DE2757416A1 - Fluessigkeitsgetriebe - Google Patents

Description

HEINZ H. PUSCHMANN · PATENTANWALT D 8000 MÜNCHEN 22 · THOMAS-VlMMtR-RlNC 14

TELEFON 089/227887 2 7 5 7 A 1 6

EIMCO (GREAT BRITAIN) LIMITED München, 21. Dez. 1977 Earlsway, Team Valley P-528/77

Gateshead, HE 11 OSB, England Pu/a Flüssigkeitsgetriebe

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsgetriebe mit mindestens einer von einer Kraftmaschine mit konstanter Leistung angetriebenen Pumpe, durch die ein Druckmittel aus einem Behälter zu einem in seiner Bewegungsrichtung umkehrbaren, gegen einen sich ändernden Widerstand arbeitenden Hydromotor gepumpt wird, wobei in der Verbindungsleitung zwischen Pumpe und Hydromotor ein Steuerventil vorgesehen ist, das die Schaltstellungen "Vorwärts", "Null" und "Rückwärts" aufweist.

Derartige Flüssigkeitsgetriebe eignen sich für Fahrzeuge, insbesondere für Erdbewegungefahrzeuge, die ständig wechselnde Fahrwiderstände unterschiedlicher Höhe zu überwinden haben und die sehr häufig vor- und zurückfahren müssen. In solchen Fahrzeugen war bisher der Ausgang einer Kraftmaschine mit den Fahrzeugrädern über ein Flüssigkeitsgetriebe verbunden, dessen Druckflüssigkeit über Achsialkolbenpumpen gefördert wurde. Diese Pumpen werden verwendet, da ihre Förderleistung sich über einen großen Bereich exakt verändern läßt, so daß diese unmittelbar auf die sich ständig ändernden Anforderungen an das Kraftübertragungssystem anpassen läßt. Nachteilig ist jedoch, daß diese Pumpen und Ihr Einbau verhältnismäßig teuer sind, und es außerdem verhältnismäßig schwierig ist, sie auf Dauer ohne Ausfälle in Betrieb zu halten.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Flüssigkeitsgetriebe zu schaffen, dessen Förderleistung ebenfalls über einen weiten Bereich einstellbar ist, das aber gegenüber den bekannten Achsialkolbenpumpen konstruktiv einfache Mittel aufweist und mit geringeren Kosten als bisher herstellbar istfind das auch unter erschwerten Betriebsbedingungen störungsfrei funktioniert.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß mehrere synchron angetriebene Pumpen mit konstantem Förderstrom vorgesehen sind, von denen lediglich eine Pumpe direkt und die anderen Pumpen jeweils über vordruckbelastete Wegeventile mit dem Steuerventil verbunden sind, die, sobald der Förderdruck die Höhe des Vordrucks erreicht hat, ihren zugeordneten Pumpenausgang mit dem Behälter verbinden.

Durch das erfindungsgemäße Flüssigkeitsgetriebe werden also die teuren Achsialkolbenpumpen, deren Einbau ebenfalls kompliziert ist, durch eine Reihe von Zahnradpumpen ersetzt, deren Fördermenge jeweils den Antriebsachsen über eine Reihe einfacher hydraulischer Umkehrventile zuführbar ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungebeispiels beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 einen Hydraulikschaltplan für das Flüssigkeitsgetriebe gemäß der Erfindung,

Figur 2 ein Steuerventil des Hydraulikschaltplans nach Figur 1,

Figuren das Steuerventil nach Figur 2 in zwei verschiedenen 3 und 4- Arbeitsstellungen.

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Der in den Zeichnungen dargestellte Hydraulikkreislauf stellt ein hydraulisches Übertragungssystem dar,das als automatisches Vierganggetriebe arbeitet. Als Antriebsmaschine dient eine Kraftmaschine PH, die entweder ein Dieseloder ein Elektromotor sein kann, durch welche eine Beihe von Pumpen 1, 2, 3» * angetrieben wird. Hierdurch*ein ölstrom aus einem Behälter T abgepumpt, der zum Antrieb eines Hydraulikmotors MF dient. Der Hydraulikmotor treibt seinerseits die Räder eines nicht dargestellten Fahrzeugs an, beispielsweise ein Erdbewegungsfahrzeug, in das das Flüssigkeitsgetriebe und die Antriebsmaschine eingebaut

^sind· * wird

Der Hydraulikkreislauf insgesamt wird durch die Einstellung eines Steuerventils DV gesteuert, das in eine Vorwärts-, Null- und Rückwärtsstellung bringbar ist. Wenn der Fahrer des Fahrzeugs das Steuerventil DV in die Stellung "Vorwärts" einstellt, während die Antriebsmaschine läuft, beginnt das Ol oder ein anderes hydraulisches Medium aus dem Behälter T zum Hydraulikmotor MF zu strömen und das Fahrzeug fährt vorwärts, sobald der Hydraulikmotor MF die mit dem Boden in Verbindung stehenden Räder antreibt. Wenn sich das Fahrzeug zu Beginn über ziemlich ebenes Gelände bewegt und die Belastung am geringsten ist, pumpen alle Pumpen 1, 2, 3» 4-, die sich auf einer gemeinsamen, mit dem Ausgang der Antriebsmaschine verbundenen Welle befinden, Hydraulikmedium zum Hydraulikmotor MF und das Fahrzeug erreicht seine Höchstgeschwindigkeit und fährt mit ihr so lange vorwärts wie das Steuerventil DV in seiner maximalen Vorwärtsstellung gehalten wird.

Sobald der Fahrwiderstand ansteigt - beispielsweise wenn das Fahrzeug in ansteigendes Gelände kommt - erhöht sich auch der Druck des zum Motor MF geförderten hydraulischen Mediums. Eine in den Hydraulikkreislauf eingebaute Druckprüfleitung PL überwacht diesen Druckanstieg am Motor MF und (vgl. Figur 2) über-

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mittelt den festgestellten Druckanstieg an einen Stellzylinder SC, der ein Wegeventil (V^, V^» V,) betätigt.

Dieses Wegeventil ist in den Figuren 2 bis 4 im einzelnen dargestellt und ist im wesentlichen ein Kolbenschieberventil, das bei Verstellung in vorbestimmter Größe den Flüssigkeitsstrom der Reihe nach durch die Pumpen 1,2,3 zum Behälter T zurückleitet, wodurch die Pumpen mit zunehmendem Druck am Hydraulikmotor MF nacheinander aus dem Hydraulikkreislauf zwischen Antriebsmaschine PM und Hydraulikmotor MF ausgeschaltet werden.

Die Wirkungsweise des Kolbenschieberventils ist aus den Figuren 2 bis 4 zu entnehmen. Das eine Ende eines Kolbenschiebers wird über eine getrennte Druckquelle mit konstantem Druck CP beaufschlagt. Sobald der Druck in der Prüfleitung PL diesen konstanten Druck CP übersteigt, betätigt der Stellzylinder SC den Kolbenschieber, so daß der Flüssigkeitsstrom von der jeweils angesteuerten Pumpe anstatt zum Hydraulikmotor MF unmittelbar in den Tank T zurückgeleitet wird. Als praktische Ausführungsform ist es zweckmäßig, das Wegeventil V^, V~, V, in Verbund- oder Kompaktbauweise auszuführen, so daß es für die Steuerung von drei der vier Pumpen 1 bis 4 im Hydraulikkreislauf nach Figur 1 dient, während das in den Figuren 3 und 4 gezeigte Ventil als Einzel ventil nur eine Pumpe steuern kann.

Beim Start des Fahrzeugs auf ebenem, flachen Gelände sind also alle vier Pumpen 1 bis 4 in Betrieb; sobald das Fahrzeug auf ansteigendes Gelände fährt, tritt ein Druckanstieg in der Prüfleitung ein, durch den der Stellzylinder SC derart betätigt wird, daß er einen ersten Abschnitt des Wegeventils V^, Vp, V, betätigt und dadurch die Pumpe 1 aus dem Hydraulikkreislauf schaltet; bei weiterem Druckanstieg in der Prüfleitung auf noch weiter ansteigendem Gelände wird das Wegeventil Vp betätigt, so daß die von der Pumpe 2 geförderte Druckflüssigkeit in den Tank T zurückgeführt wird; weiterhin ansteigender Fahrwideretand be-

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wirkt eine Betätigung des Wegeventils V,, durch die die Pumpe 3 aus dem Hydraulikkreislauf herausgenommen wird, so daß nur noch die Pumpe 4 läuft und dem Hydraulikmotor MP Druckflüssigkeit zuführt.

Bei noch weiter ansteigendem Förderdruck hebt die Pumpe 4 ein Druckbegrenzungsventil HV (Maximalν entil) an, da sie nicht über das Wegeventil V₁, Vg, V* betätigt wird, sondern ständig mit dem Hydraulikmotor NF verbunden ist. Das Druckbegrenzungsventil RV kann beispielsweise so eingestellt sein, daß es von seinem Sitz abhebt, sobald der Druck in der Leitung zwischen der Pumpe 4 und dem Hydraulikmotor MF so groß geworden ist, daß die Antriebsräder durchdrehen.

Wird das Steuerventil DV in seine Nullstellung überführt, so wird der Flüssigkeitsstrom aus allen vier Pumpen 1, 2, 3 und H- unmittelbar in den Behälter T zurückgepumpt, da ferner in der Nullstellung alle beweglichen Teile des Steuerventils DV geschlossen sind, bleibt das Fahrzeug stehen. Wird das Steuerventil DV in seine Stellung "rückwärts" gebracht, fährt auch das Fahrzeug rückwärts und der Hydraulikkreislauf wirkt auch in der Rückwärtsfahrt als ein automatisches Vierganggetriebe.

Da bis zu drei der vier Pumpen mit zunehmendem Leistungsbedarf des Hydraulikmotors MF aus dem Hydraulikkreislauf nacheinander herausgenommen werden können, kann mit Hilfe dieses Hydraulikkreislaufes der Flüssigkeitsstrom derart geregelt werden, daß ständig die maximale Leistung der Antriebsmaschine PM ausgenutzt wird. In diesem Hydraulikkreislauf lassen sich einfache Zahnradpumpen anstelle der wesentlich teureren, stufenlos regelbaren Achsialkolbenpumpen mit der gleichen Steuerwirkung verwenden.

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Es ist ferner sehr viel wirksamer, die von Pumpen nacheinander geförderte Druckflüssigkeit in den Behälter zurückströmen zu lassen als damit ein Druckbegrenzungsventil zu betätigen.

Für die Wegeventile V^, V2> V, lassen sich bekannte und handelsübliche Umsteuerventile verwenden. Die Zahnradpumpen in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind ebenfalls handelsübliche Ausführungen.

Nunmehr sei ein Konstruktionsbeispiel beschrieben.

Für die Bewegung eines Fahrzeugs auf ebenem Gelände werden mit einer Antriebsmaschine mit 40 PS Leistung vier Pumpen 1, 2, 3» 4 angetrieben, die bei einem Druck von 600 psi (42,2 Kg/cm²) Jeweils 28,8 (212 1), 14,5 (108 1), 10,6 (79,3 1) und 14,4 (108 1) gal/min (l/min) fördern. Wenn das Gelände ansteigt, kann derDruck in der Prüfleitung auf 1100 psi (77»3 kg/cm ) ansteigen und die Pumpe 1 mit einer Fördermenge von 28,8 gal/min (212 1) kann ausgeschaltet werden; bei weiterem Geländeanstieg steigt der Druck in der Prüfleitung auf I5OO psi (I05 kg/cm ) an, so daß sowohl die von der Pumpe 2 geförderte Flüssigkeitsmenge von 108 l/min als auch die von der Pumpe 1 geförderte Flüssigkeitsmenge von 212 1/ min in den Behälter zurückfließen. Erhöht sich der Fahrwiderstand noch weiter und steigt der Druck in der Prüfleitimg z.B. auf 1750 psi (279 kg/cm ) an, wird zusätzlich zu den beiden anderen auch noch die Pumpe 3 mit ihrer Fördermenge von 79»3 1/ min herausgenommen, so daß nur noch die Pumpe 4 übrigbleibt, die 108 l/min Druckflüssigkeit mit 1750 psi (279 kg/cm²) an den Hydraulikmotor MF abgibt.

Der letzt-genannte Fall, bei dem nur noch eine Pumpe arbeitet, entspricht etwa dem "Baggergang" der Räder eines Lade-Fahrzeuges, das Erde lädt. Der eigentliche Baggerausleger und die Baggerschaufel (Kübel) werden natürlich über einen getrennten hydraulischen Antrieb angetrieben. q

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Das beschriebene Flüssigkeitsgetriebe eignet sich insbesondere für Erdbewegungsfahrzeuge, die sehr häufig vor und zurück und über sehr unterschiedliches Gelände fahren müssen und die sich ständig ändernde Fahrwiderstände überwinden müssen, z.B. wenn sie sich in unbeladenem Zustand auf ebenem Gelände bewegen oder wenn sie sich in ihrer "Bagger"- oder "Rammstellung" befinden.

Wie aus Figur 1 hervorgeht, kann das dargestellte Hydrauliksystem abgewandelt werden, indem mit der Antriebsmaschine FB der Pumpenreihe 1, 2, 3» 4- eine weitere einzige große Hydraulikpumpe BP (strichpunktiert gezeichnet) verbunden wird. Die nebeneinander angeordneten Pumpen 1 bis 4- sind mechanisch miteinander verbunden, so daß sie alle mit der gleichen Geschwindigkeit angetrieben werden. Durch die Zwischenschaltung dieser Pumpe wird der Hauptstrom der Druckflüssigkeit in vorbestimmte einzelne Flüssigkeitsströme aufgeteilt, die dann durch die zuvor beschriebenen Wegeventile gesteuert werden.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   Flüssigkeitsgetriebe mit mindestens einer von einer Kraftmaschine mit konstanter Leistung angetriebenen Pumpe, dnrch die ein Druckmittel aus einem Behälter zu einem in seiner Bewegungsrichtung umkehrbaren, gegen einen sich ändernden Widerstand arbeitenden Hydromotor gepumpt wird, wobei in der Verbindungsleitung zwischen Pumpe und Hydromotor ein Steuerventil vorgesehen ist, das die Schaltstellungen "Vorwärts", "Null" und "Rückwärts" aufweist, dadurch g ekennzeichnet , daß mehrere synchron angetriebene Pumpen (1, 2, 3, 4) mit konstantem Förderstrom vorgesehen sind, von denen lediglich eine Pumpe (4) direkt und die anderen Pumpen (1, 2, 3) jeweils über vordruckbelastete Wegeventile (V^, V₂, VJ) mit dem Steuerventil (DV) verbunden sind, die, sobald der Förderdruck die Höhe des Vordrucks erreicht hat, ihren zugeordneten Pumpenausgang mit dem Behälter (T) verbinden.
2. 2. Flüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Pumpen (1, 2, 3» 4) unterschiedlicher Fördermenge vorgesehen sind.
3. 3. Flüssigkeitsgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgänge von mindestens zwei der Pumpen (1, 2, 3, 4) jeweils über den Steuerschieber des Wegeventile (V-1, 2, 3) steuerbar sind, dessen Eingang über eine getrennte Prüfleitung (SC) mit dem den Hydromotor (MF) durchströmenden Flüssigkeitsstrom verbunden ist, daß in der Anfangsstellung der Steuerschieber die Fördermenge aller Pumpen (1,2,3»4)

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   an den Hydromotor (MF) abgegeben wird, daß bei zunehmendem
   Leistungsbedarf des Hydromotors (MF) und Erhöhung des Drucks der den Hydromotor (MF) durchströmenden Flüssigkeit die Steuerschieber (V-1, 2,3) in aufeinanderfolgenden vorbestimmten
   innerhalb der Prüfleitung (SC) festgestellten Druckbereichen derart betätigt, daß die von den Pumpen (1, 2, 3» 4·) geförderten Druckmittelmengen nacheinander in den Behälter (T) unter Umgehung des Hydromotors (MF) zurückgeleitet werden, und daß die Pumpenausgänge dem Hydromotor selbsttätig nacheinander
   wieder zugeschaltet werden, und zwar umgekehrt zur Reihenfolge, in der sie vom Wegeventil (V-1, 2, 3) ausgeschaltet wurden, sobald der Leistungsbedarf des Hydromotors wieder absinkt.

   Hydraulikgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
   gekennzeichnet , daß mit der Kraftmaschine (PM) eine weitere Pumpe (HP) verbunden ist, durch die Druckmedium vom Behälter (T) abgepumpt und den einzelnen synchron angetriebenen Pumpen (1, 2, 3» ²O zugeführt wird.

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