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Regelbares hydrostatisches Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein regelbares hydrostatisches Getriebe, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einer vorzugsweise von einem Verbrennungsmotor
angetriebenen hydraulischen Pumpe, deren Fördermengenregler mittels eines Handhebels
verstellbar und die über eine mit einem Überdruckventil versehene Speise- und Rücklaufleitung
mit einem hydraulischen Motor verbunden ist.
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Bei einem bekannten regelbaren hydrostatischen Getriebe der vorstehenden
Art ist der Fördermengenregler der Pumpe mittels eines Handhebels verstellbar, wobei
der Handhebel mit dem Verstellglied durch eine ein Spiel zulassende Verbindung gekuppelt
ist. Dadurch kann der Fördermengenregler unabhängig vom Handhebel innerhalb eines
kleinen Bereiches verstellt werden.
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Zum Einstellen einer niedrigen Drehzahl der abtreibenden Getriebewelle
muß die Fördermenge der vorzugsweise von einem Verbrennungsmotor angetriebenen hydraulischen
Pumpe eines regelbaren hydrostatischen Getriebes verringert werden. Wird bei niedriger
Drehzahl ein hohes Drehmoment an den das Fahrzeug antreibenden Rädern verlangt,
dann erreicht der hydraulische Druck in der Kraftübertragungsvorrichtung eine solche
Höhe, daß die Gefahr ihrer Zerstörung besteht. Ein in die hydraulische Leitung eingebautes
Überdruckventil könnte zwar die erwähnte Gefahr beseitigen. Mit der Verwendung eines
solchen Ventils ist aber der Nachteil verbunden, daß bei seinem Öffnen die Hydraulikf(üssigkeit
eine unerwünscht hohe Temperatur annimmt.
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Wenn ein hydrostatisches Getriebe bei Traktoren Anwendung findet,
ist es leicht möglich, daß mittels des Handhebels eine so große Fördermenge der
hydraulischen Pumpe eingestellt wird, daß eine Überlastung des Triebwerks oder ein
Abwürgen des Antriebsmotors eintritt. Diese Gefahr besteht insbesondere bei starker
Beschleunigung des Fahrzeugs, bei einer großen Belastung desselben oder bei überwinden
eines extrem steilen Geländeanstiegs.
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Selbstverständlich hängt der kritische Druck in dem hydrostatischen
Getriebe von dem Bereich ab, innerhalb dessen die Fördermenge der Pumpe verändert
werden kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in den Stromkreis
eines regelbaren hydrostatischen Getriebes Regelvorrichtungen einzubauen, durch
welche mit Sicherheit eine unerwünscht hohe Wärmeerzeugung im hydraulischen Stromkreis
oder ein zu hoher Kraftverlust des mit der Pumpe gekuppelten Triebwerks vermieden
wird. Außerdem sollen zum Vermeiden des Abwürgens des Verbrennungsmotors oder der
Überlastung des Triebwerks Mittel vorgesehen sein, die über den gesamten Regelbereich
der Pumpe wirksam sind.
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Die Erfindung besteht bei einem regelbaren hydrostatischen Getriebe
der eingangs genanntenArt darin, daß an die Verbindungsleitung zwischen Pumpe und
Motor über Ventile angeschlossene Kolben den Fördermengenregler der hydraulischen
Pumpe in an sich bekannter Weise unabhängig von der Regelstellung seines Handhebels
im Sinne des Verringerns der von der Pumpe gelieferten Fördermittelmenge verstellen,
wenn ein bestimmter Druck überschritten ist und eine kraftschlüssige Verbindung
des Fördermengenreglers mit einem unter dem Druck der in Schließrichtung der Ventile
wirkenden Feder stehenden Nockens besteht, wodurch der letztere im Sinne des Vergrößerns
der Druckhöhe wirkt, wenn die Fördermenge der hydraulischen Pumpe verkleinert wird,
und umgekehrt.
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Den Ventilen sind weitere von Hand in an sich bekannterWeise bezüglich
ihresAnsprechdruckes durch Verändern ihrer Federvorspannung einstellbare Überdruckventile
parallel geschaltet, die beim Erreichen
der jeweils eingestellten
Druckhöhe, unabhängig von den Ventilen und unabhängig von der Stellung des die Fördermenge
der Pumpe steuernden Handhebels, den Fördermengenregler der Pumpe im Sinne des Verringerns
der Fördermenge verstellen. Die Ventile sind so ausgebildet und in an sich bekannter
Weise geschaltet, daß sie beim Bremsen, wenn der hydraulische Motor die Pumpe antreibt,
jeweils nur ein Ventil auf den Fördermengenregler einwirken kann.
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Als Antriebsmotor für die bezüglich ihrer Fördermenge regelbare hydraulische
Pumpe kann irgendein Motor bekannter Type Verwendung finden, der entweder mit konstanter
Drehzahl unabhängig von seiner Belastung arbeitet oder dessen Drehzahl und Leistung
von Hand regelbar ist. Als besonders zweckmäßiger Antriebsmotor für das hydrostatische
Getriebe nach der Erfindung hat sich ein Dieselmotor erwiesen, der mit der üblichen
handbedienten Regelvorrichtung und einem Zentrifugalregler ausgerüstet ist. Eine
derartige Maschine arbeitet annähernd mit konstantem Drehmoment über ihren gesamten
Geschwindigkeitsregelbereich. Das Drehmoment wird durch Erhöhung der Maschinendrehzahl
vergrößert.
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Wird ein derartiger Dieselmotor für den Antrieb eines landwirtschaftlichen
Traktors unter gleichzeitiger Verwendung des hydrostatischen Getriebes benutzt,
dann hat der Fahrer des Traktors nur drei Bedienungen vorzunehmen: Erstens muß er
den Traktor steuern, zweitens muß er die jeweils gewünschte Getriebeübersetzung
einstellen und drittens die Drehzahlregelung vornehmen. Im Vergleich zum normalen
Traktor entfällt jede Notwendigkeit, bei einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses
des Getriebes gleichzeitig den Antriebsmotor vom Getriebe durch Betätigung der Kupplung
zu trennen. Der Fahrer hat lediglich das übersetzungsverhältnis des Getriebes und
das erforderliche Drehmoment einzustellen. Irgendwelche Bedienungsfehler, welche
die hydrostatische Kraftübertragung zerstören oder den Antriebsmotor abwürgen könnten,
werden durch das hydrostatische Getriebe gemäß der Erfindung unwirksam gemacht.
Das letztere hat den weiteren Vorteil, daß eine durch Drosselung hervorgerufene
hohe Wärmeerzeugung vermieden wird, weil die verwendeten Regelvorrichtungen einen
zu hohen Flüssigkeitsdruck selbsttätig abbauen.
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Bei dem hydrostatischen Getriebe nach der Erfindung ist in an sich
bekannter Weise eine Feder zwischen dem zur Einstellung der Fördermenge der Pumpe
dienenden Handhebel und einer mit dem Fördermengenregler verbundenen, bezüglich
ihrer axialen Stellung vom Pumpenauslaßdruck abhängigen Reglerstange eingeschaltet
und die letztere mit dem linear bewegten Nocken verbunden. Der letztere dient zur
Einstellung der Vorspannung einer in Schließrichtung wirkenden Feder der beiden
Ventile, von denen das eine vom Druck in der Speiseleitung, das andere vom Druck
in der Rücklaufleitung beaufschlagt ist und beide die Kolben steuern, die - in entgegengesetzter
Richtung wirkend - auf die Reglerstange drücken.
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In der Zeichnung ist das regelbare hydrostatische Getriebe nach der
Erfindung schematisch dargestellt. Die regelbare hydraulische Pumpe ist mit dem
Bezugszeichen 1 und der hydraulische Motor mit dem Bezugszeichen 2 versehen. Die
Pumpe ist mit dem Motor durch die als Speise- und Rücklaufleitung bzw. umgekehrt
dienenden Leitungen 3 und 4 verbunden. Um diesen Hauptstromkreis mit Flüssigkeit
zu versorgen, ist eine Speisepumpe 5 vorgesehen, welche - wie die Hauptpumpe 1 -
durch das gleiche, in der Zeichnung nicht dargestellte Triebwerk, z. B. einen Dieselmotor,
angetrieben ist. Die Speisepumpe 5 liefert einen niedrigen Flüssigkeitsdruck über
die Leitung 6 zu einem Rückschlagventilpaar 7 und B. Diese beiden Rückschlagventile
sind mit den Leitungen 3 und 4 des Hauptstromkreises verbunden. Die Leitung 3 bzw.
4 steht unter Druck, wenn das ihnen zugeordnete Rückschlagventil7 bzw. 8 geschlossen
ist. Durch das andere, nicht geschlossene Rückschlagventil 8 bzw. 7 fließt dann
die von der Speisepumpe 5 geförderte Flüssigkeit in den Hauptstromkreis.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, dient die von der Speisepumpe
geförderte Flüssigkeit auch zum Betätigen des Servomotors 9, welcher den Fördermengenregler
11 der Hauptpumpe 1 steuert.
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Die Bauart dieses Fördermengenreglers wird nicht beschrieben, da er
nicht Gegenstand der Erfindung ist. Der Servomotor 9 ist so geschaltet, daß die
durch die Speisepumpe geförderte Flüssigkeit ständig in den Hauptstromkreis fließen
kann. In der Zeichnung ist die von der Speisepumpe 5 zu dem Servomotor 9 führende
Leitung mit dem Bezugszeichen 12 versehen. Vom Servomotor 9 führt die Leitung 6
zu den beiden obenerwähnten Rückschlagventilen 7 und B.
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Zum Aufrechterhalten eines bestimmten niedrigen Auslaßdruckes der
Speisepumpe 5 ist ein überdruckventil 13 vorgesehen, das an die Leitung 6 angeschlossen
ist. Zwischen die Hauptstromleitungen 3 und 4 ist parallel zum Hydraulikmotor 2
ein Pendelventil 14 gelegt, welches den Flüssigkeitsdruck in der Leitung 15 bestimmt.
In der letztgenannten Leitung liegt ein auf einen niedrigen Druck eingestelltes
überdruckventil16, welches die Höhe des niedrigen Druckes bestimmt, der in den Hauptleitungen
3 oder 4 herrscht. In einer weiteren Verbindungsleitung zwischen den Hauptleitungen
3 und 4 liegen die beiden Rückschlagventile 17 und 18. Zwischen diesen beiden Rückschlagventilen
ist die Leitung angeschlossen, die zu dem Überdruckventil 19 führt. Dieses überdruckventil
begrenzt den höchstzulässigen Druck im Hauptstromkreis. Das Überdruckventil 19 verhütet
die Zerstörung des hydrostatischen Getriebes. Sein Ansprechdruck liegt etwas unter
dem Druck, dem der Hauptstromkreis gerade noch widerstehen kann. Zum Vereinfachen
der schematischen Zeichnung und zur Verkürzung der zum Flüssigkeitsbehälter führenden
Leitungen sind verschiedene Behälter 21 angedeutet. In Wirklichkeit handelt es sich
stets um ein und denselben Flüssigkeitsbehälter.
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Zur Regelung der Fördermenge der Pumpe 1 ist eine Reglerstange 22
vorgesehen, die in axialer Richtung mittels des Servomotors 9 verschoben werden
kann. Die Reglerstange 22 ist direkt mit dem FördermengenregIer 11 der Pumpe 1 verbunden.
Mittels des Handhebels 23 kann die Reglerstange 22 ebenfalls axial verschoben werden.
Der Handhebel 23 ist über den Hebel 24 mit einem Gehäuse 25 gekuppelt, in dem eine
Feder 26 untergebracht ist. Dieses Gehäuse dient nur dazu, um die Feder 26 als Verbindungsglied
zwischen dem Handhebel 23 und der Reglerstange 22 einschalten zu können. Die Feder
26 ist durch Flanschringe innerhalb des Gehäuses 25 und durch Schultern 28 der Reglerstange
22 gehalten.
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Das von dem Servomotor 9 abgewandte, rechts aus dem Gehäuse 25 herausragende
Ende der Regler-
Stange 22 ist mit einem Nocken 29 verbunden. Dieser
Nocken ist so gestaltet, daß er bei einer linearen Verschiebung wirksam wird. Seine
untere Kante 31 ist auf einer Rolle 32 gelagert. Mit dem Bezugszeichen 33 ist die
obere Nockenfläche bezeichnet, auf der eine Rolle 37 abrollen kann.
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Über dem Nocken 29 ist ein Ventilgehäuse 34 angeordnet, das als Gleitlager
für einen nach diesem Nocken zu offenen Hohlzylinder 35 dient, dessen Höhlung eine
Feder 36 aufnimmt, welche sich einerseits am Grunde des Hohlzylinders 35 abstützt
und zum anderen die vorerwähnte Rolle 37 gegen die obere Nockenfläche 33 des Nockens
29 preßt. In dem Ventilgehäuse 34 sind über dem geschlossenen oberen Ende des Hohlzylinders
35 zwei Ventilzylinder 38 und 39 angeordnet, in denen Kolben 41 und 42 gelagert
sind. Durch den Flüssigkeitsdruck in den Ventilzylindern 38 und 39 werden die Kolben
41 und 42 gegen die obere Stirnfläche des Hohlzylinders 35 gepreßt.
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Die Leitungen 43 und 44 verbinden die Ventilzylinder 38 und 39 mit
den Leitungen 3 und 4 des Hauptstromkreises. Von den Ventilzylindern 38 und 39 gehen
Bohrungen 45 und 46 aus, die mit den Auslaßventilen 47 und 48 in Verbindung stehen.
Jedes dieser Auslaßventile besteht aus einem Zylinder 49, in welchem ein Kolben
51 mittels einer Feder 52 gegen das dem Ventilgehäuse 34 zugewandte Ende des Zylinders
gepreßt wird. Am Umfang des Zylinders 49 sind drei Öffnungen 53, 54 und 55 vorgesehen.
Der unter Federdruck stehende Kolben 51 schließt normalerweise die Öffnung 55. Eine
Leitung 56 verbindet die Öffnung 53 mit der Öffnung 55,
während eine
Leitung 57 vom Ende des Zylinders 49 ausgeht und im Fall des Auslaßventils 47 zum
Zylinder 58 führt, während die entsprechende Leitung 57 das Ventil 48 mit dem Zylinder
59 verbindet.
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Wenn ein hoher Druck in der Leitung 43 oder 44 herrscht, der hoch
genug ist, um die Kolben 41 oder 42 so weit nach unten zu drücken, daß entweder
die Bohrung 45 oder die Bohrung 46 mit dem hohen Druck in Verbindung steht, dann
wird der Kolben 51 des Ventils 47 oder 48 entgegen der Kraft der Feder 52 verschoben.
Er schließt die Öffnung 54, welche zum Flüssigkeitsbehälter 21 führt, und verbindet
über die Bohrungen 45 oder 46 die Leitung 56 mit der Leitung 57.
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In den Zylindern 58 und 59 ist je ein Kolben 61 und 62 angeordnet,
und zwar so, daß diese auf die entgegengesetzten Enden des Nockens 29 einwirken
können. Wenn einer der Zylinder 58 oder 59 unter Druck steht, dann wird unabhängig
von der Stellung des Handhebels 23 die Reglerstange 22 so weit verschoben, bis die
Feder 26 innerhalb des Gehäuses 25 zusammengepreßt ist. Jeder der beiden Zylinder
58 und 59 weist Schultern 60 auf, welche die Bewegung der Reglerstange 22 begrenzen.
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Die unter Federdruck stehenden Überdruckventile 63 und 64 verbinden
die Leitungen 43 und 44 mit den Bohrungen 46 bzw. 45. Die Vorspannung der Federn
der beiden Überdruckventile 63 und 64 kann mittels der Schraubvorrichtung 65 von
Hand verändert werden. Der Öffnungsdruck beider überdruckventile hängt vom Förderdruck
der Pumpe 1 ab.
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Wenn das beschriebene hydrostatische Getriebe mit den erwähnten Ventilen
bei einem Traktor Anwendung findet, dann kann mittels des Handhebels 23 die Fördermenge
der Pumpe 1 eingestellt werden. Wenn der Fahrer mit dem Handhebel 23 eine zu große
Fördermenge einstellt, dann würde normalerweise der Antriebsmotor abgewürgt. Durch
die Regeleinrichtung in dem hydrostatischen Getriebe wirkt sich der hohe Druck auf
den Kolben 41 oder den Kolben 42 aus. Dadurch wird der Hohlzylinder 35 entgegen
der Kraft der Feder 36 nach unten gedrückt. so daß Flüssigkeit in die Bohrung 45
oder 46 eindringen kann.
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Nehmen wir einmal an, daß bei dem dargestellten Getriebe der Handhebel
23 in seine äußerste rechte Stellung gebracht wird, dann wird die Leitung
3 unter hohem Druck stehen. Dieser Druck wird über die Leitung 44 den Kolben 42
beaufschlagen und nach unten drücken. Die Flüssigkeit wird durch die Bohrung 46
und das Auslaßventil 48 in den Zylinder 59 strömen und den Kolben 62 beaufschlagen,
welcher den Nocken 29 nach links drückt und auf diese Weise die Fördermenge der
Pumpe 1 unabhängig von der Stellung des Handhebels 23 verringert.
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Die Verringerung der Fördermenge der Pumpe 1 wird keine Druckverringerung
im hydrostatischen Getriebe zur Folge haben, aber die Rolle 37 wird von der ebenen
Nockenfläche 33 angehoben und drückt auf diese Weise die Feder 36 so weit zusammen,
daß der Kolben 42 die Bohrung 46 wieder schließt. Wenn die Bohrung 46 geschlossen
ist, dann wird die Feder 52 in dem Auslaßventil 48 den Kolben 51 so weit verschieben,
daß die Öffnung 55 geschlossen und die Öffnung 54 geöffnet wird.
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Dadurch wird der Druck hinter dem Kolben 62 beseitigt. Wenn jedoch
der Handhebel 23 weiterhin in der extremen rechten Stellung verbleibt, wird
sich die Fördermenge der Pumpe wieder zu vergrößern versuchen, bis der Kolben 42
wieder nach unten gepreßt wird. Damit wird der Zylinder 59 wieder unter Druck gesetzt.
Auf diese Weise wird ein Druckgleichgewicht durch Aufrechterhalten des Druckes im
Zylinder 59 herbeigeführt, so daß die durch den Handhebel 23 eingestellte Fördermenge
der Pumpe 1 eine Verringerung erfährt. Obgleich der Druck entsprechend der kleineren
Fördermenge zunimmt, braucht der Verbrennungsmotor nur so viel Kraft zu liefern,
daß sein Abwürgen der Maschine vermieden wird.
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Wird der Kraftregler des Verbrennungsmotors im Sinne einer größeren
Drehmomentabgabe betätigt, d. h. arbeitet der Motor mit höherer Drehzahl bei der
gleichen Stellung des Handhebels 23, dann wird keine wesentliche Änderung in der
Einstellung des Nockens 29 eintreten.
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Daraus geht hervor, daß - abgesehen von der Möglichkeit des Abwürgens
des Motors - der auf die Feder 36 ausgeübte Druck zu jeder Zeit der gewählten Fördermenge
entspricht. Wenn sieh ein sehr hoher Druck entwickelt, dann wird automatisch die
Fördermenge der Pumpe reduziert und damit die Menge der umlaufenden Flüssigkeit
verringert. Das hydrostatische Getriebe nach der Erfindung nimmt also automatisch
die vom Verbrennungsmotor ausgeübte Kraft auf.
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Ein weiterer Vorteil eines hydrostatischen Getriebes ist der, daß
das Abbremsen des mit einer solchen ausgerüsteten Fahrzeugs oder Traktors leicht
durch Verringerung der Fördermenge der Hauptpumpe erzielt werden kann. Bei Notbremsung
muß die Fördermenge bis auf Null verringert werden, obwohl dann das hydrostatische
Getriebe oder de:
Verbrennungsmotor möglicherweise zu Bruch gehen
kann. Zum Verhindern einer Zerstörung muß man die Umkehr der Flüssigkeitsförderung
verhindern.
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Dies geschieht auf folgende Weise: Wenn eine Bremsung des Fahrzeuges
durchgeführt wird, dann wird sich ein hoher Druck in der Leitung 3 oder 4, die während
des Fahrbetriebes in der gleichen Richtung nicht unter hohem Druck stand, entwickeln.
Es soll an das oben besprochene Beispiel angeknüpft werden, in dem sich der Handhebel
23 in seiner rech- i ten Stellung befindet. In diesem Fall steht die Leitung 4 unter
Druck. Der Druck wird über die Leitung 43 zum Kolben 41 geleitet. Wenn der Druck
genügend hoch ist, wird der Kolben 41 nach unten gedrückt. Die Flüssigkeit passiert
die Bohrung 45, das Auslaß- i ventil 47 und gelangt in die Leitung 57 zum Zylinder
58. Der Kolben 61 wird durch den im Zylinder 58 auftretenden Druck nach rechts bewegt,
bis ihn die Schulter 60 des Zylinders an einer weiteren Bewegung hindert. Diese
Bewegung des Kolbens 61 hat ein ; Schieben des Nockens 29 und damit auch der Reglerstange
22 nach rechts zur Folge, soweit dies die Schulter 60 am Zylinder 58 zuläßt.
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Da die Fahrzeuge, welche mit dem hydrostatischen Getriebe nach der
Erfindung ausgerüstet sind, auf Straßen und im Gelände mit verschiedenartiger Haftreibung
zwischen den Antriebsrädern und der Fahrbahn laufen, kann es vorkommen, daß bei
zu geringer Haftreibung die Antriebsräder durchdrehen. Dieser unerwünschte Zustand
ist besonders schwierig bei einer hydraulischen Kraftübertragung zu beseitigen.
Zu diesem Zweck sind in dem hydrostatischen Getriebe die unter Federdruck stehenden
überdruckventile 63 und 64 angeordnet. Es wurde bereits erwähnt, daß die Federvorspannung
dieser überdruckventile mittels der Schraubvorrichtung 65 von Hand verändert werden
kann. Die Drücke, bei denen die Überdruckventile 63 und 64 öffnen, liegen in dem
höheren Druckbereich, innerhalb dem der Hohlzylinder 35 durch die Kolben 41 oder
42 entgegen der Kraft der Feder 36 nach unten gedrückt wird. Wenn das Überdruckventil
63 oder 64 öffnet, dann wird eine Regelkorrektur durch den Nocken 29 vorgenommen,
die eine fast gänzliche Verringerung der Fördermenge der Pumpe 1 auf den Wert Null
zur Folge hat.
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Bei der Einstellung der Federvorspannung der Überdruckventile 63 und
64 kann berücksichtigt werden, daß das an den Antriebsrädern auftretende Drehmoment
eine bestimmte Größe nicht überschreiten kann. Findet das hydrostatische Getriebe
bei einem landwirtschaftlichen Traktor Anwendung, der auf einem schlammigen Untergrund
eingesetzt ist, dann müssen die Überdruckventile 63 und 64 auf einen relativ niedrigen
Ansprechdruck eingestellt werden, der das Rutschen der Antriebsräder und damit ein
Durchdrehen dieser Räder im Schlamm sowie ein Versinken des Traktors im Schlamm
verhindert. Bei der Einstellung des Ansprechdruckes der Überdruckventile zum Verhindern
des Raddurchdrehens muß das Trägheitsmoment der in Bewegung zu setzenden Last beachtet
werden, damit die zulässige Antriebskraft zum Anfahren des Fahrzeugs ausreicht.