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Vorrichtung zum Steuern eines hydrostatischen Fahrzeugantriebes, insbesondere
für Hubstapler Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern eines hydrostatischen
Fahrzeugantriebes, insbesondere für Hubstapler, bestehend aus mindestens einer hydrostatischen
Pumpe und aus mindestens einem an diese angeschlossenen hydrostatischen Motor.
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Bei bekannten hydrostatischen Fahrzeugantrieben dieser Art sind die
Größe und Richtung der Förderung der Pumpe oder der Schluckfähigkeit des Motors
oder auch beide Werte meist stufenlos veränderbar. Die Einstellung der Fördermenge
und/oder der Schluckfähigkeit bestimmt das übersetzungsverhältnis des durch die
Pumpe und den Motor gebildeten hydrostatischen Getriebes und damit die Fahrgeschwindigkeit;
die Einstellung der Richtung der Pumpenförderung und/oder des Motorschluckvermögens
bestimmt die Fahrtrichtung.
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Da zur Verstellung einer hydrostatischen Pumpe oder eines hydrostatischen
Motors verhältnismäßig große Verstellkräfte aufgebracht werden müssen, ist für die
Verstellung vielfach ein Servomotor vorgesehen, dessen Steuerung vom Bedienungsmann
mittels eines Bedienungshebels vorgenommen wird.
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Es zeigte sich im praktischen Fahrbetrieb, daß die Steuerung derartiger
Fahrzeugantriebe, insbesondere bezüglich der Einstellung der Fahrgeschwindigkeit
Null, Schwierigkeiten bringt. Letztere erfolgt z. B. durch Einstellung der Fördermenge
Null der Pumpe. Hierfür ist eine genaue Einstellung der Pumpe und/ oder des Motors
in die Null-Lage und damit eine bestimmte Einstellung des Steuerorgans des Servomoors
erforderlich. Rasten oder ähnliche, diese Einsellung ermöglichende bzw. vereinfachende
Organe stören die Feinfühligkeit der Einstellung in Nullpunktnhe und verschleißen
sehr schnell so weit, daß die Nulleinstellung nicht mehr mit genügender Genauigkeit
möglich, ist, weil die üblichen Steuerorgane für Servomotoren schon auf kleinste
Betätigungswege ansprechen. Wegen der sehr hellen Getriebeübersetzung ist die Folge
hie:-von ein auch mit stärksten Bremsen kaum zu unterbindendes »Schleichen« des
Fahrzeuges. wenn bei ungepauer Nullstellung der Fahrzeugmotor läuft.
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Die zur Verhinderung des Schleichens bei bekannten hydrostatischen
Fahrzeugantrieben vorgesehenen, zum Teil automatisch durch Regler od. dgl. gesteuerten
Kurzschlußventile, die bei Einstellung der Fahrgese.hwindigkeit Null die Druckseite
des Getriebes unmittelbar, d. h. unter Umgehung des hydrostatischen Motors, mit
der Getriebesaugseite verbinden, bedingen einen vielteiligen und komplizierten Aufbau
der gesamten Steuervorrichtung und bringen zusätzliche Störungsmöglichkeiten. Es
ist auch eine hydraulische Verstellkolbeneinrichtung zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses
hydrostatischer Antriebe bekannt, die einen hydraulisch verschiebbaren Anschlag
in Form eines in dem Servomotor vorgesehenen Differentialkolbens aufweist. Zwischen
der Druckflüssigkeitsquelle und dem Servomotor muß hierbei ein zusätzlicher Umschaltschieber
für die Einstellung des Vorwärts- oder Rücki -sbereiches vorgesehen: werden. Dieser
bedingt w är' ein; n leeren Verschiebeweg des Bedienungsgestänges beiderseits der
Neutra lstelhina um ein der Umschal-.ung des Umseht lt_schiebers entsprechendes
Maß. Die Gesamte Vorrichtung ist verhältnismäßig kompliziert; ?@eispielsweis° bcnötigi
sie außer den in jedem Fall erforderlichen r`,bfiußleitungen drei Verbindungsleitunaen
zwischen dem Steuerschieber und dein Servomator sowie drei Steuerschieberköpfe.
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Es ist außerdem eine Vorrichtung zur Zurückführung der Schaltstange
eines Zahnradwechselgetriebes bekannt. bei der auf einem Gestängeglied zwei verschiebbare
Anschlagglieder angeordnet sind, die durch eine auf sie bereits in der Neutralstellung
wirksame Rückstellkraft, und zwar durch eine zwischen sie geschaltete
vorgespannte
Feder, gegen an dem Gestängeglied befestigte Anschläge und gleichzeitig gegen zwei
raumfeste, der Neutralstellung des Gestänges entsprechende Anschläge gedrückt werden.
Diese Vorrichtung gewährleistet zwar bei verhältnismäßig einfachem Aufbau infolge
des Fehlens von Verschleißmöglichkeiten ein gleichbleibend sicheres und bequemes
Auffinden der Neutralstellung. Sie hat aber den Nachteil, daß die Feder verhältnismäßig
stark vorgespannt werden muß, um auch bei kleinen Auslenkungen aus der Neutralstellung
genügend große Kräfte zur Rückführung genau in die Neutralstellung zu erzeugen;
die Rückstellkraft wird bei größeren Auslenkungen progressiv größer, so daß eine
vorzeitige Ermüdung des Fahrers auftreten kann.
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Zur Vermeidung der vorstehend geschilderten Nachteile bekannter Vorrichtungen
wird durch die Erfindung eine hydraulische Steuervorrichtung mit konstanter und
genau einstellbarer Rückführkraft im gesamten Verstellbereich geschaffen. Hierbei
wird ausgenutzt, daß bei hydrostatischen Antrieben, zu deren Steuerung die Vorrichtung
dienen soll, ohnehin Druckflüssigkeit vorhanden ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß in an sich bekannter Weise zwei auf
einer mit dem Verstellgestänge verbundenen, längsverschiebbaren Kolbenstange in
einem gemeinsamen Zylinder verschiebbare Kolben vorgesehen sind. die durch zwischen
sie eingeleitetes Druckmittel in einander entgegengesetzten @ Richtungen gegen zwei
Anschläge auf der Kolbenstange und gleichzeitig gegen zwei raumfeste, der Neutralstellung
der Kolbenstange entsprechende Anschläge, beispielsweise die beiden Zylinderdeckel
des Zylinders, gedrückt werden.
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Eine solche Anordnung ist bei hydraulischen Zylindern zur Schaltung
der einzelnen Gangstufen eines Zahnrad-Stufengetriebes bereits bekannt; sie hat
hier den Zweck, ohne Differentialkolben u. dgl. eine sichere Rückstellung des Kolbens
des Schaltzylinders in die neutrale Mittelstellung zu gewährleisten. Da die Einschaltung
der einzelnen Gänge bei diesen bekannten Konstruktionen durch vom Fahrer mechanisch
oder über Elektromagnete betätigte hydraulische Ventile erfolgt und der Kolben des
Schaltzylinders außer in seine Mittelstellung nur in seine beiden äußersten Endstellungen,
nicht aber in Zwischenstellungen bewegt werden muß, hat diese bekannte Ausbildung
des Schaltzylinders keinerlei Einfluß auf die vom Fahrer zu überwindende Rückstellkraft,
die auf den Bedienungshebel ausgeübt wird.
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Bei der Anwendung gemäß der Erfindung dieser an sich bekannten Ausführung
auf Vorrichtungen zur stufenlosen Steuerung von hydrostatischen Fahrzeugantrieben
ergibt sich der Vorteil, daß die von der Verstellvorrichtung auf den Bedienungshebel
ausgeübte Rückstellkraft nur vom Druck des zwischen die beiden Kolben eingeleiteten
Druckmittels abhängt, nicht aber von der Größe der Auslenkung des Gestänges aus
seiner Neutralstellung. Infolgedessen stehen auch bei kleinen Auslenkungen genügend
große Kräfte zur Rückführung in die Neutralstellung zur Verfügung, während beim
Fahren mit großer Auslenkung infolge des Fehlens einer progressiv ansteienden Riickführkraft
keine Ermüdung des Fahrers auftritt.
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Es ist zweckm^ßig, bei dieser hydraulischen SteuervorrichIung sämdiche
Anschläge derart anzuordnen. C:3 sich die Kolbenstange aus der Neutralstellu_-iag
heraus gegenüber den an den raumfesten Anschlägen ar_liegenden Kolben oder zusammen
mit den an den Anschlägen der Kolbenstange anliegenden Kolben gegenüber den raumfesten
Anschlägen ohne Auftreten einer Rückstellkraft in einem Bereich bewegen kann, der
etwas größeit ist als derjenige Bereich, innerhalb dessen das mit einer entsprechenden
Steuerkantenüberschneidung versehene Servomotor-Steuerventil den Durchfluß von Druckflüssigkeit
völlig sperrt. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß die Steuervorrichtung in ihrer
Ruhestellung kein Druckmittel verbraucht, sondern nur während der relativ kurzen
Verstellzeit, also nur solange sich der Kolben des Servomotors bewegt. Infolgedessen
kann diese Steuervorrichtung ohne weiteres an die Spülölpumpe des hydrostatischen
Antriebssystems angeschlossen werden, weil sie nur während der sehr kurzen Verstellzeiten
Öl verbraucht, wogegen während der übrigen längeren Zeitspannen das gesamte von
der Spülpumpe geförderte Öl als Spülöl zur Verfügung steht.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben.
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Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch die Steuervorrichtung
zusammen mit dem Servomotor und dessen Steuerventil.
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Bei der Darstellung der Steuervorrichtung mit hydraulischer Rückführkraft
sind das gesamte mit dem Bedienungshebel bzw. Pedal verbundene Bedienungsgestänge
sowie das von dem Servomotor verstellte hydrostatische Aggregat weggelassen. Es
ist lediglich eine mit dem Gestänge verbundene und sich infolgedessen mit diesem
bewegende Stange 1 dargestellt. Diese Stange ist an ihrem Ende 2 gelenkig an dem
Gehäuse 3 des Servomotor-Steuerventils befestigt. Der Servomotor besteht aus einem
Kolben 4 und einem Zylinder 5 mit den Zylinderräumen 6 und 7. In dem gleichen Gehäuse
8, in dem sich der Zylinder 5 befindet, ist ein weiterer Zylinder 9 mit zwei Kolben
10 und 11 vorgesehen, die auf einer hohlen Kolbenstange 12 zwischen der als Anschlag
wirkenden Stirnseite 13 des Gehäuses 3 des Servomotor-Steuerventils und einem Anschlag
14 sowie zwischen den als raumfeste Anschläge wirkenden Zylinderdeckeln 15 und 16
verschiebbar sind. Die hohle Kolbenstange 12 ist mit dem Gehäuse 3 des Servomotor-Steuerventils
fest verbunden. Auch ist der Schieber 17 des Servomotor-Steuerventils fest mit der
hohlen Kolbenstange 18 des Servomotors 4, 5 verbunden. Die Kolbenstange 18 bewirkt
über ein zwecks Justierung der Nullstellung einstellbares Verbindungsstück 19 die
Verstellung eines hydrostatischen Aggregats.
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Die Druckmittelzu- und -ableitung zu den Zylinderräumen 6 und 7 des
Servomotors erfolgt über eine Leitung 20, den Zylinderraum 9, die Radialbohrung
21 der Kolbenstange 12 und über deren hohlen Innenraum in das Gehäuse 3 des Servomotor-Steuerventils
hinein. Bei Neutralstellung der Steuervorrichtung ist im Servomotor-Steuerventil
der Strömungsweg unterbrochen. Bei ausreichender Verschiebung des Gehäuses 3 mittels
der Stange 1 nach links fließt die Druckflüssigkeit über eine Steuernut 22 des Schiebers
17 und den Innenraum 23 eines in die Kolbenstange 18 eingebauten Rohres 24 und eine
Radialbohrung 25 im Servomotorkolben .4 in den Zylinderraum 7, so daß der Servomotorkolben
4 nach links verschoben wird, wobei die Flüssigkeit aus dem
Zylinderraum
6 durch eine weitere Radialbohrung 26 des Servomotorkolbens 4 und den Ringraum 27
zwischen der Innenwand der Kolbenstange 18 und dem Rohr 24 über eine Steuernut 28
des Gehäuses 3 aus diesem in das Getriebegehäuse abfließt. Bei Verschiebung des
Gehäuses 3 nach rechts erfolgt der Zufluß der Druckflüssigkeit über eine Nut 29
des Schiebers 17 in den Zylinderraum 6, der Abfluß aus dem Zylinderraum 7 über eine
Nut 30 des Gehäuses 3, wobei sich der Kolben 4 des Servomotors nach rechts verschiebt.
Die Bewegung zwischen dem Gehäuse 3 und der Kolbenstange 18 des Servomotors ist
durch zwei Anschläge 31 und 32 begrenzt.
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In der Neutralstellung der Steuervorrichtung sind die beiden Kolben
10 und 11 gegen die Zylinderdeckel 15 und 16 gedrückt. Sie liegen
dabei gleichzeitig mit ihren Verlängerungshälsen an den Anschlägen 13 und 14 der
Kolbenstange 12 an. Bei Verschiebung der Stange 1 erhält der Servomotor auf die
weiter oben beschriebene Weise Druckflüssigkeit, und sein Kolben 4 bewegt sich zusammen
mit seiner Kolbenstange 18, dem Gehäuse 3, der Kolbenstange 12 und einem der Kolben
10 und 11 aus seiner Neutralstellung heraus. Auf diesen mitgenommenen Kolben 10
oder 11 wirkt der Druck der Flüssigkeit im Zylinder 9. Die hierdurch erzeugte Kraft
wirkt über den Anschlag 13 bzw. 14, das Gehäuse 3 und die Stange 1 als Rückstellkraft
auf das Bedienungsgestänge. Diese Rückstellkraft ist bei jeder Auslenkung aus der
Neutralstellung gleich groß.
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Das Gehäuse 8 ist an der Stelle 33 in einem raumfesten Lager 34 schwenkbar
gelagert, damit es die an dem Verbindungsstück 19 auftretende Schwenkbewevung des
hydrostatischen Aggregats bei dessen Verstellung mitmachen kann. Infolge des dargestellten
Anschlusses der Druckflüssigkeitszuleitung 20 an dem Gehäuse 8 macht der Anschlußpunkt
nur eine ganz geringe Schwenkbewegung, so daß ein Zuleitungsrohr mit nur geringer
Biegsamkeit, beispielsweise ein Wellrohr, an Stelle einer vollständigen flexiblen
Leitung Verwendung finden kann.
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Die dargestellte Steuervorrichtung ist eine einbaufertige Einheit,
die den gesamten Servomotor mit seinem Steuerventil und die Rückstelleinrichtung
umfaßt. Die gesamte Einheit besitzt außer der Druckflüssigkeitszuleitung
20 trotz der zwischen den einzelnen Teilen auftretenden Bewegungen keinerlei
nachgiebige Verbindungsleitungen.
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Um eine wirksame Entlüftung der Zylinderräume 6 und 7 zu erzielen,
besitzt der Kolben 4 des Servomotors an der höchsten Stelle seiner beiden Stirnflächen
je einen Anschnitt, in den die radialen Verbindungsbohrungen 25 und 16 zu dem Rohr
24 bzw. dem Ringraum 27 einmünden. Durch die Kürze und den geringen Querschnitt
der Rückflußverbindungen 23 bzw. 27 ist gewährleistet, daß in die Zylinderräume
6 und 7 eingetretene Luft mit Sicherheit aus der Vorrichtung herausgespült wird.
Damit werden die mit der Kompressibilität der Luft verbundenen Nachteile, beispielsweise
das Auftreten periodischer Schwingungen der ganzen Anlage, mit Sicherheit vermieden.
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Durch jede willkürliche Stellbewegung ändert sich die Belastung des
Antriebsmotors einer mit der beschriebenen Steuervorrichtung versehenen hydrostatischen
Pumpe. Bei zu starkem Durchtreten eines der Bedienungspedale kann eine Überlastung
des Antriebsmotors auftreten. Um dies zu verhindern, kann eine Einrichtung vorgesehen
werden, die abhängig von der Drehzahl oder der Belastung des Antriebsmotors arbeitet
und bei Absinken der Antriebsmotordrehzahl unter einen bestimmten, vorzugsweise
einstellbaren Wert bzw. bei Überschreitung einer bestimmten Belastung des Antriebsmotors
selbsttätig eine Vergrößerung der auf das Bedienungsgestänge wirkenden Rückstellkraft
und/oder eine selbsttätige Verstellung der Pumpe auf eine geringere als die augenblicklich
eingestellte Fördermenge pro Umdrehung bewirkt. Durch eine Erhöhung der Rückstellkraft
wird ein weiteres Durchtreten spürbar erschwert, so daß der Bedienungsmann zumindest
die Überbelastung des Antriebsmotors bemerkt; durch Verstellung der Pumpe auf eine
geringere als die augenblicklich eingestellte Fördermenge, d. h. also in Richtung
auf die Neutralstellung, werden auch die Pedale etwas in Richtung auf die Neutralstellung
zurückbewegt, bis der Antriebsmotor infolge seiner dabei erfolgenden Entlastung
die eingestellte Mindestdrehzahl wieder überschreitet.
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Eine Verstärkung der Rückstellkraft bei Unterschreitung einer bestimmten
Antriebsmotordrehzahl kann beispielsweise durch die im rechten unteren Teil der
Abbildung dargestellte Anordnung erfolgen. Diese Einrichtung besteht aus zwei an
die Druckflüssigkeits-Zuflußleitung 20 angeschlossenen Überdruckventilen 36 und
37. Das überdruckventi136 ist auf den normalen, der normalen Rückstellkraft entsprechenden
Arbeitsflüssigkeitsdruck eingestellt; das Überdruckventil 37 ist auf einen höheren,
der gewünschten erhöhten Rückstellkraft entsprechenden Arbeitsflüssigkeitsdruck
eingestellt. Beim Unterschreiten einer bestimmten Mindestdrehzahl des Antriebsmotors
schließt ein mit der gleichen Drehzahl oder mit einer dieser proportionalen Drehzahl
angetriebener Regler 41, beispielsweise der Drehzahlregler eines als Antriebsmotor
verwendeten Dieselmotors, den Schalter 39 eines an eine Stromquelle angeschlossenen
Stromkreises 42. Dabei erhält der E1cktromagnet 40 Spannung und schließt das vor
dem überdruckventil36 vorgesehene Absperrorgan 38. Infolgedessen wird das Überdruckventil
36 unwirksam, und infolge des höheren Öffnungsdruckes des Überdruckventils 37 stellt
sich in der Leitung 20 ein höherer Arbeitsflüssigkeitsdruck ein, der eine höhere
Rückstellkraft für das Verbindungsgestänge zur Folge hat.
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Bei Verwendung eines Elektromotors zum Antrieb der hydrostatischen
Pumpe kann an die Stelle der drehzahlabhängigen Betätigung der Einrichtung ein in
Abhängigkeit von der Stromaufnahme des Elektromotors arbeitender Schalter oder ein
entsprechendes Relais benutzt werden.
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Die Übertragung des Schaltimpulses für die Einrichtung zur Erhöhung
der Rückstellkraft kann selbstverständlich in allen Fällen auch durch eine hydraulische
oder pneumatische Einrichtung an Stelle der gezeigten elektrischen Einrichtung erfolgen.
Bei pneumatischer Übertragung kann vorteilhaft der Unterdruck in der Luftansaugleitung
eines für den Pumpenantrieb verwendeten Dieselmotors dazu herangezogen werden, um
entweder die Stellbewegung des Absperrorgans 38 zu bewirken oder mittels eines Vakuumbalges
eine zusätzliche Rückstellkraft unmittelbar in das Verstellgestänge einzuleiten.
Bei pneumatischer Betätigung kann an die Stelle des Schalters 39 ein beim Unterschreiten
der eingestellten Drehzahl ansplechender Luftschieber treten.
Diese
pneumatische Betätigung findet vorzugsweise bei Fahrzeugen Anwendung, bei denen
elektrische Energie nicht zur Verfügung steht oder aber wegen Explosionsgefahr nicht
zur Anwendung kommen kann.