DE1917488A1

DE1917488A1 - Steuer- und Regeleinrichtung fuer eine Hydromaschine

Info

Publication number: DE1917488A1
Application number: DE19691917488
Authority: DE
Inventors: Paul Bosch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1969-04-05
Filing date: 1969-04-05
Publication date: 1970-10-08
Also published as: US3644063A; FR2039080A5; GB1306114A; JPS514281B1; CH503321A; DE1917488B2

Description

R. 9hJ5

Wd/Fu 20,3.1969

Anlage zur

Patent- und Gebrauohsmusterhilfsanmeldung-

ROBERT BOSCH CMBII, J Stuttgart 1, Breitschoidstrasse 4 Steuer- und Regeleinrichtung für eine Hydromaschine

Die Erfindung betrifft eine Steuer- und Regeleinrichtung für eine hubveränderbare Hydromaschine (Pumpe oder Motor), mit einer willkürlich betätigbaren Folgesteuereinrichtung, die einen von der Hochdruckseite der Hydromaschine beaufschlagten Stellkolben zur Betätigung ihroc Stellglieds hat, und bei der die Stellung des Stellkolbens durch ein ebenfalls von der Hochdruckseite beaufschlagtes .'jteuortell derart übersteuerbar ist, daß bei Erreichen odor Überschreiten eines Grenzwertes des Druckes auf der Hochdruckseite der Hub der Hydromaschine verringert bzw. vergrößert wird.

0Q9841/09 47 «dom««.

Robert Bosch GmbH . R. 9^3 >

Stuttgart

Eine derartige Einrichtung ist bekannt aus der britischen Patentschrift 1 084 210. Sie hat den Zweck,, den Kreislaufdruck einex Hydropumpe» eines Hydromotors oder ejnes.hydrostatischen Getriebes bei Erreichen oder Überschreiten eines maximalen "V/er te s zu begrenzen, indem die Hydromaschlne sinngemäß verstellt wird» Dadurch wird verhindert, daß die als Antriebsmaschine dienende Brennkraftmaschine nicht überlastet und dadurch abgewürgt wird. Bei der bekannten Einrichtung erfolgt die Druckbegrenzimg; und damit die Hubbegrenzung der angetriebenen Hydrornaschine stets. übei·¹ den Kraftverstärker der Folgevers teileinrichtung. Durch die Trägheit der Regel- und Steuerorgane wird jedoch der Hub der Hydrornaschine nicht schnell genug verändert. Um trotzdem ein Überlasten der Brennkraftmaschine zu verhindern, müssen Druckbegrenzungsventil vorgesehen sein, über die übermäßiger Druck abgebaut wird. Selbst bei kurzzeitigem öffnen der DruckbcgrenzimgQ-ventile besteht dann aber die Gefahr, da;3 das Druckmittel überhitzt wird.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Steuer- und Regeleinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die auch dann eine wirksame Überlastung des Kreislaufs und der Antriebsmaschineverändert, wenn der Druckanstieg in sehr kurzer Zeit, z. B. in wenigen Millisekunden, erfolgt. ·

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Steuerteil bei sehr raschem Anstieg des Druckes über den Grenzwert eine unmittelbare Verbindung von der Hochdruckseite zur" Niederdruckseite herstellt.

Das hat den Vorteil, daß sich Trägheitseinflüsse innerhalb des Steuer- und Regelsystems nicht nachteilig auf eine rasche Druckbegrenzung auswirken können, da die trage arbeitenden Glieder erflndunp:.srem.^:;i.; \!:nr;an_t°;on werden.

j/,.^^;.··-.: Λ-U". 00 9 84 1 /Ό9Α7 BAD ORIGINAL

■ - 35 -

Pobert Bosch Qinbli ' - _ R. 9^;O.5 Stuttgart

Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt, in etwas vereinfachter Darstellung einen Schnitt durch eine Regel- und Steuereinrichtung für eine Hydropumpe.

"Von einer verstellbaren Hydro pumpe 1 führen Leitungen 2 und 3 in geschlossenem-Kreislauf zu einem Hydromotor -¹I. Das Stellglied der Hydropumpe ist mit 5 bezeichnet und kann beispielsweise die Schiefscheibe einer Axialkolbenpumpe oder eines Axialkolbenmotors sein; es wird mit Hilfe des Stellkolbens 6 einer Folgeverstelleinrichtung Tverstellt. Der Stellkolben ist als Differentialkolben ausgebildet, dessen Kolbenteil B mit großem Durchmesser in der einen'Stufe einer Stufenbohrung 9 eines Gehäuses gleitet, sein Kolbenteil 10 mit kleinem Durchmesser, an den das Stellglied 5 der Kydropurnpe 1-angeschlossen ist. in der anderen Stufe.

Der Stellkolben hat eine durchgehende mittige Bohrung 10^!, in der ein Schieber 11 dicht gleitend'geführt ist. Dieser ist über ein nachgiebiges Glied 12 mit einem Steuerhebel 13 verbunden. Der Schieber 11 steuert über Ringnuten 14 und 14' sowie Kanäle 15*16 im Stellkolben die Verbindung zwischen einer Kammer 17, die an der großen Stirnfläche des Stelikolbens liegt und einer Kammer 18, die an seiner Ringkolbenfläche liegt. Im Kanal 17 ist eine Drossel 19 angeordnet.

Von der Leitung 2 führt eine Leitung 20 zu einem Wechselrückschlag· ventil 21, von dem eine Leitung 22 ausgeht. Von dieser führt eine "Zweigleitung 23 zur Kammer 18 der Folgeverstelleinrichtung. Fordert die verstellbare und umkehrbare Hydropumpe 1 beispielsweise

009841/0947. bao

Robert Bosch GmbH ' R. 9433

" Stuttgart ■

in die Leitung 2, so pflanzt sich der Druck über die Leitung 20, ' das Wechselrückschlagventil 21, die Leitung 22 und" die Zweigleitung 23 in die Kammer 18 fort. Fördert die Hydropumpe 1 dagegen in die Leitung ~5> so verschließt" das Wechselrückschla gventil die Leitung 20, und der in der Leitung 3 aufgebaute Druck pflanzt sich über eine Leitung 24 in die Leitung 22 fort. Je nach Förderrichtung der Hydropumpe ist also eine der Leitungen 2, > Hochdruck- oder Niederdruckseite.

Von der Leitung 22 zweigt eine Leitung 25 ab und führt zu einer Bohrung 26 in einem Gehäuse eines Druckbegrenzers 28, der wesentlicher Teil der Steuer- und Regeleinrichtung ist» Die Bohrung 2β mündet am einen Ende einer Schieberbohrung 29, in der ein Steuerschieber 30 dicht gleitend geführt ist. Er begrenzt an der Mündungsstelle der Bohrung 26 einen Druckraum 31, der über ■ die Leitung^25, 22, .20 oder 21 stets mit der Hochdruckseite der Hydropumpe verbunden ist.

Am entgegengesetzten Ende der Schieberbohrung mündet in diese eine.Bohrung 32, die ebenfalls mit der Leitung 22 in Verbindung · steht. In diesem Teil der Leitung 22 ist eine Drossel 33 angeordnet. Der Teil der Schieberbohrung, in den· die Bohrung 32 mündet und der vom Steuerschieber begrenzt ist, bildet einen Druckraum 34. In ihm ist eine Feder 35 angeordnet, die den Steuerschieber 30 in Richtung des Druckraums 31 zu verschieben sucht. Am Ende des Druckraums 34 mündet auch eine Bohrung 36, von der eine Leitung 37 zu einem einstellbaren Druckbegrenzungsventil 38 führt.

In der Nähe des dem Druckraum 3I zugewandten Endes ist am Umfang des Steuerschiebers 30 eine längliche Ausnehmung 39 in Form einer Ringnut ausgebildet. Von ihr geht ein Kanal 40 aus, der etwas links, von der Mitte des Steuerschiebers zu seiner Oberfläche führt.

009841/0947.

SAD

Robert Bosch GmbH R. 9433

Stuttgart

Der Steuerschieber hat außerdem einen in seinem Inneren verlaufenden Kanal 41, von dem im Abstand voneinander zwei Zweige 42, 43 zu seiner Oberfläche verlaufen. Der Kanal 41 steht weder mit dem Druckraum 31 noch mit dem Druckraum 34 in Verbindung,

Etwa in der Mitte der Sehieberbohrung 29 ist eine Ringnut 44 ausgebildet, in die eine Bohrung'45 mündet. Von dieser führt eine Leitung 46 zur Leitung 2. Rechts von der Bohrung 45* d. h. dem Druckraum 31 zugewandt, mündet in die Sehieberbohrung 29 außerdem noch' eine Bohrung 47* von der eine Leitung 48 zur Leitung 3 führt. Links von der Ringnut 44, d. h. dem Druckraum 34 zugewandt, sind im Abstand zueinander zwei kleine Ringnuten -49 und 50 angeordnet. In die Ringnut 49 mündet eine Bohrung 51* von der eine Leitung 52 zur Kammer 17 der Polgesteuereinrichtung führt. In die Ringnut 50 mündet eine Bohrung 53, an die eine Leitung 45 anschließbar ist, die ebenfalls zur Kammer 17 führt.

Der Druckraum 31 ist u. a. dadurch gebildet, daß an der Stirnseite des Steuerschiebers eine ringförmige Ausnehmung 55 vorgegesehen ist.

In der in der Zeichnung dargestellten Lage des Steuerschiebers 30, in der er durch die B'eder 35 in seiner rechten Endlage gehalten ist, steht die Bohrung 42 über die Leitung 46 mit der Leitung 2 in Verbindung. Die Ausnehmung 39 liegt an der Bohrung 47. Die Verbindung von der Bohrung 45 zur Bohrung 47 ist durch den Steuerschieber 30 gesperrt.

Es sei angenommen, daß die Hydropumpe 1 Druckmittel in die Leitung 2 fördert. Diese ist damit Hochdruckleitung, während die Leitung 3 Niederdruckleitung ist, Das WechselrUckschlagventil 21 verhindert einen Fluß von den Leitungen 2 und 22 zur Leitung '

- 6 -00 9841/09 4 7 bad

Robert Bosch GmbH R. 94JJ

Stuttgart

Mit dem Steuerhebel IJ wird über das nachgiebige Glied 12 und den Schieber 11 dor Stellkolben 6 in die gewünschte Lage gebracht. Die Kammer l8 der Polgesteuereinrichtung steht über die Leitungen 2J, 22 und das Wechselrückschlagventil 21 stets mit der Hochdruckseite der Hydropiwipe 1 in Verbindung. Auf die Wirkungsweise der Polgesteuereinrichtung 7 sei im einzelnen nicht eingegangen, da . sie allgemein bekannt ist. Das nachgiebige Glied 12 zwischen Steuerhebel 15 und Schieber 11 sorgt dafür, daß eine Verstellung des . Stellkolbens und damit des Schiebers 11 nicht zwangsläufig den Steuerhebel IJ mitnimmt.

In den Druokräumen Jl und J4 des Druckbegrenzers 28 herrscht derselbe, nämlich der Hochdruck, solange das Druckbegrenzungsventil j8 geschlossen ist, und zwar über die Leitungen 22 und 25» Der Steuerschieber wird dann durch die Feder 35 in der rechten, dargestellten Endlage gehalten und sperrt die Verbindung zwischen den Bohrungen 45 und 47.

Übersteigt' der Förderdruck der Hydropumpe den am Druckbegrenzungsventil 38 eingestellten Wert, so öffnet dieses, und es strömt Druckmittel aus dem Druckraum Jl über die Leitung 22 und den Druckraum J4 über das Druckbegrenzungsventil 38 ab. Dabei entsteht an der Drossel JJ ein Druckabfall, welcher bewirkt, daiB nun die Druckkraft auf die rechte Stirnfläche des Steuerschiebers 29 diejenigen Kräfte (Federkraft + wirksamer Druckmitteldruck im Druckraum J4) auf die linke Endfläche übersteigt. Der Steuerschieber wird dadurch gegen die Kraft der Feder 35 nach links verschoben.

Infolge dieser Verschiebung kommt die Kammer 17 der Folgesteuereinrichtung über die Leitung 52, die Bohrung 5I und den Kanal 40 in Verbindung mit der Ausnehmung 39 am Steuerschieber, und weiter

über

— 7 —

0098417:0847 bad original

— y ~

Robert Bosch GmbH . "R. 9^33

Stuttgart

diese und die Leitung 48 mit der Leitung 3> die Niederdruckleitung ist. Der Druck in der Kammer 17 fällt, weil der Zustrom von Druckmittel aus der Kammer 18 über die Drossel 19 im Kanal 16 des Stellkolbens verzögert erfolgt. Die auf die Ringkolbenfläche des Stellkolbens aus der Kammer 18" wirkende.Kraft wird damit größer als die auf die große Stirnfläche wirkende Kraft, und der Stellkolben β wird nach links verschoben, wodurch, er die Hydropumpe 1 bzw. deren Stellglied 5 auf kleineren Hub steuert. Der Stellkolben wird so lange und soweit verschoben, bis die Drücke in der Leitung 2 und im Druckraum 31 des Druckbegrenzers 39 zu fallen beginnen. Darm bewegt sich der Steuerschieber 39 etwas nach rechts und drosselt den Abfluß aus der Kammer 17 der Polgesteuoreinrichtung an, bis sich eine neue Gleichgewichtslage eingestellt hat, in der Stellkolben 6 und Steuerschieber 30 in. Ruhelage verharren.

Beim Verschieben des Stellkolbens während der Einwirkung der Druckbegrenzung gab das nachgiebige Glied 12 für die willkürliche Steuerung der Hydropumpe elastisch nach.

Übersteigt der Druck in der Leitung 2 sehr schnell einen festgelegten oberen Grenzwert (z. B. in wenigen ms), so arbeitet der Druckbegrenzer nach Art eines vorgesteuerten Druckbegrenzungsventils. Das Druckbegrenzungsventil 38 öffnet sich wiederum und läßt Druckmittel aus den Druckräumen 3I und y\ ausströmen. Wie obenbeschrieben wird auch jetzt die Kammer I7 der Polgesteuereinrichtung mit der Ausnehmung 39 und der den Niederdruck führenden Leitung 3 verbunden. Wegen der Trägheit der Vestelleinrichtung verringert sich jedoch der Hubraum der Hydropumpe dadurch allein nicht schnell genug. Der Förderdruck würde demzufolge nicht rasch genug abfallen. Der weiterbestehende Druckanstieg in 'der Leitung 2 und damit im Druckraum 31 hat zur Folge, daß der Cteuerüchieber 30 so weit nach links verschoben wird, bis

BAu

009841/0947

Robert Bosch GmbH R. 9433

Stuttgart

•die linke Steuerkante 39' der Ausnehmung 39 in den Bereich der Ringnut 44 gelangt ist. Dadurch wird aber die Hochdruckseite der Hydropurape unmittelbar mit ihrer Niederdruckseite mehr oder weniger stark gedrosselt verbunden, wodurch ein !heiteres Ansteigen des Druckes verhindert wird.

Der Stellkolben 6 der Folgesteuereinrichtung hat sich während dessen auch., wie oben beschrieben, immer weiter nach links bewegt und die Hydropumpe auf .kleineren Hubraum gesteuert. Fällt infolgedessen dann der Förderdruck ab, so bewegt sich der Steuerschieber 30 nach rechts und unterbricht die Verbindung zwischen den Leitungen 2 und 3·

Befindet sich das Stellglied 5 der Hydropumpe nicht wie bisher in der dargestellten Stellung, sondern in der entgegengesetzten (gestrichelt), so ist nun bei gleichbleibender Drehrichtung der Hydropumpe die Leitung 3 Hochdruckleitung und die Leitung 2 Niederdruckleitung. Bein: Erreichen des Einstelldrucks am Druckbegrenzungsventil 38 bewegt sich auch, jetzt der Steuerschieber, wie oben beschrieben, nach links'. Er verbindet ebenfalls die Kammer 17 mit der Ausnehmung 39 und der Leitung 3* die jetzt aber Hochdruckleitung ist. Der Druck aus der Leitung 3 pflanzt sich über die Leitung 48, die Ausnehmung 39* den Kanal 40 und die Bohrung 5I in die Leitung 52 und die Kammer 17 fort. Durch den nun.in dieser Kammer ansteigenden Druck wird der Stellkolben nach rechts verschoben, wodurch er die Plydro pumpe auf kleineren Hubraum steuert, bis der Förderdruck wieder auf den gewünschten Wert sinkt.

Ändert man die Drehrichtung der Hydropumpe, so muß die Kammer der Folgeversteileinrichtung anstatt mit der Bohrung 5I mit der Bohrung 53 (über die Leitung 54) in Verbindung gebracht werden. Arbeitet die Hydropumpe zeitweise als Hydromotor, beispielsweise

009841/0947. _ BAD ORIGINAL

Robert Bosch GmbH R. 9V53

Stuttgart

bei Verwendung in einem hydrostatischen Getriebe im Schubbetrieb, dann bewirkt der Druckbegrenzer 28, daß beim Übersteigen des Grenzdruois der Hubraurn der nun als Hydromotor arbeitenden Pumpe vergrößert wird, was dann ebenfalls zum Sinken des Arbeitsdruckes führt.

- 10 -

009841/0947 . ^8A£>

Claims

Robert Bosch GmbH ' "R. 9433 Stuttgart ■ Ansprüche:- -

1.) Steuer- und Regeleinrichtung für eine hubveränderbare Hydrömaschine (Pumpe oder Kotor), mit einer willkürlich betätigbaren Folgesteuereinriehtung, die einen von der Hochdruckseite' der Hydromaschine beaufschlagten Stellkolben zur Betätigung ihres Stellglieds hat., und bei der die Stellung des Stellkolbens
durch ein ebenfalls von der Hochdruckseite beaufschlagtes

Steuerteil derart'übersteuerbar ist, daß bei Erreichen oder
Überschreiten eines Grenzwerts des Druckes auf der Hochdruckseite der Hub der Hydromaschine verringert bzw. vergrößert
wirdj dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil (28) bei sehr raschem Anstieg des Druckes über den Grenzwert eine unmittelbare Verbindung von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite
herstellt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil einen in einer Gehäusebohrung (29) dicht gleitenden Steuerschieber .(30) hat, dessen eine Stirnseite einen unmittelbar mit der Hoehdruckseite in Verbindung stehenden ersten Druckraum (31) begrenzt, seine andere Stirnseite einen
zweiten Druckraum (34), der über eine Drossel (33) ebenfalls mit der Hoehdruckseite verbunden' ist., und daß der zweite Druckramn Verbindung zu einem Druckbegrenzungsventil (38) hat und eine auf den Steuerschieber einwirkende Feder (35) aufnimmt.

. - 11 -

0 0 9 8 A 1 /0947

- li -

Robert Bosch Gn:b^T3 · R. 9^33

Stuttgart

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, σ.ε.ίΙ am Umfang des Steuerschiebers (j>C) eine Ausnehmung (39) angeordnet ist, die in einer bestimmten Stellung desselben zwei in die Steuerbohrung mündende Bohrungen (45, 47) verbindet, von denen die eine mit der Hochdruckseite, die andere mit der Nieder druckseite in Verbindung steht.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Ausnehmung (39) ein Kanal (40) ausgeht, der an der Oberfläche des·Steuerschiebers (30) mündet, und der in einer bestimmten Stellung denselben eine vom Stellkolben (6) der Folgeverstelleinrichtung (7) begrenzte Kammer (17) mit der Hoch- oder Riede r drucks ei te verbindet, je nach Förderrichtung der Hyd.romaschine.

5. Einrichtung na.ch einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Stellung des Stellkolbens der Polgesteuereinrichtung mit Hilfe eines von einem Steuerhebel betätigten Schiebers vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schieber (11) und den Steuerhebel (13), wie an sich bekannt, ein nachgiebiges Glied (12) geschaltet ist. /

009841/0947

L e e r s e ι t

COPY