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Die
Erfindung betrifft eine Verstellpumpe mit elektrohydraulischer Proportionalverstellung
im geschlossenen Kreislauf. Im nicht angesteuerten (stromlosen)
Zustand befindet sich die Verstellpumpe auf einem Schwenkwinkel
von 0°,
d. h. in einem förderlosen
Zustand. Ein Schwenkwinkel von 0° bezieht sich
dabei auf den Ausschwenkwinkel der Schwenkscheibe der Verstellpumpe.
In einem derartigen förderlosen
Zustand befindet sich ein hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug im
Stillstand; bei elektrisch angesteuerten Verstellpumpen wird dies
als der Grundzustand bezeichnet. Mit Hilfe von Aktuatoren wird die Schwenkscheibe
der Verstellpumpe in eine bestimmte Richtung ausgeschwenkt, wobei
das Fahrzeug dann in eine der Ausschwenkrichtung der Schwenkscheibe
entsprechenden Richtung, d. h. vorwärts oder rückwärts fährt.
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Derartige
Verstellpumpen sind bekannt und im täglichen Einsatz. Dieser tägliche Einsatz
gewinnt an Bedeutung und wird immer häufiger, da elektrisch angesteuerte
Verstellpumpen in Verbindung mit heute in der Regel vorhandenen
Steuerelektroniken immer mehr Vorteile hinsichtlich der Steuerung
und Regelung des gesamten Fahrzeugs mit sich bringen. Die Proportionalverstellungen
derartiger Pumpen der hydrostatischen Antriebe sind komplex, und
es existieren Bestrebungen, Verstellungen zu vereinfachen, um die
Qualität
der Steuerung und Regelung des gesamten Fahrzeuges zu steigern und
insgesamt die Kosten senken zu können.
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In
US 5 205 201 ist eine elektrische
Proportionalverstellung für
Pumpen beschrieben. Der beschriebene Regler ist zweistufig ausgebildet;
er weist eine elektrohydraulische Vorsteuerstufe und eine nachgestellte
hydraulische Proportionalverstellung auf. Die mechanische Rückführung der
hydraulischen Proportionalverstellung ist relativ kompliziert aufgebaut
und bedarf einer präzisen
Einstellung der Regelfeder sowie einer nicht einfach zu realisierenden Nulleinstellung
der mechanischen Verbindung zwischen der Feder und der Schwenkscheibe.
Zusätzlich
ist es erforderlich, das System auf die Nulllage der Pumpe einzustellen.
Dies muss in der Regel vor Auslieferung des Antriebs an den Kunden
auf einem Prüfstand
erfolgen und ist mit einem relativ hohen Aufwand verbunden.
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Zur
Vermeidung der beschriebenen Nachteile ist in
US 5 881 629 versucht worden, die
komplizierte mechanische Rückführung zu
eliminieren. Dazu wurde ein Winkelsensor eingesetzt, welcher das
Schwenkwinkel-Positionssignal der Verstellpumpe an eine digitale
Steuereinheit liefert, welche ihrerseits ein relativ einfaches hydraulisches
Ventil ansteuert, welches seinerseits die Pumpe verstellt. Mechanisch
ist das System zwar relativ einfach, die eingesetzten Sensoren unterliegen
im praktischen Betrieb jedoch einer hohen Schwingungsanregung und sind
hohen Temperaturen bzw. Temperaturschwankungen ausgesetzt, was die
Zuverlässigkeit
des gesamten hydrostatischen Antriebes einschränkt. Die zusätzliche
Forderung, dass ein derartiger hydrostatischer Antrieb hoch präzise arbeiten
soll, lässt
relativ hohe Kosten für
diese Sensorik auftreten, so dass derartige Sensorlösungen einer
wirklich wirtschaftlichen Lösung
konträr
gegenüberstehen.
Derartige Sensorlösungen
sind daher bei den hydrostatischen Antrieben auch nicht stark verbreitet.
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In
DE 43 27 651 A1 ist
ein Steuermodul für eine
verstellbare Hydromaschine beschrieben, bei welcher eine Elektronikeinheit
und eine zugehörige Sensorik
in die Pumpe integriert sind. Auch eine solche Anordnung stellt
nicht die wirtschaftlichste Lösung
dar.
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Wegen
der üblichen
Systemforderung bei Verstellpumpen eines geschlossenen Systems,
wonach die Pumpen im nicht angesteuerten Zustand, d. h. bei stromlosem
Aktuator, nicht fördern
dürfen
und daher den Schwenkwinkel von 0 Grad haben sollen, ist die Regelung
der Verstellpumpen relativ aufwendig und damit auch kostenintensiv.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfache elektrohydraulische
Proportionalverstellung für
eine Verstellpumpe zu schaffen, welche zuverlässig arbeitet, kostengünstig in
der Herstellung ist und eine für
die harten Systemanforderungen erforderliche teure Sensorik weitestgehend
vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Verstellpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 bzw. den Merkmalen gemäß Anspruch
9 gelöst.
Zweckmäßige Weiterbildungen
sind in den jeweils abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Erfindungsgemäß weist
die im geschlossenen Kreislauf arbeitende Verstellpumpe als Bestandteil
eines hydrostatischen Antriebs für
Fahrzeuge eine elektrohydraulische Proportionalverstellung, ein Servosystem,
bestehend aus Stellzylinder und Stellkolben bzw. Servokolben, wobei
die Verstellpumpe im nicht angesteuerten Zustand einen Schwenkwinkel
von 0° aufweist,
d. h. in Nullstellung ist, einen ersten Aktuator, mit welchem nur
das aktive Ausschwenken der Verstellpumpe in eine erste Richtung
erfolgt, und einen zweiten Aktuator zum nur aktiven Ausschwenken
der Verstellpumpe in eine zweite Richtung auf. Die erste Ausschwenkrichtung
entspricht dabei beispielsweise der Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges, was
bedeutet, dass der Schwenkwinkel > 0° ist. Die
zweite Richtung entspricht demgemäss der Rückwärtsfahrt, was bedeutet, dass
der Schwenkwinkel < 0° ist. Unter „nur aktivem
Ausschwenken" soll
verstanden werden, dass die Aktuatoren nur zum tatsächlichen
Ausschwenken eingesetzt werden; das Zurückschwenken der Verstellpumpe
aus einer jeweiligen, durch die Aktuatoren bewirkten Ausschwenkung
in die erste oder die zweite Richtung wird mittels einer auf den
Servokolben wirkenden Gegendrückeinrichtung
realisiert. Diese Gegendrückeinrichtung
ist so ausgelegt, dass ihre Kräfte
stets größer sind
als die vom Fahrzeug ausgeübten
Kräfte, nämlich die
Triebwerkskräfte.
Am Servokolben sind Bereiche vorgesehen, deren Durchmesser sich
kontinuierlich ändern,
wobei der Durchmesseränderungsverlauf
einer gewünschten
Stellcharakteristik der Verstellpumpe entspricht. Die Bereiche am
Servokolben, in welchen sich dessen Durchmesser kontinuierlich ändert, bilden
die Grundlage für
die Rückführung der
hydraulischen Verstellung, wobei gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung
der Erfindung die Bereiche des Servokolbens kegelig ausgebildet
sind, so dass damit eine hydraulische Proportionalverstellung realisierbar
ist. Durch eine spezielle Gestaltung dieses Verlaufes der Durchmesseränderung
können aber
auch je nach Anwendungsfall beliebige Verstellcharakteristiken der
Verstellpumpe realisiert werden.
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Gegenüber den
bekannten Systemen mit einer Rückführfeder
und einem Regelschieber (siehe dazu 1) sind
also erfindungsgemäß zwei als
Regelkolben ausgebildete Aktuatoren und vorzugsweise jeweils zugehörig zwei
Federn vorgesehen.
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Dadurch,
dass für
jede Ausschwenkrichtung ein separater Aktuator vorgesehen ist und
dieser auch nur zum aktiven Ausschwenken eingesetzt wird und das
jeweilige Zurückschwenken
mittels einer Gegendrückeinrichtung
erfolgt, ist ein mechanisch außerordentlich
einfaches System zur Verstellung von hydrostatischen Pumpen vorgesehen,
welches nicht nur den harten Einsatzbedingungen derartiger „hydrostatischer" Antriebe zuverlässig standhält, sondern
welches auch mit hoher Präzision
arbeitet und außerdem
kostengünstig
in der Herstellung ist.
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Vorzugsweise
ist jedem Aktuator eine Regelfeder zugeordnet. Die Aktuatoren können als
elektrohydraulische Proportionaldruckventile ausgebildet sein, welche
einstufig direkt über
die Proportionaldruckventile betätigende
Proportionalmagnete ansteuerbar sind. Diese elektrohydraulischen
Proportionaldruckventile sind ebenfalls mechanisch mit den vorzugsweise
kegelig ausgebildeten Bereichen sich ändernder Durchmesser am Servokolben
verbunden, wobei die Proportionaldruckventile Magnete aufweisen,
welche elektrisch über
eine Steuereinrichtung angesteuert werden, und zwar entsprechend
der einer Richtung der Bewegung des Fahrzeuges entsprechenden Ausschwenkrichtung
der Schwenkscheibe der Verstellpumpe.
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Es
ist jedoch auch möglich,
dass die Aktuatoren als hydraulische Proportionaldruckventile ausgebildet
sind und zweistufig indirekt über
die Proportionaldruckventile betätigende
elektrohydraulische Druckminderventile (Vorsteuerventile) ansteuerbar sind.
Das bedeutet, dass elektrohydraulische Vorsteuerventile vorgesehen
sind, welche je nach gewählter
Fahrtrichtung und damit Ausschwenkrichtung mit im geschlossenen
Kreislauf angeordneten Wechselventilen mit der jeweiligen Hochdruckseite
im geschlossenen Kreis sowie mit entsprechender elektrischer Ansteuerung
versehen bzw. beaufschlagt werden. Die Vorsteuerventile steuern
ihrerseits die eigentlichen Proportionaldruckventile (Aktuatoren). Daher
wird in diesem Fall von einer zweistufigen Steuerung gesprochen.
Auch in diesem Fall sind die Aktuatoren lediglich für ein aktives
Ausschwenken der Verstellpumpe im Einsatz; das jeweilige Zurückschwenken
wird über
die Gegendrückeinrichtung realisiert.
Dieser vereinfachte Aufbau für
das Vorsteuerventil und die hydraulische Proportionalverstellung
drückt
sich unter anderem darin aus, dass gegenüber einem herkömmlichen
4/3-Wege-Ventil ein 3/2-Wege-Ventil, dafür jedoch in doppelter Anordnung,
zur Anwendung kommt. Während
bei einem konventionellen bekannten System das 4/3-Wege-Ventil beide
Seiten des Servosystems ansteuert, ist bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform
jeder Aktuator/jedes Proportionaldruckventil nur für die Ansteuerung
von einer Servoseite zuständig.
Wenn die eine Seite angesteuert wird, ist die andere Seite nicht
aktiv und verbindet den Servokolben mit dem Tank. Weil bei diesem
System immer nur eine Servoseite angesteuert wird, wird die Schwenkscheibe auch
nur aktiv ausgeschwenkt. Das Zurückschwenken
wird durch die Gegendrückeinrichtung,
insbesondere eine Feder, im Servokolben realisiert. Ein wesentlicher
Vorteil besteht bei einer erfindungsgemäßen Anordnung auch darin, dass
beim Wechseln der Hochdrücke
von einer Seite zur anderen Seite im geschlossenen Kreis, wie es
beispielsweise bei einer Talfahrt vorkommt, die Proportionalventile
(Aktuatoren) nicht durch ihre Totbereiche/Totbänder laufen, wie es im konventionellen
Fall bei den 4/3-Wege-Ventilen der Fall ist. Somit kommt es bei
dem erfindungsgemäßen System
im Falle der Talfahrt nicht zu einer ansonsten vorhandenen Vergrößerung des Schwenkwinkels.
Die Gegendrückeinrichtung
muss dabei so ausgelegt sein, dass die durch sie aufgebrachte Kraft
stets größer ist
als die aus dem Triebwerk der Verstellpumpe wirkenden Hochdruckkräfte.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist vorzugsweise ein Tastkolben zur
Rückführung der Regelgröße des Proportionalventils
vorgesehen, welcher auf bzw. an den kegligen Bereichen des Servokolbens
gleitet, so dass bei einer axialen Verschiebung des Servokolbens
stets die der axialen Lage entsprechende Position des Servokolbens über den Tastkolben
mechanisch an das Proportionalventil als Eingabegröße für den Regelkreis
anliegt, so dass über
eine erste Feder, die Regelfeder, die Regelgröße an den Steuerkolben des
Proportionalventils weitergeleitet und von dessen dem Tastkolben
gegenüberliegender
Seite am Proportionalventil abgreifbar anliegt. Vorzugsweise ist
an der dem Tastkolben gegenüber
liegenden Seite des Steuerkolbens eine zweite Feder, die Einstellfeder,
vorgesehen, welche mittels einer Stellschraube zur Einstellung des
Regelbeginns justierbar ist. Mittels der Stellschraube wird die
Vorspannkraft der Einstellfeder justiert, wobei die Federkraft auf
der gleichen Seite des Steuerkolbens wie das Steuersignal wirkt.
Dadurch ist es möglich,
bereits werksseitig den Regelbeginn auf einen sehr genauen Wert
festzulegen und einzustellen. Die bei bekannten Verstellpumpen erforderliche
Prozedur des Erlernens des Regelbeginns bei Inbetriebnahme ist damit überflüssig. Dies
ist vor allem dann von Vorteil, wenn der Ausschwenkbeginn der Verstellpumpe
im Fahrzeug nicht eindeutig erkennbar ist oder wenn entsprechende
Sensoren nicht vorhanden sind.
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Die
Gegendrückeinrichtung,
deren Aufgabe das Zurückschwenken
der Schwenkscheibe der Verstellpumpe nach Beendigung des aktiven
Ausschwenkens durch die Aktuatoren in eine definierte Richtung ist,
ist vorzugsweise als eine am Servokolben angreifende Feder ausgebildet.
Die Feder ist dabei so dimensioniert, dass die Federkräfte stets
größer sind
als die aus dem Triebwerk der Verstellpumpe angreifenden Kräfte, so
dass diese Feder, welche auch als Nullstellungsfeder bezeichnet
wird, den Servokolben bei Beendigung des aktiven Ausschwenkens durch
die Aktuatoren stets rasch, präzise
und zuverlässig
in dessen Nullstellung zurückholt,
so dass die Verstellpumpe auf einen stromlosen bzw. förderlosen
Zustand bei Stillstand des Fahrzeuges geschwenkt ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist für eine Verstellpumpe mit elektrohydraulischer
Verstellung im geschlossenen Kreislauf ein die Rückführung des Winkelsignals kennzeichnendes
Signal, d. h. des Winkels, welcher die Stellung der Schwenkscheibe
der Verstellpumpe definiert, von einem Bereich sich kontinuierlich ändernden
Durchmessers des Stellkolbens über
einen daran anliegenden Tastkolben, eine Regelfeder und einen Steuerkolben
in jeweils einer elektrohydraulischen Vorsteuerstufe für jede Ausschwenkrichtung
erzeugbar. Vorzugsweise ist für
jede Ausschwenkrichtung ein kegliger Abschnitt am Servokolben vorgesehen,
an welchem der Tastkolben gleitet. Das bedeutet, dass für jedes
aktive Ausschwenken Proportionalventile vorgesehen sind, wobei jedem
Proportionalventil für
ein aktives Ausschwenken in eine definierte Richtung eine elektrohydraulische
Vorsteuerstufe zugeordnet ist, welche im Zusammenwirken mit dem
Proportionalventil das die Winkelstellung der Schwenkscheibe der
Verstellpumpe kennzeichnende Signal erzeugt.
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Weitere
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der erfindungsgemäßen Verstellpumpe
werden nun anhand von Ausführungsbeispielen
im Vergleich mit dem Stand der Technik in der nachfolgenden Zeichnung
detailliert erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 ein
Hydraulikschaltbild für
eine Verstellpumpe mit zweistufiger Ansteuerung gemäß dem Stand
der Technik;
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2 ein
Hydraulikschaltbild für
eine Verstellpumpe gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit zweistufiger Ansteuerung;
-
3 ein
Hydraulikschaltbild für
eine Verstellpumpe mit einstufiger Ansteuerung gemäß der Erfindung
für ein
zweites Ausführungsbeispiel;
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4 eine
Schnittansicht für
eine zweistufige Ansteuerung realisierende Einheit aus Servokolben,
Proportionalverstellung und Vorsteuerstufe; und
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5 eine
prinzipielle teilweise geschnittene Ansicht einer eine zweistufige
Ansteuerung realisierenden Einheit mit zusätzlicher Einstellmöglichkeit
für den
Regelbeginn.
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Das
in
1 dargestellte hydraulische Schaltbild für eine Verstellpumpe
mit zweistufiger Ansteuerung gemäß Stand
der Technik entspricht dem in
US
5 205 201 beschriebenen Konzept. Eine Verstellpumpe
3 ist
in einem geschlossenen Kreislauf angeordnet, welcher durch Arbeitsleitungen
1 und
2 definiert
ist. Die Verstellpumpe
3 kann dabei einerseits mit Hochdruck über die
Arbeitsleitung
1, in welchem Fall die Arbeitsleitung
2 die
Niederdruckseite darstellt, und andererseits mit Hochdruck durch
die Arbeitsleitung
2, in welchem die Arbeitsleitung
1 die Niederdruckseite
darstellt, beaufschlagt werden. Eine Füllpumpe
4 speist über Rückschlagventile
5,
6 in
die Arbeitsleitungen
1,
2 ein. Zur Druckbegrenzung des
minimalen Arbeitsdruckes (Speisedruck) der Arbeitsleitungen dient ein
Einspeiseventil
7. Der maximale Hochdruck der Arbeitsleitungen
1,
2 wird
mittels der Hochdruckbegrenzungsventile
8,
9 limitiert,
sodass die Komponenten des Antriebsstranges vor Überlastung geschützt werden.
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Mit
der Schwenkscheibe der Verstellpumpe 3 verbunden ist zu
deren Verstellung ein Servosystem 10, welches einen Servokolben 11 und
eine Gegendruckfeder/Nullstellungsfeder 12 aufweist, wobei die
Verstellung des Servokolbens 11 mittels einer zweistufigen
Ansteuerung realisiert ist. Dazu ist ein als 4/3-Wege-Ventil ausgebildetes
elektrohydraulisches Vorsteuerventil 13 vorgesehen, welches
einen hydraulisch proportionalen Ausgangsdruck liefert, welcher
auf einen Regelschieber einer hydraulischen Proportionalverstellung 14,
welche ebenfalls als 4/3-Wege-Ventil ausgebildet ist, geleitet wird.
Der Regelschieber der hydraulischen Proportionalverstellung 14 seinerseits
steht über
eine Regelfeder 15 und Rückführhebel 16 mit der
Schwenkscheibe bzw. Wiege der Verstellpumpe einerseits und dem Servokolben
andererseits in Verbindung. Durch die Position der Schwenkscheibe
bzw. des Servokolbens 11 verstellt sich die Position der
Rückführhebel 16,
wodurch sich die Federkraft der Regelfeder 15 verändert und
demgemäss
sich die Position der hydraulischen Proportionalverstellung 14,
d.h. des 4/3-Wege-Ventils, ändert.
Da die Toleranz dieser zweistufigen Ansteuerung und damit deren
Arbeitsgenauigkeit gebildet wird durch die aus Rückführhebel 16, Feder 15,
Servokolben 11 und Regelventil 14 gebildeten Kette,
muss bzw. ist eine Einstellung (Nulleinstellung) 17 an
den Rückführhebeln
vorgesehen. Diese Einstellung wird in der Regel auf dem Abnahmeprüfstand der
Montagelinie werksseitig durchgeführt. Ein weiteres Problem dieses
bekannten Konzepts besteht darin, dass die Regelfeder 15 so
eingestellt werden muss, dass sie spielfrei ist, um eine möglichst
gute Regelqualität
auch im Bereich des Regelbeginns zu ermöglichen. Dies erfordert viel
Erfahrung und Know-how, wobei zu beachten ist, dass im Verlauf des
Betriebs sich aufgrund von Verschleißerscheinungen die Spielverhältnisse ändern und damit
die Genauigkeit und Zuverlässigkeit
des bekannten Konzepts eingeschränkt
sein können.
Zusätzlich
zur Einstellung des Reglers ist am Servosystem 10 eine
weitere Nulleinstellung 18 nötig, sodass die Verstellpumpe 3 im
nicht angesteuerten Zustand die Nulllage hat.
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2 zeigt
eine Verstellpumpe in einem geschlossenen Kreislauf gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit zweistufiger Ansteuerung. Analog dem im Zusammenhang
mit 1 beschriebenen Grundaufbau des geschlossenen
Kreislaufs ist die Verstellpumpe 3 mit den Arbeitsleitungen 1, 2 verbunden.
Dabei kann die Arbeitsleitung 1 die Hochdruckseite und
die Arbeitsleitung 2 die Niederdruckseite sein oder aber
umgekehrt. Die Verstellung des Winkels der Schwenkscheibe der Verstellpumpe 3 und
damit des Förderstroms
der Verstellpumpe erfolgt über
ein Servosystem 19, welches einen Servokolben 20 und
eine als Gegendrückeinrichtung
ausgebildete Gegendruckfeder 21 bzw. Nullstellungsfeder
aufweist. Der Servokolben 20 und damit die Schwenkscheibe
der Verstellpumpe 3 bzw. deren Position werden zweistufig
angesteuert.
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Die
zweistufige Ansteuerung besteht aus einer Vorsteuerung 22, 23 und
einer Proportionalverstellung 24, 25, und zwar
für jede
Seite des Servokolbens 20 und damit für jede Richtung der Verschwenkung
der Schwenkscheibe der Verstellpumpe 3. Das bedeutet, dass
die als Proportionalverstellung 24, 25 ausgebildeten
Aktuatoren nur ein aktives Ausschwenken der Schwenkscheibe in jeweils
eine Richtung realisieren, wobei deren Ansteuerung über eine ihnen
jeweils separat zugeordnete Vorsteuerung realisiert ist. Die Vorsteuerung
besteht somit aus den elektrohydraulischen Druckminderventilen 22, 23, welche
handelsüblich
und im Markt preisgünstig
verfügbar
sind und darüber
hinaus gute Regeleigenschaften aufweisen. Das jeweilige Druckminderventil 22, 23 liefert
ein hydraulisches Drucksignal, welches mit Steuerkolben 30, 31 (siehe 4)
des jeweiligen hydraulischen Proportionalventils 24, 25 in
Verbindung ist. Das Drucksignal befindet sich mit jeweiligen Regelfedern 26, 27 im
Kräftegleichgewicht,
sodass die Proportionalventile 24, 25 die Positionen
des Servokolbens 20 regeln.
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Gemäß der Erfindung
sind sowohl die Vorsteuerventile 22, 23 als auch
die Proportionalventile 24, 25 gegenüber dem
in 1 bekannten Konzept vereinfacht aufgebaut, und
zwar als 3/2-Wege-Ventile. Sie sind jedoch entsprechend dem erfindungsgemäßen Konzept,
gemäß welchem
jedes aktive Ausschwenken eine separate Verstellung realisiert,
doppelt vorgesehen. Damit ist jeweils ein Regelstrang in Funktion
für jeweils
eine Schwenkrichtung. Das bedeutet, dass beispielsweise eine Ventilgruppe/ein Regelstrang
die Pumpe von 0° in
Bereiche > 0° ausschwenkt,
während
die andere Ventilgruppe/der andere Regelstrang die Pumpe in dem
Bereich 0° bis < 0° ausschwenkt.
Während
bei den in 1 beschriebenen bekannten System
das 4/3-Wege-Ventil beide Seiten des Servokolbens 11 ansteuert,
ist bei dem erfindungsgemäßen Konzept
gemäß 2 jede
Ventilgruppe/jeder Regelstrang nur für die Ansteuerung von einer
Seite des Servokolbens 20 zuständig. Wenn nun beispielsweise
die eine Seite durch die eine Ventilgruppe den einen Regelstrang
angesteuert wird, ist die andere Ventilgruppe/der andere Regelstrang
nicht aktiv und verbindet den Servokolben 20 über die
entsprechenden Proportionalventile 24, 25 mit
dem Tank. Eben weil bei diesem erfindungsgemäßen System nur jeweils eine
Seite des Servokolbens aktiv angesteuert wird, wird auch nur die Schwenkscheibe
der Verstellpumpe 3 aktiv ausgeschwenkt. Das Zurückschwenken
wird durch die Gegendruckfeder 21 im Servokolben 20 realisiert.
Damit sind insgesamt deutlich vereinfachte und damit auch kostengünstigere
Bauelemente für
diese zweistufige Ansteuerung vorhanden, wobei aufgrund bzw. wegen des
einfachen Aufbaus eine hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit der
jeweiligen Regelstränge
gewährleistet
ist.
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Ein
großer
Vorteil des erfindungsgemäßen Systems
besteht darin, dass beim Umschalten des Hochdruckes beispielsweise
von der Arbeitsleitung 1 auf die Arbeitsleitung 2 oder
umgekehrt, wie es beispielsweise bei Talfahrt des mit dem hydrostatischen Antrieb
versehenen Fahrzeuges auftritt, die Proportionalventile 24, 25 nicht
durch ihre jeweiligen Totbänder
laufen, wie es bei dem konventionellen hydrostatischen Antrieb gemäß 1 bei
dem 4/3-Wege-Ventil vorkommt. Durch die Trennung der Ansteuerung
der beiden Seiten des Servokolbens 20 wird eine Vergrößerung des
Schwenkwinkels, wie sie bei einem konventionellen System bei Talfahrt
auftritt, vermieden. Die Gegendruckfeder 21 ist so dimensioniert,
dass ihre Federkraft stets größer ist
als die aus dem Triebwerk der Verstellpumpe 3 wirkenden
Kräfte.
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3 zeigt
ein Hydraulikschaltbild einer erfindungsgemäßen Verstellpumpe im geschlossenen Kreislauf
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel mit
einstufiger Ansteuerung. Der Grundaufbau des geschlossenen Kreises
mit den Arbeitleitungen 1, 2, in welchem die Verstellpumpe 3 angeordnet
ist, entspricht dabei dem gemäß 2.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
handelt es sich um eine einstufige Ansteuerung. Elektrohydraulische
Proportionalventile 28, 29 werden direkt durch
jeweils einen Proportionalmagneten angesteuert, so dass die elektrohydraulischen
Vorsteuerventile gemäß der zweistufigen Ansteuerung
entsprechend 2 entfallen. Bei der einstufigen
Ansteuerung gemäß 3 steht
die Magnetkraft in direktem Kräftegleichgewicht
mit der jeweiligen Regelfeder 26, 27. Bei einem
Ansteuerungskonzept gemäß 2 erfolgte
dies über „den Umweg" eines Regeldruckes.
Diese einstufige Ansteuerung ist im Aufbau besonders einfach, konstruktiv einfach
gelöst
und erfordert eine geringe Anzahl an Bauelementen, was sich direkt
positiv auf die Kosten des Systems auswirkt. Die prinzipielle Wirkungsweise
der Proportionalventile 28, 29 im Zusammenwirken
mit dem Servosystem 19 und dem aktiven Verschwenken der
Schwenkscheibe der Verstellpumpe 3 sind identisch mit der
zu 2 beschriebenen Wirkungsweise.
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4 zeigt
eine Schnittansicht einer aus Servokolben, Vorsteuerung und Proportionalverstellung
bestehenden Einheit eines Ausführungsbeispiels
mit zweistufiger Ansteuerung gemäß 2. Diese
Schnittdarstellung zeigt anschaulich die konstruktiv einfache und
elegante Wirkverbindung des Servokolbens 20 mit den Regelfedern 26, 27 der
beiden Proportionalverstellungen. Dazu sind am Servokolben 20 Bereiche 32 sich
linear ändernden
Durchmessers, d.h. keglige Bereiche, welche in der Schnittdarstellung
als schiefe Ebenen erscheinen, vorgesehen. Auf diesen kegelförmigen Abschnitten des
Servokolbens gleitet jeweils ein Tastkolben 33, 34,
der die Regelgröße an das
Regelventil zurückführt. In
der Ausführung
gemäß 4 wirkt
jeder Tastkolben 33, 34 auf eine Regelfeder 27 bzw. 28, welche
das Wegsignal des Tastkolbens in eine Kraft umwandelt, welche ihrerseits über einen
Federteller 35, 36 auf den Steuerkolben 30, 31 wirkt.
Diese Kraft steht mit einem Steuersignal 37, 38 auf
der dem Tastkolben 33, 34 gegenüberliegenden
Seite des Steuerkolbens 30, 31 im Gleichgewicht.
Wenn dieses Gleichgewicht z. B. durch einen Änderung des Steuersignals 37, 38 gestört wird,
wird der Steuerkolben 30, 31 ausgelenkt, wodurch
Durchflussöffnungen freigegeben
werden, die den Stellzylinder des Servosystems 19 mit Öl versorgen
und den Servokolben 20 verstellen, bis wieder Gleichgewicht
am Steuerkolben 30, 31 herrscht. Durch die Bereiche
mit Kegelform am Servokolben 20 wird ein proportionales
Verstellverhalten realisiert. Es ist jedoch auch möglich, dass
diese Bereiche nicht keglig sondern einen beliebigen Formverlauf
aufweisen, mit welchem unterschiedliche gewünschte Verstellcharakteristiken
der Verstellpumpe 3 erzielbar sind. Für diese geringfügige Änderung
der Außenkontur
des Servokolbens 20 in dem Bereich, in welchem die Tastkolben 33, 34 angreifen,
können
beliebige Einsatzbedingungen und Kundenwünsche in einfacher Weise befriedigt
werden, ohne dass weitergehende Änderungen
des elektrohydraulischen Verstellsystems für die Pumpe erforderlich sind.
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5 zeigt
eine prinzipielle Schnittansicht durch eine die zweistufige Ansteuerung
realisierende Einheit mit zusätzlicher
Möglichkeit
der Einstellung des Regelbeginns für jede Seite des Servokolbens, d.
h. jede Ausschwenkrichtung der Schwenkscheibe der Verstellpumpe.
In analoger Weise gleitet auf den Bereichen 32 (4)
mit veränderlichem
Durchmesser des Stellkolbens 20 ein Tastkolben 33,
wobei die Anlenkung 39 der Schrägscheibe/Schwenkscheibe der
Verstellpumpe 3 eingezeichnet ist. Dieser Tastkolben 33 ist
in der Weise, wie es in Verbindung mit 4 beschrieben
wurde, über
eine Regelfeder 27 mit dem Steuerkolben 30 verbunden.
An der der Tastkolbenseite des Steuerkolbens 30 gegenüberliegenden
Seite ist eine Einstellfeder 40 vorgesehen, deren Federspannung
mittels einer Einstellschraube 41 veränderbar ist, wobei eine einer
veränderten
Federspannung entsprechende Stellung mittels einer Kontermutter 42 arretierbar
ist. Die Einstellung der Verstellung des Regelbeginns erfolgt über die
Einstellfeder 40, deren Vorspannkraft mit der Einstellschraube 41 justierbar
ist, wobei die Federkraft auf der gleichen Seite des Steuerkolbens 30 wirkt,
an welcher das Steuersignal 37 (4) anliegt.
Dadurch ist es möglich,
dass werksseitig der Regelbeginn auf einen sehr genauen Wert einstellbar
ist, wodurch das Erlernen des Regelbeginns bei Inbetriebnahme, wie
es bei konventionellen Anlagen immer noch der Fall ist, überflüssig ist.
Dies ist vor allen Dingen von Vorteil, wenn der Ausschwenkbeginn
der Verstellpumpe im Fahrzeug nicht eindeutig erkennbar ist oder
wenn entsprechende Sensoren zur Erkennung dieses Ausschwenkbeginns
nicht vorhanden sind.
-
- 1
- Arbeitsleitung
- 2
- Arbeitsleitung
- 3
- Verstellpumpe
- 4
- Füllpumpe
- 5
- Rückschlagventil
- 6
- Rückschlagventil
- 7
- Einspeiseventil
- 8
- Hochdruckbegrenzungsventil
- 9
- Hochdruckbegrenzungsventil
- 10
- Servosystem
(Stand der Technik)
- 11
- Servokolben
(Stand der Technik)
- 12
- Gegendruckfeder/Nullstellungsfeder
- 13
- 4/3-Wege-Vorsteuerventil
- 14
- 4/3-Wege-Proportionalventil
- 15
- Regelfeder
- 16
- Rückführhebel
- 17
- Nulleinstellung
der Rückführhebel
- 18
- Nulleinstellung
des Servosystems
- 19
- Servosystem
- 20
- Servokolben
- 21
- Gegendrückeinrichtung/Gegendruckfeder/Nullstellungsfeder
- 22
- Elektrohydraulisches
Vorsteuerventil
- 23
- Elektrohydraulisches
Vorsteuerventil
- 24
- Hydraulisches
Proportionalventil/Akuator
- 25
- Hydraulisches
Proportionalventil/Akuator
- 26
- Feder/Regelfeder
- 27
- Feder/Regelfeder
(Einstellfeder)
- 28
- Elektrohydraulisches
Proportionalventil
- 29
- Elektrohydraulisches
Proportionalventil
- 30
- Steuerkolben
- 31
- Steuerkolben
- 32
- Bereiche
veränderlichen
Durchmessers am Servokolben
- 33
- Tastkolben
- 34
- Tastkolben
- 35
- Federteller
- 36
- Federteller
- 37
- Steuersignal
- 38
- Steuersignal
- 39
- Anlenkung
der Schrägscheibe/Schwenkscheibe
- 40
- Einstellfeder
- 41
- Einstellschraube
- 42
- Kontermutter