DE2800487A1

DE2800487A1 - Antriebs- und steuersystem

Info

Publication number: DE2800487A1
Application number: DE19782800487
Authority: DE
Inventors: Donald Lee Hopkins; Gordon Wilford Johnson
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1977-02-02
Filing date: 1978-01-05
Publication date: 1978-08-03
Also published as: GB1559225A; JPS6124225B2; CA1054026A; JPS5396131A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. 8000 MÜNCHEN 22

KARL H. WAGNER gewOrzmohlsrasse 5

POSTFACH 246

ji 77-S-293O

CATERPILLAR TRACTOR CO., Peoria, 111. 61629, V.St.A.

Antriebs- und Steuersystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisches Getriebe mit einer Differentialsteuerung. Allgemein bezieht sich die Erfindung auf den Antrieb von Fahrzeugen, und zwar insbesondere auf ein Strömungsmittel-Antriebssystem zur Lenkung eines Fahrzeugs der Gleis-Kettenbauart.

Bei der Verwendung eines Fahrzeugs der Gleis-Kettenbauart ist es natürlich wichtig, daß der Antrieb des Fahrzeugs in gerader Richtung in effektiver Weise erfolgen kann. Ferner muß eine wirkungsvolle Lenkung des Fahrzeugs in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung des Fahrzeugantriebs möglich sein. Es ist bereits bekannt, zwei gesonderte hydrostatische Motoreinheiten zum Antrieb der Räder oder Gleisketten auf den entsprechenden Seiten des Fahrzeugs vorzusehen. Ein solches System ist in US-PS 3 655 004 beschrieben. Es wäre freilich \^rorteilhaft, wenn ein System vorgesehen werden könnte, bei dem eine einzige Pumpe verwendet wird, um den richtigen Antrieb und die Lenkbetätigung der Räder oder Ketten des Fahrzeugs vorzusehen.

US-PS 2 560 554 beschreibt ein Antriebssystem, bei welchem Wellen bezüglich einander verriegelbar sind, um ein Fahrzeug durch Plane-

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TELEFON (QBS) 29SS27 TELEGRAMM: PATUW MÖNCHEN TELEX: 5-2203B p«tw Λ

tenantriebssystemeanzutreiben. Diese Wellen können auch für eine Rotation in entgegengesetzten Richtungen vorgesehen sein, um einen Lenkeffekt vorzusehen. Dabei ist ein relativ kompliziertes elektrisches und mechanisches System zur Erzeugung dieses Lenkeffekts des Fahrzeugs vorhanden. US-PS 3 612 167 beschreibt ein hydrostatisches Getriebe und einen Motor zum Antrieb eines Differentials für den Antrieb eines Paares von Rädern. Dabei ist jedoch kein Lenksystem gezeigt. US-PS 3 782 488 beschreibt ein Paar von hydrostatischen Getrieben mit einer einzigen Steuerung zum Steuern der Verdrängung eines Paars von Pumpen, um so einen Lenkeffekt zu erreichen. Somit wird ähnlich wie in US-PS 3 655 042 ein Paar von Pumpen im Betrieb des Systems verwendet.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Antriebs- und Steuersystem für ein Fahrzeug der Gleis-Kettenbauart vorzusehen, welches Strömungsmittelmotoren verwendet, um Antrieb und Lenkung der Gleiskettenfahrzeuge zu erzeugen. Die Erfindung hat sich ferner zum Ziel gesetzt, ein System vorzusehen, welches das obige Ziel erreicht und im Aufbau einfach und im Gebrauch effektiv ist.

Die Erfindung sieht somit ein Antriebs- und Lenksystem für ein Fahrzeug mit einem Paar von Gleisketten vor, und zwar mit einem ersten Motor sowie Mitteln zum betriebsmäßigen Kuppeln des ersten Motors und der Ketten zum Antrieb der Fahrzeugketten. Ferner sieht die Erfindung einen zweiten Motor vor, der ein Strömungsmittelmotor ist; Mittel sind vorgesehen, um selektiv dem zweiten Motor unter Druck stehendes Strömungsmittel zuzuführen, um diesen selektiv anzutreiben. Ferner sieht die Erfindung Mittel vor, die betriebsmäßig den zweiten Motor mit mindestens einer der Ketten kuppeln, um eine relative Differenzbewegung zwischen den Gleisketten zu erzeugen, und zwar unterschiedlich von der relativen Differenzbewegung erzeugt durch den ersten Motor.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung, in der schematisch das erfindungsgemäße Fahrzeug-Antriebs- und Lenksystem dargestellt

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ist. (p

Die Zeichnung zeigt das Gesamtsystem 10 zur Erzeugung des Antriebs und der Lenkung eines Kettenfahrzeugs, wobei die Antriebskettenzahnräder bei 12 und 14 dargestellt sind. Wie gezeigt, treibt der Fahrzeugmotor 15 eine Pumpe 16 über ein Getriebe 18 an. Die Pumpe 16 saugt Strömungsmittel aus einem Reservoir 20 ab und pumpt dieses durch eine Leitung 21 und durch Filter 22 in eine Venturi-Vorrichtung 24 und von dort in eine Zumeßöffnung (Drossel) 26, und von dort schließlich zu den hydrostatischen Steuervorrichtungen 28 des Fahrzeugs. Der Motor 15 treibt auch eine reversible, eine veränderbare Verdrängung aufweisende hydrostatische Pumpe 30 an. Die Pumpe 30 ist mit einem eine veränderbare Verdrängung aufweisenden hydrostatischen Motor 32 über Leitung 34 und Leitung 36 verbunden. Die Pumpe 30 mit veränderbarer Verdrängung ist betriebsmäßig mit den hydrostatischen Steuervorrichtungen 28 in bekannter Weise durch Leitungsmittel 38 verbunden, so daß die Betätigung der hydrostatischen Steuervorrichtungen 28 in einer gewählten Weise die Verdrängung der Pumpe 30 verändert, welche dann ihrerseits den Motor 32 in einer gewählten Weise antreibt.

Die Abtriebswelle 40 des Motors 32 treibt ein Zahnrad 42 an, welches mit einem seinerseits eine Welle 46 antreibenden Zahnrad 44 in Eingriff steht. Die Enden der Welle 46 sind mit identischen Planetenzahnradsystemen 48, 50 betriebsmäßig verbunden, um sie mit den entsprechenden Kettenzahnrädern 12, 14 des Fahrzeugs zu kuppeln; aus Gründen der Einfachheit wird daher nur eines (48) der erfindungsgemäßen Planetenzahnradsvsteme und dessen Verbindung mit dem Ende der Welle 46 im einzelnen beschrieben.

Am Ende der Welle 46 ist ein Zahnrad 52 befestigt, welches in Eingriff mit einer Vielzahl von Sonnenrädern 54 steht, die drehbar an einem Zwischenglied 56 gelagert sind. Am Zwischenglied 56 ist eine sich nach aussen erstreckende Welle 58 befestigt, an der ein Zahnrad 60 befestigt ist. Dieses Zahnrad 60 steht im Antriebseingriff mit einem an der Welle 64 des Kettenzahnrads 12 befestigten Zahnrad 62. Die Vielzahl von Zahnrädern 54 steht ebenfalls mit

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einem Ringzahnrad 66 in Eingriff. Das Ringzahnrad 66 besitzt nach aussen ragende Zähne 68, die mit Zähnen eines Zahnrads 70 kämmen, welches zu einem Paar von Zahnrädern 7C, 72 gehört, die miteinander durch eine Welle 74 befestigt sind. Das andere Zahnrad 72 des Zahnradpaars kämmt mit einem Zahnrad 76, welches an einer Welle 78 befestigt ist, an deren entgegengesetztem Ende ein Kegelzahnrad 80 befestigt ist.

Wie oben erläutert, ist das mit dem Kettenzahnrad 14 in Verbindung stehende Planetenradsystem 50 in identischer Weise ausgebildet.

Ein allgemein in US-PS 3 477 225 (DT-OS 17 50 554} beschriebenes Freigabe- und Nachfüllventil 82 steht betriebsmäßig mit Pumpe 30 und Motor 32 über Leitungen 84, 86, 88, SO in 'Verbindung. Das Freigabe- und Nachfüllventil 82 kann Strömungsmittel von Leitung 21 über eine Leitung 92 an die Niederdruckleitung der Leitungen 34,36 liefern und auch zusätzliches Strömungsmittel von der Niederdruckleitung der Leitungen 34, 36 abziehen und Strömungsmittel von dem Freigabe- und Nachfüi!ventil 82 in eine Leitung 94 unter den im folgenden zu beschreibenden Bedingungen liefern.

Die Leitung 94 steht mit einem Swei-Stellungs- oder Zweiwegeventil 96" in Verbindung, welches seinerseits durch Leitungen 100, 102 mit einem umkehrbaren Strömungsmittelmotor 98 verbunden ist. Die Abtriebswelle 104 des Motors 98 besitzt ein daran befestigtes Kegelzahnrad 106, welches mit den Kegelzahnrädern 80, 80' derart in Eingriff steht, daß die Kegelzahnräder 80, 80', 106 ein Differential 108 bilden. Eine Leitung 110 führt vom Ventil 96 zu einem auf veränderlichen Druck kompensierten Abmeß-Strömungssteuerventil 112, welches nicht für den Druck im Antriebssystem bestimmende Fahrzeuglasten empfindlich ist; Ventil 112 kann durch zu beschreibende Steuervorrichtungen geöffnet und geschlossen werden. Wenn sich das Ventil 112 in der Öffnungsstellung befindet, so kann Strömungsmittel von dem Freigabe- und Nachfüllventil 82 durch den Motor 98 in der einen oder anderen Richtung zum Antrieb des Motors 98 in der einen oder anderen Richtung laufen, und zwar durch das Strömungsmittelsteuerventil 112 und in die Lei-

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tung 92 zurück zum Freigabe- und Nachfüllventil 82.

Ein Paar von Pilot- oder Steuerventilen 114, 116 ist vorgesehen, um wahlweise Strömungsmittel von der Leitung 118 zum Ventil 96 zu leiten, um das Ventil 96 in der einen oder anderen der entsprechenden Stellungen anzuordnen. Das Ventil 114 ist ein Lenkventil, welches beispielsweise durch einen Hebel in der (nicht gezeigten) Fahrzeugkabine betätigt wird. Das Ventil 114 befindet sich stets in der einen oder der anderen Position, um Strömungsmittel der einen oder anderen Seite des Ventils 96 zuzuführen. Man erkennt jedoch, daß ein Stromungsmittelfluß durch den Motor 98 und das Ventil 96 dann nicht erfolgen kann, wenn das Ventil 112 geschlossen ist. Der Motor 98 ist dadurch für einen Nicht-Lenkungs-Effekt verriegelt. Der Hebel kann beispielsweise derart gewählt sein, daß er sich an einer Vertikalposition befindet, um eine Schließstellung des Ventils 112 festzulegen. Die Bewegung des Hebels in einer Richtung öffnet das Ventil 112 und bewegt das Lenkventil 114 in die gewählte Lenkposition oder wenn sich das Lenkventil 114 bereits in einer derartigen gewählten Position befindet, so wird das Lenkventil 114 veranlaßt, in dieser Position zu verbleiben. Die Bewegung des Hebels in der anderen Richtung aus der Neutralstellung heraus bewegt natürlich das Lenkventil 114 in seine andere Position und öffnet die Zumeßöffnung (Drossel) 112 (vgl. die Zeichnung). Die Bewegung des Hebels zurück in seine Neutralstellung läßt das Lenkventil 114 in der Position, die es eingenommen hat, schließt aber das Ventil 112.

Das Ventil 116 liegt in Serie mit dem Ventil 114, um eine Gesamtumkehr des Pilotströmungsmittelflusses zum Ventil 96 vorzusehen.

Bei normalem Betrieb, wenn kein Lenkeffekt gewählt ist, treibt der Motor 15 die Pumpe 30 an, die ihrerseits den Motor 32 zum Antrieb der Welle 46 antreibt. Das Freigabe- und Nachfüllventil 82 liefert Strömungsmittel zur Niederdruckleitung der Leitungen 34, 36. Strömungsmittel kann nicht von der Leitung 94 durch den Motor 98 fließen, da das Ventil 112 geschlossen ist. Somit ist das Differential 108 verriegelt, d.h. die Wellen 78, 78' sind gegenüber einerVerdrehung festgehalten. Somit verdreht die Welle

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46 die Zahnräder 52, 52', um dadurch die Sonnenräder 54, 54' zu verdrehen. Die Ringzahnräder 66, 66' können sich nicht verdrehen, da die Wellen 78, 78' sich nicht drehen und infolgedessen verdrehen sich die Sonnenzahnräder 54, 54' innerhalb der Ringzahnräder 66, 66', um die Wellen 58, 58¹ anzutreiben, die ihrerseits die Kettenantriebsräder 12, 14 mit der gleichen Geschwindigkeit antreiben. Dies erzeugt einen geradlinigen Antrieb des Fahrzeugs. Man erkennt, daß eine Umkehr der Pumpe 30 den Motor 32 umgekehrt antreibt, um so die Kettenantriebsζahnrader 12, 14 in der umgekehrten Richtung mit gleichen Geschwindigkeiten anzutreiben.

Nimmt man an, daß die KettenantriebsZahnräder 12, 14 tatsächlich mit der gleichen Geschwindigkeit oder Drehzahl angetrieben werden und nimmt man ebenfalls an, daß die Lenkung des Fahrzeugs erwünscht ist, so kann der oben beschriebene Hebel betätigt werden, um das Ventil 112 zu öffnen, und um das Steuerventil 114 in die richtige Stellung zu bewegen, wenn es sich nicht bereits in der richtigen Stellung befindet, um so die gewählte Lenkung des Fahrzeugs vorzunehmen. Nimmt man beispielsweise an, daß das Lenkventil 114 nach oben bewegt wird, so wird Pilotströmungsmittel der rechten Seite des Ventils 96 zugeführt, so daß sich das Ventil 96 in seiner ersten Stellung, wie gezeigt, befindet. Strömungsmittel kann dann aus dem Freigabe- und Nachfüllventil 82 durch Leitung 94 und durch Ventil 96 austreten, um den Motor 98 in einer Richtung anzutreiben. Dieser Antrieb des Motors 98 erzeugt eine Differenzbewegung der Wellen 78, 78'_f wobei die eine in der einen und die andere in der entgegengesetzten Richtung sich verdreht, so daß durch die Planetenradsysteme 48, 50 eine Differentialbewegung zwischen den Antriebskettenrädern 12, 14 des Fahrzeugs erzeugt wird, wobei eine dieser Antriebskettenzahnräder tatsächlich verlangsamt wird. Man erkennt, daß eine Lenkung des Fahrzeugs auf diese Weise vorgesehen wird, und zwar durch die Differenzbewegung der durch die Antriebskettenzahnräder 12, 14 angetriebenen Gleisketten.

Die Bewegung des Lenkventils 114 in seine andere Position liefert Pilotströmungsmittel an die andere Seite des Ventils 96, um dieses Ventil 96 in seine zweite Stellung zu bewegen, um so unter Druck

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stehendes Strömungsmittel dem Motor 98 zuzuführen, der dann in der anderen Richtung angetrieben wird. Auf diese Weise wird die zuvor verlangsamte Kette auf die normale Antriebsgeschwindigkeit gebracht und die Kette, die zuvor auf der normalen Antriebsgeschwindigkeit war, verlangsamt sich.

Wenn das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung betrieben wird, so wird das Vorwärts/Rückwärts-Ventil 116 betätigt, um eine umgekehrte Strömung von Pilotströmungsmittel zum Ventil 96 vorzusehen. Dies kehrt den Ausgangsantrieb des Motors 98 um, was notwendig ist, wenn in der Rückwärts-Fahrzeugbetriebsart gefahren wird, um vorzusehen, daß die gleiche Arbeitsweise des oben beschriebenen Hebels in konsistenter Weise die gewählte Rechts- oder Links-Lenkung erzeugt.

Die Erfindung sieht somit ein Fahrzeug vor, welches eine eine veränderbare Verdrängung aufweisende Strömungsmittelpumpe 30 sowie einen eine veränderbare Verdrängung aufweisenden hydrostatischen Motor 32 besitzt, um die Gleisketten des Fahrzeugs anzutreiben; ein hydrostatischer Hilfsmotor 98 kann in der einen oder anderen Richtung betätigt werden, um die Steuerung des Fahrzeugs durch Planetenantriebe 48, 50 vorzusehen, die mit den Fahrzeugkettenrädern verbunden sind.

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Claims

-y- 2600487 Patentansprüche

1.-' Antriebs- und Steuersystem für ein Fahrzeug mit einem Paar von Gleisketten oder dergleichen und mit einem ersten Motor (3O) sowie Mitteln, weiche den ersten Motor betriebsmäßig mit den Ketten kuppeln, um diese anzutreiben, gekennzeichnet durch einen zweiten Motor (98), der ein Strömungsmittelmotor ist.

Mittel zur selektiven Lieferung von unter Druck stehendem Strömungsmittel an den zweiten Motor (98) zum wahlweisen Antrieb des zweiten Motors (98) und

Mittel, welche betriebsmäßig den zweiten Motor (98) mit mindestens einer der Ketten kuppeln, um eine relative Differentialbewegung zwischen den Ketten vorzusehen, die sich von der relativen Antriebsbewegung, vorgesehen durch den ersten Motor (30), der Ketten unterscheidet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Motor (30) ein Strömungsmxttelmotor ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch Mittel, welche den zweiten Motor (98) und die beiden Ketten betriebsmäßig kuppeln, um eine relative Antriebsbewegung zwischen Ketten vorzusehen, die sich von der relativen Antriebsbewegung, erzeugt durch den ersten Motor (30), unterscheidet.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Motor (98) ein reversibler Strömungsmittelmotor ist,und wobei die Mittel zur selektiven Erzeugung unter Druck stehenden Strömungsraittels am zweiten Motor (98) Mittel aufweisen zur selektiven Erzeugung von unter Druck stehendem Strömungsmittel am zweiten Motor (98), um den zweiten Motor wahlweise in der einen oder anderen Richtung anzutreiben.

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5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur selektiven Erzeugung von unter Druck stehendem Strömungsmittel am zweiten Motor Ventilmittel (96) aufweisen, die in eine erste und zweite Position bewegbar sind und in der ersten Position unter Druck stehendes Strömungsmittel an den zweiten Motor (98) zu dessen Antrieb in einer Richtung liefern, und in der zweiten Position unter Druck stehendes Strömungsmittel an den zweiten Motor (98) zu dessen Antrieb in der anderen Richtung liefern.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Pilotdrucksystem betriebsmäßig gekuppelt mit den Ventilmitteln (96), ein Wählventil (114) betriebsmäßig gekuppelt mit dem Pilotdrucksystem, um die Verschiebung der Ventilmittel (96) in die erste und zweite Stellung zu bewirken.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Motor (30) ein Strömungsmittelmotor ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mittel zur betriebsmäßigen Kupplung des zweiten Motors {98} und der Ketten zur Erzeugung einer relativen Antriebsbewegung zwischen den Ketten unterschiedlich von der relativen Antriebsbewegung erzeugt durch den ersten Motor (30).

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Paar von Pilotventilen (114, 116) zur selektiven Leitung von Strömungsmittel von der Leitung (118) zum Ventil (96).

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen hydrostatischen Motor (32), der eine Welle (46) antreibt, die betriebsmäßig mit Planetenradsystemen (48, 50) in Verbindung steht, und daß ein Motor (98) über ein Differential (108) zwei Wellen (78, 78') antreiben kann, die ihrerseits betriebsmäßig mit den Planetenradsystemen (48, 50) in Eingriff stehen (vgl. die Figur).

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ORIGINAL /NSPECTED

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Freigabe- und Nachfüllventil (82), ein Ventil (96) und ein Strömungssteuerventil (112). (vgl. die Figur).

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