DE1803422A1

DE1803422A1 - Vorrichtung zur Steuerung der Ansprechgeschwindigkeit in hydrostatischen Getrieben

Info

Publication number: DE1803422A1
Application number: DE19681803422
Authority: DE
Inventors: Grant Arthur Fehmer
Original assignee: Towmotor Corp
Current assignee: Caterpillar Industrial Inc
Priority date: 1967-10-16
Filing date: 1968-10-16
Publication date: 1969-06-04
Also published as: US3463087A; FR1590212A; DK124563B; GB1220727A; JPS507763B1; NL6814799A

Description

Hydrostatische Getriebe, bei denen die Kraftübertragung durch die Umwälzung eines Druckmittels in einer geschlossenen Schleifenanlage zwischen einer Druckmittelpumpe und einem Druckmittelmotor vollzogen wird, bieten viele Vorteile für Arbeitsfahrzeuge. Insbesondere erhalten Hubwagen und ähnliche Fahrzeuge durch derartige Getriebe eine stufenlose Drehzahlsteuerung in beiden Richtungen und dynamisches Bremsen, während

eo Kupplungen, Drehmomentwandler, Zahnräder und die zugehörigen ο ^co Reibungselemente ausgeschieden sind. 00

ο - Da hydrostatische Getriebe eine stufenlos veränderliche

*Λ Drehzahlwahl innerhalb des Drehzahlbereiches ermöglichen, für den sie ausgelegt sind, iut es allgemein üblich, die Dreh-

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

zahl des Motors oder der Antriebsmaschine konstant zu halten, wodurch der maximale Wirkungsgrad des Motors erzielt wird. Geschwindigkeits- und Richtungsänderungen werden für gewöhnlieh durch Änderung der Verdrängung der Pumpe hervorgerufen, jedoch kann die Geschwindigkeit auch durch Verringerung der Verdrängung des Motors erhöht werden, nachdem ein Drehzahlbereich erreicht worden ist, in welchem daa Drehmoment weniger bedeutungsvoll ist. Im allgemeinen kann bei einer solchen Anlage ein Steuer- W hebel, wie z.B. ein Pedal, verwendet werden, um den Grad und/oder die Richtung der Pumpenverdrängung durch Betätigungs- oder Steuetkolben zur Verstellung der Fahrzeuggeschwindigkeit zu steuern. Da die Drehzahl des Motors konstant ist, ist das Ansprechen auf eine bestimmte Bewegung des Steuerpedals normalerweise für ein gegebenes Steuersignal gleich. Im allgemeinen ist die Ansprechgeschwindigkeit bei den meisten hydrostatischen Getrieben eine besondere, eingestellte Ansprechzeit, die als ein Kompromiss gewählt ist.

Hydrostatische Getriebe können dadurch nachgiebiger und anpassungsfähiger gemacht werden, daß man Einrichtungen vorsieht, durch die die Ansprechgeschwindigkeit der Steueranlage durch den Fahrer geändert werden kann. Dadurch kann der Fahrer eine Ansprechgeschwindigkeit wählen, die für jeden besonderen Zweck am besten geeignet ist, wodurch der Gesamtwirkungsgrad erhöht und die Notwendigkeit des Arbeitens mit einer gleichbleibenden Ansprechgeschwindigkeit in der Steuer-

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anlage aufgehoben wird.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist in einem hydrostatischen Getriebe, das eine Pumpe mit veränderlicher Verdrängung aufweist, deren Verdrängung durch eine Druckmittelzylinderanlage über eine Servosteuerschleife gesteuert wird, ein Aggregat zur Verstellung des Ansprechens, das aus einer Ventileinrichtung besteht, die zwischen den entgegengesetzten Seiten der Druckmittelzylinderanlage geschaltet ist, wodurch der Druckmittelstrom verstellt werden kann und dadurch die Ansprechgeschwindigkeit verstellt wird.

Die beigefügte Zeichnung zeigt das Pumpen- und Motoraggregat eines hydrostatischen Getriebes mit hinweggebrochenen Teilen, und zeigt das Ventil für das veränderliche Ansprechvermögen, das zwischen den Druckleitungen geschaltet ist, die zu und von der Zylinderanlage verlaufen, die die Winkelstellung der Taumelscheibe der Pumpe steuern.

Das in der Zeichnung gezeigte hydrostatische Getriebe umfasst eine Druckmittelpumpe 11 und einen Druckmittelmotor 12, die beide von der herkömmlichen Axialkolbenbauart sind und in einer Druckmittelschleife mit Leitungen 13 und 14 angeordnet sind. Eine Antriebswelle 21 wird durch ein Antriebsaggregat gedreht. Je nach der Winkelstellung der Taumelscheibe 20 wird das Druckmittel durch die eine Leitung gepumpt und durch die andere Leitung zurückgeführt, wodurch der Motor an- " getrieben wird. Das durch den Motor gehende Druckmittel treib,*!

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dessen Antriebswelle 30 in einer Richtung an, die mit der Richtung des Druckmitte!stromes übereinstimmt, und es sei darauf hingewiesen, daß bei Abbremsung des Fahrzeuges das Trägheitsvermögen bestrebt ist, den Kraftfluß in dem Getriebe, umzukehren, wobei dann der Motor als Pumpe und die Pumpe als Motor wirken und ein dynamisches Bremsen hervorgerufen wird.

Die Pumpe und der Motor sind in gleicher Weise ausgebildet und weisen jeweils einen Zylinderblock 22 mit kreisförmigem Querschnitt auf, der mehrere axiale Bohrungen 23 enthält, in denen jeweils ein Kolben 2k hin- und herbewegbar sitzt. Wenn die Kolben in ihren Bohrungen hin- und herbewegt werden, wird Druckmittel durch eine Ventilplatte in die Bohrung eingeführt oder aus der Bohrung ausgestossen. Die Ventilplatte weist zwei bogenförmige öffnungen auf, die mit den Zylinderöffnungen an dem Ventilende des Zylinderblockes zusammenwirken. Diese Konstruktlon ist für Axialkolbenpumpen bekannt, und es kann für eine ausführlichere Beschreibung Bezug auf diesbezügliche Patente genommen werden.

Durch Änderung des Grades der Hin- und Herbewegung der Kolben in der Pumpe kann die Verdrängung der Pumpe von Null auf eine maximale Leistung in einer Richtung oder auf eine maximale Leistung in der entgegengesetzten Richtung verstellt werden, ohne daß die Richtung der Drehung der Antriebswelle geändert werden müsste. In der Pumpe wird der Grad der Hin- und Herbewegung der Kolben durch eine Taumelscheibe gesteuert, während in dem Motor ein starrer Lagerblook 35 angebracht ist

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und die Verdrängung des Motors konstant hält. Sowohl die Pumpe als auch der Motor weisen einen Druckring 26 mit Fassungen 27 auf, die mit den kugelförmigen Enden der Kolben 24 zusammenwirken, um sie während der Hin- und Herbewegung zu halten. Dieser Druckring dreht sich oder läuft auf einer Lagerfläche entlang, wie sie durch die Taumelscheibe in der Pumpe oder den Lagerblock in dem Motor gebildet wird, wenn sich diese Zylinderblöcke auf den ihnen zugehörigen Wellen und Lagern 28 und 29 drehen.

In der vorstehenden Beschreibung sind nur die Hauptbestandteile des hydrostatischen Getriebes beschrieben, und die anderen Bestandteile, wie z.B. Füllpumpen zum Laden der Anlage, Druckentlastungsventile, und sonstige Bestandteile sind in der Technik bekannt und werden hier nicht besonders gezeigt oder beschrieben. Eine ausführlichere Beschreibung dieser Bestandteile ist in der USA-Patentschrift 3 212 263 enthalten, auf die hier Bezug genommen wird.

In der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird die Stellung bzw. der Winkel der Taumelscheibe durch eine Zylinderanlage gesteuert, die aus Zylindern 40 besteht, deren Kolben 41 in Bohrungen 42 in dem Getriebegehäuse hin- und herbewegt werden und mit entgegengesetzten Seiten der Taumelscheibe durch Verbindungsglieder 43 verbunden sind. Federn 44 spannen die Kolben in eine neutrale Stellung vor, und da die Taumelscheibe um einen Zapfen (nicht gezeigt) schwenkbar ist, bewegen sich die

Kolben 41 in entgegengesetzten Richtungen, wenn eine Änderung der Verdrängung der Pumpe auftritt. Es könnte offensichtlich ein einziger doppeltwirkender Zylinder anstelle der beiden getrennten Zylinder mit je einem Ende verwendet werden, jedoch werden die getrennten Zylinder dazu verwendet, die Erfindung zu veranschaulichen.

Die Kammer 45 hinter jedem Kolben 41 in den Zylindern 40 steht über Leitungen 47 in Verbindung mit einem Steuerventil 46, so daß durch die Bewegung des Ventilschiebers 48 die ein© oder die andere Kammer 45 mit einer Druckraittelquelle₉ wie z.B, einer Pumpe 49, verbunden wird und die entgegengesetzte Kammer 45 durch entsprechende Leitungen mit einem Druckiaittelspeicher verbunden wird. Die Stellung des Ventilsehiebers 48 wird durch die jeweiligen Stellungen eines Armes 50 gesteuert, der durch ein© Verbindung alt der Taumelscheibe und die Steuervorrichtung 51 des Fahrers über einen Verbindungsstab 52 angetrieben wird, mit dem beide verbunden sind. Wenn also die Steuervorrichtung 51 des Fahrers bewegt wird, wird der Ventilschieber in der einen oder anderen Richtung verschoben, je nach der Bewegungsrichtung der Steuervorrichtung des Fahrers, fels dar; mit der Taumelscheibe verbundene Arm genügend bewegt wird,. um den Ventilschieber in die neutrale Stellung zurüekzu<bringexu Dies ist eine einfache Servo-Nachlaufschleife zur Steuerung der Pumpenverdrängung, und ermöglicht es dem Fährer, jede Verdrängung zwischen Null und der maximalen Verdrängung in jeder Richtung zu wählen.

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Bei der vorliegenden Erfindung ist ein verstellbares Ventil 60 zwischen den Leitungen 47» die zu dem Steuerventil 46 führen, Mit Leitungen 6l geschaltet, wie es in der Zeichnung gezeigt ist. Dieses Ventil ist ein herkömmliches Schraubventil mit einem Verstelldrehknopf 62, durch den der Durchfluß von Null auf den maximalen Durchfluß geändert werden kann, der durch das Ventil hindurchgehen kann. Durch Verstellung dieses Ventils wird die Ansprechgeschwindigkeit der Zylinderanlage gesteuert, die die Verdrängung der Pumpe ändert.

Genauer gesagt wird, wenn die Pumpenverdrängung bei geöffnetem Ventil erhöht wird, einem Teil des Druckmittels, das in Richtung auf einen der Druckmittelzylinder bewegt wird, die die Erhöhung der Verdrängung bewirken, gestattet, in den Druckmittelspeicher abzufliessen. Dadurch wird das Ansprechen der Taumelscheibe auf die Steuerbewegung verlangsamt. Wenn das Ventil noch weiter geöffnet wird, wird natürlich das Ansprechen noch weiter verlangsamt.

Umgekehrt kann, wenn die Taumelscheibe in Richtung auf eine geringere Pumpenverdrängung verstellt wird, ein Teil des Druckmittels, das normalerweise von dem unter Druck stehenden Zylinder zu dem Druckmittelspeicher abgelassen würde, zu dem entgegengesetzten, nicht unter Druck stehenden Zylinder fließen, wodurch es der Taumelscheibe gestattet wird, schneller in die neutrale Stellung zurückzukehren, da eine grossere Menge an unter Druck stehendem Druckmittel zur Verfügung steht und

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die Federn und die auf die Taumelscheibe wirkenden Kräfte bestrebt sind, die Taumelscheibe in eine neutrale Stellung

zu bewegen. ■

Die Neigung, das Ansprechen der Taumelscheibe zu verringern, wenn sie die Verdrängung der Pumpe von der neutralen Stellung in Richtung auf die volle Stellung bewirkt, kann unbeachtet bleiben, außer bei sehr großen Öffnungen des Ventils 60, da für gewöhnlich von der Ladepumpe 49 eine reichliche Zufuhr von unter Druck stehendem Druckmittel zur Verfügung steht. Die Wirkung der Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit, wenn die Taumelscheibe die Verringerung der Verdrängung von der vollen Stellung in Richtung auf die neutrale Stellung bewirkt, ist jedoch sehr deutlich. Dies beruht darauf, daß das unter Druck stehende Druckmittel in dem Betätigungszylinder die Kraft der Rückführfeder in dem nicht tätigen Zylinder durch den oben beschriebenen Querfluss unterstützen kann. Dieses unter Druck stehende Druckmittel umgeht auch die normalen Strömungsverengungen, die dem für gewöhnlich vorhandenen Servosteuerventil 46 zugeordnet sind.

Da durch das Ventil 60 stets Druckmittel in einem begrenzten Maß strömt, wenn das Getriebe in Tätigkeit ist, wird ein dynamischer Zustand in der Servosteueranlage geschaffen. Dadurch wird verhindert, daß die Servosteueranlage in der Stellung des vollen Kraftflusses "gesperrt" wird, da stets ein direktes Ab-^ lassen des unter Druck stehenden Druckmittels zu dem Druckmittel

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speicher vorgesehen ist. Ohne das Ventil 60 tritt der "gesperrte" Zustand häufig auf und ruft eine gefährliche Situation für den Betrieb des Fahrzeuges hervor.

Der Durchfluß durch das Ventil 60 ist für gewöhnlich verhältnismässig gering und jede Bewegung der Taumelscheibe 20 stellt den von der Taumelscheibe angetriebenen Arm 50 zurück, und damit wird der Ventilschieber durch die Steuergestänge verschoben, um jede Bewegung der Taumelscheibe zu korrigieren. Obwohl zwischen dem unter einem höheren Druck stehenden Ende des Zylinders und seinem unter geringerem Druck stehenden Gegenstück ein Druckmittelabfluss besteht wird daher durch die Servo-Nachlaufschleife eine Bewegung der Taumelscheibe hervorgerufen.

Die Ansprechgeschwixjdigkeit richtet sich nach dem abgegebenen Drehmoment des Getriebes, da bei höherem Drehmoment mehr Druck erforderlich ist, um den Winkel der Taumelscheibe zu erhöhen, und daher unter den höheren Drücken mehr Druckmittel durch die Ventilöffimiig fliesst.

Es sei bemerkt, daß das Ventil 60 ohne weiteres in das Servosteuerventil 46 als dessen Bestandteil eingebaut werden kann. Ferner sind Abwandlungen möglich, durch die automatisch die Öffnung des Ventils 60 bei Betätigung der Vorrichtung 51 durch das Pedal ausgeglichen oder geändert wird. Die in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsform wurde zum Zwecke der einfachen Veranschaulichung gewählt.

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Claims

Patentanmeldung! "Vorrichtung zur Steuerung der Ansprechgeschwindigkeit in hydrostatischen Getrieben." PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Steuerung der Steueransprechgeschwindigkeit in einem hydrostatischen Getriebe mit einer Pumpe mit veränderlicher Verdrängungs die durch eine Druckmittelzylinderanlage gesteuert wird, die eine doppeltwirkende Zylindereinrichtung umfasst, die mit der Pumpe verbunden ist, um deren Verdrängung zu ändern, gekennzeichnet durch ein Steuerventil (46), das über Leitungen (47) mit der Zylindereinrichtung (40, 41) verbunden ist, eine handbetätigte Vorrichtung (5l) und ein Nachlaufgestänge (50, 52), das mit dem Steuerventil (46) in einer Servoschleife verbunden ist, wodurch Verdrängungen der Pumpe durch Betätigung der handbetätigten Vorrichtung ausgewählt und aufrechterhalten werden können, und ein verstellbares Ventil (60), das zwischen den Leitungen (47) geschaltet' ist, die das Steuerventil (46) und die doppeltwirkende Zylindereinrichtung (40 ,41) verbinden, wodurch die Querströmung

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von Druckmittel zwischen den Leitungen (47) geändert werden kann, um die Ansprechgeschwindigkeit zu ändern.

2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbare Ventil (6o) ein Drosselventil ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch· gekennzeichnet, daß die Pumpe (ll) eine Axialkolbenpumpe mit einer Taumelscheibe

(20) ist. I

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbare Ventil (6o) durch Gestänge gesteuert wird, die es mit der handbetätigten Vorrichtung und dem Nachlaufgestänge verbinden, wodurch seine Drosselwirkung eine Punktion der Steuerbewegung ist.

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