DE2819525A1

DE2819525A1 - Steuersystem

Info

Publication number: DE2819525A1
Application number: DE19782819525
Authority: DE
Inventors: Cyril William Habiger
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1977-06-16
Filing date: 1978-05-03
Publication date: 1979-01-11
Also published as: US4094145A; JPS6142117B2; FR2394697A1; GB1557951A; CA1089326A; JPS546102A; FR2394697B1; DE2819525C2

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. _# · ₈₀₀₀ MÖNCHEN 22

KARL H. WAGNER ' geworzmOhlsrasse

^ POSTFACH 246

3. Mai 1978 78-S-3O54

CATERPILLARTRACTORCO., Peoria, 111 61629, V.St.A.

Steuersystem

Zahlreiche Fahrzeuge mit hydrostatischen Getrieben sind auch mit einer Unterdrehzahl-Betätigungsvorrichtung ausgestattet, die die Belastung des Motors durch Verminderung der Verdrängung der Pumpe des hydrostatischen Getriebes dann reduziert, wenn die Motordrehzahl unter einen vorgewählten Drehzahlbereich abfällt, und zwar infolge einer externen Belastung, wie beispielsweise dann, wenn das Fahrzeug bergauf arbeitet oder in anderer Weise auf eine erhöhte Last auftrifft. Eines der Probleme bei solchen Unterdrehzahl-Betätigungsvorrichtungen besteht darinnen, daß ein schnelles Ansprechen vorgesehen wird, wenn eine Last plötzlich auf das hydrostatische Getriebe ausgeübt wird, wodurch ein plötzlicher Anstieg des Pumpenausgangsdrucks und eine Abnahme der Motordrehzahl hervorgerufen wird. Es ist zweckmäßig, Mittel für ein schnelles Ansprechen der Unterdrehzahl-Betätigungsvorrichtungen unter solchen Bedingungen vorzusehen, um den Motor in die Lage zu versetzen, eine hohe Betriebsdrehzahl aufrechtzuerhalten, wodurch die Leistungsfähigkeit und der Wirkungsgrad verbessert werden.

Zusammenfassung der Erfindung. Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eines oder mehrere der erwähnten Probleme des

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TELEFON: (0B9) 298527 TELEGRAMM: PATLAW MÖNCHEN TELEX: 5-22039 patw d

Standes der Technik zu lösen. Erfindungsgemäß wird ein Steuersystem zur Steuerung der Verdrängung einer ersten durch eine Hauptantriebsquelle angetriebenen Pumpe vorgesehen, und zwar mit Steuermitteln zur Einstellung der Verdrängung der Pumpe. Eine Unterdrehzahl-Betätigungsvorrichtung besitzt einen Kolben, erste und zweite Betätigungskammern an entgegengesetzten Enden des Kolbens und Vorspannmittel. Der Kolben ist mit den Steuermitteln verbunden und zwischen einer ersten Position, in der sich die erste Pumpe auf einer minimalen Verdrängung befindet, und einer zweiten Position, in der sich die erste Pumpe auf maximaler Verdrängung befindet, bewegbar. Die Vorspannmittel drücken den Kolben zur ersten Position hin. Der Kolben ist zwischen den ersten und zweiten Positionen infolge des Druckdifferentials in den ersten und zweiten Kammern bewegbar. Signalmittel erzeugen in steuerbarer Weise erste und zweite Steuersignale infolge der Betriebsgeschwindigkeit oder Betriebsdrehzahl der Hauptantriebsquelle. Eine erste Leitung liefert das erste Steuersignal an die erste Kammer und eine zweite Leitung liefert das zweite Steuersignal an die zweite Kammer. Shuntventilmittel verbinden die ersten und zweiten Leitungen, um aus der ersten Kammer ausgestossenes Strömungsmittel zur zweiten Kammer zu leiten, und zwar entsprechend dem von der ersten Kammer ausgestossenen Strömungsmittelfluß, der eine vorgewählte Strömungsrate übersteigt.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, die schematisch die Erfindung teilweise im Schnitt darstellt.

Ein Steuersystem 10 ist mit Steuermitteln 11 einer eine veränderbare Verdrängung aufweisenden Pumpe 12 verbunden. Die Pumpe 12 ist eine Komponente eines hydrostatisches Getriebes 13 und wird durch einen Motor oder eine Hauptantriebsquelle (nicht gezeigt) angetrieben. Ein Antriebsmotor 14 ist mit der Pumpe über eine geschlossene Hydraulikschleife mit ersten und zweiten Leitungen 16 und 17 verbunden.

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Eine Unterdrehzahl-Betätigungsvorrichtung 19 ist mechanisch mit den Steuermitteln 11 verbunden und weist einen Kolben (Schieber) 21 auf, der gleitend innerhalb einer Bohrung 22 eines Körpers positioniert ist. Erste und zweite Strömungsmittelbetätigungskammern 24, 26 sind an entgegengesetzten Enden des Schiebers 21 angeordnet. Erste und zweite Federn 27, 28 sind innerhalb der ersten und zweiten Kammern an entgegengesetzten Enden des Schiebers 21 positioniert, wobei die zweite Feder 28 in ausreichender Weise derart bemessen ist, daß sie den Schieber 21 elastisch in die gezeigte Position drückt, und zwar dann, wenn in keiner der Kammern Strömungsmitteldruck vorhanden ist, wenn der Strömungsmitteldruck in den Kammern gleich ist, oder wenn die in den Kammern existierende Druckdifferenz derart ist, daß die kombinierte Kraft der zweiten Feder 28 und die Kraft erzeugt durch das unter Druck stehende Strömungsmittel in der zweiten Kammer 26 größer ist als die Kraft erzeugt durch das unter Druck stehende Strömungsmittel in der ersten Kammer 24 und der ersten Feder 27.

Für ein Verständnis der Arbeitsweise der Unterdrehzahl-Betätigungsvorrichtung 19 und deren Verbindung mit den Steuermitteln 11 der Pumpe 12 genügt es festzustellen, daß der Schieber 21 zwischen einer ersten Position, in welcher die Verdrängung der Pumpe 12 auf minimale Verdrängung eingestellt ist, und einer zweiten Position bewegbar ist, in welch letzterer die Verdrängung der Pumpe auf maximale Verdrängung eingestellt ist. In der Zeichnung ist der Schieber in seiner ersten Position dargestellt. Der Schieber 21 wird zwischen den ersten und zweiten Positionen infolge der zwischen den ersten und zweiten Kammern 24, 26 herrschenden Druckdifferenz und auch der Kraft der Feder 28 bewegt. Die ersten bzw. zweiten Positionen des Schiebers 21 werden auch als "volle Unterdrehzahl" bzw. "Null-Unterdrehzahl" bezeichnet.

Signalmittel 29 erzeugen erste und zweite Steuersignale A, B bei einem Druckdifferential (Druckdifferenz), welches im wesentlichen proportional zur Betriebsdrehzahl· des Motors ist und die Signaimittei 29 liefern erste und zweite Steuersignaie an erste bzw. zweite Kammern 24, 26.

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X₁

Die Signalmittel 29 können beispielsweise eine Steuerpumpe 31 und ein Venturielement 32 sein. Die Steuerpumpe 31 wird durcn den Motor angetrieben, um einen Strömungsmittelfluß proportional zur Betriebsdrehzahl des Motors zu erzeugen. Das Venturielement

32 ist mit der Steuerpumpe 31 über eine Pumpenausgangsleitung

33 verbunden. Eine erste Signalleitung 34 ist mit der Purapenausgangsleitung 33 und mit der ersten Betätigungskammer24 verbunden. Das Venturielement 32 besitzt einen Venturihals 36, der mit Pumpenausgangsleitung 33 in Verbindung steht, und eine Niederdrucköffnung 37 positioniert benachbart zum Venturihals 36. Eine zweite Signalleitung 38 verbindet die Niederdrucköffnung 37 mit der zweiten Kammer 26. Eine Leitung 39 verbindet das Venturielement 32 mit den Steuermitteln 11 der Pumpe 12. Ein Freigabeventil (Drucksteller) 41 ist mit der Leitung 39 verbunden und hält einen vorbestimmten Druck innerhalb der ersten Signalleitung 34 und der Leitung 39 aufrecht.

Ein Venturi-Bypassventil 42 liegt parallel zum Venturihals 36, und zwar zur Einstellung des Strömungsmittelflusses des Venturihals 36. Das Venturi-Bypassventil 42 dient zur Feinabstimmung der Signalmittel zur Erzeugung eines vorbestimmten Druckabfalls zwischen den ersten und zweiten Signalleitungen 34, 38 bei einer vorgewählten Motordrehzahl. Vorzugsweise ist das Bypassventil derart eingestellt, daß dann, wenn die Motordrehzahl sich auf einer hohen Leerlaufdrehzahl befindet, die Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Signalleitungen 34, 38 derart ist, daß der höhere Strömungsmitteldruck in der ersten Signalleitung 34 und somit der ersten Betätigungskammer 24 ausreicht, um die zweite Feder 28 zu überwinden^ wodurch der Schieber 21 nach oben in seine zweite Position bewegt wird.

Vorzugsweise ist ein von Hand betätigbares Übersteuerventil 43 innerhalb einer die ersten und zweiten Signalleitungen 34, 38 verbindenden Leitung 44 positioniert. Die selektive Verschiebung des Übersteuerventils 43 nach links stellt die Druckdifferenz

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in der ersten und zweiten Kammer 24, 26 ein, wodurch bewirkt wird, daß der Schieber 21 der Unterdrehzahlbetätigungsvorrichtung 19 sich in die erste Position bewegt.

Die oben beschriebenen Grundelemente sind in der Technik bekannt.

Shuntventilmittel (im folgenden kurz Shuntventil) 46 sind mit den ersten und zweiten Leitungen 34, 38 verbunden, um von der ersten Kammer 24 ausgestossenes Strömungsmittel zur zweiten Kammer 26 abzuleiten oder zu lenken, und zwar infolge des aus der ersten Kammer ausgestossenen Strömungsmittelflusses, der eine vorgewählte Strömungsrate oder Strömungsgeschwindigkeit übersteigt.

Das Shuntventil 46 besitzt ein gleitend innerhalb einer Bohrung 48 einer Gehäuseanordnung 49 positioniertes Ventilgiied (Ventilschieber) 47. Die Gehäuseanordnung 49 ist innerhalb der ersten Leitung 34 zwischen der ersten Kammer 24 und dem Verbindungspunkt der Leitungen 34 und 44 angeordnet. Eine erste Öffnung des Gehäuses steht mit der Pumpenausgangsleitung 33 über einen Teil 34a der Leitung 34 in Verbindung. Eine zweite Öffnung 52 ist mit der ersten Kammer 24 über einen weiteren Teil 34b der Leitung 34 verbunden. Eine dritte Öffnung 53 steht mit der zweiten Leitung 38 und so mit der zweiten Kammer 26 über eine Leitung 54 und eine Vielzahl von Durchlässen 55 in Verbindung.

Das Ventilglied 47 ist in der Bahn des Strömungsmittelflusses zwischen den Signalmitteln 29 und der ersten Kammer 24 angeordnet und besitzt eine Zumeßöffnung 56, die das Strömungsmittel zwischen den ersten und zweiten Öffnungen 51 ,52 verbindet. Die Zumeßöffnung 56 ist vorzugsweise derart bemessen, daß eine maximale vorgewählte Strömungsmittelflußrate zwischen der ersten Kammer 24 und den Signalmitteln 29 vorgesehen wird. Das Ventilglied 47 ist zwischen ersten und zweiten Positionen bewegbar. In der ersten Position is't der Strömungsmittelfluß durch das Shuntventil 46 zwischen ersten und zweiten Kammern 24, 26 blockiert und Strömungsmittel mit einer Plußrate unterhalb einer vorgewählten Flußrate der Zumeßöffnung 46 wird zwischen der ersten Kammer

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und den Signalmitteln 29 verbunden. In der zweiten Position wird das von der ersten Kammer 24 ausgestoßene Strömungsmittel zur zweiten Kammer 26 abgeleitet. Eine Feder 57 spannt das Ventilglied 47 elastisch in die erste Position vor.

Beim Betrieb des Steuersystems der Erfindung wird die Position des Schiebers 21 der Unterdrehzahlbetätigungsvorrichtung 19 als eine Funktion der Druckdifferenz gesteuert, die durch die Signalmittel 29 in den ersten und zweiten Kammern24, 26 aufgebaut wird. Wenn das Getriebe oder Fahrzeug einer vergrößerten Last oder einer vergrößerten Bewegungseinschränkung unterworfen wird, die ausreicht, um ein Absinken der Motordrehzahl hervorzurufen, so nimmt die Betriebsdrehzahl der Steuerpumpe ebenfalls ab, was eine sich daraus ergebende Strömungsmittelflußabnahme durch den Venturihals 36 zur Folge hat. Auf diese Weise wird der Druck verhältnismäßig vergrößert in der Niederdrucköffnung 37 und der zweiten Leitung 38 und somit der zweiten Kammer 26. Dieser erhöhte Druck arbeitet mit der Feder 28 zusammen und drückt den Schieber 21 nach unten im allgemeinen proportional zur Größe des Druckanstiegs innerhalb der zweiten Kammer. Die Abwärtsbewegung des Schiebers bewirkt ein Ausstoßen von Strömungsmittel aus der ersten Kammer 24.

Wenn die Last am Motor graduell erhöht wird, so daß die Strömungsrate des aus der ersten Kammer 26 ausgestoßenen Strömungsmittel kleiner ist als die Nennströmungsrate oder vorgewählte Strömungsrate der Zumeßöffnung 56, so läuft das ausgestossene Strömungsmittel durch die Zumeßöffnung 56 und zurück zu den Signalmitteln 29, ohne das Ventälglied 47 aus seiner ersten Position herauszubewegen. Wenn jedoch die Belastung plötzlich erhöht wird, wodurch ein größerer Anstieg des Strömungsmitteldrucks in der zweiten Leitung 38 und zweiten Kammer 26 hervorgerufen wird, so wird der Schieber 21 schneller nach unten bewegt, was das Ausstossen von Strömungsmittel aus der ersten Kammer 24 mit einer größeren Strömurigsrate zur Folge hat. Wenn die Strömungsrate die vorgewählte Strömungsrate der Zumeßöffnung 56

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übersteigt, so wird das Ventilglied 47 in die zweite Position bewegt, so daß das aus der ersten Kammer 24 ausgestossene Strömungsmittel zurück zur zweiten Kammer 26 geleitet wird, wodurch der Kolben oder Schieber 21 schneller auf die plötzliche Belastung ansprechen kann und schnell die Verdrängung der Pumpe reduziert.

Nach einer kurzen Zeitdauer wird das Ventilglied 47 durch die Feder 57 in seine erste Position gedrückt. Zu dieser Zeit hat jedoch die Verdrängung der Pumpe 12 hinreichend abgenommen, damit die Motordrehzahl sich stabilisieren kann und die Druckdifferenz der ersten und zweiten Leitungen 34, 38 wird durch das Venturielement 32 eingestellt und die Unterdrehzahl-Betätigungsvorrichtung 19 nimmt die Steuerung der Verdrängung der Pumpe in üblicher Weise auf.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung erkennt man insbesondere aus einer Betrachtung der Zeichnung im Zusammenhang mit der Beschreibung sowie den Ansprüchen.

Zusammenfassend wird erfindungsgemäß eine Unterdrehzahl-Betätigungsvorrichtung 19 mit einem Schieber 21 vorgesehen, und zwar verbunden mit Steuermitteln 11 einer ersten Pumpe 12, die durch eine Prxmarantriebsguelle (beispielsweise einen Motor) angetrieben wird und wobei der Schieber 21 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist, wobei in der ersten Position die erste Pumpe sich auf minimaler Verdrängung befindet, während in der zweiten Position die erste Pumpe sich auf maximaler Verdrängung befindet. Die Unterdrehzahl-Betätigungsvorrichtung besitzt erste und zweite Betätigungskammern 24, 26 an entgegengesetzten Enden des Schiebers 12 sowie eine Vorspannvorrichtung 28, um den Schieber in die erste Position zu drücken. Der Schieber ist zwischen den ersten und zweiten Positionen infolge der Druckdifferenz in den ersten und zweiten Kammern bewegbar. Eine Signalvorrichtung 29 erzeugt in steuerbarer Weise erste und zweite Steuersignale (A, B), und zwar infolge der Betriebsdrehzahl der primären Antriebsvorrichtung. Erste und zweite Leitungen 34,

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liefern die ersten und zweiten Steuersignale an die erste bzw. zweite Kammer 24 bzw. 26. Ein Shuntventil 56 ist mit den ersten und zweiten Leitungen verbunden, um aus der ersten Kammer 24 ausgestossenes Strömungsmittel der zweiten Kammer 26 zuzuleiten, und zwar entsprechend dem Strömungsmittelfluß, der eine vorgewählte Strömungsrate übersteigt.

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Claims

V-

Patentansprüche

1 .J Steuersystem zur Steuerung der Verdrängung einer ersten durch eine Hauptantriebsvorrichtung angetriebenen Pumpe mit Steuermitteln zur Einstellung der Verdrängung der ersten Pumpe, gekennzeichnet durch eine Unterdrehzahl-Betätigungsvorrichtung (19) mit einem Schieber (21), ersten und zweiten Betätigungsgliedern (24, 26) an entgegengesetzten Enden des Schiebers und Vorspannmitteln (28), wobei der Schieber (21) mit den Steuermitteln verbunden ist und zwischen einer ersten Position, wo sich die erste Pumpe (12) auf einer minimalen Verdrängung befindet, und einer zweiten Position, wo sich die erste Pumpe (12) auf einer maximalen Verdrängung befindet, bewegbar ist, und wobei ferner die Vorspannmittel (28) den Schieber (21) zur ersten Position hindrücken und der Schieber zwischen den ersten und zweiten Positionen infolge der Druckdifferenz in den ersten und zweiten Kammern bewegbar ist,

Signalmittel (29) zur steuerbaren Erzeugung erster und zweiter Steuersignale (A bzw. B) infolge der Betriebsdrehzahl der Hauptantriebsvorrichtung, wobei die Signalmittel eine erste Leitung (34) zur Lieferung des ersten Steuersignals an die erste Kammer und eine zweite Leitung (38) aufweisen, um das erwähnte zweite Steuersignal an die zweite Kammer zu liefern, und Shuntventilmittel (46), verbunden mit den ersten und zweiten Leitungen (34, 38) zur Leitung von aus der ersten Kammer(24) ausgestossenem Strömungsmittel zur zweiten Kammer (26) infolge des Flusses an Strömungsmittel ausgestossen aus der ersten Kammer, welches eine vorgewählte Strömungsgeschwindigkeit übersteigt.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Shuntventil (46) ein Ventilglied (47) aufweist, welches zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist, wobei in der ersten Position der Strömungsmittelfluß durch die Ventilmittel (46) zwischen den ersten und zweiten Kammern (24 bzw. 26) blockiert ist und Strömungsmittel mit einer Strömungsgeschwindigkeit unterhalb der vorgewählten Strömungsgeschwindigkeit zwischen der ersten Kammer (24) und den Signalmitteln (29) geleitet wird, wobei ferner in der zweiten Position Strömungsmittel,ausgestossen aus der ersten Kammer (24), zur

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zweiten Kammer (26) geleitet wird. 28 13525
3. Steuersystem nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch eine Zumeßöffnung (56) im Ventilglied (47) positioniert in der Strömungsmittelflußbahn zwischen den Signalmitteln (29) und der ersten Kammer (24), wobei die Zumeßöffnung (56) eine Größe besitzt, die ausreicht, um die vorgewählte Strömungsgeschwindigkeit vorzusehen.
4. Steuersystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Feder (27) zum Vorspannen des Ventilglieds in die zweite Position.

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