KR101137163B1 - 차량용 유압 구동부 - Google Patents

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위르겐 레그너
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젯트에프 프리드리히스하펜 아게
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Abstract

본 발명은 유압 구동부에 관한 것이며, 적어도 하나의 유체 역학식 래디얼 피스톤 모터(7, 9)를 포함하는 유압 구동부가, 허용되는 최대 회전수 이상에서 구동 휠에 대한 기계식 연결을 해제하지 않고 작동될 수 있도록, 모터(1)는 거의 0의 행정 체적으로 조절되고 유압 작동유 공급부(2) 및 유압 작동유 복귀부(3)는 오로지 충전압 라인(20)과 연결된다.
유압 구동부, 래디얼 피스톤 모터, 구동 휠, 유압 작동유 공급부

Description

차량용 유압 구동부 {HYDRAULIC DRIVE FOR MOBILE VEHICLES}
본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 상세히 기재된 유형에 따른 차량용 유압 구동부에 관한 것이다.
차량용 유압 구동부는, 특히 예를 들어 굴삭기, 휠 로더 또는 그레이더와 같은 작업 차량에 사용되며, 이러한 차량에서 엔진은 유압 펌프를 구동시키며, 이의 공급 유동은 유압 작동유를 사용하는 유압 모터에 제공되며, 모터는 다시 구동 휠과 연결되어 있어 구동 휠을 작동시킨다. 종종 구동 휠의 회전수를 변경시키기 위해 행정 체적이 변경될 수 있는 축방향 피스톤 모터가 사용된다. 그러나 이러한 축방향 피스톤 모터는 최대 회전수가 제한되며, 상기 회전수가 초과되는 경우 모터의 손상이 발생한다.
US 4,069,886호에는 앞바퀴가 각각 하나의 모터에 의해 구동될 수 있고 뒷바퀴가 기계식 변속기를 통해 직접 엔진에 의해 구동될 수 있는 차량용 유압 구동부가 기재되어 있다. 유압 모터는 회전수가 제한되기 때문에, 앞바퀴는 단지 제한된 작동 영역에서만 사용될 수 있고 이러한 작동 영역 이상에서는 기계식 클러치를 통해 차량 바퀴로부터 분리되어야 한다. 이를 위해 모터들은 기계식으로 완전히 커플링 해제된다. 이로써 차량의 본래 주행 구동부를 통해 앞바퀴는 유압 모터의 허 용된 회전수보다 높은 회전수에서 작동할 수 있다. 이때 유압 모터는 정지 상태로 존재한다.
DE 39 07 663 C2호에는 엔진이 유압 펌프를 구동시키며, 단독 주행 구동부로서 사용되는 차량용 유압 구동부가 기재되어 있으며, 이의 용적 유동이 유압 액체를 구비한 두 개의 유압 모터에 제공되며, 상기 모터는 감속 기어를 통해 피동축과 연결될 수 있다. 유압 모터는 상이한 감속을 통해 피동축과 연결되기 때문에, 유압 모터가 그의 최대 회전수 이상으로 작동되는 위험이 있다. 이러한 이유로 인해, 유압 모터가 기계식으로 커플링 해제될 수 있도록 피동축과 유압 모터 사이에 클러치가 배치된다.
본 발명의 목적은 적어도 하나의 유압 모터가 피동축을 구동시키고 상기 모터의 최대 회전수 이상에서도 피동축과 연결되어 유지될 수 있는 차량용 유압 구동부를 제공하는 것이며, 상기 모터는 자신의 최대 회전수 이상에서도 작동될 수 있다.
본 발명의 목적은 특허청구범위 독립항의 특징부를 포함하는 차량용 유압 구동부에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 유압 구동부는 행정 체적이 조절될 수 있는 적어도 하나의 모터를 포함하며, 모터의 행정 체적은 0까지 변경될 수 있다. 이러한 상태에서 유압 모터는 거의 행정 체적을 포함하지 않음으로써, 한편으로는 모터가 펌프의 용적 유동에 의한 누출 부분 이외에 전혀 용적 유동을 수용하지 않으며, 다른 한편으로는 전혀 토크를 제공하지 않는다. 또한, 펌프로부터 모터로의 유압 작동유 공급부 및 유압 작동유 복귀부는 차단되며, 유압 모터의 유압 작동유 공급부 및 유압 작동유 복귀부는 단락되고 작은 압력으로 작동된다. 이 압력은 바람직하게 변속기의 윤활압(냉각기 이후의 복귀압)이다. 또한 공급압을 사용하는 것도 가능하다. 이로써, 모터에는 고압측 및 저압측에서 단지 매우 낮은 압력만 작용함으로써, 모터의 모든 조립 부품들은 작은 힘으로 작동됨에 따라 작은 저항 토크가 생성되며, 이로써 모터는 매우 높은 회전수에서 작동될 수 있다. 바람직하게 모터는 하나의 크랭크 축을 포함하는 래디얼 피스톤 모터로서 구성되며, 상기 크랭크 축은 피스톤과 연동한다. 모터가 더 이상 거의 행정 체적을 포함하지 않도록 모터를 행정 체적 0으로 조절하기 위해서, 크랭크 축의 편심도는 모터의 크랭크 축이 구동부에 동심으로 작동되고 피스톤이 실린더 내에서 거의 행정 운동을 실행하지 않음으로써 보상된다. 바람직하게 래디얼 피스톤 모터는 본원에 완전히 포함되어야 하는 WO 99/17021 A1호의 래디얼 피스톤 모터와 같이 구성되며, 유압 모터의 조절은 바람직하게 기계식이 아니라 유압식으로 이루어지며, 이로써 크랭크 축 내에서 조절 피스톤은 유압을 통해 조절된다. 바람직하게 유압은 모터의 유압 작동유 공급부와 관련되며, 이로써 유압 작동유 공급이 차단되는 경우 모터는 자동적으로 행정 체적 0으로 조절된다. 바람직하게 모터는 우선 행정 체적 0으로 조절된 다음 고압으로부터 분리된다.
또 다른 실시예에 따르면, 유압 모터의 차단 상태에서 유압 작동유 공급부 및 유압 작동유 복귀부는 공급 펌프의 유압 작동유 출구 또는 변속기의 윤활압(냉각기 이후의 복귀압)과 연결되며, 이로써 유압 모터의 누출 부분은 항상 냉각 유압 작동유로 충전된다. 따라서 모터의 과열이 방지된다. 고압으로부터의 유압 분리 및 유압 모터의 행정 체적 0으로의 조절에 의해 모터는 더 이상 피동부로부터 기계식으로 분리될 필요가 없으며, 이로써 커플링 해제 시 또는 재커플링 시에 변속 충격이 전혀 발생하지 않는다. 모터가 공급압 또는 윤활압으로 작동 중인 동안에 실린더는 비워지지 않으며, 이로써 연결 시 변속 충격이 발생하지 않는다.
또 다른 실시예에 따르면, 유압 모터는 예를 들어 그레이더의 앞바퀴에 대한 추가 구동부로서 구성되며, 주 주행 구동은 엔진 및 감속 기어를 통해 이루어지며, 유압 모터들은 규정된 작동 영역에서 연결되며, 유압 모터의 허용된 회전수 이상에서 유압 모터는 공급압 또는 윤활압과 유압식으로 연결되고 흡기량이 0으로 조절됨으로써, 유압 모터는 자신의 회전수 이상에서 작동될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 적어도 두 개의 유압 모터는 누적 변속기를 통해 피동축과 연결되며 차량의 주행 구동부를 형성한다. 두 개의 모터는 항상 피동축과 기계식으로 연동하며 흡기량이 조절될 수 있다. 상이한 변속비의 감속 기어는 피동축과 유압 모터 사이에 배치될 수 있다. 유압 모터가 자신의 허용된 회전수 이상에서 작동하는 경우, 모터는 전혀 행정 체적을 포함하지 않으며 모터의 공급부 및 복귀부는 공급압 또는 윤활압과 연결된다.
또한, 모터는 개방된 회로 내에서 작동될 수 있다.
모터가 피동축에 배치되지 않음으로써, 행정 체적의 조절을 위한 유압 작동유 공급부는 크랭크 축에서 크랭크 축의 한편에 배치될 수 있고 고압으로 연결될 수 있다. 따라서 작은 직경에 대해 밀봉부가 배치될 수 있으며, 이로써 고압에서도 더 높은 회전수가 가능하다.
따라서, 본 발명에 따르면, 허용된 최대 회전수 이상에서도 작동될 수 있고 기계식 차단 장치가 전혀 필요하지 않은 유압 구동부가 제공된다.
도1은 감속 단계를 갖는 유압 모터의 개략도이다.
도2는 두 개의 유압 모터를 갖는 누적 변속기의 개략도이다.
도3은 변속 가능한 변속기 단계를 갖는 두 개의 유압 모터를 갖는 누적 변속기의 개략도이다.
도4는 본 발명에 따른 유압 구동부의 회로도이다.
도1:
행정 체적이 조절될 수 있는 모터(1)는 유압 작동유 공급부(2) 및 유압 작동유 복귀부(3)를 포함한다. 유압 작동유 공급부(2) 및 유압 작동유 복귀부(3)는 도시되지 않은 유압 작동유 공급원과 연결된다. 모터(1)의 피동부(4)는 감속 기어(5)와 연결된다. 감속 기어(5)의 피동부(6)는 차량 휠과 연결된다. 피동부(4)가 규정된 회전수 이상에서 작동하는 경우, 모터(1)의 유압 작동유 공급부(2) 및 유압 작동유 복귀부(3)는 유압 작동유 공급원의 공급압 또는 윤활압과 연결되고 모터(1)는 거의 행정 체적을 포함하지 않도록 조절된다. 행정 체적 및 콘트롤 밸브의 조절은 전자 제어 유닛을 통해 제어될 수 있다. 규정된 회전수는 고압 작동 시 유압 모터의 허용된 최대 회전수이다.
도2:
제1 모터(7)는 감속 기어(8)를 구동시키고 제2 모터(9)는 제2 감속 기어(10)를 구동시킨다. 유압 작동유 공급부(2) 및 유압 작동유 복귀부(3)는 유압 작동유 공급원과 병렬 연결된다. 제1 감속 기어 및 제2 감속 기어는 동일한 변속비를 포함할 수 있지만, 바람직하게는 감속 기어가 상이한 변속비로 실행된다. 바람직하게 변속비는 제1 작동 영역에서 제1 모터(7) 및 제2 모터(9)가 유압 작동유 공급원의 공급 출구 및 유압 작동유 공급원의 흡입구와 병렬 연결되도록 실행되며, 공급 출구는 유압 작동유 공급부와 연결되고 흡입구는 유압 작동유 복귀부와 연결된다. 제1 모터(7) 및 제2 모터(9)의 유압 펌프 용적을 조절함으로써, 제1 감속 기어(8) 뿐만 아니라 제2 감속 기어(10)와도 연결된 피동축(11)의 회전수가 변경될 수 있다. 바람직하게 유압 모터 및 변속비는, 제2 주행 영역에서 전혀 행정 체적을 포함하지 않고 자신의 최대 회전수 이상에서 작동되는 모터가 제1 주행 영역의 마지막에 자신의 최대 회전수에 도달하도록 구성된다. 이어서 상기 모터는 거의 행정 체적 0으로 조절되며 유압 작동유 공급부(2) 및 유압 작동유 복귀부(3)는 유압 작동유 공급원의 공급압 또는 윤활압과 유압식으로 연결된다. 또한, 유압 작동유 공급부(2) 및 유압 작동유 복귀부(3)는 유압 작동유 공급원의 흡입구와 동일한 압력을 포함하는 라인과 연결될 수 있다. 제2 주행 영역에 여전히 잔류하는 모터의 행정 체적은 더욱 작아지고 다른 모터는 그의 허용된 회전수 이상에서 작동하며, 이때 이들 두 모터는 피동축(11)으로부터 기계식으로 분리되지 않는다.
도3:
제1 모터(7)는 제1 감속 기어(8)를 통해 그리고 제2 모터(9)는 제2 감속 기어(10)를 통해 피동축(11)과 연결된다. 제1 감속 기어(8)는 변속 장치(12)를 통해 변속 가능하게 구성되며, 상기 변속 장치(12)를 거쳐 피동축(11)은 제1 감속부(13) 또는 제2 감속부(14)를 통해 제1 모터(7)와 연결될 수 있다. 변속 장치(12)는 바람직하게 동기화 장치로서 구성되며, 모터(7)가 더 이상 거의 행정 체적을 포함하지 않고 회로로부터 유압식으로 분리되는 경우 변속 장치의 변속이 실행된다. 변속 장치(12)는 이러한 상태에서, 단지 기어 휠 및 축의 지지량이 가속되어야 하고 실린더 내에서 피스톤이 전혀 행정 운동을 실행하지 않고 회전하지 않기 때문에 거의 부하 받지 않는다. 바람직하게는 변속 시에 유압 작동유 공급부(2) 및 유압 작동유 복귀부(3)가 공급압 또는 윤활압과 연결됨으로써, 유압 모터의 베어링력은 추가로 작아진다. 시동 시에 가능한 한 큰 토크를 달성하기 위해, 두 개의 모터로 완전 행정 체적으로 작동하며, 변속 장치(12)를 통해 더 큰 감속부(13)가 연결된다. 유압 작동유 공급원 및 제1 모터(7)와 제2 모터(9)의 행정 체적의 변경에 의해 피동축(11)의 회전수는 상승한다. 제1 모터(7) 또는 제2 모터(9)의 최대 회전수에 도달하면, 변속 장치(12)를 통해 더 작은 감속부(14)로 변속되며, 이로써 제1 모터(7)의 피동축(11)의 최대 피동 회전수에서 제2 감속부(14)를 통해 피동축(11)이 구동되며, 제2 모터(9)는 전혀 행정 체적을 포함하지 않고 저압 또는 윤활압과 유압식으로 연결된다.
도4:
유압 작동유 공급원(15)은 도시되지 않은 구동기에 의해 구동된다. 공급 출구(16)는 밸브(17)를 통해 제1 모터(7)의 유압 작동유 공급부(2)와 연결된다. 흡입구(18)는 제1 모터(7)의 유압 작동유 복귀부(3)와 밸브(17)를 통해 연결된다. 공급 출구(16) 및 흡입구(18)는 밸브(19)를 통해 제2 모터(9)의 유압 작동유 공급부(2) 및 유압 작동유 복귀부(3)와 연결된다. 유압 작동유 공급원(15)의 공급 방향에 따라 공급 출구(16) 및 흡입구(18)가 교환된다. 밸브(17) 및 밸브(19)는 라인(20 또는 23)을 통해 저압 라인과 연결된다. 바람직하게 라인(20 및 23)은 공급 펌프(21)의 출구와 연결되며, 이로써 냉각된 유압 작동유가 라인(20) 내에 도달한다. 그러나 라인(20)은 플러시 밸브(22)의 출구 라인과 연결될 수도 있으며, 이로써 라인(20)은 마찬가지로 저압에 의해 작동될 수 있다. 마찬가지로, 밸브(19)는 밸브의 라인(23)을 통해 저압 라인과 연결된다. 또한, 라인(20 및 23)은 복귀 라인(30)을 통해 냉각기(31)로부터 탱크(29)까지 연결된다. 도시되지 않은 전자 제어 유닛은 밸브(24)와 연결되며, 밸브(25)는 비례 밸브로서 구성된다. 비례 밸브(25)는 행정 체적 조절 장치(26)를 작동시키며, 이로써 유압 모터(7 및 9)의 행정 체적을 조절한다. 유압 작동유 공급부(2) 및 유압 작동유 복귀부(3)와 연결된 밸브(28)에 의해 압력 공급이 이루어지는 밸브(27)가 행정 체적 조절 장치(26)와 비례 밸브(25) 사이에 배치됨으로써, 밸브(25)의 전환에 의해 제1 모터(7) 또는 제2 모터(9)의 행정 체적이 자동적으로 조절되어, 모터는 거의 행정 체적을 포함하지 않는다. 바람직하게 모터(7 또는 9)는 우선 밸브(27)를 통해 행정 체적 0으로 설정된 다음, 유압 작동유 공급부(2) 및 유압 작동유 복귀부(3)가 라인(20)과 연결됨으로써 조절 장치(26)도 라인(20)과 연결될 수 있도록 밸브(17 또는 19)가 전환되며, 이로써 모터의 행정 체적은 증가될 수 없다. 그러나 유압 작동유 공급부(2)가 유압 작동유 공급원(15)의 공급 출구(16)와 연결되고 유압 작동유 복귀부(3)가 흡입구(18)와 연결되도록 밸브(17) 또는 밸브(19)가 연결되는 경우, 밸브(28)에 의해 조절 장치(26)는 고압에 의해 작동됨으로써 모터(7 또는 9)가 조절될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 제1 모터(7), 제2 모터(9), 감속 기어(5) 및 밸브들은 변속기 하우징 내에 배치되며, 상기 변속기 하우징은 동시에 탱크(29)를 형성한다. 따라서 유압 모터의 누출 부분은 직접 변속기 하우징 내에 도달하고 탱크 내에서 유압 작동유와 혼합된다. 바람직하게 유압 모터는 탱크의 유압 작동유 높이 이상에 배치됨으로써, 점성 유동 손실이 방지된다.
<도면 부호 리스트>
1: 모터
2: 유압 작동유 공급부
3: 유압 작동유 복귀부
4: 피동부
5: 감속 기어
6: 피동부
7: 제1 모터
8: 제1 감속 기어
9: 제2 모터
10: 제2 감속 기어
11: 피동축
12: 변속 장치
13: 제1 감속부
14: 제2 감속부
15: 유압 작동유 공급원
16: 공급 출구
17: 밸브
18: 흡입구
19: 밸브
20: 라인
21: 공급 펌프
22: 플러시 밸브
23: 라인
24: 전자 제어 유닛
25: 비례 밸브
26: 행정 체적 조절 장치
27: 밸브
28: 밸브
29: 탱크
30: 복귀 라인
31: 냉각기

Claims (11)

  1. 고압을 사용하는 모터의 유압 작동유 공급부(2)의 작동 시 피동축(6)의 허용된 최대 회전수를 갖는 적어도 하나의 유압 모터(1)를 구비한 차량용 유압 구동부이며, 상기 모터(1)는 유압 작동유 공급부(2)를 통해 유압 작동유 공급원(15)의 공급 출구(16)와 연결되고 유압 작동유 복귀부(3)를 통해 유압 작동유 공급원(15)의 흡입구(18)와 연결되며, 상기 모터(1)는 간접적으로 또는 직접적으로 구동 휠을 구동시키고 모터의 행정 체적이 조절됨으로써, 구동 휠의 회전수가 변경될 수 있는 차량용 유압 구동부에 있어서,
    상기 모터(1)는 래디얼 피스톤 모터이고 하나의 크랭크 축을 포함하며, 실린더 내에 배치된 피스톤이 상기 크랭크 축과 연동하며, 행정 체적은 행정 체적 조절 장치(26)를 통해 조절될 수 있으며, 피스톤의 행정은 크랭크 축의 회전 시에 설정될 수 있으며, 피동축(6)의 허용된 최대 회전수 이상에서 조절 장치(26)는, 피스톤이 실린더 내에서 행정 운동을 실행하지 않고 유압 작동유 공급부(2)가 공급 출구(16)로부터 분리되고 유압 작동유 복귀부(3)와 연결되어 유압 작동유 복귀부(3) 및 유압 작동유 공급부(2)에 압력을 가하도록 조절되며, 상기 압력은 유압 작동유 공급원(15)의 흡입구(18)에 대해 또는 냉각기(31)로부터 탱크(29)로의 복귀 라인(30) 내에서 작용하여, 피동축(6)이 허용된 최대 회전수보다 높은 회전수를 사용하여 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량용 유압 구동부.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동부는 건설 장비 차량의 앞바퀴를 구동시키며, 뒷바퀴는 추가의 감속 기어에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 차량용 유압 구동부.
  3. 제1항에 있어서, 래디얼 피스톤 모터(7)의 피동축은 간접적으로 또는 직접적으로 다른 모터(9)의 피동축과 커플링되며, 모터들의 토크가 누적되어 공동의 피동축(11)에 제공되는 것을 특징으로 하는 차량용 유압 구동부.
  4. 제1항에 있어서, 상기 래디얼 피스톤 모터(1)는 차량의 구동부로서 작용하고 유압 모터의 고압 작동 시 허용된 최대 회전수에 상응하는 속도가 초과되는 경우 자동적으로 유압 작동유 공급부(2)는 공급 출구(16)로부터 분리되고 유압 작동유 복귀부(3)와 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 유압 구동부.
  5. 제3항에 있어서, 래디얼 피스톤 모터(7)와 누적 변속기(11) 사이에는 감속 기어(8)가 배치되고 다른 모터(9)와 누적 변속기(11) 사이에는 다른 감속 기어(10)가 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 유압 구동부.
  6. 제5항에 있어서, 감속 기어(8)의 변속비는 다른 감속 기어(10)의 변속비보다 큰 것을 특징으로 하는 차량용 유압 구동부.
  7. 제3항에 있어서, 다른 모터(9)는 행정 체적이 조절될 수 있는 래디얼 피스톤 모터인 것을 특징으로 하는 차량용 유압 구동부.
  8. 제1항에 있어서, 흡입구(18)에 작용하는 압력은 공급 펌프(21)에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 차량용 유압 구동부.
  9. 제1항에 있어서, 유압 작동유 공급부(2) 및 유압 작동유 복귀부(3)는 플러시 밸브(22)의 출구와 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량용 유압 구동부.
  10. 제1항에 있어서, 유압 작동유 공급부(2) 및 유압 작동유 복귀부(3)는 라인(20, 23)과 연결될 수 있으며, 상기 라인은 공급 펌프(21)의 유압 작동유 출구와 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 유압 구동부.
  11. 제1항에 있어서, 유압 작동유 공급부(2) 및 유압 작동유 복귀부(3)는 복귀 라인(30)을 통해 냉각기(31)로부터 탱크(29)까지 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량용 유압 구동부.
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