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Steuereinrichtung mit selbsttätiger Regulierung an hydrostatischer
Kraftübertragung mit einer Pumpe und einem Motor
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sein. In den ersten beiden Fällen wird das Arbeitsmedium dem Hauptkreislauf entnommen, in der letzt- genannten Variante findet ein hydraulischer Hilfskreislauf Anwendung.
In den Zeichnungen sind mehrere beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemässen hydrau- lischen Steuerung an einer hydrostatischen Kraftübertragung dargestellt, die weitere Einzelheiten der
Erfindung zeigen. Es zeigen Fig. 1 ein Prinzipschema eines steuerbaren hydrostatischen Pressenantriebes,
Fig. 2 das Prinzipschema einer mittelbaren hydraulischen Steuerung für den hydrostatischen Pressenantrieb nach Fig. l in der Pressstellung, Fig. 3 das Schema nach Fig. 2 in der Hebestellung, Fig. 4 das Schema nach Fig. 2 in der Haltstellung, Fig. 5 einen Schieber'für automatische Zuordnung der Hochdruckseite, Fig. 6 ein Prinzipschema eines steuerbaren hydrostatischen Fahrzeuggetriebes, Fig. 7 das Prinzipschema einer unmittelbaren hydraulischen Steuerung für das hydrostatische Fahrzeuggetriebe nach Fig. 6, Fig.
8 das Prinzipschema einer unmittelbaren vorgesteuerten hydraulischen Steuerung für das hydrostatische Fahrzeuggetriebe nach Fig. 6.
Im Prinzipschema des in Fig. 1 dargestellten Pressenantriebes ist mit 1 ein Elektromotor bezeichnet, der mit dem Primärteil 2 der hydrostatischen Kraftübertragung drehstarr verbunden ist. Der Primärteil 2 ist in der dargestellten Ausführungsform durch eine Axialkolbenpumpe gebildet, welche bezüglich der Förderrichtung reversierbar ist. Zu diesem Zweck ist der Primärteil 2 aus der dargestellten, mit 0 bezeichneten Lage, in welcher keine Förderung stattfindet, bis in die Endlagen P und H verschwenkbar, wobei in der Lage P die Leitung 3 und in der Lage H die Leitung 4 für das hydraulische Medium an die Hochdruckseite des Primärteiles 2 angeschlossen ist.
Die Leitungen 3 und 4 sind an die obere bzw. an die untere Seite eines Presszylinders 5 angeschlossen, der einen Presskolben 6 und einen Pressstempel 7 enthält, wobei sich der letztere nach unten aus dem Presszylinder heraus erstreckt.
Befindet sich der Primärteil in der Lage P, so befindet sich die Kammer 8 des Presszylinders 5 über die Leitung 3 mit der Hochdruckseite desselben in Verbindung, d. h. es wird Drucköl in die Kammer 8 gefördert, wodurch sich der Kolben 6 zusammen mit dem Stempel 7 senkt. Das aus der Kammer 9 an der Unterseite des Kolbens 6 verdrängte Öl wird durch die Leitung 4 an den Primärteil 2 zurückgeführt, wobei infolge der unterschiedlichen Querschnitte der Kammern 8 und 9 die durch die Leitung 4 ausfliessende Ölmenge kleiner ist als die durch die Leitung 3 zugeführte. Es muss deshalb dem Primärteil zur Deckung des an die Hochdruckseite abzugebenden Volumens eine zusätzliche Ölmenge zugeführt werden.
Hiezu ist an die Leitung 4 ein Einwegventil 10 angeschlossen, welches nach Unterschreitung eines bestimmten Druckes an der Niederdruckseite des Primärteiles geöffnet wird, so dass über eine Leitung 11 vol aus einem Akkumulator 12 in die Leitung 4 bzw. an den Primärteil 2 nachfliessen kann.
Ist der Primärteil 2 in der Stellung H, so wird durch die Leitung 4 Drucköl in die Kammer 9 des Presszylinders 5 gefördert, wodurch der Kolben 6 zusammen mit dem Stempel 7 gehoben wird. Das aus der Kammer 8 verdrängte Öl wird dabei über die Leitung 3 an den Primärteil'2 zurückgeführt. Da jedoch die aus dieser Kammer verdrängte Ölmenge infolge des erwähnten Durchmesserverhältnisses grösser ist als die der Kammer 9 zuführbare, entsteht in der Leitung 4 ein Überdruck, der durch eine an diesen angeschlossene Leitung 13 auf einen Hilfskolben 14 eines Kugelventils 15 einwirkt und dieses öffnet.
Das Kugelventil, das einerseits über eine Leitung 16 mit der Kammer 8 in Verbindung steht, ist anderseits über eine Leitung 17 an den Akkumulator 12 angeschlossen, so dass bei geöffnetem Ventil 15 das überschüssige Öl aus der Kammer 8 in diesen Akkumulator abgeführt werden kann.
Über Leitungen 18 und 19 ist an die Leitungen 3 und 4 bzw. die beiden Druckseiten des Primärteiles 2 eine Steuervorrichtung 20 angeschlossen, die zur Beeinflussung des Primärteiles dient. Diese Steuervorrichtung ist nachfolgend im Zusammenhang mit den Fig. 2-4 im Detail beschrieben.
Die Fig. 2-4 zeigen die Steuervorrichtung 20 in drei Stellungen, wobei Fig. 2 die Vorrichtung in der Stellung "Pressen" darstellt, in welcher der Primärteil 2 die Lage P einnimmt. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, weist die Steuervorrichtung einen hydraulischen Hilfskreislauf. auf, der von einer Axialkolbenpumpe 21 mit Öl von konstantem Druck gespeist wird. Es könnte aber auch eine Pumpe mit konstantem Fördervolumen mit einem Überströmventil eventuell in Verbindung mit einem durch Druckluft belasteten Speicher Verwendung finden.
Die von einem Elektromotor 22 angetriebene verschwenkbare Axialkolbenpumpe 21 ist zu diesem Zweck von einem Druckregler 23 für konstanten Druck gesteuert, der seinerseits mit der Druckseite der Kolbenpumpe verbunden ist. Über eine Leitung 24 ist die Druckseite der Kolbenpumpe 21 mit einem Servomotor 25 in Verbindung, der einen Arbeitskolben 26 und einen Hilfskolben 27 enthält. Der Arbeitskolben 26, dessen Unterseite über die Leitung 24 ständig beaufschlagt wird, ist über eine Kolbenstange 28 mit dem Primärteil 2 verbunden, so dass dessen Verschiebung eine Verschwenkung des Primärteiles bewirkt. Über eine Verbindungsstange 29 ist anderseits ein Kurvenschlitten 30 an den Primärteil angeschlossen, der eine Kurve 31 trägt.
Auf die Kurve 31 stützt sich eine
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Druckfeder 32, die anderseits auf das eine Ende des Schiebers 33 eines Regulierschiebers 34 einwirkt.
Das andere Ende des Schiebers 33 steht über eine Leitung 35, einen Druckschieber 36 und die
Leitung 18 unter der Einwirkung der momentanen Hochdruckseite des Primärteiles 2, so dass der in der
Leitung 3 bzw. an der Oberseite des Kolbens 6 (Fig. l) herrschende Druck der Feder 32 entgegenwirkt bzw. den Schieber 33 in Abhängigkeit von diesem Druck verschiebt. An den Regulierschieber 34 sind Leitungen 37, 38 und 39 angeschlossen, von welchen die Leitungen 37 und 38 an einen Regelbereich- schieber 40 geführt sind, der anderseits über eine Zweigleitung 41 mit der Leitung 24 in Verbindung steht.
Die Leitung 39 verbindet den Regulierschieber 34 mit einem Steuerschieber 42, der über eine Leitung 43 mit dem Servomotor 25 bzw. der Oberseite des Arbeitskolbens 26 und der Unterseite des Hilfskolbens 27 in Verbindung steht. Die Oberseite des Hilfskolbens 27 ist ihrerseits über eine Leitung 44 mit einem weiteren Steuerschieber 45 verbunden, der seinerseits an die Leitung 24 angeschlossen ist.
Die Schieber 36, 40, 42 und 45 sind je mit einem elektrischen Betätigungsglied 36a, 40a, 42a und 45a versehen, wobei die Betätigungsglieder 36a und 40a bzw. 42a und 45a elektrisch so miteinander ver- bunden sind (nicht dargestellt), dass die zugehörigen Schieber beide gleichzeitig verschoben werden können.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, nimmt der Primärteil seine voll ausgeschwenkte Pressstellung, d. h. die
Lage P, dann ein, wenn die Unterseite des Arbeitskolbens 26 von dem durch die Leitung 24 zugeführten
Drucköl beaufschlagt wird und der Kolben mit dessen Oberseite an einem abwärts ragenden Ansatz 27a des Hilfskolbens 27 ansteht, wobei sich der Hilfskolben in dessen oberer Endlage befindet. Der Zufluss von
Drucköl aus der Leitung 24 an die Oberseite des Hilfskolbens 27 ist dabei durch den Schieber 45 versperrt, der. anderseits die Leitung 44 mit dem diesem zugeordneten Ablauf 45b verbindet. Der mit dem Schieber 45 gekuppelte Schieber 42 gibt die Verbindung zwischen den Leitungen 39 und 43 frei, so dass der Servomotor 25 mit dem Regulierschieber 34 verbunden ist.
Die Bedeutung der Schieber 42 und 45 wird im Zusammenhang mit Fig. 4 noch näher beschrieben.
Von den beiden Zuordnungsschiebern, d. h. dem Schieber 36 für die Zuordnung einer Druckseite an den Regulierschieber und dem Schieber 40 für die Zuordnung des der jeweiligen Druckseite entsprechenden Abschnittes des Regulierbereiches des Primärteiles an den Regulierschieber, im vorliegenden Fall
0-P = + max, verbindet der erstere Schieber, wie erwähnt, die Leitung 18 mit der Leitung 35 bzw. dem oberen Ende des Schiebers 33. Der Schieber 40 verbindet anderseits die Druckölleitung 41 bzw. 24 mit der Leitung 37, während die Leitung 38 an den Ablauf 40b dieses Schiebers angeschlossen ist.
Solange sich der Druck an der Oberseite des Schiebers 33 und die Vorspannung der Feder 32 an der Unterseite desselben in der in Fig. 2 dargestellten Lage des Schiebers das Gleichgewicht halten, bleibt die Verbindung zwischen den Leitungen 37 und 39 unterbrochen, so dass der Servomotor 25 nicht beeinflusst bzw. die Schwenklage des Primärteiles nicht verändert wird. Steigt jedoch der Druck an der Oberseite des Schiebers 33, so verschiebt sich dieser entgegen der Wirkung der Feder 32, wodurch die Verbindung zwischen den Leitungen 37 und 39 hergestellt und die Oberseite des Arbeitskolbens von Drucköl aus der Leitung 24 beaufschlagt wird.
Da die wirksame Fläche dieser Oberseite grösser ist als diejenige der Unterseite des Kolbens, verschiebt sich dieser abwärts und verschwenkt den Primärteil 2 gegen 0, wodurch das Fördervolumen desselben im Sinne eines Leistungsausgleiches entsprechend dem erhöhten Druck abnimmt. Durch die Verschwenkung des Primärteiles 2 wird gleichzeitig die Kurve 31 im Sinne einer verstärkten Vorspannung der Feder 32 verschoben, so dass diese den Schieber 33 nach oben verschiebt, bis sich verstärkte Federkraft und erhöhter Druck am Schieber das Gleichgewicht halten und derselbe wieder die in Fig. 2 dargestellte Lage einnimmt, in welcher die Leitungen 37 und 39 nicht miteinander verbunden sind.
Nimmt der Druck in den Leitungen 3 und 18 später wieder ab, so wird das Gleichgewicht der am Schieber 33 einwirkenden Kräfte gestört, d. h. der Schieber bewegt sich unter der überwiegenden Federkraft nach aufwärts. Dadurch werden die Leitungen 39 und 38 miteinander in Verbindung gebracht, wobei die Leitung 38 durch den Schieber 40 an dessen Ablauf 40b angeschlossen ist. Dementsprechend kann sich der Druck an der Oberseite des Kolbens 26 senken, indem das Öl aus dem Servomotor über die Leitungen 43,39 und 38 in den Ablauf abfliesst. Da der Druck an der Unterseite des Arbeitskolbens jedoch konstant bleibt, verschiebt sich dieser aufwärts und verschwenkt den Primärteil 2 gegen die Stellung P so weit, bis bei der gleichzeitigen Verschiebung der Kurve 31 bzw.
Reduktion der Vorspannung der Feder 32 der Schieber 33 in dessen Gleichgewichtslage zurückkehrt, wodurch gewährleistet wird, dass die Leistung an der Welle des Primärteiles 2, d. h. das Produkt aus einer Konstanten, dem Druck und der Fördermenge, konstant bleibt bzw. der Antriebsmotor nicht überlastet wird. Zu diesem Zweck besitzt die Kurve 31 hyperbolische Form,
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Der in Fig. 5 dargestellte Schieber 36', welcher den Schieber 36 ersetzen kann, ist infolge seiner
Ausbildung befähigt, von den Leitungen 18 und 19 immer diejenige mit der Leitung 35 zu verbinden, welche an die gewünschte Druckseite angeschlossen ist, so dass diese somit dem Regulierschieber auto- matisch zugeordnet wird. Der Schieber 36'könnte mit Schieber 40 z. B. mechanisch verbunden sein und denselben bei entsprechender Anordnung gleichzeitig betätigen.
In Fig. 6 ist ein hydrostatischer Fahrzeugantrieb dargestellt, der einen von einem Elektromotor 50 betriebenen Primärteil 51 und einen mit einer nicht dargestellten Antriebsachse verbundenen Sekundär- teil 52 aufweist, wobei die Druckseiten beider Teile über Leitungen 53 und 54 miteinander verbunden sind. Die beiden Leitungen 53 und 54 sind über je ein Rückschlagventil 55 und 56 mit einem Akkumu- lator 57 verbunden, welcher dazu bestimmt ist, der jeweiligen Niederdruckseite zusätzliches Öl zu- zuführen, um etwaige Verluste zu decken. Die beiden Teile werden durch Steuerungen 58 bzw. 59 be- einflusst, die z. B. auf konstanter Leistung arbeiten, wie die im Zusammenhang mit den Fig. 2-4 be- schriebene Steuerung 20.
An Stelle des Akkumulators kann eine feste oder regelbare Speisepumpe mit Überströmventil und eventuell mit Speicher verwendet werden. In Fig. 7 ist eine auf konstanten Druck wirksame Steuerung dargestellt, bei welcher die Druckregelung unmittelbar arbeitet, d. h. ohne Zwischen- schaltung eines Hilfskreislaufes oder Servohilfe. Die Steuerung besitzt einen von Hand durch den Hebel 61 betätigbaren Schieber 60 für die Zuordnung der jeweiligen als Beeinflussungsgrösse gewünschten Druck- seite, z. B. die Hochdruckseite an einen Regulierzylinder 62, der mit dem Schieber 60 über eine
Leitung 63 verbunden ist. Der Regulierzylinder 62 umschliesst einen Kolben 64, der mit einer Druck- feder 65 zusammenwirkt, welche an ihrem entgegengesetzten Ende fest abgestützt ist.
Am Kolben 64 ist ein Hebel 66 angelenkt, der um das Lager 67 schwenkbar ist und an seinem freien Ende eine Gabel 69 trägt, in welcher eine Verstellspindel 70 drehbar gelagert ist. Die Verstellspindel, welche mittels eines
Handrades 71 drehbar ist, trägt eine Gewindehülse 68, die durch einen Lenker 72 mit dem Sekundärteil 52 in Verbindung steht. In der dargestellten Lage des Sekundärteiles ist dieser in seine eine Endlage ausge- schwenkt und wird in dieser Lage durch den auf denRegulierzylinder 62 bzw. denKolben64 einwirkenden
Druck in der als Hochdruckseite angenommenen Leitung 53 entgegen der Wirkung der vorgespannten
Feder 65 gehalten. Senkt sich nun der Druck in der Leitung 53 um einen gewissen Betrag, so verschiebt sich der Kolben 64 unter der Wirkung der Feder 65 abwärts und verschwenkt gleichzeitig den Hebel 66 so, dass der Sekundärteil 52 gegen 0 verschwenkt wird.
Bei dieser Verschwenkung wird die Schluckmenge des
Sekundärteiles verkleinert, wodurch der Druck in der Leitung 53 wieder erhöht wird. Bei steigendem Druck in dieser Leitung wird der Sekundärteil 52 umgekehrt gegen V verschwenkt, so dass die Schluckmenge desselben zunimmt und der Druck abfällt.
In der in Fig. 7 gezeigten linksseitigen Endlage der Gewindehülse 68 ist dem Regulierzylinder 62 der
Regulierbereichabschnitt 0-V des Sekundärteiles zugeordnet. Mittels Handrad 71 und Verstellspindel 70 kann die Gewindehülse 68 in eine rechtsseitige Endlage gebracht werden, in der dem Regulierzylinder 62 der Abschnitt 0 - R des Regulierbereiches zugeordnet ist. Die Wirkungsweise der Steuerung ist in diesem
Falle gleich wie im Zusammenhang mit dem Regulierbereich 0 - V beschrieben.
Da auf den Kolben 64 der volle Arbeitsdruck einwirkt, muss die Feder 65 sehr stark ausgebildet sein.
Es ist deshalb zweckmässig, eine indirekte Beeinflussung bzw. Betätigung des Sekundärteiles mittels eines
Servomotors vorzusehen und dem Regulierzylinder bzw. Regulierschieber ausschliesslich Steuerfunktionen zu geben. Eine solche Steuerung für konstanten Druck ist in Fig. 8 dargestellt.
An die Leitungen 53 und 54 ist wiederum ein Schieber 60 für die Zuordnung einer Druckseite des
Sekundärteiles an einen Regulierschieber 75 angeschlossen, der einen in diesem verschiebbaren Servo- kolben 76 und einen bezüglich diesem wiederum beweglichen Schieber 77 aufweist, der einerseits von einer Druckfeder 78 und anderseits vom Druck der zugeordneten Druckseite entgegen der Wirkung dieser Feder belastet wird. Der Schieber 77 steuert innerhalb des Kolbens Verbindungskanäle, welche den Druck des Arbeitsmediums bei einem Druckanstieg oder -abfall an der Unterseite bzw. Oberseite dieses Kolbens wirksam werden lassen und damit eine entsprechende Verschiebung desselben hervorrufen. Die Verschiebung des Kolbens wird über einen Lenker 79 auf einen um-das Lager 81 schwenkbaren Hebel 80 übertragen, der an seinem entgegengesetzten Ende einen Kolben 82 trägt.
Der Kolben 82 ist mit seinen beiden Enden in Zylindern 83 und 84 geführt, wobei an dessen freiem Mittelteil ein Lenker -84 angeschlossen ist, der mit seinem andern Ende mit dem Sekundärteil 52 verbunden ist und diesen entsprechend der Verschiebung des Kolbens 76 verschwenkt. Der Kolben 82 kann zwischen den Zylindern 8"3 und 84 mittels Drucköl, das durch automatische oder wahlweise betätigbare Ventile von der einen oder andern Druckseite abgezapft wird, von der einen in die andere Endlage verschoben werden, um dem Regulierschieber 75 den einen oder andern Abschnitt des Regelbereiches des Sekundärteiles zuzuordnen.
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Steuerungen der im Zusammenhang mit den Fig. 7 und 8 beschriebenen Art lassen sich auch an andern Kraftübertragungen verwenden, z. B. an dem in Fig. 1 gezeigten Pressenantrieb, wobei sich auch der Primärteil auf konstanten Druck regulieren lässt.
Steuerungen dieser Art lassen sich auch mit einer Leistungsregulierung kombinieren, indem die den i Regulierschieber belastende Feder in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel bzw. von der Schwenkstellung des zu regulierenden Teiles vorgespannt wird, analog der in den Fig. 2-4 dargestellten Steuerung. Es lassen sich auch Regulierungen nach andern Betriebsgrössen in ähnlicher Weise durchführen. So wäre es z. B. möglich, den Regulierschieber bzw. dessen Feder ausser in Abhängigkeit von der Schwenklage des zu regulierenden Teiles zusätzlich vom eingestellten Drehmoment z. B. des Antriebsmotors zu beein- ) flussen, was dann von Bedeutung sein kann, wenn dieser aus einer Brennkraftmaschine besteht. Beispiels- weise könnte dann die Vorspannung der Feder in Abhängigkeit der Gashebelstellung bzw. der Einstellung der Einspritzpumpe verändert werden.
Es ist auch denkbar, die Einstellung der Schwenklage ausser durch hydraulische und mechanische durch elektrische Stellmotoren vorzunehmen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Steuereinrichtung mit selbsttätiger Regulierung an hydrostatischer Kraftübertragung mit einer
Pumpe und einem Motor, der mit der Pumpe über zwei einen geschlossenen Kreislauf bildende Leitungen verbunden ist, wobei Pumpe und/oder Motor regelbar und umsteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass für die regelbare und umsteuerbare Pumpe und/oder den Motor (2, 52) je ein einziger Regulier- schieber (34, 77) oder ein Reguliermotor (64) vorgesehen ist, der von einem an die Leitung angeschlossenen
Messkolben gesteuert ist, wobei auf den Messkolben eine Feder (32, 65, 78) entgegen dem in den Leitungen herrschenden Druck des Arbeitsmediums einwirkt, und dass zwischen dem Messkolben und den beiden
Leitungen (3, 4) ein Umschaltventil (36,60) eingeschaltet ist und ein weiteres Umschaltventil (45) oder ein Umschaltgestänge (66-72, 80-84)
zur Umsteuerung der Pumpe oder des Motors vorgesehen ist.