DE3227526C2

DE3227526C2 -

Info

Publication number: DE3227526C2
Application number: DE19823227526
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart De Heiser; Dieter Dipl.-Ing. 7432 Urach De Weigle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-07-23
Filing date: 1982-07-23
Publication date: 1992-01-23
Also published as: DE3227526A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem hydrostatischen Antrieb nach der Gattung des Patentanspruchs. Aus der DE-OS 20 62 368 ist ein hydrau lischer Antrieb bekannt, bei dem zur Leistungsbegrenzung die Ver stellpumpe von einem elektromagnetisch ansteuerbaren Stellglied ge steuert wird. Das Stellglied erhält über einen Verstärker Signale aus einem Positionsregelkreis. In diesen Regelkreis wird die von ei nem Meßglied erfaßte Verstellung der Pumpe als Istwert eingegeben. Der Sollwert wird beispielsweise von einem übergeordneten Regelkreis gebildet und eingegeben. Darüber hinaus kann dem Regelkreis zur Erhöhung der Genauigkeit und Stabilität der Regelung ein Tachosignal bezüglich der Drehzahl des Motors unterlagert werden. Dieser Schrift sind keine Hinweise auf Art und Form der Signalerzeugung und Signal erfassung bzw. den Aufbau und die Anbringung der Meßglieder zu ent nehmen.The invention is based on a hydrostatic drive according to the Genus of the claim. From DE-OS 20 62 368 is a hydrau known drive, in which to limit the power Ver adjusting pump from an electromagnetically controllable actuator is controlled. The actuator receives signals via an amplifier from a position control loop. In this control loop, that of ei Adjustment of the pump detected as a measuring element is entered as the actual value. The setpoint is set, for example, by a higher-level control loop formed and entered. In addition, the control loop Increasing the accuracy and stability of the regulation of a speedometer signal subordinate to the speed of the engine. This writing are not indications of the type and form of signal generation and signal acquisition or the structure and attachment of the measuring elements ent to take.

In der DE-OS 14 50 695 ist weiterhin ein hydrostatisches Getriebe beschrieben, bei dem jeweils an der Pumpe und am Motor eine Dreh zahlerfassung erfolgt. Die erzeugten Signale werden als Eingangs größen einer elektronischen Regeleinrichtung zugeführt. Die Erfas sung der Drehzahlen erfolgt über Tachogeneratoren, die über Vor gelege von der Antriebs- bzw. Abtriebswelle angetrieben werden. Eine derartige Drehzahlerfassung ist aufwendig und teuer und nimmt erheb lichen Bauraum in Anspruch. Darüber hinaus ist eine Drehzahlerfas sung über Tachogeneratoren nicht immer ausreichend genau.In DE-OS 14 50 695 is still a hydrostatic transmission described, in which a turn on the pump and the motor payment is recorded. The signals generated are used as input sizes supplied to an electronic control device. The Erfas The speed is measured using tachogenerators, which are set using Vor can be driven by the input or output shaft. A such speed detection is complex and expensive and takes considerable space. In addition, a speed detection solution using tachometer generators is not always sufficiently precise.

Im "Einfluß eines gesteuerten Hydromotors auf das dynamische Verhal ten eines Servoantriebs" in "Ölhydraulik und Pneumatik" 16 (1972), Nr. 6, S. 235 bis 240, ist ein steuer- bzw. regelbares hydraulisches Getriebe beschrieben, das eine Axialkolbenpumpe mit veränderlichem Fördervolumen und einen Axialkolbenmotor mit veränderbarem Schluck volumen aufweist. Zur Steuerung der Pumpe wird die Drehzahl des Mo tors erfaßt. Auch hier erfolgt die Drehzahlerfassung durch einen Tachogenerator, der über ein mechanisches Getriebe von der Motor welle angetrieben wird.In the "influence of a controlled hydraulic motor on the dynamic behavior ten of a servo drive "in" Oil hydraulics and pneumatics "16 (1972), No. 6, pp. 235 to 240, is a controllable or regulable hydraulic Gearbox described that an axial piston pump with variable Delivery volume and an axial piston motor with variable sip has volume. To control the pump, the speed of the Mo tors detected. Here, too, the speed is recorded by a Tachogenerator, which has a mechanical transmission from the engine shaft is driven.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydrostatischen An trieb nach der Gattung des Patentanspruchs so auszubilden, daß die exakte Einstellung der Motordrehzahl einem elektrischen Eingangssig nal an der Pumpe stetig folgt, wobei der hierfür notwendige Sensor besonders zweckmäßig und vor allem geschützt untergebracht ist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannten Mittel gelöst. Das hat darüber hinaus den Vorteil, daß auch eine einfache und betriebssichere Fern verstellung möglich ist. Die Regelung wird unter anderem dadurch be sonders genau, daß sie unabhängig von in mechanisch hydraulischen Regeleinrichtungen auftretenden Leckmengen ist.The invention has for its object a hydrostatic drove to train the genus of the claim so that the exact setting of the engine speed of an electrical input signal nal follows on the pump, with the necessary sensor particularly convenient and above all protected. This object is achieved according to the invention by the characterizing Means mentioned part of the claim solved. That has about furthermore the advantage that a simple and reliable remote adjustment is possible. Among other things, the regulation will be particularly accurate that they are independent of in mechanically hydraulic Leakage quantities occurring in control devices.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er läutert. Es zeigenAn embodiment of the invention is in the drawing shown and in the description below he purifies. Show it

Fig. 1 einen hydrostatischen Antrieb mit Regeleinrichtung in schematischer Darstellung, Fig. 1 a hydrostatic drive with regulating device in a schematic representation;

Fig. 2 einen Axialkolbenmotor im Schnitt mit Verstellpumpe in Ansicht, Fig. 2 is an axial piston motor in section with variable displacement in view

Fig. 3 ein Diagramm. Fig. 3 is a diagram.

Description of the invention example

In Fig. 1 ist mit 10 eine verstellbare Pumpe, beispiels weise eine Axialkolbenpumpe, bezeichnet, deren Verstell glied 11 über ein Gestänge 12 mit dem Kolben 13 einer Stell einrichtung 14 verbunden ist. Der Kolben 13 ist in einem doppeltwirkenden Zylinder 15 gleitend geführt und trennt Druckräume 16, 17 voneinander, in deren jedem eine auf den Kolben einwirkende vorgespannte Feder 18, 19 ange ordnet ist. In Fig. 1, 10 is an adjustable pump, for example, an axial piston pump, the adjusting member 11 is connected via a linkage 12 to the piston 13 of an actuator 14 . The piston 13 is slidably guided in a double-acting cylinder 15 and separates pressure chambers 16 , 17 from one another, in each of which a prestressed spring 18 , 19 acting on the piston is arranged.

Von den beiden Anschlüssen 22, 23 der auch reversierbaren Pumpe 10 führen Leitungen 24, 25 im geschlossenen Kreis zu den Anschlüssen 26, 27 eines verstellbaren Hydromotors 28. Das Verstellglied 29 des Hydromotors 28 wird mit Hilfe des druckmittelbeaufschlagten Kolbens 30 eingestellt, der in einer einfach wirkenden Stelleinrichtung 31 glei tend geführt ist und einerseits von einer vorgespannten Feder 32 belastet ist, andererseits von einem in einem Druckraum 33 herrschenden Flüssigkeitsdruck.Lines 24 , 25 lead from the two connections 22 , 23 of the reversible pump 10 in a closed circuit to the connections 26 , 27 of an adjustable hydraulic motor 28 . The adjusting member 29 of the hydraulic motor 28 is adjusted with the aid of the piston 30 pressurized with fluid, which is guided in a single-acting adjusting device 31 and is loaded on the one hand by a prestressed spring 32 , and on the other hand by a liquid pressure prevailing in a pressure chamber 33 .

Vom Druckraum 33 an der Stelleinrichtung 31 führt eine Leitung 35 zu einem Wechselrückschlagventil 36 mit zwei Ventilsitzen 37, 38 sowie einem Ventilkörper 39. Vom Ventilsitz 38 des Wechselventils 36 führt eine Leitung 40 zu einer Leitung 41, die in den Druckraum 17 an der Stelleinrichtung 14 führt. Vom Ventilsitz 37 des Wechsel ventils 36 führt eine Leitung 42 zu einer Leitung 43, die in den Druckraum 16 mündet.A line 35 leads from the pressure chamber 33 at the actuating device 31 to an alternating check valve 36 with two valve seats 37 , 38 and a valve body 39 . A line 40 leads from the valve seat 38 of the shuttle valve 36 to a line 41 which leads into the pressure chamber 17 at the actuating device 14 . From the valve seat 37 of the shuttle valve 36 , a line 42 leads to a line 43 which opens into the pressure chamber 16 .

Die Stelleinrichtung 14 wird gesteuert durch ein an sich bekanntes Proportionalventil 45, das im Prinzip als 4/3- Wegeventil mit fließendem Übergang zwischen seinen Schalt stellungen I, II und III ausgebildet ist. Das Proportio nalventil 45 ist vorgesteuert durch zwei Elektromagnete 46, 47, wobei der Schieber selbst durch Flüssigkeitsdruck eingestellt wird, der in symbolisch dargestellten Druck räumen 48, 49 durch die Vorsteuerung der Magnete 46, 47 aufgebaut wird. Vom Druckraum 48 führt eine eine Drossel 51 enthaltende Leitung 52 zur Leitung 43 und ist vom Mündungspunkt als Leitung 54 zurückgeführt zum Ventil 45. Vom Druckraum 49 führt eine eine Drossel 55 ent haltende Leitung 56 zur Leitung 41 und führt von dort als Leitung 57 ebenfalls zurück zum Ventil 45. The actuating device 14 is controlled by a known proportional valve 45 , which is designed in principle as a 4/3-way valve with a smooth transition between its switching positions I, II and III. The proportional valve 45 is pilot-controlled by two electromagnets 46 , 47 , the slide itself being set by liquid pressure, the spaces in symbolically represented pressure 48 , 49 being built up by the pilot control of the magnets 46 , 47 . A line 52 containing a throttle 51 leads from the pressure chamber 48 to the line 43 and is returned as a line 54 from the mouth point to the valve 45 . From the pressure chamber 49 leads a throttle 55 ent holding line 56 to line 41 and from there also leads as line 57 back to valve 45 .

Die Stelleinrichtungen 14, 31 werden gespeist von einer Speisepumpe 59, die Druckmittel in eine zum Proportional ventil 45 führende Leitung 60 fördert. Vom Proportional ventil führt eine Leitung 61 zu einem Behälter 62. An die Leitung 60 ist ein Druckbegrenzungsventil 63 ange schlossen.The actuating devices 14 , 31 are fed by a feed pump 59 which conveys pressure medium into a line 60 leading to the proportional valve 45 . A line 61 leads from the proportional valve to a container 62 . On the line 60 , a pressure relief valve 63 is closed.

Von den Elektromagneten 46, 47 führen elektrische Lei tungen 65, 66 zu einem Verstärker 67. Diesem wird einer seits der Drehzahlsollwert des Hydromotors 28 über eine elektrische Leitung 68 eingespeist, andererseits dessen Drehzahlistwert über eine elektrische Leitung 69. Die Drehzahl des Hydromotors 18 wird mit einem als handels üblicher Impulsgeber 70 ausgebildeten Drehzahlaufnehmer gemessen.From the electromagnets 46 , 47 lead lines 65 , 66 to an amplifier 67 . On the one hand, the speed setpoint of the hydraulic motor 28 is fed in via an electrical line 68 , and on the other hand, the actual speed value via an electrical line 69 . The speed of the hydraulic motor 18 is measured with a speed sensor designed as a commercially available pulse generator 70 .

Der Impulsgeber 70 ist in einer in das Innere des Gehäuses 71 des Hydromotors 28 eindringenden Bohrung 72 angeordnet. Seine vordere Stirnseite 73 liegt in einem Bereich zwi schen der Zylindertrommel 74 und dem Stellglied 29, d. h. in einem Bereich, in dem sich die Kolbengleitschuhe am Impulsgeber vorbeibewegen. Die Stirnseite 73 wird durch das Ende eines eine Wechselspannung beaufschlagten Spulen systems gebildet. Die Induktivität des Spulensystems wird durch die an der Stirnseite 73 vorbeilaufenden Pumpenkolben verändert. Die Zählung der Impulse gibt ein Signal für die Istdrehzahl des Hydromotors. Die Lage des Impulsgebers ist durch die Tatsache bedingt, daß nur an dieser Stelle auch beim Verstellen der Schwenkscheibe ein gleichmäßiger Abstand zwischen der Zylindertrommel und der Schwenkscheibe erhalten bleibt, so daß ein Impulssignal eindeutig nur durch die Kolben 75 erzeugt wird. The pulse generator 70 is arranged in a bore 72 penetrating into the interior of the housing 71 of the hydraulic motor 28 . Its front end face 73 lies in an area between the cylinder drum 74 and the actuator 29 , ie in an area in which the piston sliding shoes move past the pulse generator. The end face 73 is formed by the end of a coil system acted upon by an alternating voltage. The inductance of the coil system is changed by the pump pistons running past the end face 73 . The counting of the pulses gives a signal for the actual speed of the hydraulic motor. The position of the pulse generator is due to the fact that even at this point, even when adjusting the swivel plate, a uniform distance between the cylinder drum and the swivel plate is maintained, so that a pulse signal is clearly generated only by the pistons 75 .

Im Diagramm nach Fig. 3 sind auf der Abszisse nach bei den Seiten hin die Ströme I₁ und I₂ aufgetragen, auf der Ordinate der Steuerdruck p in der Leitung 35, der Steuer druck p₁ in der Leitung 52 und der Steuerdruck p₂ in der Leitung 56. Diese Steuerdrücke sind in der rechten Hälfte des Diagramms dargestellt. Der Strom I_L entspricht dem Leerlaufsteuerdruck in den Leitungen 52, 56, 35, der Strom I_Vollast dem Vollaststeuerdruck. Im linken Teil des Dia gramms sind die Verstellcharakteristiken der Pumpe und des Hydromotors 28 aufgetragen und mit deren Indexnummern bezeichnet. Daraus ist zu erkennen, daß mit zunehmendem Steuerdruck das Stellglied 11 der Pumpe 10 immer weiter ausgestellt wird bis zum Strom I Vollast im Punkt A. Von da an kann die Pumpe nicht weiter ausgestellt werden. Um gekehrt beim Hydromotor 28; dieser ist so ausgelegt, daß sein Stellglied 29 bis zum Vollaststrom voll ausgestellt ist, erst dann wird es zurückgestellt, ebenfalls ausgehend vom Punkt A. Daraus ist zu erkennen, daß die Verstell charakteristik des Motors umgekehrt ist wie diejenige der Pumpe. Dies wird durch die Vorspannung der Federn 18, 19, 32 in den Verstelleinrichtungen 14, 31 erreicht. Nach Erreichen des Endanschlags des Kolbens 13 und bei weiterem Druckanstieg wird die auf einen bestimmten An sprechdruck vorgespannte Feder 32 der Verstelleinrich tung 31 des Hydromotors zusammengedrückt. Bei weiterem Druckanstieg wird das Stellglied 29 dann bis auf den minimal zulässigen Wert zurückgefahren.In the diagram of FIG. 3, the currents I ₁ and I _{2 are} plotted on the abscissa on the sides, the control pressure p in line 35 , the control pressure p ₁ in line 52 and the control pressure p ₂ in on the ordinate line 56 . These control pressures are shown in the right half of the diagram. The current I _L corresponds to the idle control pressure in the lines 52 , 56 , 35 , the current I _{full load} corresponds to the _{full load} control pressure. In the left part of the dia gram the adjustment characteristics of the pump and the hydraulic motor 28 are plotted and designated with their index numbers. From this it can be seen that, with increasing control pressure, the actuator 11 of the pump 10 is continually raised until the current I is fully loaded at point A. From then on, the pump cannot be raised further. To reverse the hydraulic motor 28 ; This is designed so that its actuator 29 is fully exposed to full load current, only then is it reset, also starting from point A. It can be seen that the adjustment characteristic of the motor is reversed from that of the pump. This is achieved by prestressing the springs 18 , 19 , 32 in the adjusting devices 14 , 31 . After reaching the end stop of the piston 13 and with a further increase in pressure, the spring biased to a certain pressure 32 of the adjusting device 31 of the hydraulic motor is compressed. If the pressure rises further, the actuator 29 is then reduced to the minimum permissible value.

Die Steuerdrücke werden durch die Hilfspumpe 59 und das Proportionalventil 45 erzeugt. Befindet sich dieses bei spielsweise in seiner Schaltstellung I, so gelangt Druck mittel über die Leitungen 57, 41 in den Druckraum 17 der Verstelleinrichtung 14. Dieser Druck wird über die Lei tung 56 in den Druckraum 49 übertragen. Die Einstellung des Ventils 45 erfolgt über die Elektromagneten 46, 47 entsprechend den in den Leitungen 65, 66 herrschenden Strömen. Das Wechselrückschlagventil 36 sorgt dafür, daß stets der Druckraum 16, 17 der Verstelleinrichtung 14, in dem der höhere Druck herrscht, mit der Leitung 35 und damit der Stelleinrichtung 31 verbunden ist.The control pressures are generated by the auxiliary pump 59 and the proportional valve 45 . If this is in its switching position I, for example, pressure medium reaches the pressure chamber 17 of the adjusting device 14 via the lines 57 , 41 . This pressure is transmitted via the line 56 in the pressure chamber 49 . The valve 45 is adjusted via the electromagnets 46 , 47 in accordance with the currents prevailing in the lines 65 , 66 . The alternating check valve 36 ensures that the pressure chamber 16 , 17 of the adjusting device 14 , in which the higher pressure prevails, is always connected to the line 35 and thus to the adjusting device 31 .

Bei Vorhandensein eines eindeutigen Zusammenhangs zwischen den Verstelldrücken p, p₁, p₂ und der Ausstellung der Stellglieder 11, 29 der beiden Maschinen besteht demnach auch ein Zusammenhang zwischen den Eingangssignalen I₁ und I₂ für die Magnete 46, 47 und der Drehzahl des Hydro motors 28.If there is a clear relationship between the adjustment pressures p, p ₁ , p ₂ and the issuance of the actuators 11 , 29 of the two machines, there is therefore also a relationship between the input signals I ₁ and I ₂ for the magnets 46 , 47 and the speed of the hydro motors 28 .

Das gleichgerichtete, vom Impulsgeber 70 ermittelte Drehzahl-Istsignal des Hydromotors 28 wird im Verstärker 67 mit dem Drehzahlsollwert verglichen, und ein ent sprechender Steuerstrom I₁ oder I₂ wird den Magneten 48, 49 des Proportionalventils 45 zugeführt. Dieses wird darauf so lange verstellt, bis Drehzahlsoll- und Ist wert des Hydromotors übereinstimmen. Die stirnseitige Beaufschlagung des Proportionalventils durch die Drücke p₁ und P₂ in den Druckräumen 48, 49 dient der zusätz lichen Stabilisierung des Regelkreises, da an sich kein proportionaler Zusammenhang zwischen der Stellung des Proportionalventils und der Lage des Stellglieds 11 gegeben ist. Der Regelkreis müßte sonst ein zusätz liches Gestänge erhalten, wie es in mechanisch ver stellten Pumpen üblich ist.The rectified, determined by the pulse generator 70 speed actual signal of the hydraulic motor 28 is compared in the amplifier 67 with the speed setpoint, and a corresponding control current I ₁ or I ₂ is supplied to the magnets 48 , 49 of the proportional valve 45 . This is then adjusted until the speed setpoint and actual value of the hydraulic motor match. The frontal loading of the proportional valve by the pressures p ₁ and P ₂ in the pressure chambers 48 , 49 serves the additional stabilization of the control circuit, since there is no proportional relationship between the position of the proportional valve and the position of the actuator 11 . The control circuit would otherwise have to receive an additional linkage, as is customary in mechanically adjusted pumps.

Die Dimensionierung der Federn 18, 19, 32 erfolgt im all gemeinen so, daß der in der Anlage herrschende Lastdruck in rückstellender Richtung auf das Stellglied 11 der Pumpe einwirkt. Das bedeutet, daß zum Erreichen der vollen Aus stellung des Stellglieds 11 die Pumpe bei hohem Lastdruck einen höheren Verstelldruck benötigt. In dem elektrisch angesteuerten erfindungsgemäßen System mit proportionalem Zusammenhang zwischen Eingangsstrom und Verstelldruck heißt das, daß bei einem vorgegebenen Strom als Sollwert für die Drehzahl des Hydromotors diese bei wachsendem Lastdruck abfällt. Dieses Verhalten ist dem eines hydro dynamischen Wandlers ähnlich und für Fahrantriebe erwünscht.The dimensions of the springs 18 , 19 , 32 are generally such that the load pressure prevailing in the system acts in the restoring direction on the actuator 11 of the pump. This means that to achieve the full position of the actuator 11, the pump requires a higher adjustment pressure at high load pressure. In the electrically controlled system according to the invention with a proportional relationship between the input current and the adjusting pressure, this means that for a given current as the target value for the speed of the hydraulic motor, it drops as the load pressure increases. This behavior is similar to that of a hydro-dynamic converter and is desirable for travel drives.

Da die Kräfte der Federn 18, 19, 32 nicht beliebig dimen sionierbar sind, wird die Laststeifigkeit normalerweise gering sein. Daraus folgt, daß dieses System wenig ge eignet ist für Getriebe mit regelbarem Motor.Since the forces of the springs 18 , 19 , 32 cannot be dimensioned arbitrarily, the load rigidity will normally be low. It follows that this system is not very suitable for gearboxes with a controllable motor.

Infolge der guten Auflösung bei geschlossenem Drehzahl regelkreis können die Federwege von Pumpe und Motor so ge legt werden, daß mit Sicherheit ein gleichzeitiges Ver stellen beider Maschinen vermieden wird. Das System mit Drehzahlmessung am Hydromotor ist somit vorzugsweise ge eignet für kombinierte Pumpen- und Motorregelung und für genaue Drehzahlregelung. Ein Impulsgeber zur Drehzahl messung kann in ebenso vorteilhafter Weise an der Pumpe 10 eingebaut sein. Der Hydromotor 28 kann auch nicht ver stellbar ausgebildet sein.As a result of the good resolution at a closed speed control loop, the spring travel of the pump and motor can be set so that a simultaneous adjustment of both machines is avoided with certainty. The system with speed measurement on the hydraulic motor is therefore preferably suitable for combined pump and motor control and for precise speed control. A pulse generator for speed measurement can be installed on the pump 10 in an equally advantageous manner. The hydraulic motor 28 can also be designed not adjustable ver.

Claims

Hydrostatic drive, consisting of an adjustable pump and a hydraulic motor connected to it in a closed circuit, the adjusting element of the pump being set via an actuating piston which is pressurized against the force of a spring and which is connected via an upstream, electromagnetically controllable directional valve, in particular proportional or Servo valve, is controlled, the end faces of the spool plunging into pressure chambers, which are connected to the pressure chamber (s) connected to the actuating piston, wherein a speed sensor ( 70 ) is arranged on the hydraulic motor ( 28 ), the signal of which is an electrical amplifier ( 67 ) is entered, which is also fed the speed setpoint of the hydraulic motor and electrical control signals are passed from the amplifier to the actuating means ( 46 , 47 ) of the directional control valve ( 45 ), characterized in that the speed sensor ( 70 ) is a commercially available pulse generator, which in the Interior of the housing de s Hydro motors immersed at a point that lies between its stroke-generating member ( 29 ) - for example a swash plate - and its rotating cylinder drum ( 74 ).