DE1958558C3 - Hydraulisches Übersetzungsstellgerät für Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Übersetzungsstellgerät für ein mindestens eine einstellbare Verdrängereinheit aufweisendes hydrostatisches Ge-

triebe mit einem Stufenwechselgetriebe, für Fahrzeuge, bej dem zur Einstellung der Änderungsgeschwindigkeit der Übersetzungseinstellung und somit zum Steuern der Fahrzeugbeschleunigung bzw. Verzögerung in die hydraulischen Anschlüsse des hydraulischen Stellgeräts ein verstellbares StromventU eingeschaltet ist.

Bei bekannten derartigen Übersetzungsstellgeräten erfolgt die Verstellung des Stromventils van Hand. Bei jedem Gangwechsel des Stufenwechselgetriebes ergibt sich dabei eine andere Beschleunigung des Fahrzeuges.

Für manche Fahrzeuge ist eine schnelle Beschleunigung und Verzögerung gefährlich. Bei einem selbstangetriebenen Mähdrescher z. B. ist eine sehr rasche Verzögerung besonders gefährlich, da die als Lenkräder ausgebildeten Hinterräder dann vom Boden abheben, wodurch das Fahrzeug nicht mehr lenkbar ist.

Es ist zwar bereits bekannt (US-PS 3463 034), die Beschleunigung als Funktion des Anstieges des Regeldruckes in der Anlage zu regeln, jedoch ist eine derartige Regelvorrichtung sehr kompliziert und erfordert platzraubende mechanische Verbindungsteile. Auch ist der Regeldruck nicht allein von der Beschleunigung abhängig, sondern auch von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, so daß sich naturgemäß keine reine Beschleunigungsregelung erzielen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Übersetzungsstellgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die Beschleunigung und Verzögerung unabhängig vom jeweiligen Fahrzustand eines Fahrzeuges auf einen konstanten Wert legt.

Diese Aufgabe wird bei Übersetzungsstellgeräten der gattungsgemäßen Art durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.

Fig. 1 zeigt die Baugruppen eines hydrostatischen Getriebes mit einem durch einen Beschleunigungsmeßwertgeber gesteuerten Stromventil, dessen Gehäuse im Axialschnitt dargestellt ist;

Fig. 2 zeigt ein Strom ventil entsprechend Fig. 1 mit einem in eine Mittellage vorgespannten Beschleunigungsmeßwertgeber;

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Beschleunigungsmeßwertgebers;

Fig. 4 zeigt einen hydrostatischen Beschleunigungsmeßwertgeber, der über einen Verstärker an das StromventU angeschaltet ist;

Fig. 5 zeigt ein hydrostatisches Getriebe mit einem Übersetzungsstellgerät, wobei gewisse Baugruppen im Längsschnitt dargestellt sind;

Fig. 6 zeigt einen schnitt längs der Linie VI-VI von Fig. 5.

Fig. 1 zeigt ein Antriebssystem 10, welches ein hydrostatisches Getriebe 11 aufweist. Das Antriebssystern umfaßt einen Motor 12, welcher mit der Antriebswelle einer Pumpe 13 gekuppelt ist, deren Verdrängung über eine verstellbare Schrägscheibe 14 einstellbar ist. Ein Hydromotor 18 steht über die Druckleitung 15 und die Rückflußleitung 16 in hydraulischer Verbindung mit der Pumpe 13 und wird von ihr angetrieben. Der Hydromotor 18 kann als Motor mit variabler Verdrängung ausgebildet sein mit einer die Verdrängung variierenden Schrägscheibe

oder als Hydromotor mit konstanter Verdrängung, wie hier der Einfachheit halber dargestellt ist. Der Kolben des hydraulisch betätigten, doppeltwirkenden Servozylinders 17 ist mechanisch mit der Schrägscheibe 14 der Pumpe gekuppelt. Ein Verdrängungsstellventil 20 steuert den Servozylinder 17, Das Verdrängungsstellventil 20 kann als herkömmliches Dreiwegeventil ausgebildet sein. Die besondere Ausbildungsform der Verdrängungssteuerung ist nicht Gegenstand der Anmeldung.

Das hydraulische Übersetzungsstellgerät umfaßt außer dem Servozylinder 17 und dem Verdrängungsstellventil eine Leitung 21, weiche dasselbe mit einem Sumpf 22 verbindet. Der Fluiddruck für die Betätigung des Servozylinders wird über eine Leitung 31 von einer Niederdruckpumpe 30 mit konstantem Fördervolumen geliefert. Leitungen 33 und 34 verbinden die Niederdruckpumpe 30 über Rückschlagventile mit den zwischen der Pumpe 13 und dem Hydromotor 18 verlaufenden Leitungen 15 und 16 und setzen das System durch Fluidlieferung an die Niederdruckseite des Antriebes unter Druck. Jede der Leitungen 15 und 16 kann die Niederdruckseite sein. Das Überströmventil 38 schützt die Pumpe 30 vor zu höh ;m Druck.

Die Abtriebswelle 35 des Hydromotors 18 ist mit einem mechanischen Stufenwechselgetriebe 36 als letztem Glied der Kraftübertragung verbunden. Die Abtriebswelle 37 desselben ist entweder direkt oder über ein Differential mit einem Antriebsrad 39 eines Fahrzeuges verbunden.

In der Leitung 31 liegt ein Stromventil 50 zum Drosseln der Fluidströmung und beeinflußt damit die Stellgeschwindigkeit des Servozylinders 17. Das Stromventil 50 weist ein Gehäuse 51 mit einer Axialbohrung 52 auf, die von Ein- und Ausgangsöffnungen 55 und 56 durchkreuzt ist. Der Ventilschieber 60 ist mit einem Beschleunigungsmeßwertgeber 65 verbunden, der den Ventilschieber 60 innerhalb des Gehäuses verstellt und den Fluidfluß dadurch regelt. Der Ventilschiebor 60 weist einen Bereich von geringerem Durchmesser 61 auf, der von Steuerstegen 58 und 59 mit eingelassenen Steuerkerben 62 und 63 begrenzt ist. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist bei neutraler Stellung des Ventilschiebers der Fluidfluß durch das Stromventil 50 nicht gedrosselt. Wird der Ventilschieber nach links bewegt, so wird die Fluidströmung gedrosselt, da der Steuersteg 59 die Eingangsöffnung 55 teilweise blockiert. Wenn der Ventilschiebcr so weit nach links bewegt ist, daß die Eingangsöffnung 55 ganz blockiert ist, kann Fluid nur noch durch die Steuerkerbe 63 fließen, bis auch diese völlig abgedeckt ist, so daß <3er Fluidstrom durch das Stromventil völlig gesperrt ist. In gleicher Weise wird der Fluidfluß bei einer Verschiebung des Ventilschiebers 60 nach rechts gedrosselt und schließlich völlig blockiert.

Der Beschleunigungsmeßwertgeber 65 ist mit dem Ventilschieber 60 des Stromventils 50 gekuppelt. Er weist einen Pendelarm 66 auf, an dessen unterem Ende eine Masse 71 befestigt ist. Der Pendelarm 66 ist drehbar um einen Bolzen 67 gelagert, der an einem Bügel 68 des Fahrzeuges sitzt. Das obere Ende des Pendelarms 66 ist über eine Kupplungsstange 69 mit dem Ventilschieber 60 verbunden. Bei einer Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeuges wirken auf die Masss 71 entsprechende Kräfte, die das Stromventil steuern.

Das Antriebssystem n/nfaßt ferner eine Nebenleitung 80, in die eine Drosselstelle 81 eingefügt ist. Diese Nebenleitung bewirkt eine Leckströmung parallel zum Stromventil 50, selbst wenn dieses ganz blockiert ist. Dadurch wird das Regelverhalten stabili-' siert.

Die Neutralstellung des Stromventils 50 kann einstellbar ausgebildet sein, so daß die Strömung durch die Leitung 31 bei Verzögerung schneller gedrosselt wird als bei Beschleunigung des Fahrzeuges, so daß ^1U dieses letzten Endes wendiger wird.

Funktionsweise

Zur Veranschaulichung der Funktionsweise wird das oben beschriebene Antriebssystem bei Verwendung in einem Mähdrescher betrachtet.

Zu Beginn befindet sich das hydrostatische Getriebe 11 in der neutralen Stellung, in der die Schrägscheibe 14 die Pumpe 13 auf Nullhub gestellt hat und die Abtriebswelle 35 des Hydromotors 18 sich daher

-» nicht dreht. Die Bedienungsperson legt zuerst den niedrigsten Gang des Stufenwechse'>;triebcs 36 ein. Sodann wird das Verdrängungsstellveiiti! 20 von Hand betätigt, so daß Druckfluid von der Niederdruckpumpe 30 durch die Leitung 31, das Stromventil 50

i> und das Verdrängungsstellventil 20 in die rechte Kammer des Servozylinders 17 fließt, während die linke Kammer derselben über die Leitung 21 und das Verdrängungsstellventil 20 zum Sumpf 22 hin durchverbunden wird.

»ι Der Servozylinder 17 bewegt die Schrägscheibe 14 nunmehr im Gegenuhrzeigersinn, und die Pumpe 13 fördert über die Leitung 16 in den Hydromotor 18, dessen Abtriebswelle 35 sich zu drehen beginnt und über das Stufenwechselgetriebe 36 das Rad 39 an-

Ji treibt. Der Mähdrescher beschleunigt in 4 Sekunden auf seine Maximalgeschwindigkeit von 6,4 km/h. Die Maximalgeschwindigkeiten im zweiten und dritten Gang betragen 19,2 km/h bzw. 32 km/h.

Durch die einsetzende Beschleunigung des Mäh-

w dreschers wird der Pendelarm 66 im Gegenuhrzeigersinn verstellt, so daß das Stromventii 50 in eine Drosselsicllung gelangt. Bei einer hohen Beschleunigung gelangt der Ventilschieber 60 ganz nach links, bis die Strömung durch das Stromventil 50 ganz unterbrochen ist. In diesem Fall kann lediglich über die Nebenleitung 80 noch Fluid zu dem Verdrängungssteltventil 20 fließen, so daß die Schrägscheibe 14 nur mit einer geringen Geschwindigkeit verstellt wird.

Bei einer Verzögerung des Mähdreschers schlägt

■ro der Pendelarm 66 in entgegengesetzter Richtung aus, so daß der Ventilschieber 60 in Fig. 1 nach rechts bewegt wird.

Das Siromventil 50 kann in jeder Fluidleitung angeordnet sein, die die Verstellung des Verdrängungs-

>5 Stellventils 20 beeinflußt, z. B. auch in der Abflußleitung 21.

Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform eines Beschleunigungsmeßwertgebers, bei der an dem Pendelarm 66 Federn 85 und 86 angreifen, die den

bo Pendelarm 66 ir eine Ruhelage zentrieren und Schwingungen und Vibrationen desselben dämpfen. Die Federn können so eingestellt werden, daß die Beschleunigung oder Verzögerung des Mähdreschers erst eine bestimmte Höhe erreicht, bevor das Strom-

b5 ventil 50 in Tätigkeit tritt.

Fig. 3 zeigt einen anderen Beschleunigungsmeßwertgeber 90, der ein Gehäuse 51 umfaßt, welches an dem Mähdrescher befestigt ist. Die Masse 92 ist

mit dem Ventilschieber 60 über eine Verbindungsstange 98 und eine Muffe 69 verbunden, welch letztere sich durch eine Buchse 93 erstreckt. Die Masse 92 ist innerhalb des Gehäuses 91 in Lagern 99 zentriert. An einer Seite der Masse 92 greift über eine Stirnplatte 96 eine Feder 94 an, deren anderes Ende über eine Scheibe 95 an der Buchse 93 anliegt.

Beim Auftreten einer Beschleunigungskraft, die beispielsweise in der Figur nach links wirkend angenommen sei, drückt die Masse 92 über die Stirnscheibe 96 die Feder 94 zusammen und bewegt den Ventilschieber 60 nach links. Wenn eine Verzögerung auftritt, bewegt sich die Masse 92 nach rechts und drückt über die Scheibe 95 die Feder 94 zusammen, wobei die Stirnscheibe 96 ihre Lage beibehält, da sie nach rechts an dem Lager 99 anstößt.

Fig. 4 zeigt einen hydrostatischen Beschleunigungsmeßwerigeber iOO, uci einen Flüssigkeitsbehälter 101 umfaßt, welcher an dem Mähdrescher befestigt ist. Der Flüssigkeitsbehälter ist zum Teil mit Flüssigkeit gefüllt. An in Fahrtrichtung voneinander entfernt liegenden Stellen sind Leitungen 102 und 103 am Boden des Flüssigkeitsbehälters befestigt, die mit einem Verstärker 105 verbunden sind, welcher über Leitungen 106 und 107 das Stromventil 50 hydraulisch verstellt. Letzteres ist durch Federn 112 in eine Ruhelage vorgespannt, in der es den kleinsten Strömungswiderstand hat.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Übersetzungsstellgerätes. Der Beschleunigungsmeßwertgeber 128 umfaßt einen fest auf dem Mähdrescher befestigten Fluidbehälter 130. Das Stromventil 50 ist an der Oberseite des Fluidbehälters befestigt und unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsformen dadurch, daß die beiden Eingangs- und Ausgangsöffnungen 55 und 56 über Nebenleitungen 140 und 141, in die jeweils ein Rückschlagventil eingefügt ist, welche gegensinnig angeordnet sind, miteinander verbunden sind.

Der Ventilschieber 60 greift an einem Gelenkarm

136 an, der an einer gehäusefesten Gelenkstelle 139 gelagert ist und an seinem freien Ende einen Schwimmer 135 trägt, der Änderungen des Flüssigkeitsstandes 131 auf den Ventilschieber 60 überträgt.

In dem Flüssigkeitsbehälter 130 ist eine Trennwand

137 vorgesehen, die den Raum in zwei Kammern 127 und 128 unterteilt und nahe der Unterkante öffnungen 132,133 und 134 aufweist, welche eine Fluidströmung zwischen den Kammern ermöglicht. Bei einigen dieser Öffnungen können Rückschlagventile 138 angebracht sein, die bewirken, daß der Flüssigkeitsausgleich bei Verzögerung des Mähdreschers schneller erfolgt als bei einer Beschleunigung desselben. Dadurch wird ein Abheben der Hinterräder vom Boden weitgehend ausgeschaltet, andererseits jedoch eine hohe Beschleunigung zum Erzielen einer besseren Manövrierfähigkeit ermöglicht.

Der Strömungswiderstand der Nebenleitung 140 bestimmt die Mindestströmung durch die Leitung 142 und damit die geringste Beschleunigung. In gleicher Weise bestimmt die Größe der Nebenleitung 141 die Mindestströmung durch die Leitung 118 und damit die geringste Verzögerung. Der Strömungswiderstand

b0 der Ncbenleitung 140 kann größer sein als der der Nebenleitung 141, so daß die geringste Beschleunigung größer ist als die geringste Verzögerung.

Die Anlage umfaßt ein Bedienventil 110, welches die Strömung einer Pumpe 109 zu dem der Pumpe 13 zugeordneten Servozylinder und dem dem Hydromotor 18 zugeordneten Servozylinder steuert.

In seiner mittleren Stellung sperrt das Bedienventil 110 die Fluidströmung der Pumpe 109 zu den Servozylindern.

Für eine Vorwärtsbewegung des Mähdreschers wird das Bedienventil nach rechts (in Fig. ?) verstellt, so daß Druckfluid von der Pumpe 109 über die Leitungen 112, 111, 118 und das Stromventil 50 und die Leitung 142 in eine Kammer 125 des dem Hydromotor 18 zugeordneten Servozylinders fließt und von dort über das Rückschlagventil 126 in die Kammer 120 des Her Pumpe 13 zugeordneten Servozylinders. Die Kolben der beiden Servozylinder werden dabei so bewegt, daß die Pumpe und der Hydromotor in Richtung auf eine höhere Verdrängung verstellt werden. Das aus der anderen Kammer 121 des Pumpen-Servozylinders verdrängte Fluid gelangt durch die Leitungen 117, 113 und 114 zum Sumpf. Sobald die maximale Pumpenverdrängung fast erreicht ist, öffnet sii-h das Rückschlagventil 122 durch mechanische Betitigu'.g, und das Fluid kann in die Kammer 124 des Hydromotor-Servozylinders abfließen. Auf Grund des Druckes in der Kammer 125 wird der Hydromotor dabei in Richtung auf eine geringere Verdrängung verstellt, so daß die Drehzahl desselben zunimmt. Während sämtlicher Betriebszustände hängt die Geschwindigkeit der Verdrängungsänderungen von der Drosselwirkung des Stromventils 50 ab.

Zum Rückwärtsfahren oder zum Verzögern des Mähdreschers wird das Bedienventil 110 nach links verschoben, so daß die Strömungsrichtung in den Leitungen 111 und 113 vertauscht wird. Nunmehr gelangt Druckfluid in die Kammer 121 und drückt den angrenzenden Kolben in Richtung auf eine Verkleinerung der Pumpenverdrängung. Ferner öffnet das Rückschlagventil 125 und läßt Druckfluid in die Kammer 124 gelangen, die den Hydromotor in Richtung auf eine höhere Verdrängung verstellt. Das von der Kammer 125 verdrängte Fluid gelangt über die Leitung 142, das Stromventil 50 und die Leitungen 118, 111 und 114 zum Sumpf. Wenn die maximale Motorverdrängung fast erreicht ist, wird das Rückschlagventil 126 mechanisch geöffnet, und Fluid kann von der Kammer 120 durch die Leitung 118 in die Kammei 125 fließen.

In die Leitungen 111,118 einerseits und 113 und

117 andererseits ist noch ein Schwimmventil 116 eingeschaltet, welches zwei Schaltstellungen aufweist. Ir der einen Schaltstellung sind die genannten Leitunger jeweils durchgehend verbunden, während in der an deren Schaltstellung die beiden Leitungen 117 unc

118 unter sich und über eineDrosselstelle und eine Leitung 115 mit dem Sumpf verbunden sind. In diese Schaltstellung kann Fluid zwischen Pumpe und Hy dromotor strömen, so daß die Schrägscheiben dersel ben durch Vorspanneinrichtungen in ihre neutral· Stellung gelangen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Hydraulisches Übersetzungsstellgerät für ein mindestens eine einstellbare Verdrängereinheit aufweisendes hydrostatisches Getriebe mit einem Stufenwechselgetriebe, für Fahrzeuge, bei dem zur Einstellung der Änderungsgeschwindigkeit der Übersetzungseinstellung und somit zum Steuern der Fahrzeugbeschleunigung bzw. Verzögerung in die hydraulischen Anschlüsse des hydraulischen Stellgeräts ein verstellbares Stromventil eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Einstellung des Stellglieds des Stromventils (50) durch einen am Fahrzeug angebrachten Beschleunigungsmeßwertgeber (65, 90, 100) erfolgt, wobei mit steigender Fahrzeugbeschleunigung bzw. Verzögerung der Durchflußquerschnitt des Stromventils (50) verringert und somit die Übersetzungsstellgeschwindigkeit zwecks Erreichung einer konstanten Fahrzeugbeschleunigung bzw. Verzögerung geregelt wird, und

b) daß die Regelwirkung des Stromventils (50) allein vom absoluten Wert der Beschleunigung - unabhängig von deren Vorzeichen bestimmt wird.

2. Übersetzungsstellgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsmeßwertgeber (95,90,100) einen Flüssigkeitsbehälter (101) umfaßt und daß Einrichtungen (Leitungen 10?, 103) vorgesehen sind zum Abtasten von Niveauunterschieden des Flüssigkeitsstandes.

3. Übersetzungsstellgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Abtasten von Niveauunterschieden an einen Verstärker (105) angeschlossen sind.

4. Übersetzungsstellgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abtasten von Niveauunterschieden einen Schwimmkörper (135) umfaßt.

5. Übersetzungsstellgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsmeßwertgeber ein in Fahrtrichtung auslenkbares Pendel (66) umfaßt, welches mit dem Stromventil (50) gekuppelt ist.

6. Übersetzungsstellgerät nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendel (66) in eine neutrale Stellung vorgespannt ist.

7. Übersetzungsstellgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromventil in seiner voll geschlossenen Stellung eine Leckströmung (80, 81) durchläßt.

8. Übersetzungsstellgerät nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromventil (50) so ausgebildet ist, daß sowohl bei einer Linksverschiebung als auch bei einer Rechtsverschiebung der Durchflußquerschnitt in gleicher Weise gedrosselt wird.