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Steuerung für einen hydraulischen Verdrängung smo tor
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mit veränderbarer Verdrängung.
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Die Erfindung betrifft eine Steuerung für wenigstens einen hydraulischen
Verdrängungsmotor mit veränderbarer Verdrängung, über welchen in einer Hydraulikleitung
ein Druckabfall stattfindet.
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Hydraulische Kolbenpumpen oder Kolbenmotoren mit veränderbarem Hub
sind bekannt. Ein bekannter Hersteller solcher Motoren ist die Firma Sundstrand
Corporation in Ames, Iowa, Vereinigte Staaten von Amerika, welche einen derartigen
Motor unter der Bezeichnung Sundstrand Hydrotransmission herstellt und vertreibt.
Ein derartiger Motor ist in Fig. 1 dargestellt und wird zur Erläuterung des Standes
der Technik beschrieben.
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Der in Fig. 1 dargestellte hydraulische Kolbenmotor M mit veränderbarem
Hub ist mit einer Antriebswelle 14 zum Antrieb einer beliebigen Last versehen. In
typischer Weise strömt das hydraulische Medium durch eine Einströmöffnung 16 in
den Motor und aus diesem über eine Ausströmöffnung 17. Der gesamte Motor dreht sich
um die Welle 14 und umfaßt eine Gruppe von rotierenden Kolben 18 in einer Gruppe
rotierender Zylinder 19.
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Die Wirkungsweise der Pumpe ist einfach zu verstehen.
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Die Zylinder 19 werden durch das hydraulische Medium beauf schlagt
und die Kolben 18 stehen mit einem kippbaren Gehäuse 20 in Verbindung, dessen Winkelstellung
veränderbar
ist, um den Kolbenhub des Motors zu verstellen Eine
Platte 22 ist mit einer Gruppe von linken Öffnungen 23 und einer Gruppe rechter
Öffnungen 24 versehen. Geht man davon aus, daß das kippbare Gehäuse 20 in einem
vom Betrachter weg gerichteten Winkel verschwenkt ist und daß das gesamte System
der Kolben 18 und der Zylinder 19 bezogen auf die Fig. 1 im Uhrzeigersinn rotiert,
so erkennt man, daß das hydraulische Medium durch die rechten Öffnungen 24 einströmt
und durch die linken-Öffnung 23 ausströmt.
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Es verbleibt nün noch festzustellen, daß der Winkel des kippbaren
Gehäuses 20 in Abhängigkeit von der Kraft verstellbar ist, welche zwischen einem
unter Federvorspannung stehenden Zylinder 25 und einem den hydraulischen Druck steuernden
Zylinder 26 über paarweise angeordnete Lagerzapfen 28, von welchen lediglich der
obere Lagerzapfen 28 dargestellt ist, ausgeübt wird. Durch Einwirkung der entsprechenden
Kolben 25 und 26 auf einander gegenüberliegende Hebelarme an entgegengesetzten Seiten
der Lagerzapfen, kann der Winkel des kippbaren Gehäuses verändert werden. Nimmt
man an, daß das kippbare Gehäuse 20 nur aus einer zur Welle 14 normal verlaufenden
Position in eine gegenüber der Welle 14 schräg verlaufende Position verstellbar
ist, so kann der Motor nur in einer Richtung angetrieben werden. Es ist bekannt,
daß derartige Motoren leicht durch eine entsprechende Bewegung des kippbaren Gehäuses
in umsteuerbarer Weise betreibbar sind0
Wo derartige Motoren in
einem Abhängigkeitsverhältnis mit Tochtermotoren betrieben werden, treten hydraulische
Leckverluste in bekannter Höhe auf. Diese hydraulischen Leckverluste treten sowohl
an der Pumpe auf, welche die hydraulische Ausgangskraft zur Verfügung stellt, wie
auch an dem Motor, an welchem die hydraulische Kraft des Systems abgegeben wird.
In typischer Weise zeigen sowohl die Hydraulikpumpe als auch der angetriebene Hydraulikmotor
Strömungsmittelverluste in bekannter Höhe zwischen ihrer Hochdruckseite und ihrer
Niederdruckseite. Das Ergebnis ist, daß bei der Anwendung von Pumpen der in Fig.
1 gezeigten Art die Einströmung des hydraulischen Strömungsmittels nicht ausreichend
ist, um den durch den Kolbenhub gegebenen Anforderungen der Pumpe zu entsprechen,
es sei denn, es wird auf der Niederdruckseite des hydraulischen Kreislaufs durch
eine kleine, über eine Welle angetriebene Zahnradpumpe hydraulisches Strömungsmittel
zugeführt. Es sind deshalb Motoren und/oder Pumpen der in Fig. 1 gezeigten Art oft
mit einer Speisepumpe als Standardausrüstung versehen. Weil solche Speisepumpen
in keiner Weise dem Steuermechanismus der nachstehend erläuterten Erfindung entsprechen,
wird noch deutlicher werden, daß als ziemlich überraschendes Ergebnis der vorliegenden
Erfindung die eine Standardausrüstung darstellende Speisepumpe benützt wird, um
die Drehzahl eines Motors der in Fig. 1 gezeigten Art zu überwachen.
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In Fortsetzung der Schilderung des bekannten Standes der Technik sei
nun erwähnt, daß Pumpen der in Fig. 1 gezeigten Art in typischer Weise durch ein
Drosselventil
gesteuert werden. Diese Drosselventile verändern
den Druck an den Einströmöffnungen 24. Wenn der Druck verändert wird, verändert
sich die Drehzahl der Welle 14 abhängig von der Belastung.
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Wie in der Hydraulik bekannt ist, tritt in ungünstiger Weise eine
Verringerung des Druckes auf, wenn der Einströmdruck der Pumpe einer Drosselwirkung
ausgesetzt wird. Zieht man in Betracht, daß die Ausgangsleistung eine Funktion des
Druckabfalls mal Strömungsmenge ist, ergibt jede Drosselung mit einer damit verbundenen
Strömung einen unvermeidbaren Leistungsabfall. Die Drosselwirkung vergeudet Leistung
in Form einer Erwärmung des hydraulischen Mediums.Die so erzeugte Wärme muß in typischer
Weise durch zugeordnete Kühler abgeführt werden und die Energie wird vollständig
im Ausmaß des steuernden Druckabfalls vergeudet.
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Es ist bereits bekannt, Motoren mit veränderbarem Hub durch Zentrifugalregler
zu steuern. Unglücklicherweise sind solche Regler in extremem Maße hinsichtlich
der zu steuerenden Drehzahlbereiche begrenzt. Außerdem sind derartige Zentrifugalregler
Gegenstand von Massenkräften, wo dynamisch bewegte Vorrichtungen, wie beispielsweise
hydraulisch angetriebene Wagen,. benutzt werden. Derartige Regler können also nur
bei stationären Anwendungen zufriedenstellend eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäß wird bei einem Kolbenmotor mit veränderbarem Hub ein
Regler zur Einhaltung konstanter Geschwindigkeit
mit veränderbarem
Antrieb eingesetzt, welcher den Hub anstelle des Antriebsdrucks verändert und damit
Energie einspart, indem die Drosselverluste verringert werden. In typischer Weise
wird die Steuerung bei wenigstens einem einer Mehrzahl von Motoren verwendet, welche
alle von der Hochdruckverzweigung einer druckkompensierten, gesteuerten Pumpe angetrieben
werden, die ihrerseits durch einen Hauptantrieb betätigt wird. Der besondere gesteuerte
Kolbenmotor mit veränderbarem Hub wird am Strömungsmitteleinlaß der Hochdruckseite
mit der Hochdruckverzweigung verbunden, während der Ausgang des Motors auf der Niederdruckseite
mit einem Sammelbehälter verbunden ist. Der gesteuerte Motor treibt außerdem eine
kleine Verdrängungspumpe an, bei welcher es sich in typischer Weise um eine am Motor
befindliche Speisepumpe handelt, und erzeugt einen Abfluß über eine Öffnung mit
quadratischem Rand in einem isolierten hydraulischen Steuerkreis. Abhängig von Lastwechseln
ermittelt ein hydraulischer Verstärker den Druck im hydraulischen Steuerkreis und
verändert den Motorhub, und zwar in typischer Weise durch Verstellung des Winkels
des kippbaren Gehäuses. Bei abnehmenden Druck im hydraulischen Steuerkreis bei zunehmender
Last wird der Pumpenhub vergrößert. Bei zunehmendem Druck im hydraulischen Steuerkreis
aufgrund abnehmender überwachter Pumpenbelastung wird der Pumpenhub verringert.
In jedem Fall führt die kleine Pumpe den Druck in ihrem isolierten Steuerkreis im
wesentlichen auf den ursprünglichen Druck zurück, wenn der Pumpenhub seine neue
Einstellung erreicht.
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Es ist die wichtigste Aufgabe der Erfindung, statt des Motordrucks
die Verdrängung zu steuern, um dadurch die Drosselverluste im Strömungsmittelkreislauf
eines hydraulischen Motors zu verringern.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei der eingangs erwähnten Steuerung
darin, daß mit der Welle des Motors eine Verdrängungspumpe verbunden ist, deren
Strömungsmittelkreislauf vom Druckabfall in der Hydraulikleitung unabhängig ist
und auf deren Förderseite eine in Abhängigkeit von der Motordrehzahl verstellbare
Öffnung zur Erzeugung eines Steuerdrucks zwischen der Pumpe und dieser Öffnung angeordnet
ist, und daß auf den Ausgang eines hydraulischen Verstärkers zur Verstärkung des
Steuerdrucks ansprechende Mittel zur Verstellung der Motorverdrängung mit dem hydraulischen
Verstärker verbunden sind.
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Die Verdrängungspumpe ist saugseitig mit einem Vorratsbehälter verbunden
und auf der Druckseite über eine Öffnung mit quadratischem Rand mit einem druckmäßig
isoliertem hydraulischen Kreis verbunden. Der Druck zwischen der Pumpe und der Öffnung
wird auf einen hydraulischen Verstärker übertragen. Der hydraulische Verstärker
verstellt den Winkel des kippbaren Gehäuses.
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Abhängig von der abnehmenden Drehzahl und der zunehmenden Belastung
wird der Kippwinkel des Gehäuses durch eine hydraulische Verbindung zum Verstärker
verstellt, um den Pumpenhub abhängig vom abnehmenden Staudruck zu erhöhen. Bei zunehmender
Pumpendrehzahl und abnehmender
Belastung wird dagegen die Steuerpumpe,
bei der es sich in typischer Weise um eine vorhandene Speisepumpe handelt, einen
relativ hohen Druck zwischen der Pumpe und der Meßöffnung erzeugen. Dieser hohe
Druck veranlaßt seinerseits den zugeordneten hydraulischen Verstärker einen verringerten
Pumpenhub einzustellen und dadurch die Drehzahl zu senken.
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Wenn die Pumpe zur normalen Drehzahl zurückkehrt, normalisiert sich
auch der Druck zwischen der Steuerpumpe und der Öffnung.
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Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß Energie eingespart
wird. Es ist bekannt, daß Dieselmotoren im Leistungsbereich von 750 PS, wobei es
sich um eine übliche Art von Hauptantriebsquellen für Hydrauliksysteme handelt,
etwa 0,2 kg Treibstoff pro PS-Stunde verbrauchen Berücksichtigt man, daß Dieselmotoren,
die von ihnen angetriebenen hydraulischen Pumpen und die die Energie abführenden
hydraulischen Motoren in typischer Weise alle für Höchstlastbedingungen ausgelegt
sind, kann sofort erkannt werden, daß der Betrieb des Dieselmotors bei einer geringeren
als der vollen Leistung Brennstoff einsparen kann. Beispielsweise sei angenommen,
daß zwei 1500 PS-Dieselmotoren vorhanden sind und daß 30 Prozent der Energie eingespart
wird, so können bis zu etwa 180 1 Brennstoff pro Stunde oder 4360 1 pro Tag eingespart
werden.
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Ein besonderes Ergebnis der erfindungsgemäßen Steuerung besteht darin,
daß das System die bereits vorhandene Speisepumpe benutzt, welche zur Standardausrüstung
gehört.
Die erfindungsgemäße Steuerung benutzt also insgesamt keine
Spezialausrüstung.
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Die erfindungsgemäße Steuerung wird eine Anzahl von Geschwindigkeiten
der Steuereinrichtung ermöglichen.
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Bei einer ersten und einfachsten Ausführungsform wird ein hydraulischer
Verstärker in Form eines herkömmlichen Druckkompensators verwendet, um den Steuerdruck
zwischen der Pumpe und der Öffnung auf einen Druck zu verstärken, der direkt den
Motorhub steuert.
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Bei einer abgewandelten Ausführungsform wird ein Kompensator verwendet,
der sowohl einen Hydraulikmotor mit veränderbarem Hub als auch einen Hydraulikmotor
mit festem Hub steuert-, wobei diese beiden Motoren parallel zueinander betrieben
werden. Durch Benutzung der umsteuerbaren Charakteristik eines Hydraulikmotors mit
veränderbarem Hub können die gesamten Motoren, welche auf der gleichen Welle betrieben
werden können, von einer ersten Stellung, in der keine wirksame Ausgangsleistung
in Erscheinung tritt und in welcher die Motoren einander hydraulisch entgegengerichtet
sind, in eine zweite und Endstellung überführt werden, in welcher die Motoren miteinander
parallel arbeiten, um eine kombinierte und addierte Leistung abzugeben.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Steuerung
für einen umsteuerbaren Motor vorgesehen, bei welcher der Kolbenhub steuerbar ist,
um nicht nur den Motorhub entsprechend der gewünschten Leistungsabgabe
einzustellen,
sondern auch um andere, ähnlich angeordnete Motoren in Reihe zu betreiben.
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Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Steuerung besteht darin,
daß die zur Überwachung der Drehzahl dienende Pumpe und der ihr zugeordnete Strömungsmittelkreislauf
druckmäßig vom Strömungsmittelkreislauf der Hauptantriebsquelle isoliert ist. Dadurch
ist das gesamte System druckunabhängig von Veränderungen des Druckes an der Hauptantriebsquelle.
Die erfindungsgemäße Steuerung wird immer bestrebt sein, eine konstante Drehzahl
des Hydraulikmotors aufrechtzuerhalten, selbst wenn wesentliche Änderungen des Antriebsdruckes
auftreten.
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Durch die Erfindung wird auch eine Steuerung geschaffen, welche ein
selbstbremsendes Druckablaßsystem für den hydraulischen Motor zur Verfügung stellt.
Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann nämlich in der von der Auslaßseite des
-Motors direkt zum Vorratsbehälter und um den hydraulischen Verstärker herumführenden
Leitung ein Überdruckventil vorgesehen sein. Wenn die Hauptantriebsquelle plötzlich
abgestoppt wird, kann das an der Hauptantriebsquelle auftretende Moment keine Druckspitze
erzeugen. Statt dessen pumpt der Hydraulikmotor dieses Moment als Druckabfall über
das eingebaute Überdruckventil ab.
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In vorteilhafter Ausgestaltung kann die Steuerung auch so ausgelegt
werden, daß der Motor veränderbare Drehzahlen aufweist. Es ist dafür nur erforderlich,
den Querschnitt
der Steueröffnung zu verändern. Die gesteuerte
Drehzahl reagiert als direktes Ergebnis auf die Querschnittsveränderung der Öffnung.
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Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Ansicht einer bekannten Kolbenpumpe mit Hubverstellung,
wie sie von der Firma Sundstrand Corporation in Ames, Iowa, Vereinigte Staaten von
Amerika, hergestellt und unter der Bezeichnung Sundstrand Hydrotransmission in den
Handel gebracht wird, Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Konstruktion, wobei die Steuerung eines nicht umsteuerbaren Kolbenmotors mit verstellbarem
Hub mittels eines hydraulischen Reglers dargestellt ist und wobei der Druck des
Reglers die Lage eines Verstärkers in Form eines hydraulischen Kompensators steuert,
Fig. 3 eine Simultansteuerung eines hydraulischen Motors mit festem Hub und eines-hydraulischen
Motors mit verstellbarem Hub, wobei der letztere sich aus einer dem Motor mit festem
Hub entgegenwirkenden Stellung in eine dazu parallel wirkende Stellung überführen
läßt, während die Steuermechanismen im wesentlichen unverändert bleiben,
Fig.
4 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Steuerung angewandt zum Antrieb und zur
Steuerung von umsteuerbaren hydraulischen Motoren bei einer Vorrichtung, wie z.B.
einem Wagen, Fig. 5 ein hydraulisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Steuerung,
wobei der Rückdruck eines Steuermotors zur Erzeugung einer wünschenswerten Steuercharakteristik
benutzt wird und Fig. 6 ein Diagramm, welches das Drehmoment über der Geschwindigkeit
und damit die Steuercharakteristik der erfindungsgemäßen Steuerung zeigt.
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Während die Fig. 1 zur Erläuterung des Aufbaus des Motors dient, werden
die schematischen Darstellungen in den Fig. 2, 3, 4 und 5 die Wirkungsweise der
Erfindung erläutern. Zunächst wird die Steuerung verschiedener Motorenanordnungen
erläutert. Abschließend wird im Zusammenhang mit Fig. 3 die Abhängigkeit zwischen
Geschwindigkeit und Drehmoment diskutiert.
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In Fig0 2 wird über eine Hochdruckleitung 14 ein hydraulischer Kolbenmotor
M mit veränderbarem Hub angetrieben, dessen Auslaß mit einer Abfluß leitung 15 und
über diese mit einem nicht gezeigten Rücklauf verbunden ist. Mit der Welle des Motors
M ist koaxial eine als Steuerpumpe dienende Verdrängungspumpe P verbunden. Die Pumpe
P ist saugseitig an eine Leitung 16 und druckseitig an eine Leitung 17 angeschlossen,
die über ein Abflußventil 18 mit verstellbarem Querschnitt mit einem Speicher 20
verbunden ist. An einem Rückschlagventil 22 sind Vorkehrungen
getroffen,
um Überdruck abbauen zu können.
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Ein hydraulischer Verstärker A der hier in Form eines Kompensators
gezeigt ist, überwacht den Steuerdruck in der Leitung 17 zwischen der Pumpe P und
dem einstellbaren Ventil 18. Insbesondere umfaßt der Kompensator drei Kolben 23,
24 und 25, die durch eine gemeinsame Kolbenstange 26 miteinander verbunden sind
und in einer zylindrischen Kammer 32 gegen eine Feder 30 gedrückt werden.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist leicht zu verstehen.
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Nimmt man an, daß der Motor M seine Betriebsdrehzahl erreicht, so
wird zwischen der Pumpe P und dem Ventil 18 ein Steuerdruck aufgebaut. Dieser Steuerdruck
wird durch den Verstärker A überwacht und gegen die konstant durch die Feder 30
aufgebrachte Kraft im Gleichgewicht gehalten.
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Wenn der Motor in seiner Drehzahl unter die Betriebsdrehzahl absinkt,
wird die Kolbenanordnung 23, 24, 25 nach links verschoben und der erweiterte Kanal
34 wird mit dem hydraulischen Strömungsmittel verbunden, welches aus dem Steuerzylinder
25 abströmt. Der Motor wird dann in der anhand der Fig. 1 erläuterten Weise in die
Leerlaufstellung (offstroke) gebracht.
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Nimmt man an, daß die Belastung des Motors M abnimmt, so steigt die
Drehzahl über die Betriebsdrehzahl an. Die Pumpe P wird den Druck in der Leitung
17 und am Ventil 18 erhöhen. Durch diesen Druckanstieg wird die Kolbenanordnung
23,
24, 25 nach rechts verschoben, der Druck gelangt von der Leitung 17 über die Druckseite
zum Zylinder 25 Der Motor nimmt seine Leerlaufstellung ein.
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Es ist ersichtlich, daß der Verstärker A dazu dient,die Motorsteuerung
im Gleichgewicht zu halten, abhängig von der Belastung des Motors. Wie nachfolgend
noch näher ererläutert wird, kann durch Veränderung des Drosselventils 18 für den
Motor ein Drehzahlbereich ausgewählt werden, welcher unabhängig von der Leistung
ist.
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In Fig. 3 ist eine Abwandlung der erfindungsgemäßen-Steuerung dargestellt.
Zwei Motoren M1 und M2 sind mit einer gemeinsamen Welle verbunden. Der Motor M1
ist ein Kolbenmotor mit veränderlichem Hub. Der Motor M2 ist ein Kolbenmotor mit
festem Hub. Entsprechend den in Fig. 1 verwendeten Kennzeichnungen wird das kippbare
Gehäuse 20 des Motors M2 vorab eingestellt. Es verbleibt in seiner Einstellung auf
einen konstanten Winkel.
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Der Motor M1 besitzt ein kippbares Gehäuse mit veränderbarer Neigung.
Dieses kippbare Gehäuse kann aus einer ersten Stellung, in welcher der Motor M1
dem Motor M2 entgegenwirkt, in eine zweite Stellung überführt werden, in welcher
der Motor M1 gleichsinnig mit dem Motor M2 arbeitet.
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Die Wirkungsweise der Drehzahlsteuerung ist bei dieser Ausführungsform
analog zu der Steuerung nach Fig. 2.
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Eine Druckleitung 14 treibt den Motor M1 an, während
eine
Leitung 14' den Motor M2 antreibt. Der Abfluß erfolgt über Leitungen 15 bzw. 15'
zu einem nicht gezeigten Behälter. Die Pumpe P besitzt eine Saugleitung 16 und eine
druckseitige Leitung 17 mit einem Rückschlagventil 17a,welches zu einem Drosselventil
18 mit verstellbarem Querschnitt und schließlich zu einem Behälter 20 führt.
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Ein Überdruckventil 22 ist vorgesehen, um Drücke abzuleiten, falls
der Motor überdreht wird. Die-Wirkungsweise ist genau die gleiche wie beim vorher
beschriebenen Beispiel.
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In einem Zustand mit erhöhter Belastung sinkt die Drehzahl der Pumpe
P ab. Dadurch fällt der Druck in der Leitung 17 zum Ventil 18. Durch diese Drucksenkung
wird die Kolbenanordnung 23, 24, 25 durch die Wirkung der Feder 30 innerhalb des
Zylinders 32 nach links bewegt und ermöglicht es dadurch, daß Öl aus dem Steuerzylinder
25 zum Speicher 20 entweicht. Der Motor M1 nimmt damit seine Leerlaufstellung ein.
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Betrachtet man den Zustand, in welchem die Motoren parallel und wegen
einer Abnahme der Belastung mit erhöhter Drehzahl laufen, so steigt der Druck zwischen
der Pumpe P und dem Drosselventil 18 an. Bei einer solchen Drucksteigerung wird
die Kolbenanordnung 23, 24, 25 nach rechts bewegt. Durch eine derartige Bewegung
entsteht eine Verbindung zwischen der Abflußleitung 17 über die Leitung 17a mit
dem erweiterten Kanal 34 des Kompensators und mit der Druckseite des Steuerzylinders
25. Der Motor M nimmt die Leerlaufstellung ein.
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Es ist ersichtlich, daß der Motor ML tatsächlich reversibel sein kann.
Der Motor kann also von einer vollständig im Gegenlauf zum Motor M2 arbeitenden
Stellung in eine Stellung überführt werden, in der er mit dem Motor M2 vollständig
im Gleichlauf ist.
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In Fig. 4 ist noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform sind drei reversible Motoren M1, M2 und M3 dargestellt,
welche alle von einem gemeinsamen Einlaß 40 aus betrieben werden.
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Diese Motoren werden in umsteuerbarer Weise betrieben und werden unter
Bezugnahme auf den Motor M1 erläutert. Nach dem Verständnis der Wirkungsweise des
Motors M1 kann die Zukupplung und Abkupplung der Motoren M2 und M3 über die hydraulische
Kupplung 44 erläutert werden.
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In typischer Weise wird ein Steuerdruck in der Größenordnung von 21
bis 35 bar an einem Einlaßventil 45 vorgesehen. Das Einlaßventil 45 ist ein Dreiwegeventil,
welches durch einen Wurfhebel 46 entgegen der Wirkung zentrierender Federkräfte
vorgespannt ist. Nimmt man an, daß das Ventil 45 sich in der linken Stellung befindet,
so ist erkennbar, daß die Leitung 48 mit einer Druckquelle und die Leitung 49 mit
einem Speicher in Verbindung steht. Nimmt man an, daß der Motor sich im Stillstand
befindet, so findet eine Strömung über das Rückschlagventil 50 in der Leitung 51
statt Eine solche Strömung gelangt über die Leitung 50 zur Leitung 52, in welcher
die Pumpe P, unter der Voraussetzung,daß sich der Motor M1 im Stillstand befindet,
als geschlossenes Ventil wirksam wird. Der Strömungsmitteldruck
aus
dem Steuerkreis in Leitung 45 wird sich dann seinen Weg über einen der beiden gegenüberliegenden
Steuerzylinder 25 suchen und der Motor M1 wird in einem ersten Zustand eine Hubbewegung
durchführen.
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Sobald der Motor sich im gewünschten Zustand in Betrieb befindet,
wird Strömungsmittel auf dem Weg von der Leitung 52 zur Leitung 53 die Pumpe P durchqueren.
In der Leitung 53 wird sich das Strömungsmittel seinen Weg über ein Überdruckventil
V1 suchen. In typischer Weise wird das Überdruckventil V1 durch Leitungen 55 und
56 in eine Stellung vorgespannt sein, in welcher ein gewisser Abbau des von der
Pumpe P kommenden Steuerdrucks stattfindet.
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Sobald sich das Überdruckventil V1 öffnet, findet eine Strömung über
die Leitung 49 zum Behälter statt0 Es findet somit eine Steuerung des Motors M1
in Abhängigkeit von der Lage statt in der sich der Wurfhebel 46 befindet.
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Bei dem besonderen, in Fig. 4 dargestellten Steuerkreis wurde die
Schaltung so geschaltet, daß sie sich zur Steuerung eines beweglichen Wagens eignet.
Wenn dies der Fall ist, so ist ersichtlich, daß ein spezielles Ventil 60 betätigt
werden kann, um eine Bremse 61 über eine ein Ventil 63 enthaltende Leitung 62 zu
lösen. Falls kein Strömungsmitteldruck vorhanden ist, wird deshalb die Bremse 61
eine Bewegung des Wagens verhindern.
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Nimmt man an, daß eine Bewegung in der Gegenrichtung erwünscht ist,
wird der Wurfhebel 46 voll nach rechts bewegt. In dieser Stellung gelangt die Leitung
49 in Verbindung mit einer Druckquelle, wobei der Druck über die Leitung 41 und
ein Rückschlagventil 72 wirksam wird, um eine Hubbewegung am Zylinder 26 zu verursachen.
Wenn die Bewegung des Motors einsetzt, so gelangt von der Pumpe P Druck auf die
Leitung 52. Abhängig vom Druck in der Leitung 71 werden Leitungen 75 und 76 das
Ventil V1 veranlassen, sich in die leicht: geöffnete Stellung zu bewegen, so daß
unter Druck stehende Strömungsmittel aus der Leitung 52 zum Behälter 20 gelangen
kann. Es wird sich im System ein Gleichgewichtszustand einstellen, der eine stetige
Bewegung des Motors M1 verursacht.
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Es ist ersichtlich, daß das Ventil 45 in Abschnitten des darin dargestellten
Sperrkörpers verstellbare Drosselmechanismen 74 und 75 enthält. Diese Drosselmechanismen
74 bzw. 75 ermöglichen die Steuerung der Motordrehzahl.
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Berücksichtigt man den Druckabfall über die Steuerleitungen 52 und
53, so ist ersichtlich, daß durch die Anwendung des Kupplungsmechanismus 44 der
zugeordnete Motor M2 mit der Pumpe P2 und der Motor M3 mit der Pumpe P3 an die Leitung
zu oder von dieser abgeschaltet werden kann. In jedem dieser Fälle ist die Wirkungsweise
des Systems genau analog.
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Nachdem diese beiden Ausführungsformen der Erfindung ererläutert
wurden,
folgt nun die Erläuterung der Fig. 5.
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In Fig. 5 wurde dem Steuermechanismus ein Verstärker angefügt, welcher
einer früher in der US-PS 3,807,443 vom 30.04.1974 gezeigten Bauart entspricht.
Auf den Inhalt dieser Patentschrift wird ausdrücklich verwiesen, deren Informationsgehalt
kann wie folgt zusammengefaßt werden: Ein druckreguliertes Ventil mit konstantem
Durchfluß besitzt in Reihe eine feste Öffnung und eine einstellbare Öffnung, wobei
die einstellbare Öffnung einen konstanten Druckabfall über die feste Öffnung aufrechterhält.
Um die Druckregulierung für jede Durchflußrichtung durch das Ventil aufrechtzuerhalten,
wird der Ventilkörper eines frei verstellbaren Ventils verschoben, wenn die Strömungsrichtung
umgekehrt wird und vertauscht dadurch die Anschlüsse der einstellbaren Öffnung in
Bezug auf die stromauf und stromab gelegenen Seiten der festen Öffnung.
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Die Merkmale der bekannten Konstruktion können zusammengefaßt werden
als ein in zwei Richtungen wirksames, druckkompensiertes Ventil zur Steuerung einer
Strömung, mit einer festen Öffnung und einer damit in Reihe angeordneten einstellbaren
Öffnung, wobei die Mittel zur Einstellung der Öffnung einander gegenüberliegende
Öffnungs- und Schließbereiche aufweisen, wobei ferner ein frei einstellbares Ventil
mit den Einstellmitteln verbunden ist und so verstellbar ist, daß es den Schließbereich
mit der
stromauf gelegenen Seite der festen Öffnung verbindet und
den Öffnungsbereich mit der stromab gelegenen Seite dieser festen Öffnung, und zwar
für jede Strömungsrichtung durch das Ventil.
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In Fig 5 ist der Verstärker A in der Form der aus der erwähnten US-PS
3,807,443 bekannten Konstruktion dargestellt, wobei die Abbildungen in Fig. 5 und
in dieser Patentschrift im wesentlichen übereinstimmen0 Der in die Ausführungsform
nach Fig. 5 einbezogene Verstärker ist vollständig auch beschrieben im Sperry-Vickers
Industrial Hydraulic Manual, 1. Auflage (1970), veröffentlicht durch die Sperry-Rand
Corp. in Troy, Michigan, Vereinigte Staaten von Amerika. Eine Erläuterung dieses
Ventils kann dort auf den Seiten 9 bis 12 im Zusammenhang mit den Fig. 9 bis 12
und dem hierzu gehörenden Text gefunden werden. Der einzige Unterschied besteht
darin, daß der Steuerdruck für den dort dargestellten Verstärker von der Einlaßseite
des Strömungsmittelmotors genommen wird, statt von dem Druck, welcher zwischen der
Verdrängungspumpe P und der Drosselöffnung erzeugt wird.
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In Fig. 5 ist der Ausgang der Pumpe P mit einer Verzweigung 140 verbunden.
Der Motor M ist ein typischer Kolbenmotor mit veränderbarem Hub, wie er bei derartigen
Einrichtungen angewandt wird. Der Motor M erhält hydraulisches Strömungsmittel auf
seiner Hochdruckseite 141 aus einem Zweig der Verzweigung 140 und entläßt das Strömungsmittel
auf der Niederdruckseite 142 über einen Verstärker A zu
einem Speicher
R, und zwar über eine Abflußleitung 143.
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Der Speicher R versorgt über eine Rücklaufleitung 144 die Saugseite
der Pumpe P mit Strömungsmit-tel, so daß der Hauptantrieb der Pumpe P an der Verzweigung
140 eine motorische Kraft zur Verfügung stellen kann, welche über die Hochdruckleitung
141 dem Motor M zugeführt wird0 Der Motor M besitzt an seiner Speisepumpe 130 eine
Einströmleitung 145 und eine Ausströmleitung 146. Die Ausströmleitung 146 leitet
das Strömungsmittel über eine verstellbare Öffnung 147 mit quadratischem Umriß an
eine zum Speicher führende Leitung 148 Als Steuerdruck für den Verstärker A dient
der Druck, welcher sich zwischen dem Ausgang der Speisepumpe 130 und der Leitung
146 zur verstellbaren Öffnung 147 mit quadratischem Umriß aufbaut.
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Der Verstärker A besitzt ein Kolbenpaar 150 und 151, wobei diese Kolben
durch eine Kolbenstange 152 mit einem Hydraulikkolben 154 verbunden sind. Der Hydraulikkolben
154 wird durch eine ,Feder 155 belastet. Der Hydraulikkolben 154 ist in einen großen
Zylinder 156 eingepaßt, während ein Zylinder 157 mit geringerem Durchmesser und
einer erweiterten Einlaßöffnung 158 für den Durchfluß des hydraulischen Strömungsmittels
zur Verfügung steht.
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Eine schmale, an dem Kolben 150 anschließende Kammer 159 dient dazu,
den Kolben 150 in eine die Einlaßöffnung 158 mehr oder weniger überdeckende Stellung
zu bewegen.
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Im Betrieb gelangt das vom Motor M abströmende Strömungsmittel über
die Leitung 142 in den erweiterten Bereich 158 des Zylinders 157. Von der erweiterten
Öffnung 158 gelangt das Strömungsmittel zwischen dem Kolben 150 und der Kolbenstange
152 zur Leitung 143, welche nur schematisch dargestellt ist. Das Strömungsmittel
fließt von der Leitung 143 zum Speicher R.
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Im Vergleich mit bekannten Steuerungen ist festzustellen, daß erfindungsgemäß
die Drosselstelle stromab und nicht stromauf vom Motor M angeordnet ist. Der Verstärker
A ist außerdem so eingestellt, daß der Kolben 150 innerhalb der Einlaßöffnung 158
und des Zylinders 157 einen minimalen Druckabfall verursacht. Vorzugsweise liegt
der Druckabfall in der Größenordnung von 1000 N, wobei der gesamte Druckunterschied
des Systems in der Größenordnung von 15 000 N liegt. Die Drosselwirkung des Verstärkers
A bezogen auf das gesamte System ist deshalb minimal, Es ist ersichtlich, daß der
Ausgangsdruck zwischen dem Ausgang 146 der Speisepumpe 130 und der verstellbaren
Öffnung 147 an zwei Öffnungen auf den Verstärker A übertragen wird. Erstens wird
der Zylinderabschnitt 159 mit einem statischen Druck beaufschlagt, wo er auf das
Ende des Kolbens 150 einwirkt. Zweitens führt eine Druckleitung 146a zum Zylinder
156, wo der Druck den Kolben 154 beaufschlagt. Um diesem hydraulischen Druck entgegenzuwirken,ist
eine Leitung 160 vorgesehen, welche mit dem Zylinder 156 auf dessen vom Kolben 154
abgewandten Seite in Verbindung steht. Der Druck von der Niederdruck- oder
Abfluß
seite der veränderbaren Öffnung 147 mit quadratischem Rand wählt zusammen mit dem
eingestelltem Druck der Feder 155 die Position des Kolbens 150 des Verstärkers A
aus, welche dem mittleren und relativ niedrigen Rückdruck entspricht.
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Nach der Beschreibung des Aufbaus des Verstärkers wird nun dessen
Wirkungsweise erläutert.
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Nimmt man an, daß der Motor M zunehmend belastet wird, so wird als
typische Erscheinung die Drehzahl der Motorwelle absinken. Beim Absinken der Wellendrehzahl
wird der Druck in der Leitung 146 zwischen der veränderbaren Öffnung 147 mit rechteckigem
Rand'und der Speisepumpe 130 sinken. Wenn dieser Druck sinkt, wird auch der Strömungsmitteldruck
in den Kammern 159 und 156 gleichermaßen abnehmen. Als Folge wird die den Verstärker
A vorspannende Feder 155 die Kolben 150, 151 und 154 mit der Kolbenstange 152 nach
links bewegen. Der Rückdruck auf die Pumpe nimmt ab.
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Die unmittelbare Folge der Abnahme des Rückdrucks auf die Pumpe ist
zweifacher Natur. Erstens wird ein geringerer Rückdruck zwischen dem Motor M und
dem Behälter R auftreten, wodurch sofort mehr Leistung abgegeben wird. Wie nachfolgend
noch erläutert wird, hat dies bei einer druckregulierten Pumpe P eine günstige Zeitkonstantenwirkung.
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Zweitens wird die Kammer 158 wegen der Reduzierung des Rückdrucks
auf die Pumpe mit einem geringeren Druck beauf schlagt. Dies hängt von zwei bestimmten
Wirkungen ab.
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Die erste besteht darin, daß wegen des tieferen Eindringens des Kolbens
150 in die Kammer 159, welche er durchdringt, und wegen der gleichzeitig durch den
Kolben 150 bewirkten Öffnung der Verbindung zwischen den Kammern 157 und 158 die
natürliche und ungehinderte Strömung zwischen den beiden Kammern der Rückdruck verringern
wird.
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Die zweite besteht darin, daß wegen der Beseitigung der Einschnürung
zwischen den Kammern 158 und 157 jeder vorhandene Bernoulli-Effekt verringert wird.
Solche Effekte sind wichtig, wenn man das Schließen einer Vorrichtung wie des Verstärkers
A betrachtet0 Es wird nun das Überdrehen des Motors aufgrund abnehmender Last betrachtet.
Wenn ein solches Überdrehen auftritt, steigt der Druck in der Leitung 146 an. Aufgrund
der gleichen Überlegungen, wie sie vorstehend erörtert wurden, wird der Strömungsmitteldruck
in den Kammern 159 und 156 ansteigen und es wird eine Bewegung der Kolben 150, 151
und 154 nach links stattfinden.
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Als unmittelbare Auswirkung der Drehzahlüberschreitung wird der Motor
M einem erhöhten Rückdruck ausgesetzt, wodurch die Drehzahl des Motors gesenkt wird,
weil sich aus dem Druckabfall zwischen der Verzweigung 140 und dem Speicher R eine
geringere Leistung ergibt. Der Rückdruck des Motors in Richtung auf die Klammer
158 wird aus zwei Gründen ansteigen. Einmal, weil sich die Einschnürung zwischen
dem Kolben 150 und den Kammern 158 und 157 in Richtung auf einen geringeren Querschnitt
verändert, und weil durch eine stärkere Einschnürung der Rückdruck in
der
Kammer 158 natürlich ansteigen wird. Andererseits wird sich auch der Bernoulli-Effektverstärken,
welcher den Kolben 150 gegen die Seitenwandung der Kammer 157 zieht, Es wird deshalb
eine Bewegung der Kolbenanordnung 150, 151, 154 gegen die Wirkung der Feder 155
auftreten.
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Nachdem die unmittelbaren Wirkungen des Verstärkers A erläutert wurden,
wird nun betrachtet, wie der Rückdruck auf die Pumpe den Winkel der Platte 120 des
kippbaren Gehäuses gegenüber dem Motor M steuert und damit den Hub in Abhängigkeit
von diesem Rückdruck verändert.
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Die Kammer 158 ist über eine Leitung 163 mit dem Zylinder 126 verbunden.
Eine typische Verbindung wird durch eine Leitung geschaffen, welche entgegengesetzt
gerichtete Rückschlagventile 164 und 165 und eine Umgehung 167 dieser Rückschlagventile
mit paarweise angeordneten Drosselventilen 168 und 169 aufweist. Diese Drossel-
und/oder Nadelventile 168 und 169 stellen eine einstellbare Zeitkonstante zur Bewegung
der Platzte 120 durch den Zylinder 126 unter dem Einfluß des vorgespannten Zylinders
125 dar. Berücksichtigt man die vorstehend erörterte Wirkungsweise des Verstärkers
A, so kann nun die Wirkungsweise der Schaltung zur Veränderung des Motorhubs einerseits
bei einer zu niedrigen und andererseits bei einer zu hohen Drehzahl verstanden werden.
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Betrachtet man zunächst die zu niedrige Drehzahl, so wird ersichtlich,
daß der Motor M eine erhöhte Belastung aufnimmt. Als die erhöhte Belastung erstmals
betrachtet
wurde, wurde festgestellt, daß der Rückdruck in der Kammer 158 abgenommen hat. Diese
Abnahme des Rückdrucks wird über die Leitung 163 und über die Nadelventile 168 und
169 an den Zylinder 126 weitergegeben und wird den Druck auf den Kolben dieses Zylinders
126 verringern, Dadurch wird die Federvorspannung im Zylinder 125 die Hublänge des
Motors M vergrößern Wenn der Motor eine Zunahme der Hublänge erfährt, wird er von
einer größeren Strömungsmittelmenge durchströmt, es wird weitere Leistung abgegeben
und die Speisepumpe 130 wird ihre Förderung erhöhen. Wenn die Pumpe 130 ihre Förderung
erhöht, wird der Druck in der Leitung 146 und an der einstellbaren Öffnung 147 zum
Normalwert zurückkehren. Zu diesem Zeitpunkt wird auch der Verstärker in seine normale
Stellung zurückkehren, während die Platte 120 in ihrer einen vergrößerten Hub bewirkenden
Stellung verbleibt.
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Bei einer erhöhten Drehzahl, bei welcher der Motor M geringer belastet
ist, wird, wie erwähnt, der Druck in der Kammer 158 erhöht. Bei einer Erhöhung des
Rückdrucks nimmt auch der hydraulische Druck auf den Zylinder 126 zu. Die Schrägstellung
der Platte 120 nimmt ab und der Kolbenhub wird dadurch verringert. Wenn der Kolbenhub
verringert wird, nimmt die Drehzahl des Motors M ab und er kehrt in den normalen
Drehzahlbereich zurück. Die Rückkehr des Motors in den normalen Drehzahlbereich
veranlaßt die Speisepumpe 130 den Druck in der Leitung 146 zu reduzieren. Ein reduzierter
Druck in der Leitung 146 führt dazu, daß der Verstärker A seine normale
Stellung
einnimmt Das Gleichgewichts des Systems wird wieder hergestellt, wobei sich der
Motor M in einer Stellung mit geringerer Hublänge befindet.
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Nachdem die Erfindung soweit erläutert ist, wurde ersichtlich, daß
bei sich veränderndem Hub statt eines Druckabfalls weitgehend nur die Drosselverluste
innerhalb des Systems reduziert werden. Bei der erfindungsgemäßen Steuerung erfordern
die Motoren M nur jene hydraulische Leistung der Pumpen P, welche erforderlich ist,
um das Aggregat solcher Motoren M zu betreiben, welche an die Verzweigung 140 angeschlossen
sein können.
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Bevor die Abhängigkeit zwischen Drehzahl und Drehmoment anhand der
Fig. 6 erläutert wird, sind noch einige Anmerkungen zu machen.
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Zunächst ist festzustellen, daß Vorkehrungen für den Fall getroffen
sind, daß der Motor durch hohe Trägheitskräfte belastet ist und die Pumpe P plötzlich
stillgesetzt wird0 In einem solchen Zustand könnte der Verstärker A den gesamten
Strömungsmittelfluß durch das System unterbrechen. Um ein solches Ergebnis zu verhindern,
ist ein Überdruckventil 170 vorgesehen, weiches die Möglichkeit schafft, einen gedrosselten
Strömungsmittelfluß zwischen der Leitung 142 und dem Behälter R durchzuführen. Diese
Leitung dient einerseits dazu, eine Überdruckspitze auf der Ausgangsseite der Pumpe
zu verhindern, und andererseits dazu, einen Drosselverlust vorzusehen, welcher hydraulische
Energie innerhalb des Motors M verzehrt.
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Zweitens ist für die veränderbare Öffnung 147 mit quadratischem Rand
eine Steuerung vorgesehen, und zwar eine übliche hydraulische Steuervorrichtung
C mit veränderlichem Druck, welche durch einen Hebel 172 betätigbar ist und welche
über eine Membran 174 die Stellung der Öffnung 147 steuert. Durch Veränderung der
Einstellung der Öffnung 147 kann die Steuercharakteristik des Motors verändert werden,
wie nachfolgend noch unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert wird.
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Außerdem ist eine Steueröffnung 176 vorgesehen, welche dazu dient,
ein Überdrehen des Systems zu verhindern, falls der Motor M plötzlich entlastet
wird. Diese Öffnung wirkt in Reihe mit der einstellbaren Öffnung 147, so daß die
Speisepumpe 130 stets mit Rückdruck beaufschlagt ist, insbesondere wenn bei einem
Überdrehen die Speisepumpe 130 auf unbeschränkter Basis durch eine voll geöffnete
Öffnung 147 fördert.
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Nachdem nun die allgemeinen Betriebsbedingungen der erfindungsgemäßen
Steuerung erläutert worden sind, wird nun noch die Gestaltung einer bekannten Energiequelle
in Form einer druckkompensierten Steuerpumpe betrachtet Diese Energiequelle wird
so beschrieben, daß das überraschende Ergebnis meiner Erfindung in Verbindung mit
solchen Energiequellen verständlich wird.
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In typischer Weise wird die Pumpe P durch eine nicht gezeigten Hauptantrieb
angetrieben, wie beispielsweise durch einen Dieselmotor. Diese Pumpe P besitzt die
gleiche
Gestaltung wie jene, die in Fig. 1 dargestellt ist, jedoch mit dem Unterschied,
daß die Welle 114 durch den Motor angetrieben wird, statt selbst Antriebskräfte'
abzugeben.
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Der Ausgang der Pumpe auf der Hochdruckseite ist mit einer Ventilkolbenanordnung
verbunden, die einen durch eine Feder vorgespannten Kolbenabschnitt 180 und zugeordnete
Kolben 181, 182 und 183 aufweist, wobei alle diese Kolben durch eine gemeinsame
Kolbenstange 184 miteinander verbunden sind. Zwischen den Kolben 181 und 183 befindet
sich eine erweiterte Kammer 186, welche im Normalfall durch den Kolben 182 verdeckt
wird. Die Strömung aus dieser Kammer gelangt längs einer Leitung 187 zu einem Steuerzylinder
190. Dieser Steuerzylinder 190 verändert die Neigung des kippbaren Gehäuses 192
der Pumpe P gegen die Wirkung des federbelasteten Zylinders 194 in der vorstehend
erläuterten Weise, Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist aus dem Stand der Technik
verständlich und wird hier nur zum besseren Verständnis kurz erläutert.
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Wenn der Druck an der Verzweigung 140 fällt, wodurch angezeigt wird,
daß die Motoren M mehr Energie verzehren, wird auch der Druck gegen die Kolben 181,
182 und 183 entsprechend abfallen. Der Kolben 182 wird sich nach rechts aus der
Stellung herausbewegen, in welcher er die Kammer 186 abdeckt. Die Federvorspannung
des im Zylinder 194 angeordneten Kolbens wird dem Kolben 190 entgegenwirken, wobei
ein Abfluß zu einem Speicher R2 stattfindet,
bis der Hub der Pumpe
P zunimmt:. Wenn der Hub der Pumpe P zunimmt, wird die Strömung im System erhöht.
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Wenn der Druck steigt, tritt die gegenteilige Wirkung ein. Die Kolbenanordnung
181, 182 und 183 wird sich nach links bewegen, wobei der Kolben 182 nicht länger
den Weg zwischen der Leitung 193 und der Leitung 187 versperren. Der höhere Druck
gelangt zum Zylinder 190 und das kippbare Gehäuse 192 wird derart eingestellt, daß
der Pumpenhub abnimmt. Durch den geringeren Pumpenhub nimmt die Strömung ab.
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Bei derartigen Systemen können Drosselventile A und B ein Pendeln
hervorrufen, dessen Erklärung verhältnismäßig einfach ist. In typischer Weise verzehren
die Drosselventile diejenige Leistung, welche zwischen dem Leistungsbedarf des Motors
bei Vollast und dem Leistungsbedarf des tatsächlichen Betriebszustandes des Motors
M liegt.
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Deshalb läuft der Motor M mit einem verhältnismäßig niedrigen Ausgangsdrehmoment,
weil große Energiebeträge durch Drosselverluste aufgezehrt werden.
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Nimmt man an, daß plötzlich höhere Leistung erforderlich ist, so müsste
plötzlich ein zum Motor M führendes Drosselventil geöffnet werden. Zur gleichen
Zeit wird der Motor M seinen Hub vergrößern. Aufgrund einer solchen plötzlichen
Öffnung und plötzlichen Hubverlängerung würde der Druck in der Leitung 140 noch
mehr abfallen.
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Die die Spule steuernde Kolbenanordnung würde den Hub zusätzlich vergrößern.
Die Pumpe P würde dadurch zu einer Überkompensation angeregt. Es könnte sich ein
Pendeln
ergeben, welches abhängig von den Zeitkonstanten in den entsprechenden Steuereinrichtungen
sogar zu einer insgesamt instabilen Resonanz führen könnte.
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Es ist jedoch erinnerlich, daß durch die erfindungsgemäße Steuerung
der Rückdruck auf den Motor M sofort abfällt, wenn ein Zustand mit zu niedriger
Drehzahl eintritt. Am Motor M findet deshalb ein größerer Druckabfall statt, wenn
er stärker belastet wird. Aufgrund dieses größeren Druckabfalls muß in Abhängigkeit
von diesem größeren Druckabfall eine größere hydraulische Energie verbraucht werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird deshalb der stromauf befindliche Druck am Einlaß
141 bei der Verzweigung 140 im wesentlichen unverändert unmittelbar abhängig bleiben
von der Lastzunahme am Motor Mo Für die Fachleute ergibt sich eine weitere vorteilhafte
Auswirkung der Erfindung. Es ist ersichtlich, daß der Hydraulikkreis zwischen der
Speisepumpe 130 und der Öffnung 147 unabhängig ist von irgendeinem durch die Pumpe
P erzeugten Druck in der Verzweigung 140. Deshalb wird der Motor M stets versuchen,
die gewünschte Drehzahl zu haiten.
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Nachdem nun die Wirkungsweise der Steuerungsanordnung erläutert wurde,
kann die Abhängigkeit zwischen Drehmoment und Drehzahl anhand der Fig. 6 erläutert
werden, welche eine hypothetische Charakteristik der Abhängigkeit zwischen Drehzahl
und Drehmoment der Steuerung zeit.
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Die Drehzahl ist über die Abszisse, das Drehmoment über die Ordinate
aufgetragen. Ein maximales Drehmoment der Maschine tritt bei der Drehzahl 0 auf
und ist auf der Ordinate mit 100 gekennzeichnet.
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Nimmt man an, daß der Motor mit voller Leistung und voller Drehzahl
arbeitet, so wird sich der Verstärker A in der voll geöffneten Stellung befinden,
wobei das kippbare Gehäuse auf maximalen Hub eingestellt ist.
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Der entsprechende Punkt auf der Kurve ist mit 102 bezeichnet. Die
Motordrehzahl ist hier mit 1800 Umdrehungen pro Minute angegeben entsprechend der
eingestellten Geschwindigkeit. Zur Erleichterung der Darstellung ist die Drehmomentkurve
unterbrochen, damit die Basis im Drehzahlbereich zwischen 1800 und 1836 Umdrehungen
verbreitert werden kann. Dies stellt den gesamten Drehzahlbereich für die Einstellung
der Öffnung dar Abhängig von abnehmender Belastung schließt sich der Verstärker
A, wodurch ein Rückdruck auf tritt. Dieser Rückdruck verringert das Drehmoment längs
einer Linie mit im wesentlichen konstanter Neigung bis zu einem Punkt 103.
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Wenn der Verstärker A abhängig von der zunehmenden Drehzahl des Motors
seine eingestellte und vorgespannte Stellung erreicht hat, tritt eine Bewegung der
Platte 120 des Kippgehäuses auf, wodurch eine Veränderung des Kolbenhubs eintritt.
Diese Bewegung erfolgt zwischen
den Punkten 103 und 104 in Abhängigkeit
von der abnehmenden Last. Diese Bewegung findet statt, bis die Platte 120 den Zustand
geringsten Kolbenhubs erreicht hat.
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Wenn dieser Zustand geringsten Kolbenhubs erreicht ist, findet nur
eine Bewegung des Verstärkers statt. Diese Bewegung findet statt, bis der Rückdruck
gleich dem Druck in der Verzweigung 140 ist, wobei im wesentlichen keine Leistungsabgabe
des Motors erfolgt. Diese maximale Drehzahl bei im wesentlichen keiner Leistungsabgabe
des Motors ist als Punkt 105 gekennzeichnet.
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Die Linien 102-103 und 104-105 der Graphik sind wesentlich übertrieben
dargestellt. Dies hat den Zweck, das Verständnis des Einflusses des Verstärkers
A auf die Drehmoment- Drehzahl-Kurve zu verbessern. Die hier ausgewählten Drehzahlen
sind außerdem lediglich beispielsweise angegeben.
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Nimmt man an, daß ein Motor mit etwa 50 Prozent seiner Leistung läuft,
so würde er eine Drehzahl von 1818 Umdrehungen pro Minute aufweisen. Dieser Zustand
ist durch den Punkt 106 auf der Kurve zwischen den Punkten 103 und 104 dargestellt.
Falls der Motor mit einem stromauf gelegenen Drosselventil betrieben wird, würde
der Bereich oberhalb der Linie 110 bis zur Kurve den Energieverlust darstellen,
welchen der Motor aufweisen würde.
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Die Punkte 102, 103, 106, 104 und 105 kennzeichnen einen Verlauf,
den man als eine umgekehrte, S-förmige Kurve bezeichnen könnte. Für den Fachmann
ist verständlich, daß eine Verstellung der Öffnung 147 diese umgekehrt S-förmige
Kurve von links nach rechts verschieben würde, abhängig davon, ob der veränderbare
Querschnitt dieser Öffnung mit quadratischem Rand offen oder geschlossen ist. Wenn
die Öffnung geschlossen ist, wird eine Verschiebung der umgekehrt S-förmigen Kurve
in Fig. 6 nach links stattfinden. Wenn diese Öffnung 147 geöffnet ist, tritt eine
Verschiebung nach rechts ein.
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Bei allen Beispielen wurde hier eine Öffnung mit quadratischem Rand
beschrieben, welche tatsächlich bevorzugt wird. Bekanntlich verändern derartige
Öffnungen mit quadratischem Rand ihren Druckabfall annähernd mit dem Quadrat des
Strömungsmittelflusses durch die Öffnung, so daß derartige Öffnungen mit quadratischem
Rand als besonders bevorzugbare Steueröffnungen zur Verwendung bei der vorliegenden
Erfindung angesehen werden. Diese Öffnungen liefern eine verhältnismäßig große Veränderung
des Druckes bei relativ geringen Veränderungen der Strömung. Daraus ergibt sich
eine verbesserte Steuerung.
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Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die erfindungsgemäße
Steuerung eine überraschend wirkungsvolle und einfache Steuerung für Hydraulikmotoren
bietet. Abwandlungen der beispielsweise gezeigten Konstruktion sind möglich. Es
wurden Motoren mit verstellbarem Hub beschrieben, es können aber auch andere Vorrichtungen
mit verstellbarer Verdrängung verwendet werden.
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