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Steuer- und Regeleinrichtung für ein hydrostatisches Getriebe.
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Die Erfindung betrifft eine Steuer- und Regelvorrichtung bzw.
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eine Regelvorrichtung für ein hydrostatisches Getriebe gemäß Oberbegriff
des Patentanspruches 1. Bei den bisher bekannten Einrichtungen dieser Art ist an
das Steuerdruckablaßventil eine drucklose Ablaßleitung angeschlossen, die die aus
dem Ablaßventil austretende Steuerdruckflüssiglceit drucklos zu einem Vorratsbehälter
bzw. Sammelbehälter führt. Das hat die Folge, daß das Maß des Absenkens des Steuerdruckes
ausschlienlich bestimmt ist durch das Maß des öffnens des Steuerdruckablaßventiles,
das heißt der in diesem erzeugten Drosselwirkung in Relation zu der Drosselwirkung
der Drosselstellen in der jeweils vom Steuerdruckgeber ausgehenden Leitung, und
andererseits von der Dauer des Öffnens des Steuerdruckablaßventiles. Bei hinreichend
langem Öffnen des Steuerdruckablaßvent-les kann der
am Stellzylinder
wirkende Steuerdruck bis auf Null abgesenkt werden (DE-AS 20 01 701. bzw. DE-OS
20 17272). Für viele Anwendungsfälle ist das durchaus ausreichend.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zu einer Einrichtung gemäß
Oberbegriff des Patentanspruches 1 eine Weiterverbesserung zu schaffen, die eine
für bestimmte Anwendungsfälle besser geeignete Charakteristik zur Folge hat.
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Diese Aufgabe wird durch das im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebene
Merkmal gelöst. Durch das zusätzliche in der Ablaßleitung angeordnete Druckbegrenzungsventil
wird erzielt, daß auch bei sehr langer Öffnungszeit des Steuerdruckablaßventiles
der Steuerdruck an den Stellzylindern nicht unter den durch das Druckbegrenzungsventil
bestimmten Wert absinkt, so daß durch die Einstellung dieses zusätzlichen Druckbegrenzungsventiles
eine Regeleinstellung bestimmt wird.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist als Überlastabsicherung oder
überall dort einsetzbar, wo einstellbare Pumpen und bzw. hydrostatische Motoren
im hydrostatischen Getriebe verwendet werden, deren Verstellweg mittelbar oder unmittelbar
durch Druckveränderungen im Steuerdruckkreis eingestellt wird oder wo große Leistungen
unabhängig von eingebauten Leistungsregelungen gefahren werden können.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist durch den im Anspruch
2 angegebenen Zusammenhang bzw. durch die dort angegebene Anwendung und Weiterausgestaltung
beschrieben.
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Die Weiterausgestaltung gemäß Anspruch 3 ermöglicht, das Regelende
beliebig einzustellen.
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Anstelle der Möglichkeit, ein einstellbares Druckbegrenzungsventil
vorzusehen, kann auch die in Anspruch 4 niedergelegte Lösung verwendet werden, bei
der an die Ablaßleitung mehrere Druckbegrenzungsventile verschiedener Einstellung
über jeweils ein Schließventil angeschlossen sind, so daß bei Öffnen eines dieser
Schließventile ein bestimmtes Druckbegrenzungsventil, nämlich das diesem Schließventil
zugeordnete Druckbegrenzungsventil,den Druck in der Ablaßleitung bestimmt. Dadurch
kann durch willkürliches Öffnen jeweils eines der Schließventile der Druck in der
Ablaßleitung bestimmt werden.
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Die hierzu in Anspruch 5 angegebene Weiterausgestaltung ist besonders
vorteilhaft, wenn von einer Pumpe aus wahlweise einer von mehreren Verbrauchern
beaufschlagt werden kann und diese Verbraucher unterschiedliche Charakteristik haben.
Durch die Verbindung zwischen dem Betätigungsorgan für das Zuschaltogn,durM das
jeweils ein bestimmter Verbraucher mit der Pumpe verbunden wird, und jeweils einem
Schließventil wird erzielt,
daß jeweils dann, wenn ein bestimmter
Verbraucher an die Pumpe angeschlossen ist, auch ein bestimmtes Schließventil geöffnet
ist und damit ein bestimmtes Druckbegrenzungsventil das Regelende bzw. den Druck
in der Ablaufleitung bestimmt, wobei die Einstellung dieses betreffenden Druckbegrenzungsventiles
derart gewählt ist, daß sie der Charakteristik diens Verbrauchers entspricht. Selbstverständlich
ist es auch möglich, ein Schlie3-ventil vorzusehen, hinter dem kein Druckbegrenzungsventil
angeordnet ist, so daß bei Öffnen dieses Schließventiles die Charakteristik der
bisher bekannten Einrichtungen erzielt wird.
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Denkbar ist auch eine zweckmäßige Weiterausgestaltung des Gegenstandes
der Erfindung, bei dem an die Leitung zwischen Steuerdruckablaßventil und dem in
dieser angeordneten zusätzlichen Druckbegrenzungsventil ein Speicher angeschlossen
ist. Das hat die Folge, daß dann, solange der Speicher noch nicht bis zu einem Druck
gefüllt ist, der den an dem Druckbegrenzungsventil eingestellten Druck entspricht,
die Steuer- bzw. Regeleinrichtung die Charakteristik aufweist wie bei den bisher
bekannten Einrichtungen, daß aber, sobald der Speicher bis auf den an dem Druckbegrenzungsventil
eingestellten Druck gefüllt ist, durch dieses der Minimaldruck am Stellzylinder
und damit das Regelende bestimmt wird.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht bei einem hydrostatischen
Getriebe mit einem Hydromotor mit rotierender Welle die volle Drehmomentausnutzung
an dem Motor entsprechend der Hochdruckabsicherung in dem an den Getriebekreislauf
angeschlossenen Druckbegrenzungsventil. Besonders wichtig ist das, wenn die maximal
zulässige Druckeinstellung verlangt ist. Wie bereits erwähnt,ist individuelle Einstellung
aul einen bestimmten Minimalsteuerdruck und damit eine individuelle Begrenzung des
Ausschwenkwinkels der durch den Steuerdruck gesteuerten Einheiten möglich und zwar
auch mehrstufig über den gesamten Regelbereicn und zwar auch dann, wenn das Getriebe
sowohl eine Verstellpumpe als auch ein aerstellmotor aufweist. Dadurch sind weitere
Abstufungen möglich. Der Getriebekreislauf bleibt während des Regelvorganges in
sich geschlossen.
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Durch die Erfindung ist auch eine Möglichkeit einer Absicherung gegen
thermische Uberbeanspruchung, das heißt zu starke Erhitzung der Flüssigkeit in dem
hydrostatischen Getriebetbei längere Zeit geöffnetem Druckbegrenzungsventil am Getriebekreislauf
gegeben durch die variable Schwenkwinkelbegrenzung auf einen bestimmten minimalen
Ausschwenkwinkel.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat weiterhin den Vorteil, ohne
daß die Weiterausgestaltung hinzugefügt werden kann oder zumindest ohne wesentliche
Eingriffe in den 3auszustand der bisher
üblichen Regeleinheiten.
Es ergibt sich gemäß der Erfindung eine in sich geschlossene Regeleinheit, die eine
Zuordnung zu vorhandenen Regeleinrichtungen wie hydraulische Fernverstellung, auch
für pumpenseitig und motorseitig geregelte Getriebe, mit und ohne Leistungsregelungen
bzw. Leistungsbegrenzer oder Grenzlastregelung ermöglicht.
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Durch das Einsteuern des Steuerdruckes auf ein durch das zusätzliche
Druckbegrenzungsventil gemäß der Erfindung vorgegebenen Wert kann in günstiger Weise
eine Zwei-Positionsregelung erzielt werden oder es kann erzielt werden, daß bei
einer Regelung auf konstante Leistung nicht nur eine vorgegebene Hyperbel abgefahren
werden kann sondern daß willkürlich in diese Hyperbel Stufen eingebaut werden können,ggfs.
bei Anwendung von mehreren wahlweise zuschaltbaren Druckbegrenzungsventilen oder
auf verschiedene vorwäqlbare Drücke einstellbaren Druckbegrenzungsventilen auf mehrere
Stufen.
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Das zusätzliche Druck-begrenzungsventil gemäß der Erfindung kann
auch verwendet werden, wenn das Ablaßventil ein Grenzlaststeuerventil ist, beispielsweise
ein Ventil, das derart gesteuert ist, daß dieses Ventil öffnet, wenn die Drehzahl
der das Getriebe antreibenden Brennkraftmaschine unter einen vorgegebenen Grenzwert
gedrückt wird.
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Beispielsweise kann die Schaltung gemäß der Erfindung vorteilhaft
verwendet werden bei einem Fahrantrieb für ein differenzgeschwindigkeitsgelenktes
Fahrzeug, vorzugsweise für ein Gleiskettenfahrzeug, bei dem jeder Fahrzeugseite
ein hydrostatisches Getriebe zugeordnet ist. Soll das Fahrzeug um eine Kette drehen,
so wird die volle Leistung der Brennkraftmaschine nur dem hydrostatischen Getriebe
der auf der Kurvenaußenseite liegenden Kette zugeführt.
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Da durch nur dieses eine Getriebe die Brennkraftmaschine nicht überlastet
wird, öffnet das Grenzlastventil nicht, so daß bei einem sowohl pumpenseitig als
auch motorseitig gesteuerten Getriebe der Motor in seiner Lage kleinster Ausschwenkung
verbleibt.
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Das heißt, daß die Kette zwar eine hohe Geschwindigkeit erreicnen
könnte (die in diesem Zustand gar nicht erwünscht ist), aber nur ein kleines Drehmoment
an dem Treibrad der Kette zur Verfügung steht, da der Motor ganz zurückgeschwenkt
ist. Das hat die Folge, daß in dem Getriebe ein hoher Druck herrscht und das Druckbegrenzungsventil
des Getriebekreislaufes öffnet. Wird das Ablaßventil zusätzlich oder nur in der
beschriebenen Weise von dem Druck gesteuert, der sich vor einer Drosselstelle in
der Ablaufleitung des Getriebekreislaufdruckbegrenzungsventiles aufs taut, so öffnet
das Ablaßventil in diesem Fahrzustand und schwenkt den Motor zurück, so daß an der
kurvenaußenseitigen Kette bei verminderter Drehzahl ein großes Drehmoment zur Verfügung
steht - also ein erwünschter Zustand. Gleichzeitig hat diese Schaltung den Vorteil,
daß das aus der Hochdruckseite des Getriebes abfließende Öl der
Niederdruckseite
wieder zugeführt wird, so daß nicht eine Speisepumpe den gesamten aus dem Getriebedruckbegrenzungsventil
austretenden Strom ersetzen mu3.
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Die Anwendung gemäß der Erfindung ist vielfach auch dort vorteilhaft,
wo von einer Primär-Energiequelle aus erschiedene Verbraucher angetrieben werden,
beispielsweise bei einem ?4ähdrescher der Fahrantrieb,der Dreschantrieb,der Antrieb
für die Getreideförderschnecke und andere Antriebe. In jedem Falle läßt sich durch
das Druckbegrenzungsventil gemäß der Erfindung eine individuelle Schwenkwinkelbegrenzung
erzielen bzw. ansteuern.
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In Figur 1 der Zeichnung ist ein S-haltschema zu einem Ausführungsbeispiel
des Erfindungsgegenstandes dargestellt und ist in Figur 2 ein Diagramm zu der erzielten
Regelcharakteristik dargestellt.
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Das in Figur 1 dargestellte hydrostatische Getriebe besteht aus einer
einstellbaren pumpe 1 und einem ebenfalls einstellbaren Hydromotor 2, wobei die
Pumpe 1 und der Hydromotor 2 durch zwei Leitungen 3 und 4 im geschlossenen Kreislauf
verbunden sind. An die Getriebeleitung 3 ist eine Leitung 5 angeschlossen.
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An die Getriebe leitung 4 ist eine Leitung 6 angeschlossen. Die Leitung
5 führt zu einem Druckbegrenzungsventil 7. Die aus diesem heraus führende Leitung
8 führt über eine Drosselstelle 9 zu einem Rückschlagventil 10, das seinerseits
wiederum an die Leitung 6 angeschlossen ist.
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In analoger Weise führt die Leitung 6 zu einem Druckbegrenzungsventil
11, in dessen Ablaufleitung 12 eine Drosselstelle 13 angeordnet ist, wobei die Ablaufleitung
12 hinter der Drosselstelle über ein Rückschlagventil 14 zu der Leitung 5 führt.
An die Leitung 8 ist eine Zweigleitung 15 angeschlossen, die zu einem Stelldruckraum
eines 3/3-Wegeventiles 16 führt. In analoger Weise ist an die Leitung 12 eine Leitung
17 angeschlossen, die zu dem anderen Stelldruckraum des Ventiles 16 führt.
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An den Anschluß 18 des Ventiles 16 ist eine Steuerdruckleitung lc
angeschlossen
und an den Anschluß 20 des Ventiles 16 ist eine Steuerdruckleitung 21 angeschlossen.
Die Leitung 19 geht von einem Steuerdruckgeber 22 aus, von dem andererseits auch
die Leitung 21 ausgeht. Der Steuerdruckgeber 22 ist mittels eines Handhebels 23
willkürlich betätigbar, so daß durch Verschwenken des Handhebels 23 wahlweise die
Leitung 19 oder die Leitung 21 mit Steuerdruck beaufschlagt werden kann. An den
Stelldruckgeber 22 ist einerseits eine Steuerdruckpumpe 24 angeschlossen, andererseits
führt die Leitung 25 zu einem drucklosen Behälter 26 An jede der beiden Leitungen
19 und 21 ist jeweils eine Seite eines Stellzylinders 27 angeschlossen, in dem ein
beiderseits durch je eine Feder 29 beaufschlagter Stellkolben 28 verschiebbar ist,
der mit dem Stellglied der Pumpe 1 verbunden ist.
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Weiterhin ist an die beiden Leitungen 19 und 21 ein Umschaltventil
30 angeschlossen, dessen herausführende Leitung 31 zu einem Stellzylinder 32 führt,
in dem gegen die Kraft einer Feder 33 ein Stellkolben 34 verschiebbar ist, der mit
dem Stellglied des Hydromotors 2 verbunden ist.
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An den Ausgang des Steuerdruckablaßventiles 16 ist eine Ablaßleitung
angeschlossen, die zu einem Druckbegrenzungsventil 36 führt, dessen Ausgang wiederum
an den drucklosen Behälter 26 angeschlossen ist.
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Am Ausgang des Steuerdruckreglers 22 ist in der Steuerdruckleitung
19 und in der Steuerdruckleitung 21 je eine Drosselstelle 37 angeordnet.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Wird der Handhebel 23 nach in der
Zeichnung links verschwenkt, so wird die Steuerdruckleitung 19 mit Druck beaufschlagt.
Dadurch wird auch der Stellzylinder 27 beaufschlagt, so daß der Stellkolben 28 sich
gegen die Kraft einer der Federn 29 verschiebt und dadurch das Stellglied der Pumpe
1 betätigt, so daß die Pumpe 1 fördert. Dadurch entsteht in der Leitung 3 ein Druck,
der dem Hydromotor 2 zugeführt wird. Dieser Druck liegt auch an dem Druckbegrenzungsventil
7 an. überschreitet der Druck in der Leitung 3 den am Druckbegrenzungsventil 7 eingestellten
Druck,so öffnet das Druckbegrenzungsventil 7 und aus der Leitung 3 strömt über die
Leitung 5 und die Leitung 8 und das Rückschlagventil 10 und die Leitung 6 Flüssigkeit
in die Leitung 4. Diese durch die Leitung 8 strömende Flüssigkeit wird an der Drosselstelle
9 gestaut, so daß vor der Drosselstelle 9 und damit in der Leitung 15 ein Staudruck
entsteht.
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Überschreitet dieser Staudruck einen durch die Vorspannung der Federn
am Schieber des Ventiles 16 bestimmten Wert, so öffnet das Ventil 16 und verbindet
den Anschluß 18 mit der Leitung 35, so daß Steuerdruckflüssigkeit aus der Leitung
19 in die Leitung 35 strömt. Der Druck in der Leitung 35 wird durch
das
Druckbegrenzungsventil 36 bestimmt, so daß der Steuerdruck in der Steuerdruckleitung
19 auf den durch dieses Druckbegrenzungsventil 36 bestimmten Wert absinkt. Durch
dieses Absinken des Druckes in der Leitung 19 wurd auch der Stellkolben 28 durch
die Feder 29 so weit zurückgestellt, daß die Pumpe 1 auf kleinere Ausschwenkung
verstellt wird.
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Überschreitet der Steuerdruck in der Leitung 19 bei geschlossenem
Ventil 16 und zunehmendem Steuerdruck den durch die Kraft der Feder 33 bestimmten
Werto so wird der Hydromotor 2 auf kleinere Ausschwenkung zurückgeschwenkt. Die
Feder 33 ist üblicherweise derart eingestellt, daß der Hydromotor 2 zurückschwenkt,
wenn die Pumpe 1 ihre größte Ausschwenkung erreicht hat. Die Auswirkung des Öffnens
des Ablaßventiles 16 und des Druckbegrenzungsventiles 36 ist dabei analog wie auf
den Stellzylinder 27.
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Wird der Handhebel 23 nach in der Zeichnung rechts verschwenkt, so
wird die Steuerdruckleitung 21 mit Druck beaufschlagt und entsprechend der Stellkolben
28 in der Richtung verschoben, daß die Pumpe 1 in die Leitung 4 fördert. Der Hydromotor
2 dreht dann in dem entgegengesetzten Drehsinn wie eben besprochen Im übrigen läuft
die Funktion in genau analoger Weise ab, wie in Zusammenhang mit der Beaufschlagung
der Steuerdruckleitung 19 beschrieben Bei Öffnen des Steuerdruckablaßventiles 16
verhindert jeweils eine der Drosselstellen 37, daß von dem Steuerdruckgeber 22 aus
so viel Flüssigkeit in die Leitung 19 bzw. 21 nachströmt,
wie durch
das Ablaßventil 16 abströmt, so daß durch das Verhältnis der Drosselöffnung in der
jeweiligen Drossel 37 und der Drosselung im Steuerdruckablaßventil 16 die Druckabsenkung
in der Steuerdruckleitung 19 bzw. 21 bestimmt ist.
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Soll beim Öffnen des Ablaßventiles 16 nur der Hydromotor 2 zurückschwenken,
so kann in der von der Leitung 19 oder bzw.
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und 21 zu dem Stellzylinder 27 abzweigenden Leitung noch eine bzw.
je eine Drosselstelle angeordnet sein. Diese verändert dann auch die Charakteristik
der Steuerung der Pumpe 1. Bei einer anderen Ausgestaltungsform kann eine bzw. Je
eine zusätzliche Drossel in der Leitung 14 und bzw. oder der Leitung 21 jeweils
zwischen der Anschlußstelle der zu dem Stellzylinder 27 führenden Leitung und der
Anschlußstelle der zu dem Umsteuerventil 30 führenden Leitung angeordnet sein. Dann
wird bei Öffnen des Ablaßventiles 16 zumindest zunächst nur die Pumpe 1 beeinflußt
- selbstverständlich hat aber auch eine solche Drossel auch einen Einfluß auf die
Gesamtcharakteristik.
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In dem Schaubild Figur 2 ist der Druck in der Förderleitung eines
hydrostatischen Getriebes über der Abtriebsdrehzahl aufgetragen. Die Abtriebsdrehzahl
ist bestimmt von der Einstellung der Pumpe und bei einem pumpenseitig und motorseitig
verstellbaren Getriebe auch von der dem Motor gegebenen Einstellung.
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Die Einstellbereiche von Pumpe und Motor sind entsprechend gekenn
zeichnet. Da sowonl die Einstellung der Pumpe als auch die 7instellung des Motors
vom Steuerdruck gegeben ist, ist - wie durch die unterste Angabe kenntlich gemacht
- durch den Steuerdrucregelbereich der gesamte Einstellbereich der Pumpe zuzüglich
des Einstellbereiches des Motors gegeben. Am Ursprung ist die Pumpe auf die Fördermenge
Null eingestellt während der Motor in der Lage maximalen Schluckvolumens liegt.
In dieser Lage verbleibt auch der Motor, während die Pumpe zunehmend auf größere
Schwenkwinkellage und damit zunehmenden Förderstrom verstellt wird. Die Kurve a
stellt den Druckverlauf bei einer gegebenen Antriebsleistung dar. Bei dieser Antriebsleistung
und der im Punkt b gegebenen Einstellage des Motors bei maximaler Eintellur der
Pumpe kann bei dieser Leistung der durch den Punkt c bezeichnete Druck erzielt werden.
Steigt oder sinkt durch Steigen oder Abnehmen der Drehmomentbelastung an der Welle
des Hydromotors der Druck im Getriebe, so verläuft dieses Steigen oder Sinken längs
der Linie d, die nicht genau parallel zur Ordinate verläuft, da sich mit dem Druck
die LectJerluste ändern. Ist der Druck am Getriebekreislauf-Druckbegrenzungsventil
auf den Wert e
eingestellt, so öffnet bei Erreichen dieses Druckes
e das Druckbegrenzungsventil mit der Folge, daß das Ablaßventil öffnet und entsprechend
diesem Öffnen zunächst die Verstellung des Motors auf größeres Schluckvolumen und
ggfs. anschließend das Verstellen der Pumpe auf kleineres Hubvolumen erfolgt, bis
der durch das zusätzliche Druckbegrenzungsventil gemäß der Erfindung eingestellte
Steuerdruck erreicht ist. Jedem Steuerdruck ist also eine bestimmte Einstellage
des Getriebes zugeordnet. Bei jeder Einstellage des Getriebes können verschiedene
Decke in der Getriebeförderleitung jeweils abhängig von dem an der Welle des Hydromotors
abgenommenen Drehmoment auftreten, wobei bei einer bestimmten Einstellage des Getriebes
der Druckverlauf sich gemäß einer der Linien d, dl, d2 usw. einstellt. Durch Einstellen
des zusätzlichen Druckbegrenzungsventiles gemäß der Erfindung auf einen bestimmten
Wert kann also die Einstellage des Getriebes bzw. der Pumpe und ggfs. des Motors
desselben vorgewählt werden,auf die äußerstenfalls nach in Figur 2 links zurückgeschwenkt
wird. Sinkt der Druck dann wieder, schließt das Druckbegrenzungsventil am Getriebekreislauf
dann wieder mit der Folge, daß auch das Steuerdruckablaßventil wieder schließt und
der Steuerdruck erhöht wird und damit die Getriebeeinstellung nach in Figur 2 rechts
auf den durch den Steuerdruckregler vorbestimmten Wert verstellt wird.
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Zum bekannten Stand der Technik ist darauf hinzuweisen, daß bereits
eine Regeleinrichtung für ein von einer Primär-Energiequelle angetriebenes hydrostatisches
Getriebe bekannt ist, bei der von der Welle der Primär-Energiequelle bzw. der Eingangswelle
der Hydropumpe aus eine Hilfspumpe angetrieben wird, die als Konstantpumpe ausgestaltat
ist und somit einen von der Drehzahl abhängigen Förderstrom erzeugt. Dieser Förderstrom
wird zu einer ggfs. einstellbaren Drosselstelle geführt. Der Staudruck vor dieser
Drosselstelle dient dazu, das Stellglied der Pumpe und bzw. oder des Motors gegen
die Kraft einer Feder zu verschieben. Bei einer solchen Steuerung ist es bekannt,
parallel zu der Drosselstelle ein Druckbegrenzungsventil oder mehrere unterschiedlich
eingestellte Druckbegrenzungsventile zu schalten (DE-OS 24 21 198). Noch ferner
stehender Stand der Technik (DE-OS 21 26 230; DE-OS 18 14 141).
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