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Vorrichtung zum Konstanthalten der Drehzahlen hydrostatischer Getriebe
Hydrostatische Antriebe sind für die Konstanthaltung einer Drehzahl bisher nicht
geeignet, da zum Regeln der Drehzahl Verstelleinric'htungen am Primär- oderjund
Sekundärteil benutzt werden. Die Drehzahlschwankungen, die an der Antriebswelle
eines Flüssigkeitsgetriebes auftreten können, stammen entweder aus dem Netz des
den Primärteil antreibenden Elektromotors oder aus dem Schlupf bzw. aus Temperaturänderungen
des Öles.
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Um die Verstellglieder am Primärteil und Sekundärteil eines Flüssigkeitsgetriebes
schnell den Forderungen einer Konstanthaltung der Drehzahl anzupassen, sind umfangreiche
Einrichtungen erforderlich.
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Auch die direkte Beeinflussung des Olmotors bringt nicht den gewünschten
Erfolg. Zur Einhaltung einer bestimmten Drehzahl ist nach Absinken der Drehzahl
ein Beschleunigungsvorgang durch Belastungssteigerung notwendig. Bei abnehmender
Drehzahl wird dann das Hubvolumen des Ölmotors vermindert, um seine Drehzahl zu
steigern. Damit wird aber gleichzeitig die Fähigkeit des Ölmotors vermindert, ein
gesteigertes Drehmoment abzugeben, was durch entsprechende Drucksteigerung ausgeglichen
werden muß. Bei Verzögerung tritt das Umgekehrte ein.
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Es ist auch bereits bekannt, eine Vorrichtung zum Konstanthalten der
Drehzahlen von hydrostatischen Getrieben mit einem Kurzschlußkreislauf zwischen
der Hauptdruckleitung und der Ölrückführungsleitung zu versehen und in diesen Kreislauf
ein Steuerorgan einzubauen, das von einem auf die gewünschte Drehzahl mittelbar
oder unmittelbar von der Abtriebswelle des Ölmotors angetriebenen Regler in der
Weise beeinflußt wird, daß beim Vorauseilen der Welle des Ölmotors über die Solldrehzahl
hinaus dem Ölmotor eine verminderte Olmenge zugeführt wird.
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Schließlich ist es bekannt, die Drehzahlen von hydrostatischen Getrieben
durch Einschaltung einer zusätzlichen Hilfspumpe konstant zu halten. Da der Flüssigkeitsdruck
schneller abgebaut als aufgebaut werden kann, ist mit einer Hilfspumpe keine ganz
genaue Einhaltung der vorbestimmten Drehzahl der Motorwelle zu erzielen.
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Nach der Erfindung wird vorgesehen, zur Konstant:haltung der Drehzahlen
mit dem Staudruck: zu arbeiten. Durch den Abbau des Staudruckes ist es ohne weiteres
möglich, ohne Steigerung des von der Pumpe in der Druckleitung erzeugten Flüssigkeitsdruckes
eine Drehmomenterhöhung an der Motorwelle zu erreichen, die sofort zur Wirkung kommt,
ohne daß in der Druckleitung ein Druckaufbau erfoIgen muß. Die für die Regelung
des Flüssigkeitsgetriebes notwendige Leistung wird herabgesetzt und ein Organ geschaffen,
welches die bei minimalen Abweichungen der gewünschten Drehzahl des Flüssigkeitsmotors
zugeführte bzw. die aus dem Motor abfließende Ölmenge so regelt, daß eine Beeinflussung
durch einen Hilfskreislauf niederen Druckes über ein. Steuerorgan erfolgt.
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Zu diesem Zweck ist die Ölrückfü'hrungsleitung als geschlossenes Leitungssystem
ausgebildet, in dem ein Druck herrscht, der über demjenigen der äußeren Atmosphäre
liegt, so daß bei einem Nacheilen der Welle des Ölmotors gegenüber der Solldrehzahl
der Druck in der Ölrückführungsleitung mittels des vom Regler beeinflußten Steuerorgans
durch Verbindung mit Leitung und Ölbehälter zum Absinken gebracht und dadurch vom
Ölmotor ein zusätzliches Drehmoment erzeugt wird, das bewirkt, daß beim Vorauseilen
der Welle des Ölmotors über die Solldrehzahl durch das Steuerorgan Drucköl aus der
Druckleitung in die Rückflußle-itung strömt, wodurch in dieser ein zusätzlicher
Staudruck erzeugt und damit eine Verminderung des Drehmomentes am Ölmotor im Sinne
einer Verzögerung herbeigeführt wird.
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Im offenen Kreislauf kann erfindungsgemäß ein. Druckhalteventil in
die Abflußleitun g vom Olmotor eingeschaltet werden, wobei dann das Steuerorgan
zwischen dem Ölmotor und dem Druckhalteventil angeschlossen ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Konstanthalten der Drehzahlen
kann auf stufenlos regelbare Flüssigkeitsgetriebe mit Drehrichtungswechsel angewendet
werden. Sie ist ebenso für eine Reihe von Flüssigkeitsgetrieben dadurch zu verwenden,
daß ein gemeinsamer Hilfskreislauf niederen Druckes für alle Flüssigkeitsgetriebe
zugeordnet wird.
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In der Zeichnung sind verschiedene Aueführungsbeispi.ele von Schaltungen
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigt Bild 1 das Konstanthalten
der Drehzahl im geschlossenen Kreislauf,
Bild 2 das Könstanthalten
der Drehzahl im offenen Kreislauf, Bild 3 ein umsteuerbares Getriebe im geschlossenen
Kreislauf und Bild d ein umsteuerbares Getriebe mit einem Hauptumsteuerorgan.im
geschlossenen Kreislauf. Das Flüssigkeitsgetriebe a, b, c, d arbeitet im
geschlossenen Kreislauf. Die aus dem Ölmotor b zurückfließende Ölmenge wird der
Ölpumpe a in geschlossener Leitung d direkt wieder zugeführt. Das Leitungssystem
c, d (Bild 1) wird in bekannter Weise über Spülorgane e, f, g, h, i, k aus
dem Ölbehälter Z mit Frischöl versorgt und die abströmende Leckölmenge ergänzt.
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Das geschlossene Leitungssystem c, d, wird jedoch durch die Spüleinrichtung
e, f, g, h, i, k auf einem höheren Druckniveau gehalten, d. h., in
der Rückflußleitung d vom Ölmotor b zur Ölpumpe a herrscht nicht der
atmosphärische oder ein nur wenig über diesem liegender Druck, wie das sonst gebräuchlich
ist, sondern ein bedeutend höherer Druck, der durch eine Steuereinrichtung na in
der Abflußleitung k des Spülsystems gehalten wird. Die Druckdifferenz zwischen der
Druckleitung c und der Rückflußleitung d, also vor und hinter dem Ölmotor
b, wird dadurch kleiner und damit auch das im Normalbetrieb erreichbare Drehmoment.
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Durch einen Regler ei, der von der Abtriebswelle des Ölmotors b direkt
beeinflußt wird, kann man nun ein Steuerorgan o betreiben, das an die Druckleitung
c und an die Rückflüßleitüng d des Hauptkreislaufes angeschlossen ist. Außerdem
ist das Steuerorgan o an eine Leitung p angeschlossen, die direkt mit dem Ölbehälter
L verbunden und drucklos ist. Am Regler n kann man- die gewünschte Drehzahl einstellen.
Eilt die Welle des Ölmotors b, von der die Welle des Reglers n mittelbar oder unmittelbar
angetrieben ist, der eingestellten Drehzahl (Solldrehzahl) voraus, dann verstellt
der Regler n das Steuerorgan o so, daß aus der -Leitung c Öl nach der Leitung p
abströmen kann. Der Ölmotor b erhält infolgedessen eine verminderte Ölmenge und
sinkt in der Drehzahl ab. Man kann auch Leitung c mit Leitung d verbinden. Dadurch
erhöht sich der Staudruck in Leitung d und erzeugt ein Bremsmoment.
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Eilt die Welle b und damit der Reglern der Solldrehzahl nach,
so verbindet das Steuerorgan o die Leitung d mit der Leitung p. Dadurch wird der
Druck in der Leitung d absinken, vom Ölmotor b wird ein zusätzliches
Drehmoment erzeugt, das im Sinne einer Beschleunigung wirkt. Dabei wird die Ölsäule,
welche in der Leitung c zwischen Ölpumpe ca und Ölmotor b
eingeschlossen ist,
durch ihre Expansion infolge des verminderten Gegendruckes in Leitung d an der Erhöhung
der Drehzahl der Welle des Ölmotors b teilnehmen.
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Die von der Ölpumpe a zur Verfügung zu stellende Ölmenge muß also
so groß sein, daß die größte am Ölmotor b benötigte Ölmenge jederzeit verfügbar
ist. Es wird daher in den Perioden mit vollständiger Übereinstimmung der Drehzahl
des Ölmotors b mit der Solldrehzahl oder in Perioden, in denen der Motor b verzögert
werden muß, stets eine kleine Ölmenge aus der Leitung c durch das Steuerorgan o
durch die Leitung p in den Ölbehälter Z abfließen müssen. Hieraus geht hervor; daß
die Einstellung der Ölpumpe a auf die gewünschte Drehzahl am Ölmotor b sehr genau
sein soll. Da es sich um stufenlos regelbare Getriebe handelt, kann die Einstellung
der Ölpumpe a während des Betriebes leicht nachkorrigiert werden. Je genauer die
Einstellung erfolgt, um so geringer sind die durch das Steuerorgan o zu steuernden
Ölmengen, um so höher ist also die Genauigkeit des Regelvorganges. Außerdem kann
der Regelvorgang beeinflußt werden durch die Einstellung des Gegendruckes. Je gleichmäßiger
die Belastung des Ölmotors b ist, um so geringer brauchen die Beschleunigungs- und
Verzögerungswerte auszufallen, um so genauer kann die Einstellung der Ölpumpe a
auf die Solldrehzahl erfolgen, um so kleiner sind die Ölmengen, die durch das Steuerorgan
o zu beeinflussen sind, um so geringer kann aber auch der Gegendruck in der Leitung
d sein, der durch das Ventil m eingestellt wird.
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Diese Steuerungsmethode ist sehr empfindlich, weil das Steuerorgan
o durch den Regler n beim Normalvorgang stets außerhalb der Mittellage steht, so
daß sich kleinste Änderungen an der Stellung des Steuerorgans o bereits regelnd
auswirken.
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Auch bei einem Flüssigkeitsgetriebe, welches im offenen Kreislauf
arbeitet, kann ein Hilfskreislauf niedrigeren Druckes mit Erfolg verwendet werden.
Die Schaltung ist dann folgendermaßen (Bild 2) Die Ölpumpe a drückt das aus dem
Ölbehälter L
durch die Leitung s angesaugte Öl über die Druckleitung c in
den Ölmotor b. Von diesem fließt das Öl durch die Leitung d über das Druckhalteventil
r und die Leitung t in den Behälter Z zurück. In der Leitung d
herrscht
der vom Druckhalteventil r eingestellte Öldruck. Der Regler n beeinflußt in bereits
beschriebener Weise das Steuerorgan o, das einmal mit der Leitung c, einmal mit
der Leitung d und über die Leitung p mit der Leitung t und damit mit Ölbehälter
Z verbunden ist.
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Eilt die Ölmotorwelle der Solldrehzahl vor, so wird das Regelorgan
o von Regler n derart verstellt, daß Leitung c mit Leitung p und damit über die
Leitung t
mit dem Ölbehälter L verbunden ist. Dem Ölmotor
b
wird weniger Öl zugeführt. Seine Drehzahl sinkt. Hinkt die Drehzahl des
Ölmotors b der Solldrehzahl nach, so wird das Steuerorgan so verstellt, daß die
Leitung d unter Umgehung des Druckhalteventi.ls r
mit der Leitung p
verbunden wird. Dadurch sinkt der Druck in Leitung d ab, und das Drehmoment am Ölmotor
b wird im Sinne einer Beschleunigung vergrößert.
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Um die Ölmotordrehzahl b beim Voreilen zu verringern, kann man auch
die Leitung c über das Steuerorgan o mit der Leitung d verbinden. Dadurch wird in
der Leitung d ein zusätzlicher Stau erzeugt.
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Für diese Einrichtung gilt hinsichtlich der Grundeinstellung der Getriebeteile
a und b dasselbe, wie zu Bild 1 bereits bemerkt. Das Schaltbild 2 zeigt jedoch
eine starke Vereinfachung gegenüber dem Schalt-Bild 1. Der konstruktive Aufwand
im Leitungssystem bei einem Getriebe, das im offenen Kreislauf arbeitet, ist wesentlich
geringer als der eines Getriebes mit gegeschlossenem Kreislauf. Der Nachteil des
offenen Kreislaufes mit Anwendung eines Hilfskreislaufes niederen Druckes ist jedoch
folgender: Die gesamte aus dem Ölmotor b durch die Leitung d
zurückflutende
Ölmenge strömt durch das Druckhalteventil y. Die Strömungsenergie, die in der Flüssigkeit
enthalten ist, geht verloren. Beim geschlossenen Kreislauf wird die aus dem Ölmotor
b zurückflutende Ölmenge der Pumpe a wieder zugeführt und somit auch ein Drehmoment
zurückgewonnen. Die in Bild 1 durch die Hilfspumpe e in den Hauptkreislauf über
die Rücksahlagventile g eingedrückte ölmenge fließt über das Druclehalteventil m
wieder ab. Sie beträgt
aber nur etwa 15 bis 201/m der bei größter
Leistung durch die Leitung d zurückflutenden Menge. Dementsprechend ist der Leistungsverlust
auch nur (abgesehen vom Wirkungsgrad der Pumpe e) 15 bis 20 °/ m des Verlustes,
welcher im Getriebe mit offenem Kreislauf eintreten würde.
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Man kann die Hilfspumpe e nach Bild 1 auch als stufenlos regelbare
Pumpe ausbilden, so daß die jeweils dem Hauptkreislauf zugeführte Kühlölmenge auf
15 bis 20°/m der Arbeitsölmenge eingestellt werden kann, welche den Motor b durchfließt.
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Beim offenen Kreislauf können eine Beschleunigung und eine Verzögerung
des Motors b auch dadurch herbeigeführt werden, daß man den Staudruck in der Leitung
d durch Veränderung der Einstellung des Druckhalteventils r der Belastung anpaßt.
Der Reglern wirkt dann nicht nur auf das Steuerorgan o, sondern gleichzeitig auf
die Feder F des Druckhalteventils r. Um den Regler n zu entlasten, d. h., um ihm
kleine Verstellkräfte und damit eine hohe Genauigkeit zuzuordnen, kann man die Beeinflussung
der Feder F unter Einschaltung eines an sich bekannten Kraftverstärkers bewirken.
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Die Einrichtung kann für beide Drehrichtungen des Ölmotors b verwendet
werden.
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Die bisherige Darstellung und Beschreibung bezog sich auf Flüssigkeitsgetriebe
für eine Drehrichtung. Die Drehrichtung eines Flüssigkeitsgetriebes wird bekanntlich
nicht geändert durch Umkehr der Drehrichtung des Primärteiles bzw. des antreibenden
Elektromotors, sondern folgendermaßen: a) Exzentrizität der Ölpumpe wird bei gleichbleibender
Drehrichtung von der einen Seite über die Mitte nach der anderen Seite verstellt.
Getriebe, bei denen dieses Regelprinzip angewendet wird, müssen im geschlossenen
Kreislauf arbeiten.
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b) Die Exzentrizität der Ölpumpe wird beibehalten, die Exzentrizitätsrichtung
des Ölmotors wird umgekehrt. Das Getriebe kann im offenen Kreislauf arbeiten.
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c) Die Exzentrizitätsrichtung der Ölpumpe und des Ohnotors bleibt
die gleiche, und es wird zwischen Ölpumpe und Ölmotor ein Umsteuerorgan eingeführt.
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Die Anwendung des Hilfskreislaufes mit niederem Druck (Staukreislauf)
für stufenlos regelbare Flüssigkeitsgetriebe gemäß der Erfindung läßt sich auf sämtliche
Getriebe mit Drehrichtungswechsel übertragen, und zwar: Die Umsteuerung nach Ausbildungsform
a) als Getriebe mit geschlossenem Kreislauf (Bild 3). Die Pumpe a fördert durch
die Leitung c zum Ölmotor b. Rückfluß durch die Leitung d nach der Pumpe a. Bei
Drehrichtungswechsel, d. h. bei Exzentrizitätsverstellung an der Pumpe a über die
Nullage hinaus ins Negative wird der Umsteuerschieber u gleichzeitig mit dem Verstellorgan
an der Pumpe a umgesteuert. Die Verbindungsleitungen von Leitung c und d zum Steuerorgan
o, wie im Bild 1 dargestellt, werden jetzt zunächst, wie im Bild 3 dargestellt,
durch das Umsteuerorgan u geführt und bei Drehrichtungswechsel durch die Umsteuerung
des Organs u sinngemäß vertauscht.
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Ist die Leitung c zum Ölmotor b die Druckleitung, d. h., es fließt
01 von der Pumpe a durch Leitung c zum Ölmotor b, dann ist Leitung d die
Rückflußleitung, d. h., Öl fließt vom Ölmotor b durch die Leitung d zur Pumpe
a. Das Umsteuerorgan u steht (gemeinsam verstellt mit dem Verstellglied der
Pumpe a) so, daß Leitung L, mit Leitung L,' und Leitung Ld mit Leitung Ld' verbunden
ist. Die Wirkungsweise von Regler u und Steuerorgan c ist die gleiche, wie im Bild
1 beschrieben.
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Wird das Verstellglied von Pumpe a umgesteuert, so daß Öl von Pumpe
a durch die Leitung d zum Ölmotor b und von da aus zurück durch die Leitung c zur
Pumpe a strömt, dann ist gleichzeitig mit der Umsteuerung von Pumpe a das Umsteuerorgan
az so verstellt worden, daß Leitung LG mit Ld' und Leitung Ld mit L,' verbunden
ist. Der Regler kann in derselben Weise wirken wie vorher. Der Sinn der Verstellung
des Steuerorgans o bleibt wie vorher, weil die Leitungen entsprechend vertauscht
worden sind. Es ist damit dargelegt, daß sich die Einrichtung auch auf umsteuerbare
Getriebe gemäß Bild 3 anwenden läßt.
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Die Umsteuerung nach Ausbildungsform c) entspricht der Umsteuerungsform
des geschlossenen Kreislaufes mit dem Unterschied, daß an die Stelle der Pumpe
a das Hauptumsteuerorgan w zu setzen ist (Bild 4). -Es entsteht
dann zwischen dem Umsteuerorgan zzu und dem Ölmotor b das Bild eines gegeschlossenen
Kreislaufes, in dem sämtliche Funktionen der Ausführung nach Bild 3 entsprechen,
d. h., die steuertechnischen Maßnahmen, die mit dem Staukreislauf verbunden sind,
sind die gleichen, wie zu Bild 3 besprochen. Es sind noch die Sicherheitsventile
x und die Rückschlagventilt y dargestellt.
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Sowohl Flüssigkeitsgetriebe für eine Drehrichtung in offenem und geschlossenem
Kreislauf als Flüssigkeitsgetriebe für wechselnde Drehrichtung, nach den drei gebräuchlichen
Umsteuermethoden arbeitend, können durch einen Staukreislauf, d. h., einen Hilfskreislauf
niederen Öldruckes in Verbindung mit einem Steuerorgan und einem Drehzahlregler
im Sinne der Einhaltung einer gewünschten Drehzahl beeinflußt werden. Die Einführung
eines Staukreislaufes bzw. eines Staudruckes bei einem Flüssigkeitsgetriebe im geschlossenen
Hauptkreislauf ist mit geringerem Leistungsverlust verbunden als bei einem Getriebe
mit offenem Kreislauf.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht gegenüber den
bisher bekannten Systemen, welche das Hubvolumen der Pumpe a oder/und das Hubvolumen
des Motors b zur Erzielung einer konstanten Drehzahl am Ölmotor b benutzen, darin,
daß vom Regler n nur ein sehr kleines Steuerorgan o bewegt werden muß. Dieses Steuerorgan
o steuert lediglich Differenzölmengen, die sich aus dem Nichtübereinstimmen der
Drehzahl des Motors b und seines dadurch bedingten Ölverbrauches mit der von der
Pumpe a gelieferten, möglichst gut angepaßten Ölmenge herrühren. Die Verstellkräfte
und Verstellleistungen, welche vom Steuerorgan o benötigt werden, sind sehr klein
gegenüber den Verstellkräften an der Ölpumpe a oder am Ölmotor b.