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Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisches Getriebe für Wechselbewegungen,
insbesondere für geradlinige reversierbare Bewegungen, bei dem die Umkehrbewegung
des Hydromotors durch die Umsteuerung der Fördermenge einer stufenlos einstellbaren
Pumpe mittels eines Pumpenstellgerätes erfolgt, das durch einen von einer Hilfsdruckquelle
konstanter Fördermenge gespeisten Druckmittelhilfskreis betätigbar ist und von einem
elektrohydraulischen Servoventil gesteuert wird, dessen Umschaltung automatisch
durch eine elektronische Regeleinrichtung erfolgt, auf die der Istwert der Regelgröße
sowie der Sollwert der Führungsgröße zwecks Erzeugung der nötigen Stellimpulse einwirken,
wobei durch das die Reversierbewegungen ausführende Ausgangsglied des Hydromotors
an vorgewählten Auslösepunkten Schaltelemente zur Erzeugung der Führungsgröße betätigt
werden.
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Es sind bereits Getriebe bekannt, bei denen ein geradlinig beweglicher
Hydromotor in der Umkehrphase gesteuert wird. Dies erfolgt jedoch in mechanisch-hydraulischer
Weise. Die Forderung an eine Umsteuerung ist zum einen die Einhaltung einer genauen
Endlage bei gleichbleibendem Auslösepunkt über verschiedene Geschwindigkeiten hinweg
und zum anderen eine stoß- und ruckarme Umsteuerung des Hydromotors. Durch die bekannten
Lösungen werden diese Forderungen nur teilweise erfüllt. Auch haften diesen noch
andere wesentliche Nachteile an.
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So wird bei einer der Lösungen der Umsteuerkolben einer Reversierpumpe
über ein mechanisch-hydraulisches Zeitrelais beaufschlagt. Dieses besteht aus zwei
gegeneinander arbeitenden Hilfskolben, von denen jeder in einer der Zuführleitungen
für den Umsteuerkolben angeordnet ist. Je nach Bewegungsrichtung des Hydromotors
wird während seines Arbeitsweges der Umsteuerkolben gegen einen einstellbaren Anschlag
gehalten, indem er auf der betreffenden Seite über den zugeordneten Hilfskolben
durch die jeweilige Zuführleitung beaufschlagt wird. Der zweite Hilfskolben wird
mittels einer Feder ebenfalls gegen einen einstellbaren Anschlag gehalten und schließt
durch die andere Zuführleitung ab. Über die im Wege des Hydromotors angeordneten
Schaltelemente wird ein Steuerschieber betätigt, wodurch nunmehr der Hilfskolben
entlastet wird, der die eine Zuführleitung offengehalten hat, während der zweite
belastet und dadurch gegen die Feder in seine Endstellung verschoben wird. Erst
wenn er diese erreicht hat, wird die Zuführleitung für die andere Seite des Umsteuerkolbens
freigegeben. Mit Beginn der Umkehrphase wird also das Zeitrelais ausgelöst, dessen
Zeitspanne von der Stellung des Anschlages und somit dem Weg des betreffenden Hilfskolbens
bestimmt wird. Erst in dessen Endlage beginnt der Umsteuerkolben mit der Pumpenverstellung.
Das Zeitrelais überbrückt so den Weg des Hydromotors zwischen gleichbleibendem Auslösepunkt
für die Umsteuerphase und dem Punkt, in welchem die Auslösung zu erfolgen hätte,
soll der verbleibende Weg bis zur Endlage trotz verschiedener Arbeitsgeschwindigkeiten
des Hydromotors stets mit gleichbleibender Geschwindigkeitsänderung durchfahren
werden. Damit wird erreicht, daß die Entfernung zwischen dem jeweils die Umsteuerung
auslösenden Schaltelement und der Endlage des Hydromotors gleichbleibt. Da aber
der Schwenkrahmen der Pumpe hierbei mit gleichbleibender Geschwindigkeit verstellt
wird, ergibt sich eine lineare Geschwindigkeitsänderung des Hydromotors und damit
ein sprunghaftes Ansteigen der Beschleunigung. Dies ist die Ursache von Stößen,
die andere Bauteile der Maschine zu Schwingungen anregen, wodurch der Antrieb für
bestimmte Arbeiten ungeeignet ist.
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Bei einer anderen Lösung wird auf den Hydromotor wechselseitig ein
konstanter Druckmittelstrom gegeben, der von einem Kolben umgesteuert wird. Dieser
Kolben ist die Fortsetzung eines Dosierkolbens, der mit Beginn der Umkehrphase in
steigendem Maße dem Druckmittelstrom Öl entnimmt, welches am Ende des Verzögerungsvorganges
den ganzen von der Pumpe geförderten Druckmittelstrom umfaßt. Daraufhin kommt der
Hydromotor zum Stillstand. Trotzdem wird der Dosierkolben vom Druckmittelstrom weiterbewegt,
wodurch er gleichzeitig die Beaufschlagung des Hydromotors umkehrt. Da er nunmehr
dem Druckmittelstrom in fallendem Maße Öl entnimmt, wird der Hydromotor beschleunigt,
bis in ihm wieder der volle Druckmittelstrom eingeht. Der Dosierkolben ist zu diesem
Zweck mit einem Kurbeltrieb verbunden, weshalb sich die dem Druckmittelstrom entnommene
Ölmenge sinusförmig ändert. Die auf Grund dieser Gesetzmäßigkeit vorgenommene Ölentnahme
bedingt eine ebenfalls sinusförmige Geschwindigkeitsänderung des Hydromotors. Da
der Dosierkolben direkt durch den die jeweilige Geschwindigkeit des Hydromotors
bedingenden Druckmittelstrom angetrieben wird, wird der Kurbelweg mit einer dazu
proportionalen Geschwindigkeit durchfahren, so daß sich ebenfalls eine konstante
Entfernung zwischen Auslösepunkt und Endlage des Hydromotors über verschiedene Geschwindigkeiten
hinweg ergibt. Obgleich sich die Geschwindigkeit durch den sinusförmigen Verlauf
zwar günstiger gestaltet, verläuft letztlich die Beschleunigung doch nicht stetig
und weist insbesondere zu Beginn der Umsteuerung ebenfalls einen Sprung auf. Speziell
bei kurzen Umsteuerzeiten sind auch hier Stöße zu verzeichnen, die zu den genannten
Nachteilen führen. Außerdem wird die Pumpenleistung in der Umsteuerphase in steigendem
Maße im Dosierkolben ohne Nutzanwendung vernichtet. Des weiteren bedeuten die vielen
Kolbensysteme, von denen der Dosierkolben ein beträchtliches Fassungsvermögen aufbringen
muß, wertmäßigen und insbesondere räumlichen Aufwand.
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Den genannten Lösungen stehen bereits elektrohydraulische Pumpenverstellungen
gegenüber, bei denen die Geschwindigkeit von Hydromotoren in einfacher Weise durch
fest vorgegebene Sollwerte gesteuert wird. Dabei wird ein Druckmittelhilfskreis
über ein elektrohydraulisches Servoventil auf die Steuereinrichtung einer Pumpe
von regelbarer Fördermenge geführt. Die Umsteuereinrichtung ist mit einer Lagemessung
gekoppelt, welche an eine Summierstelle angeschlossen ist, an welcher der zur Steuerung
des Servoventils dienende Sollwert anliegt. Bei dieser einfachen Steuerung ist jedoch
ein optimaler Wechsel zwischen zwei Geschwindigkeiten infolge der festen Sollwerte
nicht möglich.
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Der sprunghafte Wechsel eines solchen Sollwertes ergibt keine optimalen
Umsteuerverhältnisse. Die Umsteuerung ist insbesondere wegungenau und im Antrieb
treten Schwingungen auf. Selbst durch eine Rückführung des Differenzdruckes bzw.
der Beschleunigung kann die Umsteuerung nur unwesentlieh
verbessert
werden. Bei größeren Sollwertänderungen, wie sie bei einer Umsteuerung auftreten,
tritt eine Übersteuerung der Regeleinrichtung bzw. der Begrenzung im hydraulischen
Teil auf, weshalb die Rückführung in einem großen Bereich der Umsteuerphase unwirksam
ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, ein
Getriebe der eingangs aufgeführten Gattung derart auszugestalten, daß eine stoß-
und ruckarme Umkehrbewegung des Hydromotors erfolgt, und über den ganzen Geschwindigkeitsstellbereich
ein konstanter Umsteuerweg für das Ausgangsglied des Hydromotors gewährleistet ist.
Die Regeleinrichtung soll bewirken, daß die jeweils auftretende Regelabweichung
im Rahmen des Arbeitsbereiches der Regelelemente gehalten wird und die Beschleunigung
über die Umkehrphase hinweg stetig geändert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die Schaltelemente
der Eingang eines elektrischen Funktionsgenerators und dessen eine höhere Sinoide
bildendes Ausgangssignal als Führungsgröße an die Regeleinrichtung angeschlossen
ist.
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Durch die Erfindung wird ein den Regelkreis während der Umsteuerphase
beeinflussender Spannungsverlauf erzeugt, der einen stetigen Geschwindigkeits-und
Beschleunigungsverlauf des Hydromotors ergibt. Der Antrieb ist weitestgehend stoß-
und ruckarm.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind als Funktionsgenerator
ein erstes Potentiometer, ein Integrator mit Begrenzer, eine Diodenstrecke mit Summierverstärker
und ein zweites Potentiometer in Reihe geschaltet, wobei beide Potentiometer mechanisch
gekoppelt sind. Diese Schaltung ermöglicht eine Integration des jeweiligen Sollwertsprunges,
deren Ergebnis eine sich linear ändernde Spannung ist, die durch Eingabe in die
Diodenstrecke in Teilspannungen zerlegt wird, welche im Summierverstärker in der
Form zusammengefaßt werden, daß sich ein kurvenförmiger Spannungsverlauf, und zwar
bei bestimmter Auslegung der Diodenstrecke eine höhere Sinoide ergibt. Da die Umsteuerfunktion
eine Übersteuerung der Regelelemente ausschließt, können Eigenschwingungen mit Hilfe
der nunmehr wirksamen Beschleunigungs- bzw. Differenzdruckrückführung nicht auftreten.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel
schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 den Antrieb eines geradlinig reversierbaren
Hydromotors; F i g. 2 den Funktionsgenerator aus F i g. 1.
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Ein linear beweglicher Hydromotor 1 und eine Reversierpumpe 2 sind
durch einen geschlossenen Kreislauf miteinander verbunden. Die Reversierpumpe 2
ist doppelseitig mit einer Verstelleinrichtung 3 versehen. An diese ist eine Lagemessung
4 angeschlossen. Jede Seite der Verstelleinrichtung 3 liegt mit einer Leitung 5
an einem elektrohydraulischen Servoventil 6 an. An dieses ist sowohl eine Abflußleitung
7 als auch eine Speiseleitung 8 angeschlossen. In der Speiseleitung 8 ist ein Feinstfilter
9 angeordnet, und sie wird von einer konstant fördernden Pumpe 10 beschickt, die
auch den geschlossenen Kreislauf auffüllt. Am Magnetsystem 6.1 des Servoventils
6 ist ein Servoverstärker 11 angeschlossen, dem ein Vergleichsglied 12 vorgeschaltet
ist, an welchem der Ausgang der Lagemessung 4 und einer Differenzdruckmeßdose 13
anliegt. Die Meßdose 13 ist zwischen die beiden Druckmittelströme des geschlossenen
Kreislaufes geschaltet. An das Vergleichsglied 12
ist des weiteren der Ausgang
eines elektronischen Funktionsgenerators 14 angeschlossen, dessen Eingang mit zwei
Nocken 15 in Verbindung steht, die im Wege des Hydromotors 1 verstellbar angeordnet
sind. Je einem von ihnen ist ein Endtaster 16 zugeordnet, welcher an einem durch
den Hydromotor 1 bewegten Maschinenteil 17 befestigt ist. Der Funktionsgenerator
besteht im wesentlichen aus einem ersten Potentiometer 14.1, einem Integrator
14.2 mit Begrenzer 14.3, einer Diodenstrecke mit Summierverstärker
14.4 und einem zweiten Potentiometer 14.5,
wobei diese Elemente in
Reihe geschaltet sind. Die beiden Potentiometer 14.1 und 14.5 sind
durch eine starre Rückführung 18 gekoppelt.
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Die Wirkungsweise der Erfindung soll im folgenden an einem Getriebe
der genannten Art erläutert werden: Die jeweilige Ausschwenklage der Verstelleinrichtung
3 bedingt einen bestimmten Förderstrom der Reversierpumpe 2, der eine bestimmte
Geschwindib keit des Hydromotors 1 erzeugt. Jeder Geschwindigkeit ist ein bestimmter
Spannungswert zugeordnet. Die gewünschte Geschwindigkeit wird am Potentiometer 14.5
vorgegeben, indem dieses auf den zugeordneten Spannungswert eingestellt wird.
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Während der Bewegung des Hydromotors 1 wird dieser Spannungswert durch
den Funktionsgenerator aufrechterhalten. Er liegt somit als Sollwert am Vergleichsglied
12 an, wo er mit dem sich durch die Lagemessung 4 ergebenden Istwert der Regelgröße
verglichen wird. Die vorhandene Regelabweichung wird verstärkt dem Magnetsystem
6.1 zugeführt. Dieses korrigiert in Verbindung mit dem Düse-Prallplatte-System
die Steuerkanten des Vierkantenschiebers im Servoventil 6, wodurch die Verstelleinrichtung
3 beeinflußt wird. Deren Stellung wird wiederum über die Lagemessung 4 registriert,
und in ein elektrisch analoges Signal umgesetzt, welches auf das Vergleichsglied
12 geführt wird. So wird durch die Anwendung eines Regelkreises die jeweils gemessene
Regelabweichung nahezu Null gehalten. Der infolge der Umsteuerung auftretende Differenzdruck
wird zusätzlich kontrolliert, indem die Meßdose 13 jede sich einstellende Druckdifferenz
innerhalb des Kreislaufes mißt und in ein Signal umwandelt, welches über das Vergleichsglied
12 ebenfalls zur Korrektur der Regelabweichung verwendet wird. Nähert sich der Hydromotor
1 einer der Endlagen, so wird durch den jeweiligen Endtaster 16 der zugeordnete
Nocken 15 betätigt. Damit wird am Eingang des Potentiometers 14.1 die Spannung umgepolt,
wodurch ein Spannungssprung in der Höhe des eingestellten Spannungswertes entsteht.
Dieser wird durch den Integrator 14.2 in einen linearen Spannungsverlauf verwandelt,
der durch den Begrenzer 14.3 bei Erreichung des maximalen Spannungswertes am weiteren
Anstieg gehindert wird. Der lineare Spannungsverlauf steuert die nachfolgende Diodenstrecke
14.4 an. Deren Dioden sind unterschiedlich ausgelegt, wodurch über die Zeit
des Spannungsanstieges hinweg einzelne Teilspannungen anfallen, die durch den Summierverstärker
über den Umsteuerweg des Hydromotors 1 hinweg zu einem Kurvenverlauf zusammengesetzt
werden. Bei entsprechender Auslegung der Dioden kann damit eine höhere Sinoide dargestellt
werden.
Mit Beginn der Umsteuerung liegt also der jeweils erzeugte
Kurvenwert am Vergleichsglied 12 an und führt über das Servoventil 6 die Verstelleinrichtung
3. Die Förderleistung der Reversierpumpe 2 und damit die Geschwindigkeit des Hydromotors
1 wird also dem erzeugten Kurvenverlauf entsprechend verändert, bis der durch die
eingestellte Spannung vorgegebene Sollwert und damit die gewünschte Geschwindigkeit
wieder erreicht ist. Damit wird über die Umsteuerphase hinweg ein sich stetig ändernder
Wert vorgegeben, bis mit Beendigung des Spannungsanstieges der vorgegegene Sollwert
erreicht ist, der nun über den Arbeitsweg des Hydromotors 1 hinweg dessen gleichbleibende
Geschwindigkeit hält.
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Soll der Hydromotor 1 mit einer anderen Geschwindigkeit fahren, so
wird der dieser entsprechende Spannungswert am Potentiometer 14.5
eingestellt.
Durch die starre Rückführung 18 wird dieser Wert auch am Potentiometer 14.1 vorgegeben.
Der nunmehr mit Beginn der Umkehrphase auftretende kleinere Spannungssprung bewirkt
einen flacheren Anstieg des integrierten Spannungsverlaufes, wodurch eine längere
Zeitspanne benötigt wird, bis am Ausgang des Potentiometers 14.5 der durch seine
Einstellung vorgegebene Sollwert erreicht ist. Der Kurvenverlauf, dessen Charakteristik
durch die Auslegung der Dioden bestimmt wird, wird somit über eine andere Zeitspanne
hinweg erzeugt. Dadurch wird der Kurvenverlauf stets dem konstanten Umsteuerweg
des Hydromotors 1 angeglichen. Die Kopplung 18 beider Potentiometer 14.1 und 14.5
bewirkt somit, daß sich die Umsteuerzeit stets proportional zur Geschwindigkeit
des Hydromotors 1 verhält.