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Schaltungsanordnung eines hydraulischen Druckreglers zum selbsttätigen
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Regeln hydrostatischer Wandler auf einen konstanten Druck Die Erfindung
betrifft eine Schaltungsanordnung eines hydraulischen Druckreglers zum selbsttätigen
Regeln eines hydrostatischen, hydraulisch ferngesteuerten Wandlers auf einen konstanten
Druck.
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Hydrostatische Getriebe, die regelbare oder nicht regelbare Hydrogeneratoren
und Hydromotoren aufweisen, zeichnen sich durch hohen Wirkungsgrad, lange Lebensdauer,
hohe Zuverlässigkeit, kleine Masse und kleine Abmessungen und vor allem durch leichtes
und stufenloses Regeln des Übertragungsverhältnisses aus. Diese Vorteile zeigen
sich insbesondere bei selbsttätigen Reglern. Eine selbsttätige Konstantregelung
des hydrostatischen ubertragungsdrehmoaents durch Regeln des hydrostatischen Regelwandlers
an der Generator-oder Motorseite und eine Konstartregelung der Leistung durch Regeln
des hydrostatischen Regelwandlers an der Motorseite sind die beiden hauptsächlichsten
Regelarten, die bei hydrostatischen Getrieben, die durch Konstantregelung des Getriebedrucks
erreichbar sind. In den meisten Anwendungsfällen, vor allem bei Ubertragung einer
höheren Leistung als 30 KW, und wenn eine inverse Ubertragung der Leistung giordert
wird, ist die Anwendung geschlossener hydrostatischer Getriebe vorteilhaft, deren
Bestandteil Jeweils ein zusätzlicher Niederdruck - Hilfs-Hydrogenerator ist.
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Derzeit bekannte Anordnungen, die ein selbsttätiges Regeln des Drehmomentes
und
der Leistung hydrostatischer Getriebe durch Regeln des Drucks des hydrostatischen
Wandlers ermöglichen, sindderart ausgebildet, daß sie einerseits ihre Betriebsflüssigkeit
direkt am Ausgang des Regelhydrogenerators entnehmen, andererseits lediglich für
eine besondere Steuerzylinderbauart geeignet sind. Diese Ausführungen sind für einen
fest vorgegebenen Druck ausgebildet und ermöglichen kein stufenloses Fernsteuern
des Druck-Sollwerts.
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Die erwähnten bekannten Anordnungen, bei denen der Steuerdruck direkt
vom Ausgang des Regelhydrogenerators abgenommen wird, ergeben bei hohem Arbeitsdruck
eine sehr aufwendige und hohe Anforderungen an die Festigkeit stellende Kons1Ztion.
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Sodann ermöglichen diese Anordnungen keine Vereinheitlichung im Aufbau
mit anderen Reglern, die Niederdruck-Umstell-Servozylinder zum Regeln des geometrischen
Volumens des Wandlers und de s Ni des Niederdruck-Hydrogenerators aufweisen. Ferner
ermöglichen diese bekannten Anordnungen, die Regelung nur eines festeingestellten
Druckwertes und keine Fernsteuerung des Sollwertes, beziehungsweise kein programmiertes
Regeln, was vor allem bei mobilen Arbeitsmaschinen gefordert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art anzugeben, die bei einfachem Aufbaueine Drucksollwert-Fernsteuerung
ermöglicht.
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Nach der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein hydraulischer
Schieber, dessen erster hydraulischer Ausgang über eine erste Leitung und dessen
zweiter hydraulischer Austritt über eine zweite Leitung an einen Servozylinder gegebenenfalls
an einen zusätzlichen Servozylinder angeschlossen ist, starr oder axial elastisch
mit einem Kolben in Verbindung steht, der in einem Steuerzylinder gelagert ist,
an den eine Steuerspeiseleitung und eine Steuerausgangsleitung angeschlossen sind,
wobei dieser Kolben gegen eine Feder und
einen Tauchkolben wirkt,
der durch eine Druckleitung über ein doppeltwirkendes Rückschlagventil an eine Eingangsdruckleitung
und eine Ausgangsdruckleitung eines hydrostatischen Wandlers angeschlossen ist.
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Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß Räume an den Stirnflächen des
hydraulischen Schiebers oder ein erster Dämpfungszylinder und ein zweiter Dämpfungszylinder,
deren Kolbenstangen mit dem hydraulischen Schieber starr in Verbindung stehen, über
eine erste Rückkopplungsleitung, eine zweite Rückkopplungsleitung und einen hydraulischen
Widerstand verbunden sind, der über eine erste Umschaltleitung an einen doppeltwirkenden
Speicher angeschlossen ist, der über eine zweite Umschaltleitung derart mit dem
ersten hydraulischen Ausgang verbunden ist, daß der hydraulische Widerstand in Reihenschaltung
mit dem doppeltwirkenden Speicher zwischen dem ersten hydraulischen Ausgang und
dem zweiten hydraulischen Ausgang liegt. Im ersten hydraulischen Ausgang, im zweiten
hydraulischen Ausgang, in der Druckleitung und in der Speiseleitung können hydraulische
Dämpfungswiderstände vorgesehen sein.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist, daß ihre
konstruktive Ausführung einfach ist und ihre Abmessungen und Herstellung nicht anspruchsvoll
sind. Sie gestattet ftir geschlossene hydraulische Ubertragungselemente die Verwendung
eines zusätzlichen Hydrogenerators als Druckquelle, eine Vereinheitlichung der Konstruktionen
mit anderen Regelarten, ein Fern- beziehungsweise programmiertes Steuern tee Soll-Wertes
und so das Ausnützen von vollautomatisierten hydrostatischen Getrieben mit einem
Regelwandler an der Motorseite, vor allem bei mobilen Arbeitsmaschinen. Der Regler
besitzt keine mechanische Rückkopplung seiner Lage, sondern eine hydraulische, dynamische
Rückkopplung von Ausgangsdruckgefälle. Die Schaltungsanordnung ermöglicht beim Regeln
der Leistung die Anwendung hydrostatischer reversibler
Antriebe
mit einem Regelhydrogenerator und einem Regelwandler, das heißt, bei einem Hydromotor
oder Hydrogenerator an der Motorseite ein Anschließen der Leistungsregelung des
Hydrogenerators an die Regelung des sekundären, das heiß des Motorteiles, den sie
überwacht. Die dynamischen Eigenschaften des ganzen Systems können beeinflußt werden
und durch Ändern der Größe von Dämpfungselementen geeignet eingestellt werden.
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Die Zeichnungen stellen bevorzugte Schaltungsbeispiele des erfindungsgemäßen
hydraulischen Druckreglers schematisch dar. Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung
eines Druckreglers, der eine elastische Kupplung zwischen einem hydraulischen Schieber
und einem Schaltzylinder aufweist, der an einen hydrostatischen Regelwandler an
der Motorseite angeschlossen ist, mit direkt gesteuerten Servozylindern des Wandlers,
die dessen Volumen bestimmen; Fig. 2 eine Schaltungsanordnung eines Druckreglers,
der eine starre Kupplung des Schiebers mit dem Schaltzylinder aufweist, der an einen
reversiblen Regelhydrogenerator mit indirekt gesteuerten Servozylindern des Wandlers
angeschlossen ist, die dessen Volumen über einen reversiblen Verteiler, Servozylinder
und einen mechanisch-hydraulischen Lageservomechanismus steuern, und die Fig. 3,
4 und 5 einzelne Arbeitslagen des hydraulischen Schiebers.
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In Fig. 1 ist ein hydraulischer Schieber 1 dargestellt, dessen erster
hydraulischer Ausgang 2 und zweiter hydraulischer Ausgang 3 Jeweils über eine erste
Leitung 4 und eine zweite Leitung 5 mit einem Servozylinder 6 eines hydrostatischen
Wandlers 7 verbunden sind, um dessen geometrisches Volumen zu bestimmen. Der Schieber
1 ist in axialer Richtung elastisch mit einem Kolben 8 verbunden, der in einem Steuerzylinder
9 gelagert ist. Dieser ist über eine Steuerspeiseleitung 10 und eine Steuerausgangsleitung
11 an ein Steuerdruckgefälle angeschlossen. Der Kolben 8 wirkt von der einen Seite
her gegen eine vorgespannte Ausgleichsfeder 12 und einen Tauchkolben 13, der über
eine Druckleitung 14 und ein Doppelrückschlagventil 27 den Druck in einer Eingangsdruckleitung
15 oder in einer Ausgangsdruckleitung 16 des hydrostatischen Wandlers 7 aufnimmt.
Räume auf den Stirnseiten des Schiebers 1 oder ein erster Dämpfungszylinder 17 und
ein zweiter Dämpfungszylinder 18, deren Kolbenstangen starr mit dem Schieber verbunden
sind, sind über eine erste Rückkopplungsleitung 19, eine zweite Rückkopplungsleitung
20 und einen hydraulischen Widerstand 21 miteinander verbunden, der außerdem mit
einem doppeltwirkenden Speicher 22 in Reihe geschaltet ist. Diese Reihenschaltung
überbrückt zusammen mit einer ersten Umschaltleitung 23 und einer zweiten Umschaltleitung
24 den ersten hydraulischen Ausgang 2 und den zweiten hydraulischen Ausgang 3. Im
ersten hydraulischen Ausgang 2, im zweiten hydraulischen Ausgang 3, in der Speiseleitung
25 und in der Druckleitung 14 liegen hydraulische Dämpfungswiderstände 26. Der Schieber
1 verbindet beim Verschieben den ersten hydraulischen Ausgang 2 oder den zweiten
hydraulischen Ausgang 3 mit der Speiseleitung 25 und gleichzeitig den ersten hydraulischen
Ausgang 2 oder den zweiten hydraulischen Ausgang 3 mit der Ausgangsleitung 28.
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Fig. 2 zeigt einen Schieber 1, dessen erster hydraulischer Ausgang
2 und zweiter hydraulischer Ausgang 3 über die erste Leitung 4, beziehungsweise
eine zweite Leitung 5 und über ein hydraulisches Steuerventil 29 mit einem zusätzlichen
Servozylinder 6a verbunden sind, der durch eine Hebelübersetzung 30 über ein mechanisch-hydraulisches
Servoventil 31 den Servozylinder 6 steuert, der das geometrische Volumen des hydrostatischen
Wandlers 7 bestimmt.
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Diese beiden Schaltungsbeispiele des eigentlichen Reglers und dessen
Verbindung mit dem steuerbaren Wandler können entsprechend den Forderungen des Anwenrhrgsfalls
kombiniert werden.
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Beim hydrostatischen Übertragen strömt das Drucköl in der Eingangsdruckleitung
15 oder in der Ausgangsdruckleitung 16 zwischen dem Hydrogenerator und dem Hydromotor,
und die Größe des Druckes ist der Größe der Belastung des Hydromotors und seinem
geometrischen Volumen proportional, oder die Größe des Druckes ist dem geometrischen
Volumen des Regelhydrogenerators und der Größe der Belastung proportional, die von
der Arbeitsgeschwindigkeit des Hydromotors bei konstantem geometrischen Volumen
abhängt. Die aus der Eingangsdruckleitung 15 oder der Ausgangsdruckleitung 16 abgenommenen
Werte des geregelten Drucks werden über die Druckleitung 14 und einen hydraulischen
Dämpfungswiderstand 26 an den Tauchkolben 13 übertragen. Das Steuern des Wertes
des geregelten Drucks wird durch den Druckunterschied in der Steuerspeiseleitung
10 und der Steuerausgangsleitung 11 bewirkt, der auf den Kolben 8 im Steuerzylinder
9 gegen die konstante Vorspannung der Feder 12 und gegen den Druck des Tauchkolbens
13 einwirkt.
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Bei Gleichgewicht der Kräfte von Tauchkolben 13, Steuerkolben 8 und
Feder 12, das heißt, wenn der Wert (Istwert) des geregelten Drucks gleich dem Wert
des geforderten
Steuerdrucks (Sollwert) am Kolben 8 ist, nimmt
der Schieber 1 die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Lage ein, in der zwischen
den hydraulischen Ausgängen 2 und 3 ein konstanter Druckunterschied herrscht und
der Durchfluß in diesen Ausgängen gleich Null ist. Infolgedessen ergibt sich eine
konstante Lage des Servozylinders 6, gegebenenfalls des zusätzlichen Servozylinders
6a. Das wiederum bedeutet, daß ein konstantes geometrisches Volumen des hydrostatischen
Wandlers 7 eingestellt ist, wobei ein Gleichgewicht zwischen dem Soll-Wert und dem
abgenommenen Ist-Wert des geregelten Druckes vorliegt. Eine Vergrößerung oder Verkleinerung
des Ist-Wertes des geregelten Drucks gegenüber dem Soll-Wert bedeutet eine Störung,
auf die das Abnahmesystem, bestehend aus dem Tauchkolben 13, der Feder 12 und dem
Kolben 8 derart anspricht, daß es sich in oder gegen die Richtung der Wirkung der
Feder 12 verschiebt und so ein Verschieben des Schiebers 1 in oder gegen die Richtung
der Wirkung der Feder 12 in eine, in Fig. 4 oder 5 dargestellte, Lage bewirkt, in
der der Schieber 1 die Speiseleitung 25 mit dem zweiten hydraulischen Ausgang 3
oder mit dem ersten hydraulischen Ausgang 2 und den ersten hydraulischen Ausgang
2 oder den zweiten hydraulischen Ausgang 3 mit der Ausgangsleitung 28 verbindet,
was einen Durchfluß im ersten hydraulischen Ausgang 2 und im zweiten hydraulischenAusgang
3 bewirkt und eine derartige Änderung ihres Druckunterschieds, daß im zweiten hydraulischen
Ausgang 3 der Druck ansteigt oder sinkt und im ersten hydraulischen Ausgang 2 sinkt
oder ansteigt. Eine Erhöhung des Drucks im zweiten hydraulischen Ausgang 3 hat einen
Durchfluß vom Schieber 1 zum Servozylinder 6, gegebenenfalls zum Servozylinder 6a
zur Folge. Ein Sinken des Drucks im zweiten hydraulischen Ausgang 3 hat einen Durchfluß
vom Servozylinder 6, gegebenenfalls vom Servozylinder 6a, zum Schieber 1 und damit
ein Verschieben des Servozylinders 6, gegebenenfalls des Servozylinders 6a, in Richtung
einer Vergrößerung oder Verkleinerung des geometrischen Volumens des hydrostatischen
Wandlers 7 zur Folge, so daß ein derartiges geometrisches Volumen des hydrostatischen
Wandlers 7 eingestellt wird, bei dem ein Gleichgewicht zwischen Soll- und Ist-Wert
des geregelten Drucks vorliegt. Eine Änderung des Druckunterschieds zwischen dem
ersten
hydraulischen Ausgang 2 und dem zweiten hydraulischen Ausgang
3, die durch eine Störung des geregelten Drucks oder durch Änderung des Soll-Wertes
des geregelten Drucks durch den Steuerdruck in der Steuerspeiseleitung 10 und Steueraustrittsleitung
11 bewirkt wird, hat einen Ölfluß aus dem ersten hydraulischen Ausgang 2 oder aus
dem zweiten hydraulischen Ausgang 3 über die erste Umschaltleitung 23 und die zweite
Umschaltleitung 24 in den doppelt wirkenden Speicher 22 zur Folge, der einen Druckunterschied
am hydraulischen Widerstand 21 verursacht. Dieser Druckunterschied wird durch die
erste Rückkopplungsleitung 19 und die zweite Rückkopplungsleitung 20 an die Flächen
der Dämpfungszylinder 17 und 18 geleitet und wirkt einer Verschiebung des Schiebers
1 entgegen, die durch diese Störung bewirkt wurde. Die erforderlichen dynamischen
Eigenschaften des Reglers sind durch den hydraulischen Widerstand 21, den doppelt
wirkenden Speicher 22 und die hydraulischen Dämpfungswiderstände 26 sichergestellt.
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Der selbsttätige hydraulische Druckregler kann zum Regeln des Drucks
eines hydraulischen Getriebes verwendet werden, zum Beispiel zum Regeln eines Regelhydromotors
eines hydrostatischen Regelkreises als Teil einer selbsttätigen Regelung einer Antriebsmaschine
einer fahrbaren Erdumschlag- oder Baumaschine auf konstante Leistung.
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