DE2236888A1 - Steuersystem fuer variable hydraulikpumpen oder motore - Google Patents

Steuersystem fuer variable hydraulikpumpen oder motore

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Description

Petentonwel» Karl A. Brose
Oipl-ing. 1-8023 Mönchen - Pull·«
DBR/No - D.B. 155F Miinchen-Pullach, den 26. Juli. 1972
ADVANCED PRODUGTC PTY. LIMITED, Garbers Road, Dural, New South Wales, Australien
Steuersystem für variable Hydraulikpumpen oder Motore
Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für variable hydraulische Verdrängungspumpen und Motoren,wie sie bei' hydraulischen Kraftübertragungssystemen verwendet werden, und von derjenigen Art, bei denen die Verdrängung der Pumpen und Motoren durch einen Servomotor verändert wird, dessen Bewegungen und folglich auch die Verdrängung der Pumpe oder des Motors in Abhängigkeit von der Stellung eines Führungssteuerelementes, wie eine Stange, Hebel oder drehbarer Ventilknopf, erfolgen. Die Erfindung betrifft die Einrichtungen zur Betätigung des Fiihrungssteuerelementes in Abhängigkeit von der Einstellung einer manuellen Verdrängungssteuerung oder in Abhängigkeit von übergeordneten oder sich darüber hinwegsetzenden Steuersignalen. '
Bei hydraulischen Getriebesystemen der oben beschriebenen Art ist es wünschenswert, die folgenden mannigfachen Steuer- und überlauferfordernisse zu erfüllen:
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BAD ORIGINAL
(a) Die Verdrängungen müssen von Hand verstellbar sein, um die maximale Verdrängung der Pumpe und die minimale Verdrängung des Motors festzulegen, damit dadurch die höchste Motorgeschwindigkeit für eine gegebene Pumpengeschwindigkeit bestimmt werden kann.
(b) überlaufeinrichtungen sind vorzugsweise vorgesehen, um zu bewirken, daß die Motorverdrängung über die Einstellung der Handsteuerung vergrößert wird, wenn der Antriebsiibertragunn-sdruck einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet, damit dadurch die Pumpenverdrängung unter die Einstellung der Handsteuerung verringert wird, wenn der Antriebsübertrogungsdruck einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet, der gewöhnlich größer ist als der (lie Handsteuerung überlaufende Druck am Motor.
(c) Eine Überlaufeinrichtung isb vorzugsweise vorgesehen, um die Handsteuereinstellung überlaufende PumpenVerdrängung zn regeln, damit das Antriebsdrehmoment der Pumpe nicht einen vorbestimmten Wert überschreitet.
(d) Bei Getrieben, die durch Verbrennungsmotoren angebrieben sind, sind die den Überlaufdruck begrenzenden und das Drehmoment begrenzenden Einrichtungen vorzugsweise als Funktion der Einstellung der Steuerungen des Verbrennungsmotors steuerbar, wodurch eine Proportionalsteuerung des Motrdrehmomer.ot.:; bei niedrigen Motorgeschwindigkeiten durch Druckbegrenzung erfolgt, wenn die Pumpenverdrängung klein ist, woraus sich eine Proportionalsteuerung des Pumpenantriebsdrehmomentes bei größeren Pumpenverdrängungen anschließt, wo die Kraft des Verbrennungsmotors die Begrenzung bewirkt. Gleichfalls ist eine Begrenzung des höchsten Geschwindigkeitsverhältnisses durch Handsteuerung der Pumpen- und Motorverdrängungen erforderlich.
(e) Beim Überlaufen werden die Funktionen von Pumpe und Motor umgekehrt, und es ist bei diesem Zustand erforderlich, die Druck- und Drehmoments-Begrenzungseinrichtungen unwirksam zu machen, so dni.< Pumpe und Motor lediglich auf die liLnste I.Lm.r der manuellen Vor Irängun^ssteuerungen ansprechen.
09806/0280 BAD ORIQfNAL
(ί) Bei einigen Anwendungsfällen von hydraulischen Kraftübertragungssystemen ist es erforderlich, die Einstellungen der manuellen Verdrängungssteuerungen in Abhängigkeit von irgendwelchen anderen Signalen, wie beispielsweise Temperatur oder Geschwindigkeitssignalen der Kraftanlage oder in Abhängigkeit sum Druckabfall an einem ÖtrÖmungssteuermechanismus zu überlaufen. ■
(g) Bei Getrieben zur Übertragung von großen Kräften dieser Art, die eine Ladepumpe einschließen, ist es möglich, daß die Hochdruckübertragungspumpe dadurch vei*sagt, daß innere Bauteile aufgrund der Kavitation zerstört werden, falls der Ladedruck unter einen kritischen Wert' aufgrund des Versagens der Ladepumpe abfällt, und es ist dann von Bedeutung, eine Überlaufeinrichtung vorzusehen, welche die PumpenVerdrängung bei diesem Sustand verringert, so daß ohne Beschädigung des ausgesprochen L-eureri Hochdruckubertragungssystemes Abhilfe geschaffen werden kann.
Eisher wurde das Führungselement als Steuerelement für die manuelle Verdrängungssteuerung verwendet, und die Überlaufeinrichtungen lagen in Form von druckbetätigten aperiodisch gedämpften Ventilen vor, welche direkt auf die Drücke an dem servomotor einwirken, um die Einstellung der manuellen steuerung zu überlaufen. Derartige Hochdruckventile für das Überlaufen sind sehr teure Einrichtungen hoher Präzision, welche der Erosion und dem Abriebsverschleiß unterliegen und im Betrieb instabil werden können. Hinzu kommt, daß derartige Ventile nicht leicht an einige der Anforderungen angepaßt wei'den können, wie beispielsweise die unter'den Punkten e, f ULd (c erwähnten."
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Einrichtung zu schaffen, um diejenigen der oben beschriebenen Anforderungen zu erfüllen, die bei dem jeweils in Betracht kommenden hydraulischen Getriebesystem der beschriebenen Art erforderlich sein können. Diese Aufgabe wird im wesentlichen
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dadurch gelöst, daß ein primärer Servomotor, vorzugsweise durch den Ladedruck angetrieben, vorgesehen ist und auf die Überlaufeinrichtungen anspricht und den Hauptservomotor durch das zuvor erwähnte Führungselement betätigt, wobei die Überlaufeinrichtungen einfache Niederdruckventile sind, die auf die Überlaufsignale ansprechen.
Die Erfindung besteht aus einem Steuersystem für variable Verdrängungsmotoren oder Pumpen derjenigen Art, bei dem ein bewegliches Führungselement zur Steuerung eines Servomotors vorgesehen ist, welcher auf die Stellung des Führungselementes anspricht und die Änderungen der Verdrängung bewirkt und welches mindestens eine überlaufende Steuereinrichtung aufweist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die überlaufende Steuereinrichtung durch einen weiteren Servomotor, welcher ein primärer Servomotor ist, arbeitet, um die Stellung des Führungselementes zu verändern.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von einer in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 eine skizzenhafte Darstellung eines hydraulischen Getriebesystemes derjenigen Art, auf die die Erfindung angewendet werden kann;
Figur 2 eine Ausführungsform der Erfindung zur Anwendung in der Steuerung des Systems nach Figur 1; und
Figur 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung zur Anwendung in der Steuerung nach Figur 1. μ,
Das in Figur 1 veranschaulichte System weist eine Pumpe variabler Verdrängung auf, die einen Motor 5 variabler Verdrängung antreibt, wobei eine Ladepumpe 6 vorgesehen ist, welche durch Lade-Wählventile 7 jeweils diejenige Leitung auflädt, die die Niederdruckleitung des Getriebes ist. Ein in einen Benälter 9 ausstoßendes Entlastungsventil 8 ist verwendet, um ein Überlasten der Ladepumpe 6 zu vermeiden.
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_ 5 —
Die Verdrängungen werden durch Servomotoren 10 verändert, die auf die Bewegungen eines Führungssteuerelementes 11 ansprechen, welches bisher beispielsweise durch Hebel 12 zur Veränderung der Verdrängungen betätigt wurden. In einigen Fällen .sind die Führungselemente in Form von drehenden Elementen vorgesehen, welche mit anderen drehenden Elementen zusammenwirken, deren Lage von den Bewegungen der. Servomotoren und folglich auch den Verdrängungen abhängt. Derartige Formen der Führungssteuerung sind allgemein bekannt und in' der Arbeitsweise durch die dem System innewohnenden Eigenschaften stabil und stetig. -
Die verschiedenen für die Erfindung verwendeten Leitungen sind in der folgenden Weise in Figur 1 veranschaulicht:
Leitung 13 ist eine Verbindung von der Antriebsübertragung-Hochdrucksleitung. . . ...
Leitung 14 ist eine Verbindung von der Antriebsübertragungs-Niederdruckleitung.
Leitung 15 ist eine zu. dem Behälter führende Leitung.
Leitung 16 isL eine Leitung von der Auslaßseite der Ladepumpe.
Leitung 17 ist an einem Druck befindlich, welcher proportional dem Antriebsdrehmoment der Pumpe ist, beispielsweise der hydrostatische Druck, welcher die Ladebelastung an der Pumpe ausgleicht.
Für die folgende Beschreibung wird zum Zwecke der Erläuterung angenommen, daß sich die Elemente 11 nach innen bewegen, um eine Vergrößerung der Verdrängungen zu bewirken, und sich nach außen bewegen, um eine Verringerung der Verdrängungen zu bewirken.
In Figur 2 ist ein primärer Servokolben 18 in einem Zylinder 19 gleitbar, dessen eines Ende durch den Ladedruck über die Leitung 16 durch eine verengte Öffnung 20 beaufschlagt ist. Das andere Ende des Zylinders 19 wird durch die Leitung 15 zu dem Behälter entlastet und enthält eine den
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Kolben 18 in der Ansicht der Zeichnung noch links vorspringende Feder 21. Eine von dem Kolben 18 vorstehende Stange 22 ist derart ausgebildet, daß sie an das Fiihrungssteuerelement 11 für eine Pumpe oder an das gegenüberliegende Ende des Hebels für einen Motor ankoppelbar ist, oder sie kann an das entsprechende Ende eines Hebels angekoppelt werden, welcher an einem drehbaren Führungsventil für das Hauptservosystem befestigt ist.
Wenn keine weitere Flüssigkeit aus der Kammer 19A in dem Zylinder 19 auf der linken Seite des Kolbens 18 austritt, bewegt sich dieser in der Ansicht der Zeichnung η ch rechts, um die Verdrängung der Pumpe zu vergrößern oder um die "Verdrängung des Motors zu verringern, jedoch geschieht dies nur, falls der Ladedruck ausreicht, um die Vorspannung der Feder zu überwinden, so daß, falls der Ladedruck ausfällt, sich der Kolben 18 nach links bewegt, wodurch die Pumpenverdrängung verringert oder die Motorverdrängung vergrößert wird, unabhängig davon, ob die Kammer 19A entlastet ist oder nicht. Dies erfüllt das unter (g) beschriebene Erfordernis, und die Feder 21 kann derart bemessen werden, daß die maximale Pumpenverdrängung eine Funktion des verringerten Ladedruckes ist.
Nach der in Figur 2 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung kann eine manuelle Steuerung wirksam werden, um die Maximalbewegung des Kolbens 18 nach rechts festzulegen, beispielsweise durch Bewegung eines manuellen Steuerhebels 25 zum Bewegen eines primären Führungsventiles 24, welches mit Nuten oder Abplattungen veranschaulicht ist, so.daß.eine Bewegung des Führungsventiles nach links die Kammer 19A entlastet, bis der Auslaß durch die resultierenden Bewegungen des Kolbens 18 abgedichtet ist.
Zwei ähnliche Überlaufsteuerungsventile sind bei 2r? und veranschaulicht. Diese Ventile sind durch einstellbare Federn 25A und 26A vorgespannt, um gegen einen Auslaß aus der Kammer 19A abzudichten, und sie weisen abgedichtete Sbößel 2r;B
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und 26B auf, die den Drücken in den Leitungen 13 bzw. 1? ausgesetzt sind, welche wirksam werden, um die Ventile gegea ihre Federvorspannung zu öffnen. Das Öffnen des Ventiles 25 vom Antriebshochdruck her bewirkt, daß die Pumpe außer Hub oder daß der Motor in Hub stehen bleibt unabhängig von der Stellung des manuellen Steuerhebels 23. Die Drehmomentbegrenzung ist lediglich an der Pumpe erforderlich und wird durch das Öffnen des Ventiles 26. in Abhängigkeit von dem auf das Drehmoment ansprechenden Druck, der auf den dazugehörigen Stößel wirksam wird, gewährleistet. Diese einfachen ITiederdruckventil'e erfüllen die unter (b) und (c) beschriebenen Erfordernisse. Hinzu kommt, daß die Federvorspannung dieser Ventile leicht geändert werden kann, um der Einstellung der Steuerung der Maschine zu entsprechen, so, daß der Maximaldruck und das maximale Pumpendrehmoment jede gewünschte Funktion der Maschinenkraft sind. Dies erfüllt die unter (d) beschriebene Forderung.
Zweckdienliche Einrichtungen können vorgesehen sein, um die Überlaufsteuerventile 25, 26 beim Zustand des Überlaufes unwirksam zu machen. Beispielsweise kann das Ventil 2? vorgesehen sein. Dieses ist in die geöffnete Lage federvorgespannt, um einen Ausstoß von den Ventilen 25 und 26 zu ermöglichen, weist jedoch einen Stößel 2?B auf, welcher dem Überlauf-Hochdruck aus der Leitung 14 ausgesetzt ist, um das Ventil beim Überlauf zu schließen, wodurch die Ventile 25 und 26 unwirksam gemacht werden, so daß die Verdrängungen von Pumpe und Motor dann lediglich durch die Einstellung der manuellen Steuerung beim Zustand des Überlaufes bestimmt werden. Dies erfüllt die unter (e) beschriebene Forderung.
Das Öffnen irgendeines der»Auslässe aus der Kammer 19A führt zu einer Bewegung des primären Servokolbens zum Überlaufen der Einstellung der manuellen Steuerung. Somit kann bei anderen Ausführungsformen eine Leitung zu einem entfernten Ventil geführt sein, welches durch irgendwelche Einrichtungen geöffnet werden kann, die auf irgendein anderes Überlaufsignal ansprechen. Dies erfüllt die unter (f) beschriebene Forderung.
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Figur 3 zeigt eine zweite Ausfiihrungsform der Erfindung, wobei ähnliche Bauteile wie in Figur 2 gleiche Bezugszeichen tragen und wobei die manuelle Steuerung mit Differentialhebeln arbeitet. Diese Ausführungsform kann mit dem linear beweglichen Führungselement 11 gemäß Figur 1 verwendet werden, ist jedoch insbesondere für ein drehbares Führungssteuerelement für den Hauptservomotor geeignet und wird für diesen Fall beschrieben.
Es wird angenommen, daß die Drehung des Führungselementes im Uhrzeigersinn die Pumpenverdrängung vergrößert, worauf im Falle der Pumpe der Hebel 28 an das drehbare,Führungselement und der Hebel 29 an eine koaxial durch das Gehäuse zu einem von außen manuell betätigten Hebel 30 geführte Welle angekoppelt ist. Die Hebel 28, 29 sind an den Differentialhebel 31 gekoppelt, welcher an dem Ende 22 der Kolbenstange des Primärservokolbens angelenkt ist.
Die Anordnung der Differentialhebel ist derart, daß bei einer gegebenen Stellung des primären Servokolbens 18 Bewegungen des manuellen Steuerhebels 13 gleiche Be egungen an dem Hebel 28 erzeugen, welcher das drehbare Führungsventil dreht, wobei jedoch eine nach außen gerichtete Bewegung des primären Servokolbens 18 die Beziehung zwischen den Hebeln und 29 ausreichend vertauscht, um die Pumpenverdrängung auf Null zu verringern, wenn der manuell gesteuerte Hebel auf eine maximale Verdrängung eingestellt ist.
Der primäre Kolben 18 nach Figur 3 arbeitet ia der gleichen Weise, wie es unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben wurde, d.h. eine Bewegung nach links verringert die PumpenVerdrängung, wenn die Kammer 19 entlastet wird, und die Überlaufventile und 26 sind ähnlich den unter Bezugnahme auf Figur 2 beschriebenen.
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Die Ausführungsfarm, nach Figur 3 zeigt ein alternatives-"Verfahren, um zu bewirken, daß die Ventile 25 und 26 beim Zustand des Überlaufes unwirksam sind. Ein Kleiner Kolben 32 in einem Zylinder ist dem Druck in der Getriebeleitung 14 ausgesetzt. Diese ist bei Ladedruck im Antriebszustand befindlich, wo sie keine Wirkung auf die Arbeitsweise des primären Servokolbens 18 hat, jedoch steht die Leitung 14 beim Überlauf unter Hochdruck, so daß beim Zustand des Überlaufes der primäre Servokolben 18 gegen seinen innenliegenden Anschlag gehalten ist, und zwar unabhängig, ob die Ventile und 26 geöffnet oder geschlossen sind,und die Verdrängung hängt dann lediglich von der Einstellung der manuellen Steuerung ab. Offensichtlich können beide Verfahren, um die Ventile 25 und 26 beim Überlauf unwirksam zu machen, bei beiden Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden.
Die in Figur 3 veranschaulichte Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere zweckdienlich, um die Arbeitsweise einer Pumpe in die Arbeitsweise als Motor umzukehren, indem lediglich die Relativlage der Hebel 28 und 29 umgekehrt wird.
Die. in den Figuren 2 und 3 veranschaulichten Ausführungsformen zeigen primäre Servomotoren mit linearer Bewegung. Bei anderen Ausführungsformen kann der primäre Servomotor von teilweise drehbarer Art sein, beispielsweise ein Motor mit feststehenden Flügeln, welhcer federvorgespannt ist, um ein drehbares Führungsventil für den Hauptservomotor zu drehen und welcher durch den primären Servodruck in entgegengesetzter Sichtung gedreht wird. In diesem Falle kann das Hauptsteuerventil, beispielsweise das Führungsventil der manuellen Steuerung, gleichfalls ein drehbares Ventil sein, um den Maximaldrehwinkel des primären Servomotors gegen die Feder festzulegen, und wird in der zuvor beschriebenen Weise durch die Überlaufventile überlaufen, um die Steueröffnungen des drehbaren primären Servomotors zu entlasten.
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Die Erfindung ist nicht auf die ins einzelne gehende Bauweise des primären Servomotors, des Differentialmechanismus oder der Überlaufventile beschränkt. Abänderungen dieser Einzelheiten, um den gleichen Zweck zu erreichen, sind dem Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, wobei derartige Abwandlungen beispielsweise ein Ersetzen der Differentialhebel durch ein Differentialgetriebe einschließen.
Sämtliche der in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.
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JA.«'!vJrfC- O'

Claims (6)

Patentansprüche
1.'Steuersystem für hydraulische Pumpen oder Motoren variabler Verdrängung, bei dem ein bewegliches Führungselement zum Steuern eines Servomotors vorgesehen ist, welcher auf die Stellung dieses Elementes anspricht und welcher die Änderungen der Verdrängung bewirkt, mit einer Hauptsteuereinrichtung, die wirksam ist, um das Element zu positionieren und mit mindestens einer Überlaufssteuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufssteuerungseinrichtung (25, 26) über einen weiteren Servomotor (18, 19) betätigbar ist, welcher ein primärer Servomotor (18, 19) ist, um die Stellung des Führungselementes,(11) im Vorrang zu der Wirkung der Hauptsteuereinrichtung (12) zu ändern.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ÜberlaufSteuereinrichtungen (25, 26) ein die Strömung von Arbeitsmedium zu oder von dem primären Servomotor (18, 19) steuerndes Ventil (25, 26) aufweist und auf ein von einer äußeren Quelle stammendes Signal ansprechend betätigbar ist.
3· System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (25, 26) in Abhängigkeit von der Bewegung einer manuel-. len Steuereinrichtung (11, 12) dem Lieferdruck der Pumpe (4) oder dem Antriebsdrehmoment der Pumpe (4-) betätigbar ist.
4. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (11) über ein Differentialgeleuksystem (28, 31) durch die Hauptsteuereinrichtung (12) positonierbar ist^ wobei die Relativlagen der Hebel (28, 29) ■ des Hebelsystemes durch Bewegungen des primären Servomotors (18, 19j zum Überlaufen der Einstellung des Führungselementes (11) geändert werden.
5. oystem nach einem der vorstehenden AnSprüche,dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (2'/, 32) vorgesehen sind, um dir; Überlauf Steuereinrichtungen (25, 26) während des -Überlaufes
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BAD 1
der Pumpe (4) oder des Motors (5) unwirksam zu machen.
6. Steuersystem nach Anspruch 1 zur Verwendung bei einer Pumpe in einem eine Ladepumpe enthaltenden System, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Servomotor (18, 19) durch den Ladedruck gegen eine Rückführungsfeder (21) oder andere der Rückführung dienende Vorspanneinrichtungen derart betrieber: ir.t, daß ein Ausfallen des Ladedruckes ein Verringern der Verdrängung der Pumpe (4) bewirkt.
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