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Hydr.ostatisches. Antr.i.eb.s.s.y.stem
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Die Erfindung betrifft ein aus einer und mehreren hydrostatischen
Pumpen als Primäreinheit und einer oder mehreren hydrostatischen Arbeits mit /iltaschinen/verstellbaran
Schluck- bzw. Fördervolumen als Sekundäreinheit gebildetes Antriebssystem,dessen
eine oder mehrere hydro-Arbeits statischen/maschinen mit einem Signalgeber zur Abgabe
einer von Arbeits der Drehzahl der hydrostatischen/maschinen bestimmten Signalgröße
Arbeits für die Verstellvorrichtung der hydrostatischen/aschinen gekoppelt ist.
Ein solches hydrostatisches Antriebssystem ist durch die DE-OS 20 39 968 bekannt.
Die Verstellung des Schluck- bzw.
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Arbeits Fördervolumens der hydrostatischen/maschinen erfolgt bei
diesem bekannten Antriebs system durch hydraulische Stellzylinder Der Signal.geber
besteht bei diesem bekannten Antriebssystem aus einer kleinen als Pumpe oder Motor
wirkenden hydrostatischen Arbeits Maschine, die mit der hydrostatischen'.maschine
des Antriebssystems schlupffrei gekoppelt ist. Die Anschlüss dieses Signalgebers
sind mit den Zylinderräumen des S-tellzylinders verbunden, wobei über eine als Stromregler
ausgebildete Dosiereinheit einem der beiden Zylinderräume des Stellzylinders -ein
den Sollwert der
Arbeits Drehzahl der zugeordneten hydros.tatischen/maschine
des Antriebs-SpstemSI festlegender Steuerölstrom zugeführt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Genauigkeit und Ansprechempfindlichkeit
der Drehzahlregelung auch bei kleinen Arbeits -Drehzahlen der hydrostatischen/maschinen
mit einfachen Mitteln zu erhöhen bei gleichzeitiger Verbesserung des Wirkungsgrades
eines solchen hydrostatischen Antriebssystems.
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Nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 wird diese Aufgabe
dadurch gelöst, daß die Dosiereinheit in den Rücklauf des Steuerölstromes gelegt
ist. Dadurch erübrigt es sich im die Steuer- bzw. Regelleistung beeinträchtigendes
Rücklauf ein/Druckhalteventil anzuordnen. Der Verstellkolben ist somit durch die
Dosiervorrichtung hydraulisch verspannt und damit-genau zu verstellen. Eine weitere
Vereinfachung eines solchen Antriebs systems nach dem Oberbegriff des Anspruches
1 ergibt sich dadurch, wenn die Dosiereinheit-gleichzeitig von dem Arbeits die'-
Drehrichtung der hydrostatischenXmaschine des Antriebssystems 'festlegenden Wegeventil
zur Zu- und Abführung der Steuerflüssigkeit für den Stellzylinder gebildet wird.
Zweckmäßiger Weise wird hierbei ein elektrisch ansteuerbares Wegeventil bzw. Servoventil
eingesetzt. Ein solches Ventil ist stetig zu verstellen, damit jeder gewünschte
Drosselquerschnitt genau festgelegt werden kann.
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An Stelle eines Servoventils läßt sich auch ein elektrisch ansteuerbares
Proportionalventil einsetzen, das den geforderten Einstellgenauigkeiten entspricht.
Eine weitere Verbesserung eines hydrostatischen Antriebssystems nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1 ergibt sich, wenn die den Signalgeber bildenden hydrostatischen
Maschinen im Förder- bzw. .Schluckvolumen verstellbar ausgebildet sind.Dadurch läßt
sich die Ansprechempfindlichkeit der Drehzahlregelung,
insbesondere
bei kleinen Drehzahlen der hydro-Arbeits statischen/maschine des Antriebssystems
durch' Vergrößerung des Schluck- bzw. Fördervolumens der als Signalgeber ausgebildeten
hydrostatischen Maschine erhöhen. Außerdem läßt Arbeits sich hiermit die Drehzahl
der hydrostatischen/.maschine des hydrostatischen Antriebssystems bei konstant eingestellter
Dosiereinrichtung durch Verstellen des Förder- bzw. Schluckvolumens des Signalgbers
zusätzlich verändern. Dies ergibt den weiteren Vorteil, daß die Genauigkeit und
Ansprechempfindlichkeit der Drehzahlregelung unter Berücksichtigung .der Arbeitsvorgegebenen
Drehzahl der hydrostatischen/maschine unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades
optimal einzustellen ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Regelverhaltens des hydrostatischen
Antriebes wird dadurch erreicht,-wenn parallel zur den Signalgeber bildenden hydrostatischen
Maschine ein den Steuerstrom für den einen Zylinderraum des Stellzylinders beeinflussendes
hydraulisches Gerät.angeordnet ist.
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Dieser sich daraus ergebende Parallelstrom, der am- Signalgeber parallel
vorbeigeführt wird, stellt eine künstliche Veränderung des Leckstromes des Signalgebers
dar und wirkt damit: auf das Regelverhalten dämpfend und darüber hinaus beeinflußt
es auch die Drehmomentdrehzahl-Kennung der hydrostatischen Rrbeitsmaschine. Die
Anordnung eines Stromreglers in der Parallelleitung wird beispielsweise bei Umkehrung
der Stellzylinder wirkenden Druckdifferenz durch den dabei vonden Stromregler verursachten
Bypass-Strom ein.Drehzahlsprung bei eingeprägtem Drehmoment der hydrostatischen
Arbeitsmaschine
erreicht (künstliche Sollwertabweichung) -Bei
-Anordnung eines Druckbegrenzungsventils in der Bypass-Leitung steigt der Bypass-Strom
mit Erreichen des eingestellten Druckwertes am Druckbegrenzungsventil sprunghaft
an. Dies beeinflußt die Stellgeschwindigkeit des Stellzylinders.
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Bei Anordnung einer Drossel in der Bypass-Leitung wird der Leckstrom
über den gesamten Druckdifferenzbereich am Stellzylinder stetig verändert. Dadurch
kann die Steilheit der Drehzahl-Drehmoment-Kennung ei'ngestellt werden. Durch Kombination
mehrerer dieser Geräte in Parallel- oder Reihenschaltung ergeben sich-entsprechend
überlagerte Antriebskennungen der hydrostatischen Arbeitsmaschine. Da dieser Parallelstrom
auf der anderen Seite für das Regelsystem eine drehzahlverändernde Wirkung ausübt,
ergibt sich die weitere Möglichkeit, durch entsprechende Dosierung dieses Bypass-Stromes
die Drehzahl des hydrostatischen Antriebes mit festzulegen. Es kann also, auf eine
im Zu- oder Ablauf des Steuerölstromes angeordnete Dosiereinrichtung zur Festlegung
der Drehzahl des hydrostatischen Antriebes verzichtet werden. Eine weitere Dämpfung
der Stellgeschwindigkeit des Stellzylindels ergibt sich, wenn in der Zu- bzw. Abführleitung
des Stellzylinders Dämpfungsdrosseln angeordnet sind. Auf das Wegeventil zur Zuführung
des Steueröls zum Signalgeber, welches gleichzeitig die Drehrichtung der hydrostatischen
Arbeitsmaschine vorgibt, kann verzichtet werden, wenn der Stellzylinder mit einer
durchgehenden Kolbenstange ausgebildet ist'und zur Festlegung der Drehrichtung der
hydrostatischen Arbei'tsmaschine die Kolbenstange entspre'chend der gewünschten
Drehrichtung in die eine oder
andere Verschieberichtung mit einer
zusätzlichen Last beaufschlagt wird. Zweckmäßiger Weise erfolgt diese Lastaufbringung
dadurch, daß die Kolbenstangenenden Druckräume begrenzen, die über ein 4-Wegeventil
mit zwei Schaltstellungen gegenläufig mit einer Druckmittelquelle bzw. dem Tank
verbindbar sind. Bei dieser Ausbildung des Stellzylinders wird der weitere Vorteil
erreicht, daß die Steuerkennlinien beider Arbeits Drehrichtungen der hydrostatischen/naschine
weitgehend gleich verlaufen. Zur weiteren Wirkungsgradverbesserung der Regeleinrichtung
werden die Zu- und Rücklaufleitungen der Steuerölstrome zusammengefaßt und an eine
gemeinsam Steueöquelle angeschlossen. Es tritt also kein zum Tank zurückgeführter
Steuerölverlust auf. Zweckmäßiger Weise wird die Steuerölguelle von der Druckseite
des Antriebssystems gebildet. 'Zur weiteren Herabsetzung der. Stellzeit des Anstellzylinders
wird die Stellgeschwindigkeit desselben als Signal zur Beein'flussunq der die Verstellung
bewirkenden Mittel der Regeleinrichtung zugeführt. Hierbei wird vorteilhafterweise
das Geschwindigkeitssignal als Druckdifferenzsignal an einer in einer.zumStellzylinder
führenden Steuerleitung angeordneten-Blende abgenormen und einem mit einem den Steuerölstrom
beeinflu'ssenden Gerät gekoppelten Stellzylinder zugeführt. Je nach Stellgeschwindigkeit
wird somit der Sollwert um einen entsprechenden Wert vergrößert bzw. verringert.
Sobald der Stellzylinder wieder zur Ruhe gekommen ist, hat auch der Sollwertgeber
wieder seinen ursprünglichen Wert erreicht. Wird das den Steuerölstrom be,einflussende,
den Sollwert bildende Gerät
elektrisch verstellt, wird das Geschwindigkeitssignal
als elektrisches Signal zur entsprechenden Verstellung des Sollwertes diesem Gerät
zugeführt. Anstatt dem Stellzylinder de Steuerflüssigkeit unmittelbar über den Signalgeber
und der Dosiereinrichtung zuzuführen, kann es vorteilhaft sein, diese Steuerflüssigkeit
zur Steuerung eines den Stellzylinder Arbeits der hydrostatischen/maschine zugeordneten
stetig verstellbaren Wegeventils zuzuführen, das-seinerseits die Arbeitsflüssigkeit
zur Verstellung des Stellzylinders dem Stellzylinder hydraulisch verstärkt zuführt.
Diese den Stellzylinder steuernde Arbeitsflüssigkeit kann auf einem anderen Druckniveau
liegen als die Steuerflüssigkeit zur Ansteuerung des Wegeventils, da beide Flüssigkeiten
bei einem solchen Steuerungsaufbau voneinander unabhängig sind. Diese mittelbare-Ansteuerung
des Stellzylinders läßt sich in vorteilhafterweise auch elektrisch durchführen,
indem das Wegeventil elektrisch verstellt wird und der Signalgeber als elektrischer
Tachogenerator ausgebildet ist, dessen Istwertsignal mit einem elektrisch zugeführten
Sollwertsignal die Stellgröße für das Wegeventil bildet.
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In einem solchen elektrischen Regelkreis läßt sich 'selbstverständlich
auch das Geschwindigkeitssignal des Stellzylinders mit einbeziehen.
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In.weiterer Ausbildung der Erfindung wird das Schluck- bzw.
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Arbeits Fördervolumen der hydrostatischen/maschine als Führungssignal
der Regeleinrichtung der Primäreinheit zur Anpassung der von der Sekundäreinheit
geforderten Leistung zugeführt.
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Dadurch läßt sich ein besonders wirtschaftlicher Betrieb des
Antriebssystems
erzielen. Ist in der'Versorgungs- oder Arbeits Druckleitung der hydrostatischen/maschine
ein Speicher angeordnet, wird aus Sicherheitsgründen zwischen'S-peicher Arbeits
und der hydrostatischen/maschine ein entsperrbares RUckschlagventil vorgesehen,
dessen Steuerleitung mit der Druckseite der Primärseite verbunden ist. Damit wird
sichergestellt, Arbeits daß die hydrostatische maschine nur dann in Betrieb gesetzt
werden kann, wenn die Primäreinheit die zum Betrieb -der Sekundäreinheit erforderliche
Druckflüssigkeit liefert.
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Andernfalls bestände die Gefahr, daß, ohne daß die Primäreinheit arbeitet,
die Sekundäreinheit' den Speicher leerfährt und damit mitten eines Betriebszustandes
in unerwünschter Weise zum Stillstand käme. Gleichzeitig weist diese-Anordnung des
entsperrbaren Rückschlagventils den Vorteil auf, daß es zum Zu- und Abschalten der
einzelnen hydrostatischen 'Arbeitsmaschinen einsetzbar ist (im Prinzip der Hauptschutz
wie bei elektrischen Maschinen). Gleichzeitig kann dieses entsperrbare Rückschlagventil
auch zur stetigen Steuerung des Energieflusses eingesetzt werden. Dies ist besonders
zur Dämpfung von,Systemschwingungen interessant.
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Die Erfindung wird anhand von vier Ausführungsbeispielen, näher erläutert.
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In Figur 1 ist die Sekundärseite des erfindungsgem8en-hydrostatischen
Antriebssystems gezeigt, bei dem mit 23 die von der Primärseite kommende Druckleitung
bezeichnet ist.
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In dieser Druckleitung ist ein in Richtung der Primärseite schließendes
Rückschlagventil 18 angeordnet und zwischen Rückschlagventil 18 und hydrostatischer
Arbeitsmaschine 20 ein Speicher 19. Die Verstellung des Förder- bzw. Schluckvolumens
der hydrostatischen Arbeitsmaschine erfolgt durch den-Stellzylinder 21. Die hydrostatische
Brbeitsmaschine ist mit einem als hydrostatische Maschine 22 ausgebildeten (Signalgeber)
Istwertgeber/gekoppelt, dessen Anschlüsse 30, 31 über Steuerleitungen 32, 33 mit
den Zuführungsleitungen -35,36 des Stellzylinders 21 verbunden sind. Die Zuführungsleitung
35 steht mit dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum 37 und die Zuführungsleitung
36 mit dem kolbenseitigen Zylinderraum 38 des Stellzylinders 21 in Verbindung. Das
andere Ende der Zuführungsleitung 35 steht mit den Anschluß A und das andere Ende
der Zuführungaleitung 36 mit dem Anschluß B eines 4-Wegeventils 25 mit 3 Schaltstellungen
a, b, c in Verbindung. ~ über die Leitung~51 Der Anschluß P des 4-Wegeventils 25
steht/mit einer Steuer-Po mittelquelle/in Verbindung und der Anschluß T über die
Leitung 29 mit dem Tank T1. In der Tankleitung 29 ist ein einstellbarer Stromregler
26a angeordnet, so daß die zum Tank T1 zurückströmende Steuerflüssigkeit genau zu
dosieren ist.
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In der gezeigten Ausgangsschaltstellung c des 4-Wegev-tils 25 ist
über die Zuführungsleitung 35 der kolbenstangenseitige des Stellzylinders 21 Zylinderraum
37/mit der Steuermittelquelle Po verbunden.
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Die Zuführungsleitung 36 zum kolbenseitigen Zylinderraum 38 des Stellzylinders
ist in dieser Schaltstellung des Wegeventils geschlossen, so das sich der Kolben
21b
durch den im kolbenstangenseitigen Zylinderraum 37 wirkenden
Steuerdruck auf die im kolbenseitigen Zylinderraum befindet liche Steuerflüssigkeit
abstützt und somit zunächst eine unbewegliche Stellung einnimmt.
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Arbeits 20 Wird der hydrostatischenlmaschine/von der Primärseiteunter
einem bestimmten Druck stehende Arbeitsflüssigkeit.
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zugeführt, gibt diese ein Drehmoment. entsprechend diesem Druck und
der Stellung der Kolbenstange 21a des Stellzylinders 21 ab. Die damit verbundene
Drehung der Auegangswelle der hydrostatischen . Arbei.tsmaschine 20, die'in diesem
Falle als Motor arbeitet, wird über das Kupplungsglied 50 auch auf den Istwertgeber
22 übertragen. Dieser führt nunmehrtdieselbe Drehbewegung wie die hydrostatische
ArbeitS-maschine 20 aus. Da der Anschluß 31 des Istwertgebers über die Leitungen
33, 36 mit dem kolbenseitigen Zylinderraum 38 in Verbindung steht, wird diesem Zylinderraum
infolge der Drehbewegung des Istwertgebers Steuerflüssigkeit zu oder aus diesem
abgeführt und damit eine,entsprechende Verschiebung der Kolbenstange 21a des Stellzylinders
bewirkt,-und zwar um einen solchen Betrag, daß an der hydrostatischen Arbeitsmaschine
ein solches Moment erzeugt wird, daß dem an, der Abtriebswelle angreifenden brehmoment
betrag:smäßig -gleich und drehrichtungsmäßig entgegengesetzt ist.
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Sobald die Drehzahl Null der hydrostatischen Arbeitsmaschine : und
damit auch die des Istwertgebers erreicht' ist, kann dem Zylinderraum 38 des Stellzylinders
von dem Istwertgeber keine Steuerflüssigkeit 'mehr zu oder abgeführt werden.
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Das Abtriebssystem befindet sich im stationären Gleichgewicht. Im
Zylinderraum 38 baut sich hierbei ein solcher Steuerdruck auf, daß der Kolben 21b
des Stellzylinders kräftausgeglichen ist. Dadurch, daß der Kolben 21b des Stellzylinders
kolbenstangenseitig eine kleinere wirksame Fläche 21c aufweist als auf der gegenüberliegenden
Seite 21d, befindet, sich der Kolben im' Kräftegleichgewicht, wenn der Steuerdruck
im Zylinderraum 38 einen dieser Kolbenflächendifferenz entsprechenden kleineren
Wert aufweist als der im, kolbenstangenseitigen Zylinderraum 37 herrschendeSteuerdruck.
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Arbeits Tritt während des Stillstandes der hydrostatischen /maschine
2 0 über den Istwertgeber 22 Lecköl in den Zylinderraum 38 des .Stellzylinders ein,
so daß damit das am Kolben 21b wirkende Kräftegleichgewicht gestört und damit eine
Verstellung der Arbeits hydrostatischen/maschine 20 auftritt, führt diese eine gegenläufgie
Drehbewegung aus, und damit auch der Istwertgeber 22, wobei letzterer als Pumpe
wirksam ist und soviel Steuerflüssigkeit wieder zurück in Richtung der Steuermittelquelle
Po fördert, daß am Kolben 21b wieder die das Kräftegleichgewicht herstellende /
Druckdifferenz herrscht. Es handelt sich hierbei um kleine Auslenkbewegungen der
miteinander gekoppelten hydrostatischen Maschinen, da nur kleine Leckölverluste
auf treten.
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Wird über die in der Tankleitung 29 angeordnete als Stromregler ausgebildete
Dosiereinrichtung 26adurch Schalten des Wegeventils 25 aus der Mittelstellung c
in die Schaltstellung a eine bestimmte Steuerflüssigkeitsmenge zum Tank abgeführt,
kann sich zunächst der Zylinderraum 38 über die Zuführungsleitung 36 zum Tank entspannen.
Dies bedeutet, daß sich der Kolben 21b durch die Druckbeaufschlagung im Zylinderraum
37 von Seiten der Steuermittelquelle Po in Richtung-des Zylinderraumes 38 bewegt
und damit eine Verstellung der hydrostatischen . Arbeitsmaschine 20 herbeigeführt,.die
nunmehr eine Drehbewegung ausführt. Der Istwertgeber, der sich durch die Kopplung
mit der,hydrostatischen ArbeitsmaschiNe 20 mit dreht, wirkt nunmehr als Hydromotor
und läßt von der Leitung 32 unter Druck stehende Steuerflüssigkeit in Richtung der
Leitung 33 strömen. Von dort strömt die Steuerflüssigkeit über das Wegeventil 25
und das einstellbare Stromventil 26a zum Tank T1 zurück.
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Vor dem /Stromventil 26a baut sich ein Staudruck auf, der von dem
freien Durchgangsquerschnitt des Stromventils einerseits ,und von der durchströmenden
Steuerflüssigkeitsmenge andererseits festgelegt ist. Bei einer gegebenen Einstel.lung-des
Stromventils wächst demnach mit zunehmender Steuerflüssjgkeitsmenge der Staudruck
vor dem Stromventil und damit-über die Zuührurigsleitung 36 auch im Zylinderraum
38 des Stellzylinders. Da die Steuerflüssigkeitsmenge von der Drehzhal des Istwertgebers
22 festgelegt ist, steht demnach auch der
Staudruck der Steuerflüssigkeit
in unmittelbarer Abhängigke-it von der Drehzahl des Istwertgebers 22 bzw. der mit
diesem-gekoppelten hydrostatischen Arbeitsmaschine 20.
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Sobald der auch im Zylinderraum 38 des Stellzylinders 21 wirkende
Staudruck einen solchen Wert erreicht hat, durch den sich der Kolben 21b des Stellzylinders
im Kräftegleichgewicht befindet, ist eine weitere Erhöhung der Drehzahl der hydrostatischen
Arbeitsmaschine 20 nicht mehr möglich, da dies gleichzeitig eine weitere Erhöhung
des Staudruckes zufolge hätte, der den Kolben wieder in Richtung kleinerer Drehzahl
der hydrostatischen Arbeitsmaschine herunterregeln würde. Unter der Voraussetzung,
daß der Druck der Steueröl'-quelle Po einen konstanten Wert beibehält, hat bei Gleichgewichtslage
des Kolbens 21b des Stellzylinders der Staudruck vor dem Stromventil 26a auch immer
denselben Wert. Damit bestimmt die über die Dosiereinrichtung 26a abgeführte Steuerflüssigkeitsmenge
oder der hierfür bestimmte freie Durchflußquerschnitt der Dosiereinrichtung letztlich
die geregelte Drehzahl der hydrostatischen Arbeitsmaschine 20, und zwar unabhängig
davon, ob die hydrostatische Arbeitsmaschine als Motor oder als Generator arbeitet.
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Das Schluck- bzw. Fördervolumen der hydrostatischen Arbeitsmaschine
20 wird in Abhängigkeit des an der Welle angreifenden Drehmomentes durch den Stellzylinder
21 in eine solche Lage verstellt, daß die am Stromventil 26a einzustellende Drehzahl
erreicht wird. Eine Änderung der Drehzahl infolge einer Änderung des an der Abtriebswelle
der hydrostatischen Arbeitsmaschine angreifenden Drehmomentes bewirkt zwangsläufig
durch
die Kupplung mit der den Istwertgeber bildenden hydrostatischen Maschine 22 eine
Änderung des-Steuerdruckes im Zylinderraum 38 des Stellzylinders und damit wiederum
eine entsprechende Anstellbewegung des Stellzylinders 21, und zwar um einen solchen
Betrag, daß die hydrostatische Arbeitsmaschine 20 die am Stromventil 26 a eingestellte
Drehzahl wieder erreicht.
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Wird zur Erzielung einer Drehrichtungsumkehr der hydrostatischen Arbeitsmaschine
20 das Wegeventil 25 -iYl, die des StéllzylinderE Schaltstellung b geschaltet, steht
der Zylinderraum 38/unter dem Druck der Steuermittelquelle Po. Damit nun am Differentialkolben
21b KrAftegleichgewicht zu erzielen ist-, muß -im,-Zylinderraum 37 ein gegenüber
dem Druck der Steuerflüssigkeitsquelle Po größerer Druck aufgebaut werden. Dies
ist nur möglich, wenn der Istwertgeber im Gegensatz zur anderen dieser Drehrichtung,
in der / von einem höheren zu einem niederen Druckniveau die Steuerflüssigkeit im
Motor-Betrieb.wandelt als Pumpe arbeitet. Der Funktionsablauf er Regelung ist jedoch
der gleiche wie in der anderen Drehrichtung.
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Auch die Stabilität der Regelung ist die gleiche, da,in beiden Fällen
der Kolben 21b des Stellzylinders hydraulisch eingespannt ist. Die den Istwertgeber
bildende hydrostatische Maschine 22 ist in ihrem Schluck- bzw. Fördervolumen verstellbar
ausgebildet. Dadurch läßt sich die Ansprechempfindlichkeit und damit auch zusätzlich
die Stabilität der Regelung beeinflussen. Je kleiner das Schluck- bzw. Fördervolumen
des Istwertgerbers 22 gewählt wird,. umso weicher wird das Ansprechverhalten der
Regelung; im.Gegensatz,
zu einem großen Schluck- bzw. Fördervolumen,
das ein starres Regelverhalten bewirkt. Je nach Einstellung des Schluck- bzw. Fördervolumens
des Istwertgebers 22 kann somit die Dynamik und Stabilität der Regelung festgelegt
werden. Eine zusätzliche Beeinflussung der Regelkennlinie wird erzielt, wenn der
Stellzylinder gemäß den Schaubildern.21' mit zusätzlichen Federkräften belastet
ist bzw. eine durchgehende.Kolbenstange erhält.
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Eine durchgehende Kolbenstange gewährleistet eine gleiches Regelverhalten
in beiden Drehrichtungen. Bei einer zusätzlichen Federbelastung des Stellzylinders
ergeben sich Änderungen in der Steilheit der Drehmoment-Drehzahl-Kennung des Abtriebs.
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Das Wegeventil 25, das die Drehrichtung der hydrostatischen Arbeitsmaschine
festlegt, kann die Aufgabe der Dosiereinrichtung 26a mit übernehmen. Dazu wird es
als Proportionalventil ausgebildet. Ein auf einen Regelmagneten wirkendes eingeleitetes
elektrisches Signal führt eine entsprechende Verstellung des Steuerkolbens des Proportionalventils
herbei und legt damit einen bestimmten die Drehzahl der Arbeitsmaschine 20 festlegenden
Durchflußquerschnitt fest.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 unterscheidet sich gegenüber
dem Ausführungsbeispiel nach' Figur l-zunächst dadurch, daß der Ausgang 29 der Dosiereinrichtung
26a nicht mit dem Tank, sondern mit der Steuerflüssigkeitsquelle Po verbunden ist.
Durch eine solche Schaltung werden die Steuerflüssigkeitsverluste auf ein Minimum
beschränkt. Die Regelung diese ist durch / Verbindung des Ausgangs 29 der Dosiere
inrichtung 26a mit der Druckmittelquelle Po allerdings nur Arbeits in einer Drehrichtung
der hydrostatischen/Xaschine 2o wirksam.
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Dies ist darauf zurückzuführen, daß für eine Verstellung des Kolbens
21b in Richtung des Zylinderraumes 38 des-Ste"ll-21 zylinders/der Istwertgeber 22
sowohl in der Schaltstellung a als auch in der Schaltstellung b des Wegeventils
25 die Steuerflüssigkeit aus der Leitung 33'in die Leitung 32 fördert.In der Sch,altst,ellung
b des Wegeventils 25 ist der kolbenseitige Zylinderraum 38 über die Dos-iereinrichtung
26a mit der Druckmittelquelle Po verbunden'.
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Durch die größere Fläche 21d des Kolbens 21b im Zylinderraum 38 gegenüber
der kolbenstangenseitigen Fläche 21c ist ein -Kräftegleichgewicht am Kolben nur
möglich, -wenn der Druck'im Zylinderraum 38 um einen der Flächendifferenz entsprechenden
Betrag niedriger ist als im Zylinderraum 37. Da im -Zylinderin der Schaltstellung
b raum 37/der volle Druck der Steuerflüssigkeitsquelle herrscht, muß der Druck im
Zylinderraum 38 unter diesem Druck-liegen.
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Dies wird dadurch erreicht, daß der Istwertgeber 22 aus der zuÇührungsleitung
36 zwischen kolbenseitigen Zylinderraum 38 und Dosiervorrichtung 26a Steuerflüssigkeit
über die'Steuerleitung 33 in die über das Wegeventil 25 unmittelbar mit der
Druckmittelquelle
Po verbundenen Zuführungsleitung 35 über die Steuerleitung 32 fördert, und zwar
in einer solchen Menge, daß der Druck im kolbenseitigen Zylinderraum 38 auf einen
Wert absinkt, durch den am als Differenzkolben ausgebildeten Kolben 21b des Verstellzylinders
21 Kräftegleichgewicht herrscht.
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Diese'Steuerflüssigkeitsmenge ist ein Maß für die Drehzahl der hydrostatischen
Arbeitsmaschine 20. Da dieses Kräftegleichgewicht am Kolben 21b eine bestimmte von
der Differenz der.bei.den-einander gegenüberliegenden wirksamen Flächen 21c,21d
des Kolbens festgelegte Druckdifferenz zwischen den beiden Zylinderräumen 37, 38
des Stellzylinders 21 voraussetzt, läßt sich die Solldrehzahl der hydrostatischen
Arbeitsmaschine 20 von.dem Schluck- bzw. Fördervolumen des Istwertgebers 22 oder
von der--freien Durchtrittsöffnung der Dosiervorrichtung 26a festlegen. Je kleiner
das Fördervolumen des bei diesem Ausführunqsbeispiel als Pumpe arbeitenden /Istwertgebers
22 oder je größer der freie Querschnitt der Dosiervorrichtung eingestellt wird,
umso größer muß die Drehzahl des Istwertgebers-sein, um die zur Erzielung des Kräftegleichgewichts
am Kolben 21b erforderliche Druckdifferenz zu erzeugen.
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Dasselbe gilt, wenn das Wegeventil 25 aus der Schaltstellung b in
die Schaltstellung a geschaltet wird. In dieser Schaltstellung steht der kolbenseitige
Zylinderraum 38 unmittelbar unter dem Druck der Steuermittelquelle Po. Damit nun
am Verstellkolben 21b Kräftegleichgewicht herrscht, muß zur Erzielung der hierfür
erforderlichen Druckdifferenz im Zylinderraum 37 ein höherer Druck herrschen als
im Zylinderraum 38. Dies wird dadurch erreicht, daß der Istwertgeber 22 durch entsprechende
Drehzahl einen über-dem Druck der Steuermittelquelle 2 Druck vor der 7
einrichtung
26aaufbaut. Es ist ersichtlich, daß in- beiden Schaltstellungen. des Wegeventils
25 der Istwertceber 22 als Pumpe arbeitet, und zwar in einem Falle zur Erzielung
eines niedrigeren Druckes auf ihrer Zulaufseite und im zur Erzie,eung anderen Falle/eines
höheren Druckes aut- ihrer Ablautseite.
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In beiden Fällen ist die Durchströmrichtung durch den Istwertgeber
22 die gleiche. Dadurch läßt sich bei einer Schaltung des Wegeventils 25 aus der
Schaltstellung a in die Schaltstellung b keine Drehrichtungsumkehr -der hydro-Arbeits
statischen/maschine 20 erreichen. Die Dosiereinrichtung 26a ist lediglich in der
Schaltstellung b des Wegeventils 25 im Zulauf und in der Schaltstellung a des Wegeventils
im Ablauf des Istwertgebers 22 wirksam.
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Die Steuermittelquelle Po kann von der Zulaufseite der Primärseite
zur Sekundärseite gebildet werden, wenn eine Verbindungsleitung 9 von der Zulaufleitung
23 zur Steuerwird mittelzulaufleitung 61 geführte Mit Hilfe des dem Istwertgeber
22 parallel geschalteten Gerätes 52 läßt sich die Menge verändern. des Steuerstromes
beeintlussen und damit die Regelkennlinie 7 Je nach Ausbildung dieses Gerätes 52
entsprechend den neben der Abb. 2 Geraten 521/lassen sich bestimmte dem Betrieb
der Sekundäreinheit angepaßte Kennlinien erreichen. Wird dieses Gerät 52'a als einstellbares
Stromregelventil/ausgebildet, wirkt dieses wie eine Vergrößerung des Leckvolumens
des Istwertgebers 22.
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Damit läßt sich eine Dämpfung der Regeleinrichtung erzielen und gleichzeitig
die an der Dosiervorrichtung 26a-eingestellte Soll-Drehzahl der hydrostatischen
Maschine zusätzlich-beeinflussen.
Durch die zusätzliche Veränderung
des Schluck bzw.
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Fördervolumens des Istwertgebers läßt sich die Regelung in Bezug auf
deren Stabilität und Ansprechempfindlichkeit Weise i-n-einfacher/ optimieren. Die
in den Zuführungsleitungen §5 und 36 vorgesehenen Drosseln kienen zur Dämpfung der
Steflbewegung des Stellzylinders 21.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 weist gegenüber den Ausführungsbeispielen
nach den Figuren 1 und 2 kein Wegeventil 25 auf. Außerdem ist keine besondere Dosiereinrichtung
26a vorgesehen. Die Solldrehzahl wird durch die zum Istwerteinstellbare geber 22im
Bypass liegende/Dämpfungsdrossel 52 eingestellt.
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Zur Erzielung einer in beiden Drehrichtung der hydrostatischen Arbeits
/maschine 20 wirksamen Drehzahlregelung ist der Stellzylinder 21 mit vier Zylinderräumen
37, 37a und 38, 38a versehen.
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Die beiden außen liegenden Zylinderräume 37a, 38a stehen über die
Leitungen 60, 61 mit einem 4-Wegeventil 62 mit zwei Schaltstellungen a und b in
Verbindung. Der Anschluß P des 4-Wegeventiis 62 steht über den Leitungsabschnitt
63 mit der Steuermittelzuführungsleitung 9 in Verbindung, die ihrerseits mit Arbeits
der zur hydrostatischen/maschine 20 führenden Druckleitung 23 verbunden ist.
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Der Tankanschluß T des 4-Wegeventils 62 steht über die Tankleitung
64 mit dem Tank T1 in Verbindung. Damit steht in der gezeisten Schaltstellung b
des 4-Wegeventils 62 der Zylinderraum 37a mit der Steuermittelquelle und der Zylinderraum'38a
mit dem Tank in Verbindung. Außerdem steht über die Zufüh.r,ungsleitung 35 der Zylinderraum
37 mit der Steuermittelleitung
9 in dauernder Verbindung. Der
Zylinderraum 38 des Stellzylinders, 21 steht über die Zu'führungsleitung 36 mit
der zum Istwertgeber führenden Leitung 33 in Verbindung.
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Damit wird der im Zylinderraum 38 wirkende Steuerdruck von der Drehzahl
des Istwertgebers 22 in Verbindung mit'der Stellung der einstellbaren Drossel 52
festgelegt. Steht -gemäß der Schaltstellung b des Wegeventils 62 neben dem Zylinderraum
37 auch der Zylinderraum 37a unter dem konstanten Steuermitteldruck läßt sich ein
Kraftausgleich am Stellzylinder 21 nur dann erreichen,wenn im Zylinderraum 38 ein
höherer Druck wirksam ist als- der konstante Steuermitteldruck in den Räumen 37,
37a.
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nachdem der Zylinderraum 38a in dieser Schaltstellung des ,Wegeventils
62 mit dem Tank in Verbindung steht ufid. demgemäß für einen Kraftausgleich des
Kolbens 21b nicht beiträgt.
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Damit der Druck in dem Zylinderraum 38 größer wird als der konstante
Steuermitteldruck in den Zylinderräumen 37,.37a ist es erforderlich, daß der Istwertgeber
22 als Pumpe arbeitet, und zwar in Richtung des Pfeiles 65. Der Druck bäut sich
somit vor der als Dosiervorrichtung wirkenden Drossel stelle 52 auf und wirkt sich
demgemäß auch im Zylinderraum 38 aus. Die Dosiereinrichtung' 52 wird hierbei in
Richtung des Pfeiles 66 durchströmt. Wird das Wegeventil 6-2 aus-der gezeigten Schaltstellung
b in die Schaltstellung a verschoben, -ist nunmehr der Zylinderraum 38a mit der
Steuermittelquelle verbunden, während der Zylinderraum 37a mit dem Tank in Verblndung
steht.
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Ein Kräftegleichgewicht am Kolben 21b bzw. im 'Stellzylinder 21
kann
sich somit nur dann einstellen, wenn der Druck im Zylinderraum 38 kleiner ist als
im mit der Druckmittelquelle verbundenen Zylinderraum 37. Dies läßt sich dadurch
erreichen, wenn nunmehr-der Istwertgeber in umgekehrte Richtung fördert, d.h., in
Pfeilrichtung 67. Damit verläuft auch die Durchströmrichtung durch die Dosiereinrichtung
52 in umgekehrter Richtung, und zwar in Richtung des Pfeiles 68. Je größer der Durchflußquerschnitt
der Dosiervorrichtung 52 gewählt wird, desto größer muß--die Drehzahl des Istwertgebers
22 liegen, um den erforderlichen Druckauf- bzw. Druckabbau im Zylinderraum 38 zu
bewirken-. Wird die Dosiervorrichtung geschlossen und damit der Bypass-Strom der
Steuerflüssigkeit unterbrochen, wird, wie in den Ausführungsbeispielen nach den
Figuren 1 und 2, die Arbeits hydrostatische ./maschine auf Drehzahl 0 heruntergeregelt.
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Mit dem, Stellorgan der Dosiervorrichtung 52bist nach Figur 3 ein
Stellzylinder 70 gekoppelt, dessen Ausgangsstellung federzentriert ist. Die beiden
Steuerräume 71, 72 dieses Stellzylinders sind über Steuerleitungen 73, 74 mit der
zum 21 gesteuerten Zylinderraum 38 des Stellzylinders/für die hydro-Arbeits 20 statische/maschine/führenden
Steuerleitung 36 verbunden, 36 und zwar zu beiden Seiten einer in der Steuerleitung/angeordneten
Blende 75. Damit wird die bei einer Verstellung des Verstellzylinders 21 sich ergebende
Druckdifferenz an der Blende 75 in Folge des hierbei im Zylinderraum 38 sich verändernden
Volumens auch im Stellkolben 70 wirksam und überträgt ein entsprechendes Verstellsignal
auf die Dosiervorrichtung 52, und zwar entsprechend der Verschieberichtung des Stellzylinders
21.
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Da die Größe der Volumenverschiebung im Zylinderraum 38 des Stellzylinders
21 gleichzeitig ein Maß für die Verschiebegeschwindigkeit des Stellzylinders darstellt,
ergibt sich eine geschwindigkeitsabhängige Verstellung der Dosiervorrichtung 52.
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eines Anstelle / hydraulischen Geschwindigkeitssignals läßt sich
auch ein elektrisches Geschwindigkeitssignal erzeugen, indem beispielsweise mit
der Verstelleinrichtung 21 für die Arbeits hydrostatische/maschine 20 ein elektrischer
Potentiometer 55 gekoppelt ist, dessen Ausgangssignal einem Vergleicher zugeführt
wird, in dem das Sollwertsignal für eine elektrische Verstelleinrichtung für die
Dosiereinrichtung 52 eingegeben ist. Das hieraus sich ergebende Summensignal bildet
das Verstellsignal für die elektrische Verstellvorrichtung der Dosiervorrichtung.
Als elektrische Verstellvorrichtung für die Dosiervorrichtung 52 kann beispielsweise
ein Proportionalmagnet eingesetzt werden.
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Der mit dem Stellzylinder 21 weiter gekoppelte Potentiometer 56 führt
das Schluck- bzw. Fördervolumen der hydrostatischen'-Ar-^;beitsmasch-ine 20 der
Regeleinrichtung der Primäreinheit zur Anpassung der von der Sekundäreinheit geforderten
Leistung als Führungssignal zu.
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Das in der Druckleitung 23 in Durchflußrichtung gesehen hinter dem
Speicher 19 angeordnete entsperrbare Rückschlagventil. 53 wird ,über die Steuerleitung
54 von der Druckseite der Primäreinheit aufgesteuert.
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Dadurch ist sichergestellt, daß die hydrostatische Arbeitmaschine
nur in Betrieb zu setzen ist, wenn die Primäreinheit-die erforderliche Arbeitsflüssigkeit
liefert.
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Der Speicher 19 kann somit nicht unkontrolliert hergefahren werden.
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Bei -dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 wird der Stellzylinder 21
für die hydrostatische Atbeitsmaschine 20 nicht unmittelbar von der Steuerflüssigkeit
beaufschlagt, sondern mittelbar über ein zwischengeschaltetes stetig wirkendes hydraulisch
zu betätigendes Wegeventil 57. Die von der Druckmittelquelle P1, Ql über die Druckleitung
58 dem Wegeventil 57 zugeführte und von dort über die Arbeitsleitungen 80, 81 dem
Stellzylinder 21 weitergeleitete Steuerflüssigkeit ist von der Steuermittelquelle
Po, Qo unabhängig,
Das dem Wegeventil 57 zu- bzw.
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abgeführte Steueröl wird über die Steuerleitungen 32, 36, 32a, 36a
und über das die Dosiervorrichtung bildende Proportionalventil 25 geleitet. Dadurch,
daß der eine Anschluß 30 des Istwertgebers 22 im Schaltbereich b des Proportionalventils
25 . und der Anschluß 31 des Istwertgebers 22 im Schaltbereich a des Proportionalventils
25 mit dem Tank in Verbindung stehen, ist eine Regelung der Arbeits hydrostatischen/xaschine
20 in beiden Drehrichtungen Arbeits sichergestellt. Der mit der hydrostatischen/Waschine
20 gekoppelte als hydrostatische Maschine ausgebildete Ist' Wert geber 22 arbeitet
in beiden Drehrichtungen als Pumpe.-Dies ist dadurch bedingt, daß der jeweilige
Ausgang des IStwertgebers 22 über das Proportionalventil 25 mit, dem Tank in Verbindung
steht. Zwischen dem jeweiligen, Ausgang des Istwertgebers 22 und dem Proportionalventil
25 muß zur Erzielung eines Kräftegleichgewichts am Steuerkolben des Wegeventils'57
ein solcher Druck erzeugt werden, der dem Druck auf der Zulaufseite entspricht.
Bei Erreichen des Druckgleichgewichts nimmt das Wegeventil 57 seine,den Stellc zylinder
21 festlegende Mittelstellung/ein. Besteht zwischen Ein- und Ausgangsseite des Istwertgebers
22 Drucksungleichgewicht, wirkt sich das am Steuerventil 57 derart aus, daß sich
dieses in eine der Schaltstellungen a oder b verschiebt und damit eine entsprechende
Verstellung des S-tellzylinders 21 herbeiführt, durch die eine solche Drehzahländerung
der hydro-Arbeits statischen/m.aschine herbeigeführt wird, daß der mit, letzterer
gekoppelte als Pumpe wirkende Istwertgeber Druckgl-eichgewicht
zwischen
seinem Ein- und Ausgang wieder herstellt durch das das Wegeventil 57 wieder seine
Ausgangsstellung c einnimmt, in der der ' stellzylinder 21 hydraulisch blockiert
ist. Da das Proportionalventil gleichzeitig die Dosiervorrichtung bildet, entspricht
jede Drosselstellung dieses Ventils einer bestimmten Drehzahl der hydrostatischen
Arbeitsmaschine 2o.
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Der bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehene Differentialzylinder
als Stellzylinder für die hydrostatische Arbeitsmaschine 20 kann selbstverständlich
auch als Zylinder mit durchgehender Kolbenstange ausgebildet sein.
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Z'U"S A'M'ME'N'F A'S'S,U,N'G Ein hydrostatisches Antriebs system
besteht aus einer von- einer oder mehreren hydrostatischen Pumpen gebildeten Primäreinheit
und einer von einer oder mehreren hydrostatischen Arbeitsmaschinen (20) mit verstellbarem
Schluck- bzw. Fördervolumen gebildeten Sekundäreinheit. Mit den hydrostatischen
Arbeitsmaschinen der Sekundäreinheit sind Signalgeber (22) zur Abgabe einer von
der Drehzahl der hydrostatischen Arbeitsmaschinen bestimmten Signalgröße für die
Verstellvorrichtung (21) der hydrostatischen Arbeitsmaschinen gekoppelt.
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Die Signalgeber bestehen aus als Pumpe oder Motor wirkenden kleinen
hydrostatischen Maschinen, deren Anschlüsse (,30,-31) mit den Zylinderräumen (37,
38) des Stellzylinders .verbunden sind, wobei über eine Dosiereinheit (26a) einem
der beiden Zylinderräume des Ste lzylinders ein den Sollwert der-, Drehzahl der
zugeordneten hydrostatischen Arbeitsmaschine des Antriebssystems festlegender Steuerölstrom
zugeführt wird.
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Zur Erhöhung der Genauigkeit und Ansprechempfindlichkeit der'Drehzahlregelung
auch bei kleinen Drehzahlen der hydrostatischen Arbeitsmaschinen und gleichzeitige
Verbesserung es Wirkungsgrades des hydrostatischen Antriebssystems ist die als verstellbare
Drossel oder Stromregler ausgebildete Dosiereinheit in den Rücklauf (29.) des Steuerölstromes
gelegt. Die Ansprechempfindlichkeit der Drehzahlregelung.wird insbesondere'bei kleinen
Drehzahlen der hydrostatischen Arbeitsm,aschinen des Antriebssystems durch Signalgeber
mit veränderbarem Schluck- bzw. Fördervolum.en zusätzlich erhöht.
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Zur Erzielung eines dämpfenden Verhaltens der Regelung und zur Beeinflussung
der Drehmomentdrehzahl-Rennung der hydrostatischen Arbeitsmaschine ist am Signalgeber'
ein b-eeinfluBbarer Parallelstrom (52) vorbeigeführt.
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Gleichzeitig 'ist mit diesem Parallelstrom die Drehzahl des hydrostatischen
Antriebes mit festzulegen, so daß auf eine im Zu- oder Ablauf des Steuerölstromes
angeordnete Dosiereinrichtung zur Festlegung der Drehzahl des hydrostatischen Antriebes
auch verzichtet werden kann. Auch auf das Wegeventil (25) zur Zuführung des Steueröl
zum Signalgeber, welches gleichzeitig die-Dreh.richtung der hydrostatischen Arbeitsmaschine
vorgibt, läßt sich verzichten, wenn der Stellzylinder mit einer durchgehenden Kolbenstange
ausgebildet ist und zur Festlegung der Drehrichtung der hydrostatischen Arbeitsmaschine
die Kolbenstange: entsprechend der gewünschten Drehrichtung in die eine oder andere
Verschieberichtung mit einer zusätzlichen Last beaufschlagt ist.