nicht vorhanden sind.
Bei der vorliegenden Anordnung sind Drosselstellen
in den Leitungen zur Erzielung einer Differentialwirkung unnötig, und die Größe
der Leitungen kann auf einen maximalen Wirkungsgrad und minimale Verluste zugeschnitten
sein; statt dessen werden die Strömungseigenschaften der Ventile dazu benutzt, die
Differentialwirkung zu erzeugen.
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F i g. 3 offenbart eine vierrädrige Antriebsanordnung, bei der zusammen
mit weiteren vorteilhaften neuen Funktionen die vorher beschriebenen Vorteile erreicht
werden.
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Das Schaltungsbild nach F i g. 3 zeigt zwei variabel fördernde Pumpen
20 und 22 jeweils mit unterteilten Förderleitungen. Die Pumpe 20 besitzt
einen Ausgang 24, der zur Radanordnung 25 führt, einen Ausgang 26, der zur Radanordnung
27 führt und einen Hilfsausgang 28. Die Pumpe 22 besitzt einen zur Radanordnung
31 führenden Ausgang 30, einen zur Radanordnung 33 führenden Ausgang
32 und einen Hilfsausgang 34..
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Die Ausgänge 28 und 34 sind mit der Leitung 29 verbunden. Die Leitung
29 gabelt sich zunächst in die Zweigleitungen 35 und 36 und dann in die Zweigleitungen
37 und 38. Die in einer Richtung wirkenden Absperrventile 35a bzw. 36a liegen
in den Leitungen 35 und 36, und die entsprechenden Absperrventile 37a und 38 a jeweils
in den Leitungen 37 und 38. Die Pumpen 20 und 22 sind durch eine mechanische Verbindung
für gleichzeitige Leistungsänderung gekoppelt.
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Deshalb ist unter Annahme, daß die Pumpen 20
und 22 eingestellt
sind, um annähernd 20 % ihrer jeweiligen Förderleistung an die Leitungen
28 und 34
zu geben, ersichtlich, daß diese 20 °/o für jede der Radanordnungen
25, 27, 31 und 33 vorhanden sind. Außer zur Schaffung des gewünschten Differentialeffekts
beim Kurvenfahren oder wenn, wie oben beschrieben, bei einem oder mehreren Antriebsrädern
die Bodenhaftung verlorengeht, genügen die Drücke in der Leitung 29, Fluidumsleistungen
in den Rädern auszugleichen, selbst wenn für sie unterschiedliche Anforderungen
bestehen.
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F i g. 4 zeigt eine variabel fördernde Pumpe 42 mit unabhängigen
Ausgängen 24', 26'; 28'- 34', 32' und 30'. Diese Anordnung wirkt genauso
wie die nach , F i g. 3.