DE3239833C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein ein­ stellbares hydrostatisches Getriebe mit einem Stellglied, das mit einem in einem Stellzylinder verschiebbaren Stell­ kolben verbunden ist, wobei die Druckbeaufschlagung des Stellzylinders durch ein willkürlich betätigbares Druck­ regelventil erfolgt, das von einer von der Getriebean­ triebswelle angetriebenen Konstantpumpe gespeist wird, in deren den Förderstrom führende Förderleitung eine Drossel­ stelle angeordnet ist, und wobei auf den Stellkolben zusätz­ lich der Druck in der jeweils den Getriebeförderdruck führenden Leitung des hydrostatischen Getriebes in Richtung einer Verschiebung zu einer Einstellung des hydrostatischen Getriebes auf kleinere Antriebsdrehzahl einwirkt.

Bei einer derartigen Steuereinrichtung handelt es sich um eine Hintereinanderschaltung einer "automotiven" Steuerung mit einer "Direktsteuerung". Solange der vor der Drossel­ stelle angestaute Druck in der Förderleitung die Druck­ höhe erreicht, die erforderlich ist, damit der Druck hinter dem Druckregelventil, also das das Druckregelventil verlassende Signal, genau der durch das Pedal dem Druck­ regelventil gegebenen Einstellung entspricht, arbeitet diese Steuerung wie eine direkte Steuerung, d. h. die Getriebe­ einstellung ist unmittelbar abhängig von der Pedallage, die die Einstellung des Druckregelventiles bestimmt. Droht jedoch die Gefahr, daß die Brennkraftmaschine überlastet wird, so sinkt deren Drehzahl ab und damit der Förderstrom der Konstantpumpe und damit der in diesem Förderstrom vor der Drosselstelle aufgestaute, dem Druckregelventil zuge­ führte Druck. Da der Druck hinter dem Druckregelventil nicht höher sein kann als der Druck vor diesem, hat das die Wirkung, daß bei Absinken der Drehzahl der Primärenergie­ quelle, beispielsweise der Brennkraftmaschine, der dem Druck­ regelventil zugeführte Druck und damit der Druck hinter dem Druckregelventil im Stellzylinder absinkt, so daß durch dieses Absinken des Druckes das Stellglied der Pumpe in Richtung auf kleineres Hubvolumen pro Umdrehung und damit kleinere Leistungsaufnahme verstellt wird.

Im Gesamteinstellbereich des hydrostatischen Getriebes ist also die vorteilhafte direkte Steuerung vorhanden, bei der die Getriebeeinstellung unmittelbar durch die Einstell-Lage des willkürlich betätigbaren Betätigungsgliedes bestimmt ist, und somit der Vorteil der feinfühligen Steuerbarkeit gegeben ist, sofern nicht die Primärenergiequelle, beispiels­ weise Brennkraftmaschine, infolge Überlastung ihrer Drehzahl soweit gedrückt wird, daß der Förderstrom der Konstantpumpe nicht mehr ausreicht, den Druckregler mit einem Druck zu beaufschlagen, der ausreicht, um den Stellzylinder mit einem Druck zu beaufschlagen, der das Getriebe auf eine hohe Abtriebsdrehzahl einstellt. Eine derartige Steuereinrichtung ist aus der US-PS 37 83 611 bekannt.

Des weiteren ist es bekannt, in der Förderleitung der von der Getriebeeingangswelle angetriebenen Konstantpumpe zwischen der Anschlußstelle der zu dem Druckregelventil führenden Leitung an diese Förderleitung und der Drossel­ stelle in dieser Förderleitung ein Druckbegrenzungsventil anzuordnen. Dadurch, daß dieses Druckbegrenzungsventil in Reihe mit der Drosselstelle hintereinander geschaltet ist, ergibt sich eine Addition des von dem Druckbegrenzungs­ ventil erzeugten zumindest annähernd unabhängig vom Strom konstanten Druckgefälles zu dem von der Drosselstelle erzeugten, quadratisch mit dem Strom und damit mit der Drehzahl ansteigenden Druckgefälle (DE-OS 30 07 781). Dadurch wird der Gesamtdruck hinter der Konstantpumpe und damit der dem willkürlich betätigbaren Druckregelventil zugeführte Druck auf einen solchen Wert angehoben, daß durch willkürliches Einstellen des Druckregelventiles hinter diesem jeder beliebige Druck eingestellt werden kann, der erforderlich ist, um den Stellkolben im Stellzylinder in jede gewünschte Lage zu verschieben - das gilt jedoch nur solange, wie die Drehzahl der Getriebeantriebswelle so hoch ist, daß der Förderstrom der Konstantpumpe den erforder­ lichen Druck erzeugen kann. Sinkt infolge "Drückung" der Drehzahl der Primärenergiequelle, insbesondere Brennkraft­ maschine, der Förderstrom, so sinkt auch der dem Druck­ regelventil zugeführte Druck und damit der Maximaldruck, der hinter dem Druckregelventil eingestellt werden kann.

Um ein von dem an einer der Wellen des Getriebes, beispiels­ weise der Antriebswelle oder der Abtriebswelle, übertragenen Drehmoment unmittelbar abhängiges Signal zu überlagern, wirkt auf den Stellkolben zusätzlich ein von dem Druck in der jeweils den Förderdruck führenden Leitung des hydrostati­ schen Getriebes beaufschlagter Zusatzkolben in Richtung einer Verschiebung des Stellkolbens zu einer Einstellung des hydrostatischen Getriebes auf kleinere Abtriebsdrehzahl. Dadurch wird dem drehzahlabhängigen (mittelbar von der Dreh­ momentbelastung an der Getriebeantriebswelle, aber gegebenen­ falls auch zusätzlich von auf die Primärenergiequelle wirkenden anderen zusätzlichen Belastungen abhängigen) Signal ein unmittelbar drehmomentabhängiges Signal überlagert.

Die DE-OS 30 42 837 zeigt eine solche gattungsgemäße Steuer­ einrichtung, bei der die Einstellung des hydrostatischen Getriebes einerseits durch das willkürlich betätigbare Druck­ regelventil vorgegeben ist, wobei bei Überlastung der Brenn­ kraftmaschine und daraus resultierender Drehzahldrückung infolge der Versorgung des Druckregelventils durch eine dreh­ zahlabhängige Konstantpumpe der Druck im Stellzylinder absinkt und das Stellglied der Pumpe in Richtung auf ein kleineres Hubvolumen und damit auf kleinere Leistungsauf­ nahme verstellt wird, und andererseits ein drehmomentab­ hängiges Signal überlagert ist, was durch Einwirken des Getriebeförderdrucks auf den Stellkolben (Hochdruckauf­ schaltung) in Richtung einer Verschiebung des Stellgliedes auf geringeres Fördervolumen erreicht wird und wodurch das Abtriebsdrehmoment des hydrostatischen Getriebes begrenzt wird.

Es ergibt sich bei einem Fahrzeug mit hydrostatischem Getriebe, das mit einer derartigen Steuereinrichtung ausgestattet ist, das Problem, daß bei Bergab-Fahrten, wenn sich also das Fahrzeug im Schiebebetrieb befindet, der nun vom Hydromotor in der Rücklaufleitung erzeugte Hochdruck ein weiteres Ausschwenken der Pumpe bewirkt und somit ab einem bestimmten Gefälle das Fahrzeug nicht mehr hydrostatisch gebremst werden kann. Um dies zu verhindern, ist bei der Steuereinrichtung nach der Entgegenhaltung vorgesehen, die Drehzahl des Hydromotors elektrisch zu messen und davon abhängig ein Steuerventil zu betätigen, das den Versorgungs­ druck des Stellgliedes reduziert bzw. unterbricht, so daß trotz ausgeschwenktem Stellkolben das Stellglied nicht beaufschlagt wird. Diese Lösung ist sehr aufwendig.

Ein weiterer Nachteil an der Steuereinrichtung ist darin zu sehen, daß die Hochdruckaufschaltung auch bereits bei sehr kleinen Schwenkwinkeln der Pumpe wirksam ist, also in einem Bereich, in dem abhängig von der installierten Antriebs­ motorleistung der Antrieb durchaus den Maximaldruck verkraften kann, ohne daß der Schwenkwinkel verringert werden muß. Es wird daher vorhandene Antriebsleistung in diesem Bereich nicht genutzt.

Die DE-OS 28 23 559 und die DE-OS 30 41 856 zeigen jeweils eine Steuereinrichtung, bei der es bereits bekannt ist, vom Getriebeförderdruck beaufschlagte Zusatzkolben vorzusehen, die mit dem Stellkolben in Wirkverbindung stehen und mit einem Anschlag verbunden sind, der den Verschiebeweg der Zusatzkolben begrenzt. Durch diese Ausgestaltung wird verhindert, daß im Schubbetrieb des Getriebes durch den nun sich in der Rücklaufleitung aufbauenden Hochdruck die Pumpe noch weiter ausgeschwenkt wird. Dadurch wird die hydrostati­ sche Bremsfähigkeit aufrechterhalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem Bauaufwand eine verbesserte gattungsgemäße Steuer­ einrichtung zu schaffen, bei der die Überlagung des dreh­ momentabhängigen Signales nur in einem bestimmten Einstell­ bereich des hydrostatischen Getriebes ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein vom Getriebeförderdruck beaufschlagter Zusatzkolben vorge­ sehen ist, der mit dem Stellkolben in Wirkverbindung steht und mit einem Anschlag verbunden ist, der den Verschiebe­ weg des Zusatzkolbens derart begrenzt, daß bei kleinen Verschiebewegen des Stellkolbens aus der Neutrallage die zum Zusammenwirken mit dem Stellkolben vorgesehene Wirkfläche des Zusatzkolbens in Abstand von der zugeordneten Wirkfläche des Stellkolbens liegt.

Erst dann, wenn der Stellkolben und damit das Stellglied um eine bestimmte Strecke aus der dem Stillstand der Getriebe­ abtriebswelle zugeordneten Neutrallage hinaus verschoben ist, kommt der Zusatzkolben zum Anliegen gegen den Stellkolben und damit in Wirkverbindung mit diesem. Diese Begrenzung ist deshalb zweckmäßig, weil bei Einstellung eines hydrosta­ tischen Getriebes auf kleine Abtriebsdrehzahlen das hydro­ statische Getriebe infolge der kleinen Abtriebsdrehzahl auch dann, wenn das maximale Abtriebsdrehmoment abgegeben wird und somit der maximale Förderdruck im hydrostatischen Getriebe herrscht, nur eine kleine Leistung aufnimmt. Erst bei Einstellung auf höhere Abtriebsdrehzahlen kann das Getriebe die volle Leistung der Primärenergiequelle auf­ nehmen, wobei es in diesem Bereich zweckmäßig ist, die Getriebeeinstellung vom an der Pumpenwelle aufgenommenen Drehmoment abhängig vom Förderdruck zu machen. Bei einem Konstantmotor ist der Förderdruck proportional dem Dreh­ moment, bei einer einstellbaren Pumpe bzw. Motor ist das Verhältnis zwischen Druck und Drehmoment zusätzlich von der Einstell-Lage abhängig. Der Vorteil der "direkten" Steuerung bleibt so weitgehend wie möglich erhalten und erst dann, wenn die Gefahr der Überlastung droht, wird diese direkte Steuerung, bei der die Getriebeeinstellung direkt von der Einstell-Lage des willkürlich betätigbaren Betätigungs­ organes abhängig ist, übersteuert. Dadurch ergibt sich eine Wirkung, die im Erfolg den bekannten Grenzlastregelungen ähnlich und zumindest gleichwertig ist. Die bekannten "automotiven" Steuerungen haben den weiteren Nachteil, daß dann, wenn zum Betätigen eines Zusatzantriebes, beispiels­ weise bei einem Gabelstapler der Hubhydraulik, die Drehzahl der Brennkraftmaschine willkürlich erhöht werden muß, der Fahrantrieb mit beeinflußt wird. Auch dieser nachteilige Einfluß ist bei der Steuereinrichtung gemäß der Erfindung ausgeschaltet.

Die Wahl des Durchmessers des vom Hochdruck beaufschlag­ ten Zusatzkolbens relativ zum Durchmesser des Stellkol­ bens und die Auslegung der Feder, gegen die der Stell­ kolben abgestützt ist, kann dem jeweiligen Anwendungs­ fall entsprechend vorgenommen werden, so daß im Rahmen der dem Fachmann geläufigen Überlegungen ausgehend von den im jeweiligen Anwendungsfall auftretenden Bedürfnis­ sen die günstigsten Voraussetzungen für den jeweiligen Überlagerungseingriff geschaffen werden können.

Durch die Anordnung gemäß der Erfindung kann das Be­ schleunigungs- und Bremsverhalten optimiert werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfin­ dungsgegenstandes dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Schaltschema.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Stellzylinder mit dem Ansatz des Zylinders für den Zusatzkolben.

Fig. 3 zeigt ein Wirkungsdiagramm.

Von der in der Zeichnung nicht mehr dargestellten Primär­ energiequelle aus wird über die Welle 1 die Pumpe 2 an­ getrieben, die einerseits über die Leitungen 3 und 4 und andererseits über die Leitungen 5 und 6 mit dem Hydro­ motor 7 im geschlossenen Kreislauf zu einem Getriebe ver­ bunden ist. Von der Welle 1 aus wird weiterhin die Konstantpumpe 8 angetrieben, die in eine Förderleitung 9 fördert, die durch ein Druckbegrenzungsventil 10 abge­ sichert ist und an eine Leitung 11 angeschlossen ist, die zu einer Drosselstelle 12 führt. Vor der Drossel­ stelle 12 ist an die Förderleitung 11 die Leitung 13 an­ geschlossen, in der ein Filter 14 angeordnet sein kann, wobei die Leitung 13 zu dem Druckregelventil 15 führt, das andererseits über die Leitung 16 von dem Druck in der Leitung 17 hinter der Drosselstelle 12 beaufschlagt ist, wobei die Leitung 17 zu einem Ablaufanschluß 18 führt. Der Druck in der Leitung 19 wird durch die Einstellung des Druckregelventiles 15 bestimmt. Die Einstellung des Druckregelventiles 15 wird über ein Gestänge 20 von dem als Pedal ausgestalteten willkürlich betätigbaren Be­ tätigungsorgan 21 bestimmt. Die Leitung 19 verzweigt sich in die Leitung 22, die zu dem willkürlich betätigbaren Wegeventil 23 führt, und die Leitung 24, die zu dem will­ kürlich betätigbaren Wegeventil 25 führt, wobei durch das willkürliche Ansteuern eines der beiden Wegeventile 23 und 25 die Drehrichtung an der Abtriebswelle des Hydro­ motors 7 bestimmt wird. Der jeweilige Anschluß 26 jedes der beiden Wegeventile 23 und 25 ist mit der Leitung 16 verbunden. Von dem Wegeventil 23 führt eine Leitung 27 zu dem Druckraum 28 in dem Stellzylinder 29. Von dem Wege­ ventil 25 führt eine Leitung 30 zu dem Druckraum 31 des Stellzylinders 29, in dem zwischen zwei Federn 33 der Stellkolben 32 verschiebbar ist. Der Stellkolben 32 wirkt als Pilotkolben mittelbar über das Vorsteuerven­ til 34 auf den Arbeitsstellkolben 35 in dem Arbeitsstell­ zylinder 36, der seinerseits ebenfalls zwischen zwei Federn eingespannt ist, auf das Stellglied 37 der Pumpe 2.

An die Förderleitung 3 ist eine Hochdrucksteuerleitung 38 angeschlossen, die zu einem Hochdruckaufschaltzylinder 39 führt. In gleicher Weise ist an die Förderleitung 5 eine Hochdrucksteuerleitung 40 angeschlossen, die zu einem Hochdruckaufschaltzylinder 41 führt. In jedem der Hoch­ druckaufschaltzylinder 39 und 41 ist ein Zusatzkolben 42 verschiebbar, der an seinem zylinderseitigen Ende einen Anschlagkopf 43 aufweist, der mit seiner Anschlagfläche 45 gegen einen Anschlagbund 44 im Zylinder 39 bzw. im Zy­ linder 41 fahrbar ist. Die Länge des Zusatzkolbens 42 ist auf die Lage der Anschlagschulter 44 derart abgestimmt, daß dann, wenn der Anschlagkopf 43 mit seiner Anschlag­ fläche 45 gegen die Anschlagschulter 44 anliegt, die Wirk­ fläche 46 des Zusatzkolbens 42 die in Fig. 2 durch die strichpunktierte Linie 47 angedeutete Lage erreicht.

In Fig. 2 ist somit der Zusatzkolben 42 in einer Lage dar­ gestellt, die um die Strecke a) nach rechts gegenüber der Lage verschoben ist, in der der Anschlagkopf 43 gegen die Anschlagschulter 44 anliegt. Der Stellkolben 32 ist mit einem Fortsatz 47 versehen, gegen dessen Stirnfläche 48 die Wirkfläche 46 des Zusatzkolbens 42 zum Anliegen kommt, sobald der Stellkolben 32 sich unter Zusammen­ drücken der Feder 33 nach in Fig. 2 rechts sich so weit verschoben hat, daß die Stirnfläche 48 des Fortsatzes 47 des Stellkolbens 32 die Lage erreicht hat, die in Fig. 2 durch die Linie 47 charakterisiert ist. Diese Lage wird vorteilhaft so gewählt, daß in dieser Lage die Pumpe 2 etwa ein Drittel der maximal möglichen Ausschwenkung er­ reicht hat. Das heißt, ist die Pumpe 2 in der Nullhublage oder weniger als bis zu dem Winkel α₁ ausgeschwenkt, kann der in den Förderleitungen 3, 4 bzw. 5, 6 anstehende Hochdruck keinen Einfluß auf die Lage des Stellkolbens 32 ausüben. In diesem Bereich kann gleichbleibend der maximal zulässige Förderdruck erreicht werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Primärenergiequelle überlastet wird, da infolge der geringen Ausschwenkung der Pumpe, das heißt der Einstellung der Pumpe auf geringes Hubvolumen, diese ein geringes Drehmoment aufnimmt. Erst bei der Aus­ schwenkung auf den Winkel α₁ erreicht das Produkt aus maximalem Förderdruck und Förderstrom eine Leistung, die der maximalen, von der Primärenergiequelle abnehm­ baren Leistung entspricht, so daß von dieser Ausschwenkung ab dann, wenn der Maximaldruck erreicht wird, der Stell­ kolben 32 in Richtung auf die Nullhublage der Pumpe 2 zurückgeführt werden muß. Fährt also ein Fahrzeug mit einem solchen Antrieb mit geringen Geschwindigkeiten, so können auch plötzliche Belastungsänderung und dadurch hervorgerufene hohe Drücke im hydrostatischen Getriebe, wie sie beispielsweise beim Anfahren an eine Bordstein­ kante auftreten, die Getriebeeinstellung nicht beein­ flussen. Bei größeren Ausschwenkungen auf größeres Hub­ volumen und damit bei größeren Drehmomenten an der Welle wird jedoch ein Hochdruckeinfluß berücksichtigt.

In die Förderleitung 11 ist vor der Drosselstelle 12 ein Druckbegrenzungsventil 50 geschaltet, welches von dem Druck vor und hinter diesem Druckbegrenzungsventil 50 beeinflußt wird.

In dem Diagramm Fig. 3 ist der auf den Stellkolben 32 wirkende Steuerdruck und damit die Fahrgeschwindigkeit über der Drehzahl n der Welle 1 aufgetragen. Dabei zeigt die Kurve A die Charakteristik, bei der nur das Druck­ regelventil von dem Betätigungsorgan 21 beeinflußt wird, während die Kurve B die Charakteristik darstellt, bei der auch die Drehzahl der Antriebsmaschine durch das dem Druckregelventil 15 zugeführte Signal berücksichtigt wird.

Claims (1)

1. Steuereinrichtung für ein einstellbares hydrostatisches Getriebe mit einem Stellglied, das mit einem in einem Stellzylinder ver­ schiebbaren Stellkolben verbunden ist, wobei die Druckbeauf­ schlagung des Stellzylinders durch ein willkürlich betätigbares Druckregelventil erfolgt, das von einer von der Getriebean­ triebswelle angetriebenen Konstantpumpe gespeist wird, in deren den Förderstrom führende Förderleitung eine Drosselstelle ange­ ordnet ist, und wobei auf den Stellkolben zusätzlich der Druck in der jeweils den Getriebeförderdruck führenden Leitung des hydrostatischen Getriebes in Richtung einer Verschiebung zu einer Einstellung des hydrostatischen Getriebes auf kleinere Antriebsdrehzahl einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Getriebeförderdruck beaufschlagter Zusatzkolben (42) vorge­ sehen ist, der mit dem Stellkolben (32) in Wirkverbindung steht und mit einem Anschlag (43, 45) verbunden ist, der den Ver­ schiebeweg des Zusatzkolbens (42) derart begrenzt, daß bei kleinen Verschiebewegen des Stellkolbens (32) aus der Neutral­ lage die zum Zusammenwirken mit dem Stellkolben (32) vorge­ sehene Wirkfläche (46) des Zusatzkolbens (42) in Abstand von der zugeordneten Wirkfläche (48) des Stellkolbens (32) liegt.