DE2620692A1

DE2620692A1 - Hydrostatischer wandler

Info

Publication number: DE2620692A1
Application number: DE19762620692
Authority: DE
Inventors: Guenter Ing Grad Schlinke
Original assignee: VOLVO HYDRAULIKFABRIK GmbH
Current assignee: VOLVO HYDRAULIKFABRIK GmbH
Priority date: 1976-05-07
Filing date: 1976-05-07
Publication date: 1977-11-17
Also published as: US4132072A

Description

DiPL.-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BÖNINQ

Zustelladresse ft reply to:

KOLBERGER STRASSE 21 O KURFÖRSTENDAMM 66

MÖNCHEN 80 (BOGENHAUSEN) , _BERUN 15 Telefon: 089/98 27 04 Telefon: 030/8 83 50 71/72 Telegramme: Consideration Berlin

1017/15.728 DE 7. Mai 1976

Patentanmeldung

der Firma

Volvo Hydraulikfabrik GmbH. Sperenberger Strasse 13 1000 Berlin 48

"Hydrostatischer Wandler"

Die Erfindung betrifft einen stufenlos durch ein Stellorgan einstellbaren hydrostatischen Wandler mit mindestens einem Hydromotor und mindestens einer Pumpe, deren den Zusammenhang von Förderdruck ρ und Hubvolumen V_H darstellende Kennlinie einen hyperbolischen Teil besitzt, der durch einen Drehmomentenregler an der Pumpe bestimmt wird.

Bekannt sind hydrostatische Wandler, bei denen entweder die Pumpe oder der mindestens einen Verdränger aufweisende Hydromotor oder die Pumpe und der Hydromotor steuerbar sind. Man spricht je nach Art der gewählten Steuerung von einer reinen Pumpensteuerung, einer reinen Motorsteuerung oder von einer Verbundsteuerung (VDI-Bericht Nr. 131 Hydraulische Antriebstechnik, Düsseldorf, 1969 S. 56).

Postscheckkonto Berlin We# tQo$ei*394ftoU A SeShner Bank AG.. Konto 01 10921 900

DIPL-INC DIETER JANDER DR.-INO- MANFRED BONINQ PATENTANWÄLTE

Die Erfindung beschäftigt sich mit Wandlern der zuerst genannten Art, d.h. mit Wandlern, die mit einer Pumpensteuerung ausgerüstet sind. Derartige Wandler bieten gegenüber den anderen genannten Bauformen den konstruktiven Vorteil, daß die Einstellung und Regelung des Wandlers bei Ferngetrieben an einer günstigeren Stelle stattfinden kann als in Fällen, in denen auch eine Motorsteuerung erfolgt. Bei Wandlern mit Pumpensteuerung kann es zweckmässig sein, die Pumpe mit einem Drehmomentenregler auszustatten, der das Produkt aus dem Hubvolumen V^ der Pumpe und dem Pumpendruck ρ nach Überschreiten eines bestimmten Pumpendruckes konstant hält. Derartige Drehmomentenregler sind ebenfalls bekannt (DT-OS 1 653 365). Bei einem mit einem solchen Drehmomentenregler ausgestatteten Wandler wird das maximale Drehmoment der Pumpe durch eine Hilfskraft begrenzt, die meistens von einer Feder erzeugt wird, deren Vorspannung auf verschiedene Werte einstellbar ist. Die Einstellung erfolgt dabei regelmässig nur einmal, und zwar entsprechend dem für den jeweiligen Anwendungsfall zulässigen maximalen Drehmoment.

Bei der Inbetriebnahme eines mit einem Wandler der angedeuteten Art ausgestatteten Antriebsaggregates wird zunächst die Antriebsmaschine eingeschaltet. Hierbei nimmt die Pumpe ihre Nullstellung ein. Hat die Antriebsmaschine ihre Nenndrehzahl erreicht, betätigt man das Stellorgan für die Pumpe, d.h. das Stellorgan zum Einstellen des Hubvolumens Vtt der Pumpe und verändert dieses. Der Druck ρ kann dabei entsprechend den äußeren Belastungen des Hydramotors unterschiedliche Werte annehmen,, was infolge der Abhängigkeit des Drehmoments der Pumpe vom Produkt aus dem Hubvolumen Vtt und dem Druck ρ zu Drehmomentenschwankungen führt, die sich aus dem Lauf der Antriebsmaschine auswirken können. Irreicht das Produkt aus Hubvolumen Vtt und Druck ρ einen bestimmten Wert, so führt eine'weitere Drucksteigerung auf-

709846/0469

DIPL..INO. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINO PATENTANWALTS

- Jf-

grund der Wirkung des Drehmomentenreglers automatisch zur Verminderung des Hubvolumens und folglich zur Einhaltung eines konstanten maximalen Drehmomentes an der Pumpe. Dieses maximale Drehmoment M_p entspricht einer maximalen Leistung P_p in der Größe von P_p = Vrrp . ρ · η Diese Leistung wird auf den Hydromotor übertragen, d.h. dessen Leistung P», = V™, . ρ · η_τ. ist gleich P_p. Verwendet man als Hydromotor einen Konstantmotor, d.h. einen Motor mit konstantem Schluckvolumen V™, so bedeutet dies, daß zwischen dem dem Drehmoment I-L,- proportionalen Druck p™ des Hydromotors und der Drehzahl n.., des Hydromotors ein Zusammenhang besteht, der durch eine Kennlinie gekennzeichnet ist, die ebenfalls einen hyperbolischen Teil besitzt. Für den Fall, daß diese Kennlinie der maximalen Pumpenleistung entspricht, d.h. der Pumpenleistung, deren Höhe durch die maximale Hilfskraft des Drehmomentenreglers bestimmt wird, ergeben sich im Teillastbereich z.B. dann Schwierigkeiten, wenn die Antriebsmaschine zusätzlich zum hydrostatischen Wandler v/eitere Verbraucher antreiben muß, wie dies beispielsweise bei Mähdreschern, Gabelstaplern, Radladern usw. üblich ist. Diese Schwierigkeiten haben ihre Ursache darin, daß bei einer Erhöhung des vom Hydromotor aufzubringenden Drehmomentes und gleichbleibender Drehzahl der Antriebsmaschine eine höhere Leistung entzogen wird, was den Anteil der zum Antrieb der übrigen Verbraucher benötigten Leistung schmälert. Diese Erscheinung ist außerordentlich unerwünscht. Sie läßt sich bei den bekannten Lösungen nur im Vollastbereich vermeiden, da nur dann eine automatische Verminderung der Drehzahl des Hydromotors mit zunehmendem Drehmoment stattfindet.

Ein anderer Nachteil der bekannten Wandler besteht darin, daß sie - wiederum beim Arbeiten im Teillastbereich ■«■ nicht mit mechanischen Lastschaltgetrieben kombinierbar sind, welche zur Vergrößerung des Wandlerbereiches dienen. Der Grund hier-

- 4 709846/0469

DIPL-INCDIETERJANDER DR.-INQ. MANFRED BONINQ PATENTANWÄLTE

für besteht darin, daß z.B. bei Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Lastschaltgetriebes von 1 : 1 auf 2 : 1 dem Hydromotor bei gleichbleibender Drehzahl plötzlich ein doppelt so großes Drehmoment M,, abverlangt wird, v/eil die aufzubringende Leistung gleich bleibt. Dieses Drehmoment kann der Wandler, sofern es nicht die Drehmomentkurve für den Vollastbereich übersteigt, zwar liefern, die Folge ist jedoch eine ruckartige Beschleunigung des angetriebenen Verbrauchers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die angedeuteten Mängel bekannter hydrostatischer Wandler auszuschalten und einen Wandler zu schaffen, bei dem eine selbsttägige stufenlose Einstellung von Drehzahl und Drehmoment am Hydromotor in Abhängigkeit von der Belastung des Hydromotors nicht nur im Vollast- sondern auch im Teillastbereich stattfindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Drehmomentenregler mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer variablen Hilfskraft versehen ist, deren Größe zwecks Verschiebung des hyperbolischen Teils der Kennlinie im Kennfeld des Hydromotors mit Hilfe des Stellorgans für die Pumpe einstellbar ist.

Der erfindungsgemässe Wandler bietet den Vorteil, daß bei seinem Einsatz in Anlagen, in denen eine Antriebsmaschine mehrere Verbraucher antreibt, Änderungen der auf einen dem Wandler nachgeschalteten Verbraucher ausgeübten Belastung nicht das Verhalten der anderen Verbraucher beeinträchtigen. Außerdem ist es möglich, den neuen Wandler mit LastSchaltgetrieben zu kombinieren. Schließlich ist bei Verv/endung des erfindungsgemässen Wandlers in Fahrzeugen ein weiches Anfahren möglich. Der erfindungsgemässe Wandler vereinigt in sich die vorteilhaften Eigenschaften hj^drostatischer Wandler mit den vorteilhaften Eigenschaften hydraulischer Wandler, ohne deren Nachteile zu besitzen.

709846/0489 _ ₅ _

DIPL-INC DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINC PATENTANWÄLTE

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schema eines ersten Wandlers;

Fig. 2 das Drehmoment der Pumpe des Wandlers gemäß Fig. 1;

Fig. 3 das Drehmoment des Hydromotors des Wandlers gemäß Fig. in Abhängigkeit von der Drehzahl des Hydromotors und der jeweils eingestellten Hilfskraft des Drehmomentenreglers;

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform eines Wandlers;

Fig. 5 eine Möglichkeit der Steuerung des Einstellorgans für einen Wandler gemäß Fig. 1 und 4 durch eine Einspritzpumpe;

Fig. 6 die Steuerung des Einstellorgans eines Wandlers gemäß Fig. 1 und Fig. 4 mit Hilfe des im Saugrohr einer Verbrennungskraftmaschine herrschenden Unterdrücke;

Fig. 7 die Steuerung des Einstellorgans eines Wandlers gemäß Fig. 1 oder 4 mit Hilfe eines Fliehkraftreglers;

Fig. 8 die Steuerung eines Wandlers gemäß Fig. 1 oder Fig. 4 mittels einer Hilfspumpeü

Fig. 9 die Steuerung eines Wandlers gemäß Fig. 1 oder Fig. 4 mit einer Hilfspumpe, die die Hilfskraft direkt beeinflußt;

Fig.10 einen Wandler mit einem nachgeschalteten Lastschaltgetriebe ;

Fig. 11die Kennlinie des Hydromotors der Einrichtung gemäß Fig. 10;

Fig.12 einen Wandler mit einem vorgeschalteten Lastschaltgetriebe und

709646/0469 ' ^β '

DIPL.-INC/. DIETER JANDER DfMNg. MANFRED BONtNCJ PATENTANWÄLTE OCODCnO

Fig. 13 eine Kennlinie des Handlers gemäß Fig. 12.

Der Wandler gemäß Fig. 1 besteht aus einer Fumpe 21 mit einstellbarem Hubvolumen Y„, Diese Pumpe läuft mit einer Drehzahl n- um und saugt aus einem Vorratsbehälter 22 über eine Leitung 23 ein Druckmedium an. Von der Pumpe 21 gelangt das Druckmedium über eine Leitung 24 zu einem Hydromotor 25, dessen Fördervolumen V™ konstant ist. Der Hydromotor rotiert entsprechend der ihm zugeleiteten Menge des Druckmediums mit einer Drehzahl n,«·. Das Druckmedium wird über eine Rückführleitung 26 im entlasteten Zustand zum Vorratsbehälter 22 zurückgeleitet.

Das Hubvolumen Vtt der Pumpe 21 hängt von der Neigung einer Schrägscheibe 27 ab. Diese Schrägscheibe 27 ist über einen Schwenkarm 23 mit der Kolbenstange 29 eines Stellkolbens 30 verbunden, der in einem Stellzylinder 31 untergebracht ist. Der untere Teil des Stellzylinders wird über die Leitungen 32 und 33 ständig mit unter Betriebsdruck stehendem Druckmedium beaufschlagt. Zum Verschieben des Stellkolbens dient ein Steuerventil 34, das über eine Leitung 35 einerseits mit der Leitung 32 und über eine Leitung 36 andererseits mit dem oberen Teil des Stellzylinders 51 in Verbindung steht. Die Stirnfläche 37 des Steuerkolbens 38 des Steuerventils ist mit Betriebsdruck beaufschlagt, was dazu führt, daß der Steuerkolben 56 auf den Arm 39 eines ¥inkelhebels eine Kraft F ausübt, die gleich dem Produkt aus dem Betriebsdruck ρ und der Fläche f™ des Steuerkolbens 38 ist.

F = ρ · f_K (1)

Die Kraft F erzeugt ein Drehmoment um eine von der Kolbenstange 29 getragene Stützrolle 41, dessen Größe gleich dem Produkt aus F · h ist. Dem Moment F · h wirkt ein Moment Fg · b entgegen, xrobei b ein konstanter Abstand ist und Fg eine hydraulisch erzeugte Hilfskraft. Die Hilfskraft F₃wird

^09846/0489

DIPLINq. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINO PATENTANWÄLTE

von dem Druck, der in einer Leitung 42 herrscht und auf einen Kolben 43 einwirkt, bestimmt. Die beiden genannten Ilomente befinden sich bei der Ruhelage des Reglers im Gle i chgewicht.

F · h = Fg · b (2)

^LK

h = F« . b (3)

Da h dem Hubvolumen der Pumpe 21 proportional ist und f., und b konstante Größen sind, gilt auch

Konst · ρ · V_H = Fg (4)

ρ · V„ ist nun bekanntlich dem Antriebsmoraent M_p der Pumpe 21 proportional. Man erhält folglich

const · Hp = F₃ (5)

ird nun Fg stufenlos verändert, verändert sich das Antriebsmoment Hp der Pumpe. Die Änderung von Fg erfolgt mittels des Steuerventils 44. Der Sollwert der Kraft Fg wird an einem Handhebel vorgegeben, der das Stellorgan 45 der Pumpe 21 bildet. Durch das Stellorgan 45 wird eine Feder 46 gespannt, die auf einen Kegel 47 einen Druck ausübt. Der Kegel steht außerdem unter der Einwirkung des Betriebsdruckes in der Leitung 42. Je nach Größe des Betriebsdruckes in der Leitung 42 gibt der Kegel 47 eine Öffnung zu einem Tank 48 frei und wegen der Drossel 49 entsteht in der Leitung 42 ein Druckabfall. Auf die geschilderte V/eise kann das Drehmoment Mp der Pumpe als Sollwert vorgegeben werden.

In Fig. 2 ist das Verhalten der Pumpe 21 als Kennlinie dargestellt. Entsprechend den Stellungen des Stellorgans 45 werden unterschiedliche Kraft Fg erzeugt, denen unterschiedliche Drehmomente M_p zugeordnet sind.

709846/0489 " ⁸ "

DIPL-INC/. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINQ PATENTANWÄLTE _

Fig. 3 zeigt die Kennlinie des Hydromotors 25. Das Drehmoment Mj, des Hydromotors und die Motordrehzahl n™ sind bei konstanter Pumpendrehzahl n_p der Kraft F_g proportional

^FS = ^f (% * *H>

Die Folge ist, daß man entsprechend der Stellung des Stellorgans 45 im Motordiagramm eine Schar von in Abszissenrichtung verschobenen Hyperbeln erhält. Das hieraus resultierende Verhalten des hydrostatischen Wandlers gilt als ideal für den Antrieb z.B. von Fahrzeugen, "»finden, Schmiedemaschinen, Pressen usw. Es ist vergleichbar mit dem Verhalten eines Dampfmotors mit einstellbarer Fällung (vgl. VDI-Bericht 228, 1975 S. 7).

Betrachtet man z.B. den Antrieb eines Fahrzeuges, so ist es erwünscht, im Moment des Anfahrens schon das volle Drehmoment zur Verfügung zu haben. Das wird erreicht, indem mit kleiner Kraft Fg. angefahren wird. Entsprechend der gewünschten Beschleunigung des Fahrzeuges wird die Kraft F_g bis z.B. zum Wert Fgg erhöht. F_gg kann dem maximal zulässigen Drehmoment der Antriebsmaschine entsprechen und begrenzt werden. Die der Drehzahl n_IT proportionale Fahrgeschwindigkeit stellt sich automatisch entsprechend der Einstellung von Fp und der äußeren Belastung 1U~ ein.

Fig. 4 zeigt einen hydrostatischen Wandler mit einem sogenannten "geschlossenen Kreislauf". Die Steuerung dieses Wandlers erfolgt dadurch, daß entsprechend der jeweils gewünschten Leitungsübertragung das Moment an der Kupplung der Hydropumpe stufenlos eingestellt wird. Ist die Antriebsdrehzahl der Hydropumpe konstant, kann man auch von einer Steuerung der Übertragungsleistung sprechen. Auch in diesem Fall v/ird nicht wie beim bekannten Wandler lediglich das Hubvolumen der Pumpe gesteuert, sondern das Produkt aus Hubvolumen und Betriebsdruck. Durch Umsteuern der Hydropumpe

709846/0489 - 9 -

DIPL-INCDIETERJANDER DR..INO. MANFRED BöNINO PATSNTANWaLTE

kann der Hydromotor in beiden Betriebsrichtungen arbeiten. Der zv/eite Wandler ist außerdem mit einer Einrichtung versehen, durch die das höchste aufzunehmende Pumpendrehmoment auf einen festen Wert begrenzt wird.

Die zweite Ausführung besitzt eine Pumpe 50, deren Welle 51 von einer nicht dargestellten Antriebsmaschine angetrieben wird. Über Leitungen 52 und 53 ist die Pumpe 51 mit einem Hydromotor 54 verbunden. Je nach der vorgewählten Drehrichtung des Hydromotors 54 ist entweder die Leitung 52 oder die Leitung 53 Hochdruckleitung. Zur Füllung des Systems wird mit Hilfe einer Hilfspumpe 55 aus einem Tank 56 über eine Leitung 57 und Rückschlagventile 58,59 Druckmedium unter niedrigem Druck in die jeweilige Niederdruckleitung 52 oder 53 eingespeist. Der Fülldruck wird von einem Druckventil 60 begrenzt.

Durch Schwenken der Schrägscheibe 61 der Pumpe 50 um den Winkel Ot kann die Verdrängung der Kolben 62, die sich über Kugelköpfe 63 und Gleitschuhe 64 auf der Schrägscheibe 61 abstützen, verändert werden. Die Einstellung des Hubvolumens erfolgt über einen Hebel 65. Zur Erhöhung der Stellkräfte dient ein hydraulischer Verstärker, der aus einem Steuerventil 66 mit einem Steuerschieber und einem mit dem Steuerventil hydraulisch gekuppelten Stellzylinder 68 besteht. Ein Kolben 69 des Stellzylinders wirkt über seine Kolbenstange 70 auf einen Arm 71 der Schrägscheibe 61 ein und schwenkt diese um einen Zapfen 72.

Auf den Hebel 65 wirkt über eine Kopplungsstange 73 eine Steuereinrichtung ein, auf die entweder eine Kraft Kr™ oder Κττρ ausgeübt wird. Diese Kräfte sind dem Betriebsdruck und dem Hubvolumen proportional

K_H1 bzw. K_H2 = f (p - V_H) (7)

709846/0469

DtPL-INCDIETERjANDER DR.-INQ. MANFRED BONINQ PATENTANWÄLTE

Die sich aus Gleichung 7 ergebende Bedingung wird dadurch erfüllt, daß die Steuereinrichtung aus einem um eine Achse 74 schwenkbaren Hebel 75 besteht. Mit dem Hebel 75 ist ein Hilfsträger 76 verbunden. Auf diesen Hilfsträger wirkt in einem Abstand b eine Kraft ein, die dem Produkt aus der Kolbenfläche f^· und dem in dem den Kolben aufnehmenden Zylinder 78 herrschenden Betriebsdruck ρ proportional ist. Um die Achse 74 wird dadurch ein Moment erzeugt, dessen Größe sich aus der nachstehenden Gleichung ergibt

M = ^f K · ^p . b (8)

cos Of

In dieser Gleichung ist

b = e · sin Of (9)

Da e und f_K konstant sind, wird

M = COnSt₁ · ρ · tg Of (10)

Da tg o< dem Hubvolumen Vr, der Pumpe 50 proportional ist, kann man auch schreiben

M = const- »P'Vtt (11)

Diesem Moment wirkt ein Moment Kr™ bzw. Κττο · f entgegen, wobei f wiederum konstant ist. Hieraus folgt

Kj₁₁ bzw. KjJ₂ = const · ρ · Vjj (12)

Die auf den Kolben 79 wirkenden Kräfte KjJ₁ oder Kjjp sind also dem Produkt aus Hubvolumen und Druck der Pumpe 50 proportional.

Über sis igt z.B. das Moment f_K · ρ · b · tgo< das Moment · f, so schwenkt der Hebel 75 unter Verringerung des

709S46/0469

DIPL-INC. DIETER JANDER DR.-INC MANFRED BONINQ PATENTANWÄLTE

Winkels (X solange zurück, bis beide Momente wieder im Gleichgewicht sind. Die Bewegung des Hebels 75 wird über das Servosystem auf die Schrägscheibe 61 der Pumpe übertragen.

Zur Steuerung der Pumpe wird zunächst die Schwenkrichtung des Kolbens 79 und damit der Pumpe 50 mit Hilfe eines Wegeventils 80 vorgewählt. In dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Kolben über eine Leitung 81 mit Druck beaufschlagt. Die Leitung 81 ist über das Wegeventil 80 mit einer Leitung 82 verbunden. In diese Leitung 82 gelangt über ein Ventil 83 ein Druckmedium.

Die Höhe des Druckes, der in den Leitungen 81 und 82 wirkt, wird durch das Ventil 83 geregelt, v/elches als Druckminderventil ausgebildet ist. Der Sollwert des Druckes wird von einem Stellorgan 84 vorgegeben, das auf einen Stößel 85 und eine Feder 86 einwirkt. Die Federkraft wird mit der Druckkraft verglichen, die auf dem Schieber des Ventils 83 über einen Kolben 87 einwirkt. Übersteigt die vom Kolben 87 ausgeübte Druckkraft die Kraft der Feder 86, so öffnet das Ventil 83 zu einem Tank 88. Die Folge ist ein Druckabfall in der Leitung 82.

Be:m Anfahren des Wandlers ist die Kraft der Feder 86 auf den Wert Null eingestellt. Damit ist auch Kt™ gleich Null, d.h.

0 = const · ρ · VjT (13)

Die Pumpe hat mit anderen Worten ihre O-Förderposition.

Durch langsames Spannen der Feder 86 wird anschließend Kp- erhöht. Die Folge ist, daß sich am Hydromotor 54 entsprechend der äußeren Belastung M._T eine bestimmte Drehzahl IUr einstellt

K₁T₉ = const/, . Μ«.tv, = const ·ρνττ·η_ρ _

nc.

const- .

709846/0469

DIPL-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINQ PATENTANWÄLTE

- /Al,

Um ein Überschreiten des Pumpendrehmomentes Mp zu verhindern, kann dieses auf einfache Weise begrenzt werden. In dem gezeigten Beispiel wurde an die Leitung 82 ein Druckbegrenzungsventil 89 angeschlossen. Mittels der Feder 90 kann die Höhe des Druckes in der Leitung 82 und folglich der Wert von Krjp oder Kr™ begrenzt werden. Wird der Druck z.B. überschritten, so öffnet das Ventil 89 zum Tank 91. Wie in der in der Leitung 92 angeordneten Drossel 93 tritt in der Leitung 82 ein Druckabfall ein und die Pumpe schwenkt so lange zur Ausgangslage zurück, bis das Druckbegrenzungsventil 89 wieder schließx.

Die Einstellung von Fg bzw. von K_H läßt sich automatisieren. Dies ist zweckmässig, wenn man sogenannte Automatikgetriebe aufbauen will und die Bedienungsperson nur die Kraftmaschine beeinflussen soll. In einem solchen Fall erweist es sich z.B. als sinnvoll, einen Zusammenhang zwischen der Drehzahl eines Dieselmotors und der Größe der Hilfskraft herzustellen. Man kann so erreichen, daß mit zunehmender Drehzahl der Antriebsmaschine das von der Pumpe des Wandlers abgreifbare Drehmoment gleichzeitig steigt.

In Fig. 5 ist dargestellt, wie das Stellorgan 45 zur Einstellung der Hilfskraft Fg mit der Einspritzpumpe 94 eines Dieselmotors verbunden werden kann.

Fig. 6 zeigt eine Lösung, bei der ein Stellorgan 95 durch den Unterdruck im Saugrohr 96 einer Verbrennungskraftmaschine gesteuert wird, und zwar über eine Membran 97, die über eine Stange 98 mit dem Stellorgan 95 in Verbindung steht,

Fig. 7 zeigt eine Variante, bei der der Druck der Feder 46 durch einen Fliehkraftregler 99 einer Antriebsmaschine in Abhängigkeit von deren Drehzahl gesteuert wird.

709846/0469

DIPU-INO. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINC PATENTANWÄLTE

In Fig. 8 ist dargestellt wie eine Beziehung zwischen der Drehzahl n« einer Antriebsmaschine und der Hilfskraft F_Q mittels einer Hilfspumpe 100 erzeugt werden kann. Die Hilfspumpe 100 fördert entsprechend der Drehzahl n_A in eine Leitung 101, an die eine Konstantdrossel 102 angeschlossen ist, ein Druckmedium. Der Druck in der Leitung 101 ist etwa

ρ = const · n^2 (15)

Dieser Druck ρ übt auf die die Hilfskraft Fg bestimmende Feder 46 über einen Kolben 103 eine Kraft aus. Fg wird dann

Fg = const · n_A2 (16)

Der Druck ρ der Hilfspumpe 100 kann auch direkt auf den Kolben 43 einwirken.

Zur Erweiterung des Wandlungsbereiches von hydrostatischen Wandlern werden diese häufig mit zusätzlichen Schaltmöglichkeiten ausgestattet. Die Schaltmöglichkeiten lassen sich durch mechanische Getriebe realisieren oder auch auf hydraulischem Wege, indem man z.B. das Schluckvolumen des Hydromotors umschaltbar ausführt oder aber Möglichkeiten zum Zu- und Abschalten eines oder melxrerer Hydromotoren vorsieht. Die Forderung ist dabei oft, daß das Zuschalten von Überoder Untersetzungsstufen ohne Unterbrechung der Zugkraft erfolgen muß, d.h. daß eine Lastschaltung möglich ist. Eine weitere Forderung besteht darin, daß der Schaltvorgang möglichst .ruckfrei erfolgen soll. Die beschriebenen Wandler erfüllen diese Forderungen in vorbildlicher Weise.

Fig. 10 zeigt in vereinfachter Darstellung einen hydrostatischen Wandler mit einem Hydromotor 104, dem ein mechanisches Lastschaltgetriebe 105 nachgeschaltet ist· Die Pumpe 106 wird von einer Kraftmaschine mit einer Drehzahl

- 14 709846/0469

DIPL-IN(J. DIETER JANDER DR.-INO- MANFRED BoNINO TATENTANWAlTt

angetrieben. Sie fördert Drucköl über eine Leitung 107 zum Hydromotor 104, der mit einer Drehzahl rw rotiert. Die Verstellung erfolgt über ein Stellorgan 108, das ein Steuerventil 109 steuert und die Größe der Hilfskraft F₃ bestimmt. Die Hilfskraft Fg ist dem Antriebsmoment I<L· der Pumpe 104 proportional.

Fig. 11 zeigt das Verhalten des Hydromotors 104 während eines Schaltvorganges. Bei einer bestimmten eingestellten Hilfskraft F₃ ist die Kennlinie 110 des Hydromotors 104 vorgegeben. Entsprechend der ursprünglichen Belastung soll der Motor auf der Kennlinie 110 im Punkte I mit Κ,-γ und n-yrj laufen. Da der Leistungsfluss in Wandler bei ITichtberücksichtigung von Verlusten entsprechend der Einstellung von Fg an allen Punkten gleich ist, gilt

Kp · n_p = M_MI · n_MI = H_v · n_y (17)

np sei konstant und Kp entsprechend der Einstellung von Fg vorgegeben. Wird jetzt z.B. eine Getriebestufe mit zweifacher Übersetzung eingeschaltet, reduziert sich der Druck in der Leitung 107 augenblicklich auf die Hälfte seines ursprünglichen Wertes. Dies bewirkt, daß sich die Pumpe sofort auf das zweifache Hubvolumen Vjj einsteHfc, da

Fg = const. · ρ · V₁T = konst (18)

oder „ . „ _ ^MMI

n_MI = M_MII . n_MII (19)

Da die Eingangswelle des mechanischen Getriebes jetzt mit doppelter Drehzahl rotiert, aber um das Zweifache ins Langsame untersetzt wurde, bleibt My. und n„ des jeweiligen Verbrauchers unverändert. Der Stufensprung wurde voll von der Pumpe kompensiert und die Umschaltung ruckfrei vollzogen.

- 15 709846/0469

DIPL-ING. DIETER JANDER DR-INQ. MANFRED BONINQ PATENTANWÄLTE

Der Hdromotor läuft jetzt auf der Kennlinie 110 im Punkt II.

Es ist gleichgültig, ob die Stufen als mechanisches Schaltgetriebe oder als umschaltbares Schluckvolumen des Hydromotors 104 ausgebildet sind oder ob ein weiterer Hydromotor zugeschaltet wird. In jedem Fall kompensiert die Regelpurnpe den Schaltstoß und stellt sich automatisch auf den neuen Betriebszustand ein.

Eine abgewandelte Ausführung eines hydrostatischen Wandlers mit mechanischer Schaltstufe ist in Fig. dargestellt. Hier wurde ein Lastschaltgetriebe 111 vor dem Antrieb der Pumpe 112 angeordnet. Läuft der v/andler z.B. auf der Kennlinie gemäß Fig. 13 im Punkte I und wird das Lastschaltgetriebe 111 im Verhältnis 1 : ins Schnelle umgeschaltet, so läuft die Pumpe 112 mit doppelter Drehzahl im Punkt II in Fig. 13. Damit die gleiche Leistung übertragen wird, muß auch das AntriebsaoKient Hp auf den halben Wert zurückgehen bzw. das Hub-. volumen der Pumpe auf die Hälfte reduziert werden. Erst darm läuft der Hydromotor 113 trotz des Umschaltvorganges mit konstanter Drehzahl n,._T und konstantem Drehmoment I-L, weiter. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß die dem Aniriebsmoment proportionale Stellkraft F_n auf den halben v.ert zurückgenommen wird. Das ist dadurch möglich, daß entweder die Sollwertfederkraft des Druckregelventils 1"4 un den Faktor 2 reduziert wird oder die Istwertdruck-V.raft des Ventils 114 verdoppelt wird. Im dargestellten -j^i.spiel geschieht das dadurch, daß aber ein schaltbares /eneil 51 ein Kolben 116 einem Kolben 117 gleicher Kolbenfläche hydraulisch zugeschaltet wird.

-16-

709846/0469

BAD ORIGINAL

Claims

DiPLiNC. DIETER JANDER DR.-INC MANFRED BONINQ

-yt-

Patentansprüche

Stufenlos durch ein Stellorgan einstellbarer hydrostaischer Wandler mit mindestens einem Hydromotor und mindestens einer Pumpe, deren den Zusammenhang von Förderdruck ρ und Hubvolumen V,, darstellende Kennlinie einen hyperbolischen Teil besitzt, der durch einen Drehmomentenregler an der Pumpe bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentenregler mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer variablen Hilfskraft (B¹J versehen ist, deren Größe zwecks Verschiebung des hyperbolischen Teils der kennlinie im Kennfeld des Hydromotors (25,54,104,113) mit Hilfe des Stellorgans (45,84,95,108) für die Pumpe (21,50, 106, Hi.-.; einstellbar ist.

2. .hydrostatischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sein Stellorgan (45) mit dem xieclienungishebel einer Antriebsmaschine für den Wandler gekoppelt ist.

:■. Hydrostatischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c Ii net, daß sein Stellorgan (95) durch den Unterdruck im Saugrohr (96) einer Verbrennungskraftmaschine zum Antrieb des Wandlers gesteuert wird.

4. ^ydrostatischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sein Stellorgan von einem Fliehkraftregler (99) einer Antriebsmaschine für den Wandler gr'uildet v/ird.

statischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch g e k einzeichnet, daß sein Stellorgan von einer Hilfspumpe (100) gebildet wird, die von einer Antriebsmaschine für den Wandler angetrieben ward.

- 17 -

709Ö46/0469

DIPL-INCDIETERJANDER DR.-INCJ. MANFRED BONINC

PATENTANWÄLTE 262Ü692

6. Hydrostatischer Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Druckseite der Hilfspumpe (100) eine Konstantdrossel (102) angeordnet ist.

7. Hydro statischer Wandler nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß den Wandler (106,104) mindestens ein mechanisches Lastschaltgetriebe (105) nachgeschaltet ist.

8. Hydrostatischer Viandler nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennze ichnet , daß dem Wandler (112,113) mindestens ein mechanisches Lastschaltgetriebe (111) vorgeschaltet ist.

9. Hydrostatischer Wandler nach einen der Ansprüche 1 - S, dadurch gekennzeichnet , daß das Schluckvolumen der Hydromotore umschaltbar ist.

10. Hydrostatischer Wandler nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet , daß er mehrere stufenweise zu- und abschaltbare hydrostatische Verbraucher aufweist.

11. Hydrostatischer Wandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die hydrostatischen Verbraucher in Reihe schaltbar sind.

IiB: BL

709846/0469