DE2244611A1

DE2244611A1 - Hydrostatisches getriebe mit veraenderlichem uebersetzungsverhaeltnis

Info

Publication number: DE2244611A1
Application number: DE2244611A
Authority: DE
Inventors: Kurt Roland Lonnemo
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1971-09-22
Filing date: 1972-09-12
Publication date: 1973-04-05
Also published as: GB1395189A; JPS5229381B2; SE371787B; JPS4839868A; AU4376172A; US3716987A; CA959375A; DE2244611B2; IT961981B; AU459300B2; FR2153891A5; DE2244611C3

Description

SFEERY RAND Corporation . 2244611

T ray/ Michigan - USA

Hydrostatisches Getriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis

Obwohl es seit vielen Jahren verhältnismäßig billige hydrstatische Hochlei stungs-Kfζ-Antriebe gibt, haben sie doch bis heute keine sehr weite Anwendung gefunden. Der Hauptgrund dafür liegt in den ungenügenden Regelmöglichkeiten zur wirkungsvollen und einfachen Verbindung der Drehmoment- und Drehzahleigensehaften von Verbrennungsmotoren mit den unterschiedlichen Ansprüchen von der Belastung und Bedienung her. Die Überlegenheit des hydrostatischen Getriebes bei stufenlos veränderbarer Übersetzung mit regelbarem, beinahe schlupflosem Antrieb unter allen Betriebsbedingungen stellte in gewisser Weise einen Nachteil dar, da es bei der Bedienung schwierig ist, gleichzeitig sowohl die Gaszufuhr zum Motor wie das Übersetzungsverhältnis zu regeln. Infolgedessen kam es bei den Regelsystemen zu den verschiedensten Kompromissen, die zwar diesen Unzulänglichkeiten in gewisser Weise abhelfen, aber nur auf Kosten; von Wirkungsgrad und Leistung» .

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung» ein Regelsystem rar eine Brennkraftmaschine und em hydrostatisches Getriebe

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vorzusehen, das mit einem einzigen beweglichen Fuß- oder Handschalthebel bedient werden kann, und das selbsttätig das beste Übersetzungsverhältnis zur Ausnützung der vollen Motorkraft bei jeder zu wählenden Drosselklappen st ellung vornimmt, und so einen wirkungsvollen Antrieb des Fahrzeugs unter stetig wechselnden Belastungsbedingungen und Bedienungsanforderungen erlaubt.

Zur Erzielung dieser Aufgabe ist ein Regelsystem für ein hydrostatisches Getriebe veränderlicher Übersetzung vorgesehen, das

eine verstellbare Verdrängerpumpe und einen von dieser angetriebenen Hydromotor umfaßt, sowie eine Verbrennungskraftmaschine als Antrieb für die Pumpe, wobei das Regelsystem mit einem Betätigungselement für die Veränderung der Getriebeübersetzung versehen ist, mit einem hydraulischen Stellglied für die Betätigung des Elements, mit einem Wegeventil für die Vor steuerung des Stellglieds» mit einer Brückenschaltung zur Regelung des Vorsteuerwegeventile, die zwei Regelkreise umfaßt, wobei der erste Regelkreis ein Vorwärtskreis ist mit einem festen Drosselventil und einem verstellbaren Überströmventil , die in Serie geschaltet sind, und der zweite Regelkreis

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ein Rückführkreis ist, mit einem Paar von in-Serie geschalteten Laminarstromstellventilen veränderlicher Länge, die zum Zwecke der Verstellung mit dem Stellglied für die Veränderung der Getriebetibersetzung verbunden sind, mit Wechselventilen, die das Vorsteuerwegeventil in Abhängigkeit des Druckunterschieds zwischen den Verbindungspunkten der beiden Regelkreise halten, mit einer Kraftstoffzufuhr-Vorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine und mit einem gemeinsamen Betätigungshebel für die Kraft stoff zufuhrvorrichtung und für das verstellbare Überströmventil, wodurch das von der Pumpe bei jeder beliebigen Kr aft stoffzufuhr aufgenommene Drehmoment mit dem von der Kraftmaschine an einer bestimmten Stelle ihrer Drehmoment-Drehzahlkennlinie für diese Kraft stoffzufuhr abgegebenen Drehmoment in Übereinstimmung gebracht werden kann.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Schalt schema eines Regelsystems für einen

Motor und ein hydrostatisches Getriebe mit einer

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bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 einen Vergleich von Schalthebel stellung und von

der Pumpe aufgenommenem Drehmoment in Form eines Diagramms.

Fig. 3 einen Vergleich der Pumpen Verdrängung mit dem

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von der Pumpe aufgenommenen Drehmoment bei verschiedenen Schalthebel Stellungen in Form eines Diagramms.

Fig. 4 einen Vergleich der Schalthebel stellung mit der

Drosselklappenstellung in Form eines Diagramms.

Fig. 5 einen Vergleich der Motordrehzahl mit dem Motor

drehmoment bei verschiedenen Drosselklappenstellungen in Form eines Diagramms.

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Fig. 6 einen Vergleich von Pumpenförderung und Pumpendruck in Form eines Diagramms.

Fig. 7 einen Vergleich der vom Getriebe abgegebenen Dr ehzahl

mit der Zugkraft für ein Getriebe mit einem Motor kon- * stanter Verdrängung in Form eines Diagramms.

Fig. 8 einen Vergleich der vom Getriebe abgegebenen Drehzahl mit der Zugkraft für ein Getriebe mit einem Motor veränderlicher Verdrängung in Form eines Diagramms.

Fig. 1 zeigt ein Sc halt schema mit einem hydrostatischen Getriebe veränderlicher Übersetzung, das von einer Verbrennungskraftmaschine 10 angetrieben wird, z. B. von einem Benzin- oder Dieselmotor. Das Getriebe umfaßt eine umkehrbare Pumpe 12 veränderlicher Verdrängung und einen Hydromotor 14 veränderlicher Verdrängung, die in einem üblichen Getriebeantriebsschaltkreis geschaltet sind, wie er durch die Leitungen 16 und 18 angedeutet ist. Andere übliche Aggregate für Getriebe, z.B. für die Druckversorgung des Schaltkreises oder Filter- und Kühlvorrichtungen usw., wie sie in der Regel in derartigen Getrieben vorgesehen sind, werden nicht gezeigt.

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Die Stelleinheit für die Pumpe 12 wird durch ein Stellglied betätigt, das aus einem Verstellkolben mit Zylinder 20 kleinen Durchmessers und einem Verstellkolben mit Zylinder 22 großen Durchmessers besteht. Auf den Verstellkolben 20 wirkt der Arbeitsdruck des Getriebes durch das linke Rückschlagventil 24 und das rechte Rückschlagventil 26, sowie die Steurdruckleitung 28. Die Verstellkolben 20 und 22 können die Verstelleinheit der Pumpe 12 von der vollen Verdrängung in einer Drehrichtung zur vollen Verdrängung in der anderen Drehrichtung verstellen.

Die Stelleinheit für den Hydromotor 14 wird in ähnlicher Weise durch einen kleinen Verstellkolben mit Zylinder 30 und einen großen Verstellkolben mit Zylinder 32 gesteuert, die jedoch nur zwischen einer Stellung geringsten Schluckvermögens in der einen Richtung und größten Schluckvermögens in derselben Richtung verstellen können. Der Getriebeförderdruck erfolgt durch das linke Rückschlagventil 34 und das rechte Rückschlagventil 36 zu einer Steuerdruckleitung 38, und einem Wegeventil mit Druckverstellung 40, das den großen Verstellkolben mit Zylinder 32 steuert und durch die Steuerleitung den kleinen Verstellkolben mit Zylinder 30; eine derartige Schaltung

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entspricht der üblichen Regelung des Schluckvermögens des Motors 14 in Abhängigkeit der Druckverhältnisse im Getriebeschaltkreis. Es kann jedoch auch ein nichtverstellbarer Motor 14 vorgesehen sein, so daß auf das vorgenannte Druckregel system verzichtet werden kann.

Die Verdrängung der Pumpe 12 wird durch ein Vor Steuerwegeventil 44 gesteuert, das seinen Steuerdruck von den Hauptförderleitungen des Getriebes durch den Abzweig 46 erhält, und das das Steuermittel entweder von dem großen Verstellkolben und -Zylinder 22 durch die Verstellkolbenleitung 48 aufnimmt oder abzieht. Das Vorsteuerwegeventil 44 wird vorzugsweise durch Federbelastung in Mittelstellung gehalten. Das Vor Steuerwegeventil 44 ist mit einer linken Stelleinheit 50 und einer rechten Stelleinheit 52 versehen, die über ein linkes WechselvenUl 54 und ein rechtes Wechselventil 55 mit einer hydraulischen Brückenregelschaltung verbunden sind, deren erste Hälfte ein von der Steuerdruckleitung 28 über den Abzweig 60 gespeistes festes Drosselventil umfaßt, sowie ein verstellbares Überström-' ventil 62 mit einer Überströmleitung 64. Von einer Stelle zwischen dem festen Drosselventil 58 und dem verstellbaren Überströmventil

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62 führt eine Steuerleitung 66 zu einem Steuerschieber 68, der auswählt, welches der beiden Wechselventile 54 oder 56 mit der Steuerleitung 66 bzw. dem Rücklauf 70 verbunden wird. Dieser Regelkreis und seine Verbindung mit den Wechsel ventil en stellen den Vorwärtskreis der hydraulischen Brückenschaltung dar.

Der Rückführkreis der hydraulischen Brückenschaltung ist doppelt angelegt, und zwar jeweils ein Kreis für Vorwärtsdrehrichtung und ein Kreis für Rückwärt sdrehrichtung. Der Rtickführregelkreis beginnt bei Abzweig 72, über den Steuerdruck zu einem Paar paarweise angeordneter Laminarstromstellventilen geleitet wird. Diese Stell ventile bestehen aus einem Hohlzylinder 74 mit einem Paar lose sitzender Kolben 76 und 78 und einer Kolbenstange 80, die durch das mechanische Gestänge 82 mit der Verstelleinheit des Getriebes verbunden ist, d.h. mit der Stelleinheit für Pumpe

In der in der Figur gezeigten Stellung stellt der linke Kolben 76 ein Paar von Laminarstromstellventilen dar, wobei die erste

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Drosselstelle von dem Abzweig 72 zu einer Auskehlung 84 verläuft, und die zweite Drosselstelle von der Auskehlung 84 zum Rücklauf 86. Der rechte Kolben 78 ist in der gezeigten Stellung ohne Wirkung im Kreislauf, er tritt jedoch in Aktion, sobald die Pumpenstromrichtung umgekehrt wird.

Der Druckabfall an den Laminarstromstellventilen verhält sich propotzional zur Länge des Drosselwegs, der durch die über das mechanische Gestänge 82 an Kolbenstange 80 übertragene Verdrängung der Punkte 12 bestimmt wird.l Der über den Abzweig 70 gelieferte Druck der Arbeitsdruck des Haupt steuerkreise s des Getriebes ist, folgt daraus, daß der an der Auskehlung 84 abgenommene Druck das Produkt von Druck-und Pumpenverdrängung des hydraulischen Hauptsteuerkreises des Getriebes ist und so eine direkte Wiederspiegelung des von der Verbrennungskraftmaschine 10 zum Antrieb der Pumpe 12 gelieferten und von dieser aufgenommenen Drehmoments ist. D. h., daß der an der Auskehlung 84 abgenommene und an die Stelleinheit 50 des Vor Steuerwegeventils weit er geleitete Druck ein Maß ist für das von der Pumpe 12 aufzunehmende Drehmoment. So wird bei jeder Druckhöhe, auf die das verstellbare Überströmventil

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62 in einem bestimmten Augenblick eingestellt ist, und die durch die Steuerleitung 66 und den Steuerschieber 68 an die entgegengesetzte Stelleinheit 52 des Vorsteuerwegeventils abgegeben wird, ein entsprechender Druck in der Stelleinheit 50 aufrechterhalten. D.h. weiterhin, daß das Vorsteuerwegesignal je nach dem nach rechts oder links verschoben wird und so das von der Pumpe 12 bei der eingestellten Druckhöhe aufgenommene Drehmoment aufrechterhalten wird. Bei sich verändernder Belastung können höhere oder niedrigere Übersetzungsverhältnisse im Getriebe erforderlich werden, damit der Hydromotor 14 stets mit Höchstleistung laufen kann; trotz sich verändernder Belastung an der Abgabeseite des Getriebes bleibt jedoch das aufgenommene Drehmoment konstant.

Dies gilt für alle bei der Bedienung erforderlichen Leistungshöhen. Die Druckeinstellung des verstellbaren Überströmventils 62 wird

88 gesteuert j

durch einen Hand- oder Fußhebel^/Qer auf der Feder eines Überströmventils über einen Nocken 90 einwirkt. Über'eine Verbindungsstange 92 ist der Schalthebel 88 mit der Brennkraftmaschine 10 verbunden, die schematisch durch den Vergaser 94 dargestellt ist. Damit sind schematisch alle Arten von Kraftstoffzufuhr-Vorrichtungen inbegriffen, wie z.B. Einspritzpumpen oder anderes, wie sie gewöhnlich für die manuelle Steuerung von Verbrennungskraftmaschinen in Anwendung

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Fig. 2 zeigt die Verbindung zwischen der Stellung des Schalthebels 88 und der am feststellbaren Überströmventil 62 eingestellten Druckhöhe, d. h. daß das von der Pumpe .aufgenommene Drehmoment bei drei verschiedenen Schalthebel Stellungen Al, A2, A3 dargestellt ist, die zu den von der Pumpe aufgenommenen Drehmomenten Tl, T2, T3 führen. Das in dem Diagramm dargestellte Verhältnis ist gradlinig, es könnte jedoch auch nichtlinear sei n, falls die Verbindungsstange zwischen dem Schalthebel 88 und dem Nocken 90 und der Nocken 90 anders ausgebildet sind. Fig. 3 zeigt das Verhältnis von Pumpenverdrängung und von dem von der Pumpe aufgenommenen .Drehmoment bei drei verschiedenen Schalthebelstellungen Al, A2 und A3. Dabei zeigt sich ein flaches Begrenzungsverhältnis über dem aufgenommenen Drehmoment bei den jeweiligen Pumpenfeststellungen, mit Ausnahme derjenigen, bei denen die Belastung über die Druckkapazität des Getriebes hinausgeht.

Fig. 4 zeigt die Schalthebelstellungen Al, A2 und A3 im Verhältnis zu den Drosselklappenstellungen des Vergasers 94 Bl, B2 und B3. Auch hier ist das Verhältnis geradlinig, hängt jedoch nicht notwendig von der spezifischen Ausbildung der Verbindungsstange

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zwischen Schalthebel 88 und Kr aft stoff zuführ -Vor richtung 94 ab.

Fig. 5 zeigt drei spezifische Drehmoment-Drehzahlkurven einer typischen Verbrennungskraftmaschine; die gestrichelte Linie 96 zeigt den Punkt auf den Kurven, an dem die Motorleistung am günstigsten ist.

Die zusammengefaßten Ergebnisse der vorgenannten Verhältnisse werden in Fig. 6 dargestellt, und zwar anhand der Pumpenförderung und des Pumpendrucks bei Schalthebelstellungen Al, A2 und A3. So gilt für die Schalthebel stellung Al des Schalthebels 88, daß die Pumpenförderung vom Pumpendruck abhängt, der notwendig ist zum Antrieb des Hydromotors, und daß der Druck entlangder Kurve wie angegeben veränderlich ist. Das gleiche gilt für die Schalthebelstellungen A2 und A3, bei denen das Verhältnis zwischen Pumpendruck und Pumpenförderung den dargestellten Kurven folgt. Die Verhältnisse bei voller Pumpenverdrängung werden anhand der gestrichelten Linie 98 dargestellt.

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Die Gesamtleistung dieses Regel systems bei Anwendung auf einen üblichen Antriebsmotor und ein Getriebe mit einer Pumpe veränderlicher Verdrängung und einem nichtverstellbaren iiydromotor wird in Fig. 7 dargestellt, deren Kurvenverlauf ähnlich dem in Fig. 6 ist, wobei jedoch die abgegebene Drehzahl ini Verhältnis zur Zugkraft dargestellt ist. In ähnlicher Weise werden in Fig. 8 entsprechende Kurven für ein übliches Getriebe SDWohl mit einer Pumpe veränderlicher Verdrängung wie auch mit einem Hydromotor mit veränderlichem Schluckvermögen dargestellt.

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Claims

14 22U611 SPERRY RAND 182 6*76 PATENTANSPRÜCHE

1. Ein Regelsystem für ein hydrostatisches Getriebe veränderlicher Übersetzung mit einer verstellbaren Verdrängerpumpe sowie einem durch die Pumpe angetriebenen Hydromotor, und für eine Brennkraftmaschine als Antrieb für die Pumpe,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellglied zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes vorgesehen ist, daß ein hydraulischer Verstellkolben (20, 22) das Stellglied betätigt, daß ein Wegeventil (44) den Verstellkolben steuert, daß eine Brückenschaltung zur Regelung des Wegeventils (44) vorgesehen ist, die zwei Regelkreise umfaßt, daß der erste Regelkreis ein Vorwärtskreis ist mit einer in Serie geschalteten Drossel (58) zur Einstellung eines konstanten, jedoch veränderlichen Drucks, daß der zweite Regelkreis ein Rückführkreis ist mit einem in Serie geschalteten Drosselpaar (76, 78), mit einer Verbindung zur gleichmäßigen und entgegengesetzten Einstellung durch das Stellglied zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses; daß Stelleinheiten (50, 52) die Brückenschaltung mit derjenigen Seite des hydrostatischen Getriebes verbinden, dessen Arbeitsdruck am höchsten ist, daß Wechsel-

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ventile (54, 56) das Wegeventil (44) in Abhängigkeit des Druckunterschiedes zwischen den Verbindungspunkten der beiden Regelkreise halten, daß eine Kraft stoffzufuhr-Vorrichtung (94) für die Verbrennungskraftmaschine (10) und ein gemeinsamer Betätigungshebel (88) für die Kraft stoffzufuhr-Vor richtung und für das verstellbare Überströmventil (62) vorgesehen ist, wodurch das von der Pumpe bei jeder beliebigen Kraftstoffzufuhr aufgenommene Drehmoment mit dem von der Kraftmaschine an einer bestimmten Stelle ihrer Drehmoment-Drehzahlkennlinie für diese Kraft stoffzufuhr abgegebenen Drehmoment in Übereinstimmung gebracht werden kann.

2. Ein Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselpaar (76, 78) durch das Stellglied für die Veränderung der Getriebeübersetzung gleichmäßig und entgegengesetzt verändert werden kann.

3. Ein Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Drosseln (76, 78) um Laminar stromstell ventile handelt.

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4. Ein Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerschieber (68) in einem der Regelkreise zur Umkehrung des Zu- und Abflusses zum Wegeventil (44) und damit zur Umkehrung der Arbeitsrichtung des Betriebes vorgesehen ist.

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L e e r s e i t e