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Hydrostatisches Antriebs system
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Die Erfindung betrifft ein aus einer und mehreren hydrostatischen
Pumpen als Primäreinheit und einer oder mehreren hydrostatischen Arbeits mit ~ ~
.. Imaschinen/versteiibaraSchluck- bzw. Fördervolumen als SeKunaareinheit 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/Xaschinen
gekoppelt ist. Ein solches hydrostatisches Antriebssystem ist durch die DE-OS 20
39 968 bekannt, Die Verstellung des Schluck- bzw. Arbeits Fördervolumens der hydrostatischen/maschinen
erfolgt bei diesem hekannten Antriebssystem durch hydraulische Stellzylinder Der
Signalgeber 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 Anschlüsse dieses Signalgebers
sind mit den Zylinderräumen des Stellzylinders verbunden, wobei über eine als Stromregler
ausgebildete Dosiereinheit einem der i,cden Zylinderräume des Stellzylinders ein
den Sollwert der
Arbeits Drehzahl der zugeordneten hydrostatischen/maschine
des Antriebssystems 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/!r,aschinen
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 Antriebssystems nach dem Oberbegriff des Anspruches
1 ergibt sich dadurch, wenn die Dosiereinheit gleichzeitig von dem . ~ . . Arbeits
die drenrlchtung der hydrostatischen/m.aschine 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 Antriebs systems nach dem Oberberiff
des Anspruches 1 ergibt sich, wenn die den Signalgeber bildenden hydrostatischen
Maschinen im Förder- bzw. Schluckvolumen verstellbar ausgebildet sind.Dadurch läßt
sich die Ansprechelpfindlichkeit 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 Signalgebers
zusätzlich verändern. Dies ergibt den weiteren Vorteil, daß die Genauigkeit und
Ansprechempfindlichkeit der Drehzahlregelung unter Berücksichtigung der Arbeits
vorgegebenen 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 Arbeitsmaschine. Die
Anordnung eines Stromreglers in der Parallelleitung wird beispielsweise bei Umkehrung
der Stellzylinder wirkenden Drucl:differenz durch den dabei von den Stromregler
verursachten Bypass-Stror ein DrehzahlsPrung bei eingepräatem Drehmoment der hydrostatischen
Arbeitsmaschine
erreicht (künstliche Sollwertabweichung).
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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 eingestellt 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 Stellzylindezs ergibt sich, wenn in der Zu- bzw. Abführleitung
des Stellzylinders Dämpfungsdrosseln angeordnet sind. Auf das Wegeventil zur Zuführunq
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 Arbeitsmaschine die Kolbenstange entsprechend der gewünschten Drehrichtung
in die eine oder
andere Verschieberichtung mit einer zusätzlichen
Last beaufschlagt wird. Zweckmäßiqer Weise erfolgt diese Lastaufbringung dadurch,
daß die Kolbenstangenenden Druckräume begrenzen, die über ein 4-Wegeventil mit zwei
Schaltstellungen gegenläufig mit einer Druckmittelguelle bzw. dem Tank verbindbar
sind. Bei dieser Ausbildung des Stellzylinders wird der weitere Vorteil erreic,lt,
daß die Steuerkennlinien beider Arbeits Drehrichtungen der hydrostatischen/maschine
weitgehend gleich verlaufen. Zur weiteren Wirkungsgradverbesserung der Regeleinrichtung
werden die Zu- und Rücklaufleitungen der Steuerölstrome zusammengefaßt und an eine
gemeinsame Steuerölquelle angeschlossen. Es tritt also kein zum Tank zurückgeführter
Steuerölverlust auf. Zweckmäßiger Weise wird die Steuerölquelle von der Druckseite
des Antriebssystems gebildet. Zur weiteren Herabsetzung der Stellzeit des Anstellzylinders
wird die Stellgeschwindigkeit desselben als Signal zur Beeinflussung der die Verstellung
bewirkenden Mittel der"Regeleinrichtung zugeführt. Hierbei wird vorteilhafterweise
das Geschwindigkeitssignal als Druckdifferenzsignal an einer in einer zum Stellzylinder
führenden Steuerleitung angeordneten Blende abgenommen und einem mit einem den Steuerölstrom
beeinflussenden Gerät gekoppelten Stellzylinder zugeführt. Je nach Stellgeschwindigkeit
wird somit der Sollwert um einen entsprechenden Wert vergrößert bzw. veV-ingert.
Sobald der Stellzylinder wieder zur Ruhe gelXo;.!ell ist, hat auch der Sollwertgeber
wieder seinen ursprürgl^.cllen Wert erreicht. Wird das den Steuerölstrom beeinflussende,
den Sollwert bildende Gerät
elektrisch vcrstellt, wird das Geschwindigkeitssignal
als elektrisches Signal zur entsprechenden Verstellung des Sollwertes diesem Gerät
zugeführt. Anstatt dem Stellzylinder die 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. Arbeits
Fördervolumen der hydrostatischen/maschine als Führungssignal der Regcleinrichtung
der Primäreinheit zur Anpassung der von der Sek"pdäreinheit geforderten Leistung
zugeführt.
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DadLic äßt sich ein besonders wirtschaftlicher Betrieb des
Antriebssystems
erzielen. Ist in der Versorqunqs- oder Arbeits Druckleitung der hydrostatischen/maschine
ein Speicher angeordnet, wird aus Sicherheitsgründen zwischen Speicher Arbeits und
der hydrostatischen/maschine ein entsperrbares Rückschlagventil 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 bestünde 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 Ausführunasbeispielen näher erläutert.
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In Figur 1 ist die Sekundärseite des erfindungsgemäßen hydrostatischen
Antriebssystems ,czeigt, bei dem mit 23 die von der Primärseite komflenc:e 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
Prbeitsmaschine ist mit einem als hydrostatische Maschine 22 ausgebildeten (Sianalaeber)
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 Zuführungsleitung 36 mit dem Anschluß B eines 4-Wegeventils 25 mit 3 Schaltstellungen
a, b, c in Verbindung. über die Leitunq 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-Wegeventils 25 ist
über die Zuführungsleitunq 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 daß sich der Kolben
21b
durch den im kolbenstangenseitigen Zylinderraum 37 wirkenden
Steuerdruck auf die im kolbenseitigen Zylinderraum befindliche Steuerflüssigkeit
abstützt und somit zunächst eine unbewegliche Stellung einnimmt.
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Arbeits 20 Wird der hydrostatischen/maschine/von der Primärseite unter
einem bestimmten Druck stehende Arbeitsflüssigkeit zugeführt, gibt diese ein Drehmoment
entsprechend diesem Druck und der Stellung der Kolbenstange 21a des Stellzylinders
21 ab. Die damit verbundene Drehung der Ausgang welle der hydrostatischen Arbeitsmaschine
20, die in diesem Falle als Motor arbeitet, wird über das Kupplungsglied 50 auch
auf den Istwertgeber 22 übertragen. Dieser führt nunmehr dieselbe Drehbewegung wie
die hydrostatische Arbeitsmaschine 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 un 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
Drehmoment betragsmäßig gleich und drehrichtungsmäßig entgegengesetzt ist.
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Sobald die Drehzahl Null der hydrostatischen Arbeitsmaschine 20 und
damit aucl die des Istwertgebers erreicht ist, kann dem Zylindcrre -j- des Stc?izyllnders
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 kraftausgeglichen ist. Dadurch, daß der Kolben 2lb 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/maschine20
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 Arbo; t.
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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 auftreten.
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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 beweqt
und damit eine Verstellung der hydrostatischen Arbeitsmaschine 2c 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 Einstellung
des Stromventils wächst demnach mit zunehmender Steuerflüssigkeitsmenge der Staudruck
vor dem Stromventil und damit über die ZuEührungsleitung 36 auch im Zylinderraum
38 des Stellzylinders. Da die SteuerflüssicikcItsmenge von der Drehzhal des Istwertgebers
22 festgelegt ist, steht demnach auch der
Staudruck der Steuerflüssigkeit
in unmittelbarer Abhängigkeit von der Drehzahl des Istwertgebers 22 bzw. der mit
diesem gekoppelten hydrostatischen Arbeitsmaschine Zo.
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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 Kräftealeichgewicht befindet, ist eine weitere Erhöhung der Drehzahl der hydrostatischen
Arbeitsmaschine 20 nicht mehr möglich, da dies gleichzeitig eine weitere Erhöhung
des Staudruckes zurFolge hätte, der den Kolben wieder in Richtung kleinerer Drehzahl
der hydrostatischen Arbeitsmaschine herunterregeln würde. Unter der Voraussetzung,
daß der Druck der Steuerölquelle 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 2o, 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 Stellzvlinder
21 in eine solche Lage verstellt, daß die am Stromventil 2Ga einzustellende Drehzahl
erreicht wird. Elnc ;nderullcJ drv- Drehzahl infolge einer Änderung des an der Abtriebsw@lle
der hydrostatischen Arbeitsmaschine ang@eifenden Dichromomentes bewirkt zwangsläufig
durch
die Kupplung mit der den Istwertgeher 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 in die des Stellzylinder. Schaltstellung b geschaltet, steht
der Zylinderraum 38/unter dem Druck der Steuermittelquelle Po. Damit nun am Differentialkolben
21b Kräftegleichgewicht 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 der 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 qewahlt wird, umso weicher wird das Ansprechverhalten der
Regelung; im Geger.-satz
zu einem grenzen 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 Reaelung festgelegt
werden. Eine zusätzliche Beeinflussung der Regelkennlinie wird erzielt, wenn der
Stellzvlinder aemäß 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 Dre]ìrichtungen. Bei einer zusätzlichen Federbelastung des Stellzylinders
ergeben sich Änderungen in der Steilheit der Drehmoment-Drehzahl-Kennuna 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 nnci Figur 2 unterscheidet sich gegenüber
dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 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 Dosiereinrichtung
26a mit der Druckmittelquelle Po allerdings nur Arbeits in einer Drehrichtung der
hydrostatischen/Maschine 20 wirksam.
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Dies ist darauf zurückzuführen, daß für eine Verstellung des Kolbens
2lb in Richtung des Zylinderraumes 38 des Stell-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 Schaltstellung
b des Wegeventils 25 ist der kolbenseitige Zylinderraum 38 über die Dosiereinrichtung
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 Zvlinderraum 37. Da im Zylinderin der Schaltstellung b raum
37/der volle Druck der Steuerflüssigkeitsquelle herrscht, muß der Druck im Zylind(rraum
38 unter diesem Druck liegen.
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Dies wird dadurch erreicht, daß der Istwertgeber 22 aus der Zuführungsleltung
36 zwischen kolbenseitigen Zylinderraum 38 und Dosiervor-Ichtung 2a Steuerflüssigkeit
über die Steuerleitung 33 ir. ic ft'i>er cas 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 beiden 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 Ausführungsbeispiel als Pumpe arbeitenden /Istwertgebers 22 oder
je größer der freie Querschnitt der Dosiervorrichtung eingestellt wirdr 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 räftegleichgewicht herrscht, muß zur Erzielung der hierfür
erforderlichen Druckdifferenz im Zylinderraum 37 ein höherer Druck herrschen als
im Zylinderraum 38. Dies wird dadurch erreicht, äaß der Istwertgeber 22 durch entsprechende
Drehzahl liegenden Dosierelnen über dem Druck der Steuermittelquelle / Druck vor
der /
einrichtung 26aaufbaut. Es ist ersichtlich, daß in beiden
Schaltstellungen des Wegeventils 25 der Istwertgeber 22 als Pumpe arbeitet, und
zwar in einem Falle zur Erzielung eines niedrigeren Druckes auf ihrer Zulaufseite
und im zur Erzielung anderen Falle/eines höheren Druckes auf ihrer Ablaufseite.
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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 geführt Mit Hilfe des dem Istwertgeber
22 parallel geschalteten Gerätes 52 läßt sich die Menae verändern. des Steuerstromes
beeinflussen und damit die Reqelkennlinie / Je nach Ausbildung dieses Gerätes 52
entsprechend den neben der Abb. 2 Geräten 52'/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
.aschine 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 in einfacher/ optimieren. Die
in den Zuführungsleitungen 50 51 35 und 36 vorgesehenen Drosseln/dienen zur Dämpfung
der Stellbewegung 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 22
im Bypass liegende/Dämpfungsdrossel 52 eingestellt.
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Zur Erzielung einer in beiden Drehrichtung der hydrostatischen Arbeits
/maschine 2o wirksamen Drehzahlregelung ist der stellzyllnder 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-Wegeventils 62 steht über den Leitungsabschnitt
63 mit der Steuermittelzuführungsleitung 9 in Verbindung, die ihrerseits mit Arbeits
der zur hydrostatischen/maschine 20 führenden Druck leitung 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 gezeigten 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 Zufiilrun-slei tunn 35 acr
Zylinderraum 37 mit der Steuermittel-
9 leitung/in dauernder Verbindung.
Der Zylinderraum 38 des Stellzylinders 21 steht über die Zuführungsleitung 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 nachdem der Zylinderraum 38a in dieser Schaltstellung des Wegeventils 62 mit
dem Tank in Verbindung steht und 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 baut sich
somit vor der als Dosiervorrichtung wirkenden Drosselstelle 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 62 aus der gezeigten Schaltstellung
b in die Schaltstellung a verschoben, ist nunmehr der Zylinderraum 38a mit der Steuermittelquelle
verbunden1 während der Zylinderraum 37a mit dem Tank in Verbindung steht.
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Ein Kräftegleichgewicht am Kolben 21b bzw. im Stellzylinder 21
kann
sicii ,;ornit nur dann einstcllen, wenn der Druck im ,v1 110Cc'I'-raum 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
aut 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 Foige 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 Vers-chieberichtung 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 Arbeitsmaschine 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 angeordncte entsperrbare Rückschlagventil 53 wird über die StoucErleitung
54 von der Druckseite der Primär-@nheit aufgesteuert.
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Dadurch ist sichergestellt, daß die hydrostatische ArbeiSmaschine
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 Arbeitsmaschine 20 nicht unmittelbar von der Steuerflüssigkeit
beaufschlagt, sondern mittelbar über ein zwischengeschaltetes stetig wirkendes hydraulisch
zu betätigendes Wegeventil 57. Die von der Druckmittelquelle P1, Q1 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.
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D;is dLfli 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 IstwertgeLers 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/maschine
20 in beiden Drehrichtungen Arbeits -sichergestellt. Der mit der hydrostatischen/maschine
20 gekoppelte als hydrostatische Maschine ausgebildete Istwertgeber 22 arbeitet
in beiden Drehrichtungen als Pumpe.
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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
Druckungleichgewicht, 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 Stellzylinders 21 herbeiführt, durch die eine solche Drehzahländerung der hydro-Arbeits
statischen/maschine herljeigeführt wird, daß der mit letzterer gekoliric2.te als
Pumpe wirkende Istwertgeber Druckgleichgewicht
zwischen seinem
Ein- und Rusnwng 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 20.
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Der bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehene Differentialzylinder
als Stellzylinder für die hydrostatischeArbeitsmaschine 20 kann selbstverständlich
auch als Zylinder mit durchgehender Kolbenstange ausgebildet sein.