DE3110612A1 - Steuerung fuer einen hydraulischen verdraengungsmotor mit veraenderbarer verdraengung - Google Patents

Steuerung fuer einen hydraulischen verdraengungsmotor mit veraenderbarer verdraengung

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DE3110612A1
DE3110612A1 DE19813110612 DE3110612A DE3110612A1 DE 3110612 A1 DE3110612 A1 DE 3110612A1 DE 19813110612 DE19813110612 DE 19813110612 DE 3110612 A DE3110612 A DE 3110612A DE 3110612 A1 DE3110612 A1 DE 3110612A1
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pressure
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Harvey C. 90706 Bellflower Calif. Jacobs
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/002Hydraulic systems to change the pump delivery
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H61/00Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/38Control of exclusively fluid gearing
    • F16H61/40Control of exclusively fluid gearing hydrostatic
    • F16H61/42Control of exclusively fluid gearing hydrostatic involving adjustment of a pump or motor with adjustable output or capacity
    • F16H61/423Motor capacity control by fluid pressure control means

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Description

  • Steuerung für einen hydraulischen Verdrängung smo tor
  • mit veränderbarer Verdrängung.
  • Die Erfindung betrifft eine Steuerung für wenigstens einen hydraulischen Verdrängungsmotor mit veränderbarer Verdrängung, über welchen in einer Hydraulikleitung ein Druckabfall stattfindet.
  • 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.
  • 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.
  • Die Wirkungsweise der Pumpe ist einfach zu verstehen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Wenn die Pumpe zur normalen Drehzahl zurückkehrt, normalisiert sich auch der Druck zwischen der Steuerpumpe und der Öffnung.
  • 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.
  • 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.
  • Die erfindungsgemäße Steuerung wird eine Anzahl von Geschwindigkeiten der Steuereinrichtung ermöglichen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist leicht zu verstehen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Wirkungsweise der Drehzahlsteuerung ist bei dieser Ausführungsform analog zu der Steuerung nach Fig. 2.
  • 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.
  • Ein Überdruckventil 22 ist vorgesehen, um Drücke abzuleiten, falls der Motor überdreht wird. Die-Wirkungsweise ist genau die gleiche wie beim vorher beschriebenen Beispiel.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nachdem diese beiden Ausführungsformen der Erfindung ererläutert wurden, folgt nun die Erläuterung der Fig. 5.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nach der Beschreibung des Aufbaus des Verstärkers wird nun dessen Wirkungsweise erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bevor die Abhängigkeit zwischen Drehzahl und Drehmoment anhand der Fig. 6 erläutert wird, sind noch einige Anmerkungen zu machen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Deshalb läuft der Motor M mit einem verhältnismäßig niedrigen Ausgangsdrehmoment, weil große Energiebeträge durch Drosselverluste aufgezehrt werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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. Leerseite

Claims (17)

  1. Steuerung für einen hydraulischen Verdrängungsmotor mit veränderbarer Verdrängung.
    Ansprüche: Steuerung für wenigstens einen hydraulischen Verdrängungsmotor mit veränderbarer Verdrängung, über welchen in einer Hydraulikleitung ein Druckabfall stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Welle (14) des Motors (M) eine Verdrängungspumpe (P) verbunden ist, deren Strömungsmittelkreislauf vom Druckabfall in der Hydralikleitung 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 (A) zur Verstärkung des Steuerdrucks ansprechende Mittel zur Verstellung der Motorverdrängung mit dem hydraulischen Verstärker verbunden sind.
  2. 2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Motorwelle verbundene Verdrängungspumpe eine Speisepumpe ist.
  3. 3. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese verstellbare Öffnung eine Öffnung mit quadratischem Rand ist.
  4. 4. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Verstärker (A) eine Federvorspannung (30,155) aufweist, welche dem Steuerdruck zwischen der Verdrängungspumpe und dieser Öffnung das Gleichgewicht hält.
  5. 5. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einer Mehrzahl von Motoren zugeordnet ist.
  6. 6. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Motoren umsteuerbar sind.
  7. 7. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem hydraulischen Verdrängungsmotor eine Speisepumpe (p) zugeordnet ist, daß die Speisepumpe in einem Hydraulikkreis unabhängig von dem diesen Motor beaufschlagenden Hydraulikdruck mit einem Ausgang über eine Öffnung derart verbunden ist, daß zwischen dem Ausgang der Speisepumpe und der Öffnung ein Steuerdruck aufbaubar ist, welcher mit zunehmender Motordrehzahl zunimmt und mit abnehmender Motordrehzahi abnimmt, daß ein Strömungsmittelverstärker (A) am Ausgang des Motors angeordnet ist, und daß zwischen dem Ausgang des Verstärkers (A) und dem Motor (M) Mittel vorgesehen sind, um die Motorverdrängung abhängig von einer Verdrängung. des Steuerdrucks zu verstellen
  8. 8. Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung einen steuerbaren Querschnitt aufweist.
  9. 9. Steuerung nach Anspruch 7, mit einem über den Verstärker (A) angeschlossenen Sicherheitsventil zum Abbau des Druckes auf die gesteuerte Pumpe zur Vermeidung eines Stillsetzens des Hydraulikkreises,
  10. 10. Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der ersten Öffnung eine zweite Öffnung angeordnet ist, um eine Steuerung der Steuerpumpe hinsichtlich einer Drehzahlüberschreitung zu ermöglichen.
  11. 11. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß der Verdrängungspumpe (P) über eine Öffnung geführt ist, welche geeignet ist, zwischen diesem Auslaß und der Öffnung einen Steuerdruck unabhängig von jenem Druck aufzubauen, der zwischen dem Strömungsmitteleinlaß und dem Strömungsmittelauslaß des Motors (M) besteht, daß ein Verstärker (A) vorgesehen ist, um den Steuerdruck zu verstärken, wobei der Verstärker den Druck zwischen der Verdrängungspumpe (P) und der Öffnung überwacht und einen verstärkten Druck an einen Ausgang liefert, und daß Mittel mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden sind, um die Verdrängung des Motors abhängig von diesem Steuerdruck zu verstellen, und zwar im Sinne einer Erhöhung der Verdrängung bei abnehmendem Steuerdruck und abnehmender Verdrängung bei zunehmendem Steuerdruck.
  12. 12. Steuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Kolbenmotor mit veränderbarem Hub ist, und daß die Mittel zur Veränderung der Verdrängung Mittel zur Veränderung des Kolbenhubs in diesem Motor umfassen.
  13. 13. Steuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Hauptantrieb, eine druckkompensierte gesteuerte Pumpe (P) zur Erzeugung einer Strömung eines hydraulischen Antriebsmediums unter Druck zu einem Verteiler, durch wenigstens einen Verdrängungsmotor mit veränderbarer Verdrängung, durch Mittel, welche diesen Motor zwischen der Verzweigung und dem Motor mit einem Behälter (R) auf der Niederdruckseite verbinden, durch eine als Verdrängungspumpe ausgebildete Steuer pumpe (P), welche auf der Welle des Motors angeordnet und mit einer zur Drehzahl des Motors proportionalen Drehzahl antreibbar ist, wobei die Verdrängungspumpe einen Strömungsmittelkreislauf aufweist, welcher unabhängig ist vom Antriebsströmungsmittel des Motors und wobei der Strömungsmittelkreislauf der Steuerpumpe auf der Ausgangsseite über eine Öffnung geführt ist, welche geeignet ist, einen Steuerdruck zwischen der Steuerpumpe und der Öffnung aufzubauen, durch einen Verstärker (A), welcher zwischen dem Motor (M) und dem Behälter (R) angeordnet ist und durch den Steuerdruck beeinflußbar ist, um den Ausgangsdruck bei einer Zunahme des Steuerdrucks zu erhöhen und den Ausgangsdruck bei einer Abnahme des Steuerdrucks zu verringern, und durch auf den Ausgangsdruck des Verstärkers (A) ansprechende Mittel zur Verstellung der Verdrängung des Motors in der Weise, daß die Verdrängung zunimmt, wenn der Ausgangsdruck des Verstärkers abnimmt und die Verdrängung abnimmt, wenn der Ausgangsdruck zunimmt.
  14. 14. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Motorwelle eine Verdrängungspumpe verbunden ist, deren Strömungsmittelkreislauf unabhängig vom Druckabfall über den Motor (M) ist, daß der Ausgang der Pumpe über eine Öffnung geführt ist, derart, daß ein Steuerdruck zwischen der Pumpe und dieser Öffnung aufbaubar ist, welcher in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors veränderbar ist, daß ein Verstärker (A) zur Verstärkung des Rückdrucks auf den gesteuerten Motor vorgesehen ist, daß dieser Verstärker den Rückdruck auf den Motor bei zunehmendem Steuerdruck zwischen der Pumpe und der Öffnung erhöht und ihn bei abnehmendem Steuerdruck zwischen der Pumpe und dieser Öffnung verringert, und daß Mittel vorgesehen sind, um den Hub des Motors abhängig vom Rückdruck dieses gesteuerten Motors zu verändern.
  15. 15. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Motor mit veränderbarem Hub eine Speisepumpe gekuppelt ist, daß diese Pumpe in einem Hydraulikkreis unabhängig vom Antriebsdruck zu diesem Motor so angeordnet ist, daß ihr Ausgang über eine Öffnung geführt ist, um zwischen dem Ausgang dieser Pumpe und der Öffnung einen Steuerdruck aufzubauen, welcher mit zunehmender Motordrehzahl zunimmt und mit abnehmender Motordrehzahl abnimmt, daß ein hydraulischer Verstärker mit dem Ausgang des Motors verbunden ist, daß dieser Verstärker den Motorrückdruck in Abhängigkeit von einer Abnahme des Steuerdrucks verringert und ihn in Abhängigkeit von einer Zunahme des Steuerdrucks erhöht und daß mit dem Motor Mittel verbunden sind, um dessen Verdrängung zu erhöhen, wenn der Rückdruck abnimmt und zu verringern, wenn der Rückdruck zunimmt.
  16. 16. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mit veränderbarer Verdrängung mit einer Ausgangswelle, einem Strömungsmitteleinlaß und einem Strömungsmittelauslaß versehen ist, daß eine Verdrängungspumpe mit der Ausgangswelle des Motors verbunden ist, daß diese Verdrängungspumpe einen Strömungsmitteleinlaß und einen Strömungsmittelauslaß aufweist, wobei der Strömungsmittelauslaß über eine Öffnung geführt ist, welche geeignet ist, zwischen dem Auslaß und der Öffnung einen Steuerdruck unabhängig vom Druck zwischen dem Strömungsmitteleinlaß und dem Strömungsmittelauslaß des Motors zu erzeugen, daß ein hydraulischer Verstärker in Reihe zwischen dem Auslaß des Motors und einem Speicher für das ausströmende Strömungsmittel angeordnet ist, der geeignet ist, den Druck zwischen dem Strömungsmittelauslaß des Motors und dem Speicher zu verstärken, daß dieser Verstärker den Druck zwischen der Verdrängungspumpe und der Öffnung überwacht und einen erhöhten Rückdruck liefert, wenn der Steuerdruck abnimmt, und daß mit dem Rückdruck der Pumpe Mittel beaufschlagt werden, um die Verdrängung des Motors in Abhängigkeit von diesem Rückdruck zu verändern, und zwar derart, daß die Verdrängung erhöht wird, wenn der Rückdruck abnimmt und verringert wird, wenn der Rückdruck zunimmt.
  17. 17. Steuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Hauptantrieb, eine druckkompensierte gesteuerte Pumpe zur Erzeugung einer unter Druck stehenden Strömung eines hydraulischen Strömungsmittels zu einer Verzweigung, durch wenigstens einen Verdrängungsmotor mit veränderbarer Verdrängung, durch Mittel, welche diesen Motor im Bereich zwischen dieser Verzweigung und dem Motor mit einem Speicher auf der Niederdruck seite verbinden, durch eine Steuerpumpe als Verdrängungspumpe welche mit der Welle des Motors verbunden und proportional mit der Drehzahl der Motorwelle antreibbar ist, wobei die Steuerpumpe einen Strömungsmittelkreislauf aufweist, welcher unabhängig ist, von dem zum Antrieb des Motors dienenden Strömungsmittel und wobei der Strömungsmittelkreislauf der Steuerpumpe auf der Ausgangsseite der Pumpe über eine Öffnung geführt ist, die geeignet ist, einen Steuerdruck zwischen der Steuerpumpe und der Öffnung aufzubauen, durch einen hydraulischen Verstärker zwischen dem angetriebenen Motor und dem Speicher zur Veränderung des Druckes zwischen dem Motor und dem Verstärker, wobei der Verstärker durch den Steuerdruck beaufschlagt wird, um den Rückdruck auf den Motor zu erhöhen, wenn der Steuerdruck zunimmt und den Rückdruck zu senken, wenn der Steuerdruck abnimmt, und durch auf den Rückdruck auf den Motor ansprechende Mittel zur Veränderung der Verdrängung des Motors durch Erhöhung der Verdrängung des Motors bei abnehmendem Rückdruck und durch Verringerung der Verdrängung bei zunehmendem Rückdruck.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0785363A3 (de) * 1996-01-17 1999-04-28 Hydrokraft GmbH Förderstromregler

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EP0785363A3 (de) * 1996-01-17 1999-04-28 Hydrokraft GmbH Förderstromregler

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