Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
HYDROMECHANICAL TRANSMISSION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/023880
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a hydromechanical transmission which comprises a train of planetary gears which transmits the power from a driving shaft (A) to two driven shafts (B, C), one of them (C) actuating a pump (D). By means of a throttle valve (E), the rotation of the pump is partially or totally limited, thereby regulating the rotation speed of the output shaft (B), from zero speed up to a preset maximum speed. It can also be used as speed variator, security brake and clutch.

Inventors:
DE COL ENZO (AR)
DE COL RENATO (AR)
Application Number:
PCT/IB1997/001456
Publication Date:
June 04, 1998
Filing Date:
November 17, 1997
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SANCHEZ SANTIAGO (AR)
COL ENZO DE (AR)
COL RENATO DE (AR)
International Classes:
F16H3/72; (IPC1-7): F16H3/72
Foreign References:
US4729261A1988-03-08
US2653487A1953-09-29
US2743625A1956-05-01
FR2033735A51970-12-04
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 16, no. 191 (M - 1245) 8 May 1992 (1992-05-08)
Download PDF:
Claims:
1. REIVINDICACIONES Habiendo descrito y determinado la naturaleza y alcance de la pre sente invención y la manera en que la misma ha de ser llevada a la practica, se declara que lo que se reivindica como invención y de propiedad exclusiva es : 1) UNA TRANSMISION HIDROSTATICOMECANICA Una transmisión hidrostaticomecanica capaz de transmitir movi miento y fuerza (con pares aún muy elevados) a partir de una veloci dad de entrada fija o variable, a una velocidad de salida variable según las necesidades, a partir de cero hasta un máximo establecido. Está constituida y caracterizada por un mecanismo original com puesto por una parte mecánica y por un dispositivo hidrostatico, los cuales forman parte de un solo conjunto en el que trabajan combina damente como está descrito a continuación. La parte mecánica está constituida por un tren de engranajes pla netarios situados en el interior de su carcasa, de la cual salen 3 ejes principales como en los comunes mecanismos diferenciales, uno de los cuales ejes es conductor y los otros dos son coducidos.
2. Como se observa en la figura 1, lámina.
3. estos 3 ejes son : A) Eje conductor (acoplado al motor). B) Eje conducido (1) (acoplable al mecanismo a conducir). C) Eje conducido (2) (acoplado a la bomba del dispositivo hidráulico. La simple parte hidráulica esta constituida por una bomba (D) de volumen fijo o variable acoplada al eje conducido (C) (ver la figu ra 1 de la lámina 1 y la fig. 5 lam. 3), la cual aspira aceite de un deposito y lo reenvia al mismo, haciendolo pasar primero a través de una válvula estranguladora (E) la cual tiene la misión de mante ner abierto o de cerrar en parte o totalmente el paso del aceite se gún convenga a la transmisión. Funcionamiento En las figuras n. 23 y 4 de la lamina 2 están representadas las 3 fases de su funcionamiento. (1. fase) fig. n. 2 E1 eje conductor (A) gira, la válvula estranguladora (E) esta abier ta, la bomba (D) gira libre impulsada por su eje (C) y aspira aceite del deposito haciendolo circular libremente a lo largo del circuito hidráulico sin que el mismo encuentre resistencias, es decir, en es ta primera fase el dispositivo hidráulico no cumple ninguna función, el eje conducido (B) permanece parado.
4. (.
5. fase) fig n. 3 El eje conductor (A) gira, la válvula estranguladora (E) puede ser regulada en cualquier posición y estrangular con eso el paso del aceite, conteniendo y regulando el giro de la bomba (D) según las veloci dades requeridas por la transmisión. Parte del giro del eje (C) de la bomba, pasa entonces en esta segunda fase al otro eje conducido (B) a través del tren de engranajes planetarios y pone en movimiento el mecanismo a conducir.
6. (.
7. fase) fig. n. 4 El eje conductor (A) gira, la válvula estranguladora (E) esta cer rada, por lo tanto todo movimiento del dispositivo hidráulico queda bloqueado, el eje conducido (C) y la bomba (D) permanecen parados y el eje conducido (B) gira impulsado únicamente por la parte mecá nica del sistema. Como se ve, en esta tercera fase, una vez que esta transmisión ha terminado de trabajar como embrague y alcanza por así decirlo una fase de transmisión directa, el funcionamiento del dispositivo hi dráulico queda anulado, evitando el consumo y otros inconvenientes inherentes al mismo. Esto último es justamente la ventaja principal de esta tranmisión funcionando como embrague, con respecto a los convencionales embra gues hidrostáticos. Un ejemplo de su utilidad puede ser su practica aplicación a la impulsión de vehiculos, 2) Esta transmisión (como está reivindicado en el punto (1)) constituye también un autentico variador de velocidad, dada la velocidad variable a voluntad con la cual puede girar el eje condu cido (B), por lo cual la misma se reivindica también como variador hidrostáticomecánico de velocidad.
8. Se reivindica su uso como freno. Esta transmisión (tal como esta reivindicado en el punto (1)) para este proposito funciona en el siguiente modo : Si se desconecta del motor que lo impulsa el eje conductor (A), y mediante un adecuado dispositivo se lo mantiene bloqueado, dejando girar al mismo tiempo la bomba (D) impulsada ésta vez por el eje (B), impulsado este a su vez por una fuerza que se quiere contener y se estrangula luego el paso del aceite con la válvula (E), se obtiene un óptimo freno que mediante el dispositivo hidráulico frena justa mente el giro del eje (B). (Esto es muy fácilmente comprensible observando la figura 5 do In lámina 3, en cambio en la figura 1 de la lamina 1 y en las 3 figuras de la lamina 2 no es esto evidente, porque usando este procedimien to, para que la contención del dicho eje (B) pueda suceder, el en granaje del eje (A) y el montado libremente sobre el mismo eje (B) tendrian que tener diámetros diferentes entre si y no iguales como están en las mencionadas figuras 123 y 4 representados).
9. Se reivindica esta transmisión (tal como esta reivindicado en el punto (1)) para su uso como embrague de seguridad. Para este proposito funciona como esta descrito a continuación. Es evidente que si se mantiene siempre cerrada la válvula es tranguladora (E) y se dispone en el circuito hidráulico una válvula de seguridad como la que se ve en las 5 figuras representadas, esta transmisión funciona optimamente como embrague de seguridad, dado que apenas la presión del aceite que se encuentra en el tramo del circuito ubicado entre la bomba y la válvula de seguridad pasa de un cierto limite preestablecido, esta válvula se abre, la presión del aceite cesa dado que el mismo se descarga, la bomba por consiguiente gira, el eje conducido (B) por lo tanto se para y la transmisión cesa.
10. Se reivindica esta transmisión también en la variante que en vez de un circuito bidráulico, use uno neumático con un funciona miento similar justamente al hidrostático explicado, para todos los propósitos anteriormente elencados. O sea, se reivindica también la variante neumáticomecánica de este sistema de transmisión.
Description:
DESCRIPCION DE LA INVENCION UNA TRANSMISION HIDROSTATICO-MECANICA Una transmisión hidrostático-mecánica capaz de transmitir fuerza y movimiento a partir de una determinada velocidad de entrada, (fi- ja o variable) a una velocidad de salida variable a voluntad a par- tir de cero hasta un máximo establecido.

Esta transmisión estácaracterizada por un mecanismo que posee una par- te mecánica, constituida por un tren de engranajes planetarios y por un dispositivo hidráulico apto a frenar el giro de uno de los dos ejes conducidos del dicho tren de engranajes.

Operando el dispositivo hidráulico de este modo, la transmisión pue- de variar a voluntad a partir de la inmovilidad la velocidad de giro del otro eje conducido, que es el de salida acoplable al mecanismo a conducir.

E1 principal proposito de esta transmisión, aunque pude ser per- fectamente usada para otros, como se dirá más adelante, es el de pro- porcionar un embrague o acoplamiento, que posee características aptas a resolver muchos problemas de trasmisión de fuerza y de movimiento en un modo más adecuado que con los sistemas convencionales.

(Un ejemplo de esto puedeser su capacidad de funcionar sin dificul- tad alguna y con poco consumo a cuaquier velocidad de salida en mo- do continuo, transmitiendo el par que convenga).

Descripción del mecanismo Ver figura 1 lámina 1 y figura 5 lámina 3 Parte mecánica Esta parte esta constituida por una carcasa estacionaria dentro de la cual está situado un tren de engranajes planetarios el cual puede tener muchas dlferentesconfiguraciones como por ejemplo la de la figura 1 lámina 1 que es a engranajes rectos o la de la figura 5 lámina 3 que posee engranajes cónicos.

Este mecanismo como los comunes mecanismos diferenciales, posee tres ejes principales que salen de la carcasa, uno de los cuales es conductor y los otros dos son conducidos.

En la figura 1 de la lámina 1 y también en las otras figuras de de las otras láminas está representada la función de cada uno de los dichos tres ejes.

Aquí a continuación están elencados estos tres ejes y para cada- uno de ellos esta agregada la descripción de su función.

A) Eje conductor (acoplado al motor).

B) Eje conducido (1) (acoplable al mecanismo a conducir).

C) Eje conducido (2) (acoplado a la bomba del dispositivo hidráu- lico, el cual dispositivo tiene la misión de frenar y de contener aún totalmente su giro).

Parte hidráulica La simple parte hidráulica esta constituda por una bomba (D), (a volumen fijo o variable) acoplada al eje conducido (C), la cual aspira aceite de un depósito y lo reenvia al mismo haciendolo pasar previamente a través de una válvula estranguladora (E), la cual tiene el proposito de mantener abierto o de cerrar en parte o to- talmente el paso del aceite según convenga a la transmisión.

Funcionamiento En las figuras n. 2, 3 y 4 de lalamina n. 2 está representada y aquí a continuación explicada la secuencia de funcionamiento de esta transmisión.

Figura 2 (Fase 1) El eje conductor (A) gira transmitiendo movimiento al mecanismo.

El eje conducido (C), (conductor de la bomba), gira libre transmi- tiendo movimiento a la bomba que aspira aceite del deposito y lo hace pasar a través de la válvula estranguladora, la cual en esta primera fase esta completamente abierta y por lo tanto no ofrece ninguna resistencia a la circulación del aceite. La transmisión por consiguiente gira en vacío y no transmite ninguna fuerza al eje con- ducido (B), el cual permanece por lo tanto parado.

Figura 3 (Fase 2) E1 eje conductor (A) gira transmitiendo movimiento.

E1 eje conducido (C), (eje de la bomba), en esta segunda fase es frenado en su velocidad de giro a voluntad, paulatinamente a partir de una velocidad máxima hasta ser completamente detenido, pudiendo funcionar idefinidamente a cualquier velocidad intermedia.

Esta contención del giro es obtenida estrangulando como conviene el paso del aceite a través de la válvula estranguladora (E), la cual justamente de este modo frena el. giro de la bomba y consiguifntptool- te de su eje.

E1 eje conducido (B) gira y transmite fuerza a partir de parado hasta un máximo de velocidad, en función del giro del eje (C) de la bomba, pudiendo moverse idefinidamente a cuaquier velocidad inter- media conveniente.

Figura 4 (Fase 3) E1 eje conductor (A) gira transmitiendo movimiento al mecanismo.

El eje conducido (C) (eje conductor de la bomba) está bloqueado en su giro dado que el paso del aceite está imposibilitado por la válvula estranguladora que en esta ultima fase esta completamente cerrada.

Estando impedido así el giro de la bomba y de su eje, el mecanismo de la transmisión obliga a girar como eje conducido unicamente el eje (B).

Come se ve, enesta tercera fase el fucionamiento de la parte hidrá- ulica esta completamente anulado y la transmisión prosigue funcio- nando solamente con su parte mecanica.

Comparación de esta transmisión usada como embrague con los embra- gues o acoplamientos hidrostáticos convencionales.

Principales ventajas 1) Cuando el circuito hidráulico de este embrague está completa- mente bloqueado por la válvula estranguladora (E) cerrada, y el mis- mo funciona solo con su parte mecánica, o sea habiendo terminado de funcionar el eje conducido (B) a velocidades reducidas y haber alcanzado el mismo por así decir una marcha directa, cesan completamente las pérdidas de par debidas a los rozamientos secos y viscosos y también las perdidas hidridinámicas, ambas caracteris- ticas de los elementos hidrostáticos.

De este modo, durante esta última fase del funcionamiento de este acoplamiento, que es de últimas la que dura casi todo el tiempo por ejemplo en la aplicación del mismo a la impulsion de vehiculos, el consumo de energia es comparable o inferior al de los acoplamientos hidrodinámicos y casi similar al de los comunes embragues mecánicos a disco o a tambor.

En comparación en el funcionamiento de un convencional embrague hidrostático compuesto de un primario (bomba), de un secundario, (motor) y de una válvula en derivación que cuando ha sido alcanzada la máxima velocidad de funcionamiento está cerrada, y los dos elemen- tos hidrostáticos funcionan continuamente a pleno, las perdidas de par hidrodinámicas y por fricción son incomparablemente mayores que en el funcionamiento del sistema aquí descrito, y por lo tanto ma- yor resulta también el consumo de energia.

2) Cuando la parte hidráulica esta funcionando, las perdidas de- bidas a los roces que se producen en los elementos hidrostati- cos y las otras, las hidrodinámicas, están reducidas aproximadamen- te a la mitad. Esto es debido a que de elementos hidrostáticos hay uno solo, la bomba, en vez de dos como en los acoplamientos hidro- státicos convencionales, dado que justamente no existe el motor.

3) Si además se agrega que a medida que aumenta la velocidad de rotación del eje conducido (B) disminuye la de la bomba, se comprende que a las altas velocidades de rotación de este eje con- ducido (B), la velocidad de funcionamiento del dispositivo hidra'u- lico va disminuyendo y con ello disminuyen las perdidas tambien des- de este punto de vista, al contrario de lo que sucede en los con- vencionales embrague hidrostáticos.

4) Otra caracteristica muy importante de este sistema es la de poder hacer girar el eje conductor (A) y el conducido (B) a las altas velocidades que convengan al funcionamiento de la parte mecánica de la transmisión, y de mantener el giro del eje conducido (C) que hace girar la bomba a las relativamente reducidas veloci- dades aptas al funcionamiento de la misma.

Este sistema de embrague o acoplamiento, como se ve, reúne la ven- taja de un funcionamiento económico comparable al de las transmisio- nes macánicas e hidrodinámicas, juntamente a la posibilidad de transmisión de un par elevado a cualquier velocidad de salida, po- sible esta de ser mantenida indefinidamente en el tiempo, como su- cede con toda transmisión hidrostática.

Comparación con los embragues hidrodinámicos Algunas caracteristicas ventajosas respecto de los comunes em- bragues hidrodinámicos son : 1) La posibilidad de este sistema de poder funcionar indefinida- mente y eficientemente a una gama muy varia de velocidades de salida.

2) No existe la necesidad de mantener una rotación siempre por encima de una cierta velocidad critica al fin de mantener fun- cionando un torbellino torico, por tanto puede transmitir fuerza aún funcionando a baja velocidad, como toda transmisión hidrostáti- ca.

3) Es tambien mucho más fácil refrigerar el aceite.

4) Es incomparablemente más compacta.

Otros propositos para los cuales es apta esta transmisión.

1) Como variador de velocidad Es evidente que esta transmisión constituye un autentico va- riador de velocidad dada la velocidad variable con la cual puede girar el eje conducido (B), por lo cual puede ser usada también co- mo tal (aunque no pueda variar el par).

2) Como freno Si mediante un adecuado dispositivo mecánico se mantiene blo- queado el eje conductor (A) dejando girar la bomba (D), esta vez impulsada por el eje (B), y se estrangula el paso del aceite con la válvula (E), se obtiene un optimo freno que mediante el dispo- sitivo hidráulico frena justamente el giro del eje (B).

NOTA. En la modalidad representada en las figuras : 1, 2, 3 y 4 de las láminas 1 y 2, el eje (B), (cuando es impulsor, siendo la transmisión utilizada como freno), solo es posible frenarlo con la bomba cuando el engranaje del eje (A) y el intermediario, (montado libre justamente sobre el eje (B)) poseen diámetros diferentes, no iguales como los representados.

En cambio es enseguida evidente esta posibilidad de frenado en la figura 5 de la lamina 3 donde los engranajes son cónicos.

Este procedimiento de frenado puede ser útil por ejemplo en su uso en vehiculos cuando estos deban ser contenidos a lo largo de baja- das con fuerte pendiente o muy prolongadas.

3) Como embrague de seguridad Manteniendo siempre cerrada la válvula estranguladora (E) y disponiendo de una válvula de seguridad como la que se ve en las 5 figuras de las 3 láminas (que no esta designada sin embargo con niguna letra), e'sta transmisión funciona optimamente como acopla- miento de seguridad, dado que apenas la presión del aceite que se encuentra entre la bomba y la válvula de seguridad pasa de un cier- to limite preestablecido, la válvula de seguridad abre el circuito, la bomba empiezaa girar y el eje conducido (B) se para y cesa la transmisión.

(Para este proposito sin embargo es más conveniente eliminar del todo la válvula estranguladora porque no es necesaria, pero con es- to esta máquina resulta transformada en otra con otras caracteris- ticas, diferente de la aquí presentada y que probablemente requie- ra una particular solicitud de patente).

Observaciones Es obvio que los 3 ejes del tren de engranajes o dispositivo dife- rencial, según como sean dispuestos, pueden ejecutar cada uno las 3 diferentes funciones de : 1) Eje conductor (Acoplado al motor).

2) Eje conducido (1) (Acoplable al mecanismo a conducir).

3) Eje conducido (2) (Transmisor del movimiento a la bomba y mediante esta, posible de frenar y de inmovilizar).

Elementos accesorios como un refrigerador del aceite puesto a la salida del conducto de retorno, eventuales manómetros, robinetes, posibles acumuladores, etc, no han sido representados en las figuras aquí alegadas por considerarlos superfluos a la esencia de la des- cripción de la aqui descrita transmisión.

Tampoco ha sido explicada con palabras la función de la válvula de seguridad, (exepto por lo explicado para su uso en el modo de utilización de esta transmisión como embrague de seguridad) porque para entender eso es suficiente la atenta observación de las cor- respondientes figuras.

Este sistema de transmisión para casos donde sea conveniente, se puede también construir con un circuito para la contención y la de- tención del giro del eje conducido (C), neumático en vez de hidráu- lico. Con tal procedimiento se aspira el aire directamente de la atmosfera sin necesidad de un depósito como en el sistema bidráuli- co usando una bomba neumática o compresor, posiblemente a dia- fragma o bien rotativo o también alternativo a pistón. Despues de haberlo aspirado, el aire se hace pasar por una válvula estrangula- dora neumática que cumple la misma función que la válvula estran- guladora descripta. O sea, frenar y aún parar totalmente el giro de la bomba, contenteniendo y deteniendo el giro de su eje, pasando el movimiento en parte o totalmente al otro eje conducido (B) aco- plado al mecanismo a conducir.

Después de haber pasado por la válvula estranguladora, el aire se descarga directamente a la atmosfera.

La bomba hidráulica puede tener las caracteristicas más convenien- tes para cada caso, en muchos de ellos conviene que sea a volumen variable, aunque fuera solamente para poder disponer de una po- sición inicial de apiración nulapara que pueda comenzar a trabajar por así decir en vacio dejando libre de girar sin resistencia al- guna en esta posición aún continuamente el eje conductor.

En otros casos más simples pueden fucionar perfectamente bien también bombas a volumen fijo. En todos los casos sin embargo con- viene que las bombas sean lo más hermeticas posible para evitar fugas y los cosiguientes deslizamientos del dispositivo hidráulico.

En los casos en que se quieran evitar los pequeños deslizamientos posibles de la bomba cuando esta ha terminado de funcionar, o sea, cuando la válvula estranguladora cierra totalmente el paso del acei- te y con esto bloquea el giro de la misma, pero no obstante subsis- ten pequeños movimientos debidos a eventuales fugas, se puede ter- minar de bloquearla con sistemas mecánicos.

Es evidente que la transmisión puede producirse también a la in- versa de como hasta ahora ha sido explicado. O sea, a partir de una velocidad de entrada continuamente variante dentro de determinados limites, conteniendo adecuadamente el giro de la bomba mediante el cierre y la apertura de la válvula estranguladora en un modo conve- nientemente variable, analogamente a como ha sido explicado para los otros casos, se puede obtener una velocidad de salida constante.

Come se ve, esta transmisión consta de un mecanismo simple, ro- busto, duradero, compacto, fácil de gobernar, de mantener, y dadas sus prestaciones, razonablemente economico de construir.

Este mecanismo que consta básicamente como ha sido descripto, por : 1) Un diferencialcon sus 3, ejes los cuales llevan a cabo las 3 diferentes funciones explicadas, como parte mecánica, y 2) Un dispositivo hidráulico con sus : Bomba hidrosLátic ;), váivu- la estranguladora y deposito. Y que como ha sido descripto, con estos dos dispositivos trabajando cornbinadamente funciona como embrague o acoplamiento, puede ser transformado fácilmente en otro que además de como embrague pueda funcionar también como converti- dor de par.

Tal transformación sucede como se explica aquí seguidamente.

A continuación de la bomba hidrostática, (que aquí es necesario que sea a volumen variable) y dela váluvla estranguladora, se agrega en el circuito hidráulico un motor hidrostático.

El proposito de este motor es que mediante un mecanismo de rue- da libre, montado en el eje conducido (B) del diferenciallpueda im- pulsarlo a este eje aún encontrando en el una gran resistencia al giro. Para obtener esto se acciona la bomba a volumen variable en un modo similar a como se regula la bomba impulsora de un conven- cional convertidor hidrostático de par, compuesto por un conjunto de bomba y motor.

Cuando este convertidor así obtenido ha terminado de funcionar como tal, cerrando la válvula estranguladora que se encuentra inme- diatamente a la salida de la bomba, se bloquea y anula el funciona- miento del dispositivo hidráulico exactamente igual a como sucede para el embrague aquí explicado.

A partir de este momento la transmisión sigue funcionando solamen- te con su parte mecánica, gracias a la acción de la rueda libre del eje conducido (B) que deja justamente este eje, libre de girar cuan- do va más veloz que el motor hidrostático.

(La rueda libre puede también ser substituida por otro diferencial).

Como se ve, este convertidor de par puede resultar practico y tam- bien economico desde el punto de vista de su funcionamiento, espe- cialmente debido a la caracteristica del anulamiento del funciona- miento del circuito hidráulico cuando la transmisión trabaja por así decir, en directa.

En cambio es evidente que debido a los elementos agregados, la complicación, el bulto y el encarecimiento son considerablemente ma- yores que en el mecanismo básico que funciona solo como embrague, el cual consta como dicho de solo dos elementos básicos que son el di- ferencial y la bomba.

Sin embargo no obstante sus inconvenientes, hay casos en los cua- les su aplicación puede resultar conveniente, por eso han sido aquí sumariamente descritos su constitución y su funcionamiento.

De cualquier modo, la mención aquí hecha de la posibilidad de la contrucción de este mecanismo, que puede funcionar indistintamente solo como embrague o también como convertidor de par ; ha sido prin- cipalmente a título informativo, pero teniendo también el proposito de reservar si es posible la prioridad defuturas solicitudes de pa- tente al respecto.