DE19505691A1 - Hubvolumen-verstellbares Hydraulikaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hydraulikaggregat, insbesondere einen Hydromotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Derartige Hydraulikaggregate werden insbesondere in hydrostatischen Getrieben eingesetzt. Hydrostatische Getriebe bestehen im wesentlichen aus den Elementen Hydropumpe und Hydromotor sowie verschiedenen Hilfseinrichtungen. Dabei kann sowohl ein offener als auch ein ge­ schlossener Kreislauf realisiert werden. In im Stand der Technik be­ kannter Weise wird dabei über eine Antriebswelle Energie in die Hydro­ pumpe eingeleitet, welche diese in hydraulische Energie wandelt und in den hydraulischen Kreislauf einspeist. Der hydraulische Energiestrom wird von dem mit der Hydropumpe verbundenen Hydromotor wiederum in an einer Abtriebswelle abgreifbare mechanische Energie zurückgewan­ delt.

Hydrostatische Getriebe werden vorteilhafterweise dort eingesetzt, wo das Übersetzungsverhältnis des Getriebes im Betrieb stufenlos variiert werden muß. Dies ist vor allen Dingen bei großer Anforderung unter anderem an Hilfs-, Lade-, Hebe- und Schaufelenergie erforderlich.

Das stufenlose Variieren des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes kann mittels einer Hydropumpe mit verstellbarem Hubvolumen realisiert werden. Darüber hinaus kann der Hydromotor zusätzlich oder grundsätz­ lich auch alternativ so aufgebaut sein, daß sein Hubvolumen ebenfalls verstellbar ist.

Derartige Aggregate sind im Stand der Technik bekannt und sind Gegen­ stand ständiger Forschung und Entwicklung im Hinblick auf eine verbes­ serte Steuer- und Regelbarkeit bei gleichzeitig reduzierten Herstellungs- und Betriebskosten. Schwerpunkt der bisherigen Entwicklung war ins­ besondere auch die Regelung bzw. Steuerung des Hubvolumens des Hydraulikaggregates. Eine Veränderung des Hubvolumens wurde z. B. dann eingesetzt bzw. realisiert, wenn der verstellbare Hydromotor Be­ standteil einer Schlupfregelung der Antriebsräder von mit hydrostatischen Getrieben angetriebenen Fahrzeugen war. Bei diesen Hydraulikaggrega­ ten ist es erforderlich, die Drehzahl des Hydraulikaggregates auf ge­ eignete Weise zu messen und einer entsprechenden Steuereinheit zuzu­ führen. In dieser Steuereinheit wird das Drehzahlsignal des Hydraulik­ aggregates entsprechend verarbeitet. Die Steuereinheit steuert dann das Hubvolumen des Hydraulikaggregates so, daß das abgegebene Drehmo­ ment des Hydromotors das angetriebene Rad nicht zum Schlupfen auf der Fahrbahn bringt.

Bei den heute angewendeten Hydraulikaggregaten werden bei den aufge­ führten Anwendungsfällen einschließlich dem Anti-Schlupf-System, in denen eine stufenlose Verstellung des Hubvolumens realisiert ist, soge­ nannte Proportionalverstellungen eingesetzt. Bei Proportionalverstellungen des Hubvolumens wird dieses abhängig von einem Steuersignal stetig verändert, d. h. für jeden Wert des Steuersignals ergibt sich ein bestimm­ tes Hubvolumen des verstellbaren Hydraulikaggregates. Derartige Ver­ stellungen werden in den verschiedensten Ausführungen hergestellt. Gegenüber einfachen nichtproportionalen Verstellungen besitzen sie den Nachteil der höheren Herstellungskosten. Bei den nichtproportionalen Verstellungen wird das Hubvolumen des Hydraulikaggregates, insbesonde­ re eines Hydromotors in üblicher Weise zwei Stufen durch ein binär wirkendes oder zumindest binär ausgewertetes Signal verstellt. Der Nachteil besteht darin, daß keine Zwischenpositionen gesteuert eingenom­ men werden können, da das eingenommene Hubvolumen nicht bekannt ist, wie es bei proportional wirkenden Verstellungen durch geeignete Rückführmechanismen der Fall ist.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, ein Hydraulikaggregat, insbesondere einen Hydromotor bereitzustellen, dessen Hubvolumen flexibel entweder in vorgegebenen Stufen oder stufenlos oder lastabhängig oder durch andere Systemparameter verstellbar ist, wobei eine technisch nicht auf­ wendige Verstellung des Hydraulikaggregates in den Fällen ermöglicht werden soll, in denen ohnehin eine Steuereinrichtung vorhanden ist.

Dieses Ziel wird mit einem Hydraulikaggregat mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 erreicht.

Das erfindungsgemäße Hydraulikaggregat, dessen Hubvolumen proportional verstellbar ist, weist eine Steuereinrichtung, einen Servokolben und einen Drehzahlaufnehmer auf. Mittels der Steuereinrichtung wird eine Dreh­ zahlregelung realisiert, und zwar auf der Basis der Verwendung eines von einem Drehzahlaufnehmer an die Steuereinrichtung abgegebenen Dreh­ zahlsignals. Dabei wird von der Steuereinrichtung, welche das Drehzahl­ signal entsprechend verarbeitet, ein das Stellglied des Servokolbens ansteuerndes getaktetes Signal zur stufenlosen Hubvolumenverstellung ausgegeben. Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Drehzahlregelung wird die nichtproportionale Verstellung durch die getaktete Ansteuerung des Stellgliedes in eine proportionale Steuerung überführt. Die Genau­ igkeit des eingestellten Hubvolumens ist dabei lediglich von der Frequenz des Aufnahme- und Ansteuersignals abhängig. Durch Rückführung der Drehzahl des Hydraulikaggregates zur Steuereinrichtung wird zudem eine Erhöhung der Präzision hinsichtlich der Drehzahl des Hydraulikaggregates erreicht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen in der Beschreibung detailliert ausgeführt.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung eines in 4/2-Wegeventils als Stellglied des Servokolbens eines Hydromotors;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung eines 4/3-Wegeventils als Stellglied des Servokolbens eines Hydromotors; und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem das Stellglied in Form von zwei 2/2-Wegeventilen ausgebildet ist.

In Fig. 1 ist schematisch ein hydrostatisches Getriebe mit einer Hydro­ pumpe 1, welche wahlweise mit konstantem oder verstellbarem Hubvolu­ men ausgeführt ist, mit einem Hydromotor 2 mit variablem Hubvolumen und einer Steuereinheit 8 dargestellt. Die Hydropumpe 1 ist mit dem Hydromotor 2 über Arbeitsleitungen 3, 4, welche auch als Schläuche ausgebildet sein können, verbunden. An der zu Fahrzeugrädern gerichte­ ten Abtriebswelle des Hydromotors 2 ist ein Drehzahlaufnehmer 5 zur Messung von dessen Drehzahl vorgesehen. Das von dem Drehzahlauf­ nehmer 5 erzeugte Drehzahlsignal wird der Steuereinrichtung 8 zugeführt. Ein Stellglied, welches als ein 4/2-Wegeventil 6 ausgebildet ist, ist mit dem Servokolben 7 des Hydromotors 2 zur binären Veränderung von dessen Hubvolumen verbunden.

Die Arbeitsleitungen 3, 4 sind über ein Wechselventil 10 miteinander verbunden, von welchem eine Leitung zu dem 4/2-Wegeventil 6 führt, um sicherzustellen, daß der jeweils höchste Druck der Arbeitsleitungen 3, 4 am Stellglied anliegt. Die Steuereinrichtung bzw. Steuereinheit 8, welcher das Signal des Drehzahlaufnehmers 5 sowie ein geeignetes Referenzsignal 9 zugeführt werden, erzeugt ein Ausgabesignal, mit wel­ chem das Stellglied 6 angesteuert wird. Das Referenzsignal 9 kann beispielsweise die gemessene Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges über Grund sein, sofern das hydrostatische Getriebe als Antrieb für ein Fahrzeug dient. In der Steuereinrichtung 8 wird das Drehzahlsignal des Hydraulikmotors 2 mit dem Referenzsignal 9 verglichen. Wenn im Hinblick auf die angewandte Regelstrategie die Abweichung zwischen dem Drehzahlsignal und dem Referenzsignal 9 einen vorgegebenen Wert übersteigt, wird je nach Anforderung das 4/2-Wegeventil auf- oder zugesteuert, so daß eine Verstellung des Hubvolumens des Hydromotors 2 realisiert wird. Wenn das 4/2-Wegeventil aus der in Fig. 1 gezeigten Position in seine zweite mögliche Position durch Betätigung der von der Steuereinrichtung 8 angesteuerten Magnetspule gebracht wird, wird der größere Druck der Arbeitsleitungen 3, 4 der Kolbenseite des Servokol­ bens 7 zugeführt, welche zuvor mit dem geringeren Druck der Arbeits­ leitungen 3, 4 beaufschlagt war, so daß sich eine Veränderung des Hubvolumens des Hydromotors 2 ergibt.

Der systembedingt binäre Charakter der Verstellung des Hubvolumens des Hydromotors 2 allein wird dadurch verändert, daß eine endliche Verstellzeit vorgesehen ist und daß während der Veränderung des Hub­ volumens infolge der Ansteuerung des 4/2-Wegeventils der beschriebene Regelprozeß fortwährend weitergeführt wird, womit die Verstellung dann ein proportionales Verhalten bekommt. Dieses erfindungsgemäße Regel­ konzept ermöglicht es, daß die Vorteile der proportionalen Steuerung unter Verwendung einer nichtproportionalen Steuerung erzielt werden können.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist das Stellglied als ein 4/3- Wegeventil 11 ausgebildet. Dieses Stellglied für den Hydromotor 2 wird ebenfalls über Magnetspulen 12, 13 von der Steuereinrichtung 8 angesteu­ ert. Die Ansteuersignale der Steuereinrichtung 8 werden auf der Basis des Vergleichs des Drehzahlsignals 5 mit dem Referenzsignal 9 oder mit einem in der Steuereinrichtung 8 vorgegebenen Wert angesteuert. Der Vorteil des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 liegt darin, daß sich der Stellkolben 7 nur bei Ansteuerung der Magnetspulen 12, 13 verstellt und daß bei einem eventuellen Ausfall des Systems der Verstellmotor 2 sein Schluckvolumen im wesentlichen beibehält, wodurch eine unerwünschte Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeuges verhindert wird.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Stellglied in Form von zwei 2/2-Wegeventilen 14, 15 ausgebildet. Der Servokolben 7 ist hierbei als Differenzkolben 16 ausgebildet. Der Differenzkolben 16 weist eine Kolbenseite mit einem Ringraum und eine Kolbenseite mit einem normalen zylindrischen Raum auf. Die Kolbenseite des Differenzkolbens 16, welche den Ringraum aufweist, ist über eine zusätzliche Verbindungsleitung 17 mit einem Wechselventil 10 verbunden. Mit dem Wechselventil 10 wird sicherge­ stellt, daß der jeweils höhere Druck der Arbeitsleitungen 3, 4 an den Differenzkolben 16 anlegbar ist. Wenn das 2/2-Wegeventil 14 auf Durchgang geschaltet wird, d. h. wenn es von der Steuereinrichtung 8 angesteuert wird, wird der Maximaldruck der Arbeitsleitungen 3, 4 an der Kolbenseite des Differenzkolbens 16 mit dem Zylinderraum angelegt, so daß der Differenzkolben 16 zu maximalem Hubvolumen verstellt wird. Beim Ansteuern des 2/2-Wegeventils 15 wird Hydrauliköl aus dem Zylinderraum zu einem Tank abgelassen, und der Kolben des Servokol­ bens wird durch den auf der Kolbenseite mit dem Ringraum anliegenden Druck zu minimalem Hubvolumen verstellt. Ein Vorteil dieses Aus­ führungsbeispiels gemäß Fig. 3 ist analog zu dem nach Fig. 2 der, daß bei Ausfall des Systems der Servokolben 7 an seiner momentanen Posi­ tion verbleibt und damit das Volumen des Hydromotors 2 konstant bleibt.

Durch das erfindungsgemäße Hydraulikaggregat mit Rückführung der Drehzahl wird somit eine Erhöhung der Präzision bei der Drehzahlrege­ lung des Hydraulikaggregates erreicht.

Claims (9)

1. Hydraulikaggregat, insbesondere Hydromotor (1), dessen Hubvolumen binär verstellbar ist, mit einer Steuereinrichtung (8), einem Servo­ kolben (7) und einem Drehzahlaufnehmer (5), dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Steuereinrichtung (8) eine Drehzahlregelung auf der Basis eines Drehzahlsignals des Drehzahlaufnehmers (5) derart realisierbar ist, daß über ein Stellglied (6) der Servokolben (7) in Abhängigkeit von der Frequenz eines das Stellglied (6) ansteuernden, von der Steuereinrichtung (8) ausgegebenen Signals zur stufenlosen Hubvo­ lumenverstellung getaktet ansteuerbar ist.

2. Hydraulikaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (8) das Drehzahlsignal des Drehzahlaufnehmers (5) mit einem vorgebbaren Referenzsignal vergleicht und ein aus diesem Vergleich ermitteltes Differenzwertsignal an das Stellglied (6) zu dessen getakteter Steuerung ausgibt.

3. Hydraulikaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal der Geschwindigkeit des in einem Fahrzeug eingesetz­ ten Hydraulikaggregates entspricht.

4. Hydraulikaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung das Stellglied (6) zur Hubvolumenänderung wäh­ rend einer vorbestimmten Verstellzeit auf- oder zusteuert, wobei mittels der Steuereinrichtung (8) während der Hubvolumenänderung das Stellglied (6) auf der Basis des jeweiligen resultierenden ent­ sprechenden Signals fortwährend getaktet ansteuerbar ist.

5. Hydraulikaggregat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (8) das Stellglied (6) zur Hubvolumen­ änderung während einer vorbestimmten Verstellzeit auf- oder zu­ steuert, wobei mittels der Steuereinrichtung (8) während der Hubvo­ lumenänderung das Stellglied (6) auf der Basis des jeweiligen resul­ tierenden, aus dem Drehzahlsignal und dem Referenzsignal bestimm­ ten Differenzwertsignals fortwährend getaktet ansteuerbar ist.

6. Hydraulikaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied ein 4/2-Wegeventil oder ein 4/3- Wegeventil (11) ist.

7. Hydraulikaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied als zwei 2/2-Wegeventile (14, 15) ausgebildet ist.

8. Hydraulikaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein 2/2-Wegeventil (14 bzw. 15) so ausgebildet ist, daß das Hubvolumen des Verstellmotors damit vergrößerbar ist, und das andere 2/2-Wege­ ventil (15 bzw. 14) so ausgebildet ist, daß das Hubvolumen des Ver­ stellmotors damit verkleinerbar ist.

9. Hydraulikaggregat nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Servokolben (7) als Differenzkolben ausgebildet ist, bei welchem die Kolbenseite mit dem Ringraum mittels einer Verbin­ dungsleitung (17) über ein Wechselventil (10) mit dem höheren Druck von Arbeitsleitungen (3, 4) und die Kolbenseite mit der größeren Servokolbenfläche über das 2/2-Wegeventil (14) beauf­ schlagbar sind.