DE3701940C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine hydrostatische Verdrängermaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei hydrostatischen Verdrängermaschinen wird das Verdrän­ ger- bzw. Schluckvolumen in der Regel durch einen hydrau­ lischen Servomechanismus verstellt, der von einer Steuer­ druckversorgung, z. B. einer Ladepumpe, mit Druckflüssig­ keit beaufschlagt wird. Für viele hydraulische Verdrän­ gereinheiten reicht diese Niederdruckversorgung mit Steuerdrücken von ca. 14 bis 21 bar aus, um den hydrauli­ schen Servomechanismus mit geeigneten Ansprechgeschwindig­ keiten unter normalen Betriebsbedingungen zu betätigen.

Bestimmte hydraulische Verdrängereinheiten, z. B. Schräg­ achsen-Verstellmotoren mit verstellbaren Ventilplatten, weisen eine hohe innere Reibung der Verstellelemente auf. Insbesondere im Blockierzustand sind relativ hohe Stell­ kräfte zum Verschieben der Ventilplatte notwendig, was entweder große kostspielige Stellzylinder, die die Abmes­ sungen der Einheit vergrößern, oder eine ständige Hoch­ druckversorgung der Servomechanismen erforderlich macht. Wenn die Hochdruckversorgung aus dem geschlossenen Druck­ ölkreis der Hydroeinheit erfolgt, ergeben sich starke Schwankungen der die Servomechanismen beaufschlagenden Drücke, die zu entsprechend veränderlichen Ansprechge­ schwindigkeiten führen. Dies gilt insbesondere bei sog. Zweikreissystemen zum Antrieb von z. B. Fahrzeugen, bei denen beide Motoren in koordinierter und geregelter Weise ansprechen müssen.

Aus der US 41 94 364 ist eine gattungsgemäße Steuerein­ richtung für verstellbare Verdrängermaschinen bekannt, bei der mindestens ein Servomechanismus zum Verstellen des Schluckvolumens der Verdrängermaschine unter normalen Be­ triebsbedingungen mit dem relativ niedrigen Steuerdruck aus einer in den geschlossenen Arbeitskreis einspeisenden Ladepumpe beaufschlagt wird. Nur bei Auftreten von Über­ druck-Zuständen wird der Servomechanismus mit Hochdruck aus dem Arbeitskreis der Hydro- bzw. Verdrängereinheit be­ aufschlagt, wobei zur Vermeidung von extrem hohen Druck­ werten dieser Arbeitsdruck in einem Druckminderventil abgesenkt wird. Nachteilig bei diesen Steuereinrichtungen ist es, daß die Ansprechgeschwindigkeit der Servomechanis­ men von dem Schwankungen unterliegenden Arbeitsdruck ab­ hängt. Eine ähnliche Steuervorrichtung ist in der US 44 80 963 beschrieben.

Aus der DE 34 34 264 A1 ist ein Druckbegrenzer für eine Verstellpumpe eines hydrostatischen Getriebes bekannt, mit dem bei Überschreiten eines maximalen Systemdruckes der Pumpenhub und damit das Verdrängervolumen der Pumpe be­ grenzt bzw. verringert wird. Sobald der Druck in der hoch­ druckführenden Arbeitsleitung der Pumpe einen Sollwert übersteigt, öffnet ein dem Druckbegrenzer zugeordnetes Ventil, wodurch ein Servomechanismus zum Verstellen des Verdrängungsvolumens der Pumpe mit dem hohen Systemdruck beaufschlagt wird. Das Ventilglied des Druckbegrenzers kann durch einen von einer Ladepumpe erzeugten Niederdruck allein oder zusammen mit einer Druckfeder beaufschlagt sein, um die Größe des Solldruckes einzustellen. Auch bei der mit diesem bekannten Druckbegrenzer ausgerüsteten Ver­ stellpumpe sind hohe Reibungskräfte insbesondere zu Beginn jeder Verstellbewegung wirksam, die durch entsprechend hohe Verstellkräfte überwunden werden müssen.

In der DE 30 22 918 A1 ist eine weitere Steuereinrichtung für die Verstellpumpe einer hydrostatischen Verdrängerma­ schine beschrieben, die zwei gegensinnig wirkende Servomoto­ ren zum Verstellen der Fördermenge der Pumpe aufweist. Je­ weils der eine oder der andere Servomotor werden über ein entsprechend betätigbares Steuerventil mit einem Steuerdruck beaufschlagt. Wenn der Arbeitsdruck im hydrostatischen Kreis einen vorbestimmten Wert überschreitet, öffnet ein in der Pumpendruckleitung angeordnetes Überdruckventil, über das einer der Servomotoren mit dem hohen Arbeitsdruck im hydro­ statischen System beaufschlagt wird, um die Pumpe in Rich­ tung auf einen verminderten Förderdruck zu verstellen. Zum Erfassen dieses übergroßen Arbeitsdruckes ist jeder Arbeits­ leitung des Hydrokreises je ein Stellventil mit nachge­ ordneter Drossel zugeordnet, das bei Überschreiten eines maximalen Arbeitsdrucks in dieser Leitung hydraulisch öff­ net, um im jeweiligen Stellmotor die vom Steuerdruck nicht beaufschlagte Fläche des Stellkolbens mit diesem Arbeits­ druck zu beaufschlagen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Steuer­ einheit zu schaffen, welche bei relativ klein ausgelegten Servomechanismen eine sichere Überwindung der zu Beginn jeder Verstellbewegung wirksamen Haftreibung gewährleistet und die im Normalbetrieb eine vom Arbeitsdruck der Ver­ drängermaschine unabhängige Ansprechgeschwindigkeit in verstellbaren Servomechanismen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebe­ nen Merkmale gelöst.

Durch die beanspruchten Maßnahmen wird erreicht, daß ein oder mehrere Servomechanismen zum Verstellen des Schluck- bzw. Verdränger-Volumens einer hydrostatischen Verdränger­ maschine zu Beginn jedes Verstellvorganges innerhalb eines kurzen Zeitraums mit Hochdruck beaufschlagt werden, um die hohen Haftreibungswerte der zu verstellenden Bauteile zu überwinden. Nach Beendigung der Anfangsphase jeder Ver­ stellbewegung erfolgt eine automatische Druckabsenkung durch die in der Zweigleitung vorgesehene Drossel, so daß die auf die Anfangsphase folgende Verstellbewegung mit dem Steuerdruck aus der Niederdruckversorgung durchgeführt wird.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung be­ sitzt die Drossel einen ausreichend geringen Querschnitt von beispielsweise unter 1,27 mm Durchmesser, wobei in der Zweigleitung ein druckgesteuertes Absperrventil vorgesehen sein kann, welches bei Erreichen eines vorgegebenen Hoch­ drucks in der Arbeitsleitung der Verdrängermaschine öff­ net. Dadurch wird erreicht, daß der zur Überwindung der Haftreibung der Verstellorgane notwendige Hochdruck und auch der Druckmindereffekt der Drossel nur dann wirksam werden, wenn der Druck in der hochdruckführenden Arbeits­ leitung der Verdrängermaschine einen vorgegebenen Wert übersteigt.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kön­ nen auch zwei parallel geschaltete verstellbare Verdrän­ germaschinen mit je einem Servomechanismus und mit je einem Steuerventil gemeinsam von einer Niederdruckver­ sorgung synchron gesteuert werden, wobei zur Überwindung der Haftreibung am Beginn jeder gemeinsamen Verstellbewe­ gung die beiden Steuerventile an eine einzige Zweigleitung angeschlossen sind, welche ihrerseits über ein Umschalt­ ventil mit dem jeweils höheren Arbeitsdruck der beiden Verdrängermaschinen beaufschlagt wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an­ hand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Servomechanismus für eine als Schrägachsenmotor ausgeführte hydrostatische Ver­ drängermaschine;

Fig. 2 schematisch einen Hydraulikkreis der erfindungs­ gemäßen Steuereinrichtung;

Fig. 2A schematisch ein in der Steuereinrichtung nach Fig. 2 verwendbares abgewandeltes Absperrventil.

Der in Fig. 1 dargestellte Servomechanismus hat ein Ge­ häuse 10 mit einer kreisbogenförmig ausgebildeten Stütz­ fläche 12, auf der eine Ventilplatte 14 gleitet, um die Schräglage eines Zylinderblocks 16 einer hydrostatischen Verdrängermaschine zu verstellen. Da die Ventilplatte 14 mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt wird, steigt die Gleit­ reibung zwischen der Ventilplatte 14 und der Bogenfläche 12 mit steigendem Arbeitsdruck stark an. Daher sind re­ lativ große Verstellkräfte notwendig, um die Ventilplatte 14 und mit dieser den Zylinderblock 16 zwischen einer Maximalstellung von 40° und einer Minimalposition von 8° zu positionieren. Die Ventilplatte 14 weist einen axialen Zapfen 18 auf, der in einen Ausschnitt 22 eines in einer Querbohrung 24 verschiebbaren Stellkolbens 22 eingreift. Statt des Zapfens 18 können auch andere Verbindungen des Servomechanismus mit der Ventilplatte der Verdrängerma­ schine eingesetzt werden.

Der Stellkolben 22 wird mit dem jeweiligen Steuerdruck in Kammern 26, 28 beaufschlagt. Ein Steuerventil 30, vorzugs­ weise ein Proportionalventil, ist mit den beiden Kammern 26, 28 über Druckleitungen 32, 34 verbunden und an eine Niederdruckleitung 36 sowie über eine Ablaufleitung an einen Sumpf angeschlossen. Das Steuerventil 30 wird von einer Stelleinheit 40 positioniert, die im vorliegenden Fall einen durch Federn zentrierten Kolben enthält, wel­ cher durch einen Vorsteuerdruck ΔP verstellt wird. Eine Rückstellfeder 42 ist zwischen dem Schieber des Steuerven­ tils 30 und einem am Stellkolben 22 befestigten Querglied 44 eingespannt.

Fig. 2 zeigt als Verdrängermaschinen zwei hydrostatische Verstellmotoren ML und MR mit je einem Servomechanismus 22 und je einem Steuerventil 30, die in einem hydrostatischen Zweikreissystem verwendet werden. Beide Steuerventile 30 sind über die Niederdruckleitung 36 an eine Niederdruck­ versorgung 46, z. B. an eine Ladepumpe, angeschlossen, die praktisch konstanten Steuerdruck im Bereich von 14 bis 20 bar erzeugt.

Da die beiden Servomechanismen mit dem praktisch konstan­ ten Druck aus der Niederdruckversorgung 46 beaufschlagt werden, ist ihre Verstellgeschwindigkeit in vorgegebenen Grenzen konstant. Aufgrund der geringen Volumen der beiden Servomechanismen werden von der Niederdruckversorgung je­ doch nicht für alle Fälle ausreichend große Stellkräfte erzeugt. Insbesondere muß bei Beginn einer Verstellbewe­ gung die höhere Haftreibung der Bauteile vom jeweiligen Servomechanismus überwunden werden, um eine Bewegung der Ventilplatte 14 einzuleiten. Die Niederdruckversorgung reicht häufig nicht aus, um derartig hohe Stellkräfte zu erzeugen.

Gemäß Fig. 2 ist eine hochdruckführende Zweigleitung 50 mit der Niederdruckleitung 36 im Punkt 52 zwischen der Niederdruckversorgung 46 und dem Steuerventil 30 verbun­ den. Ein Rückschlagventil 54 ist zwischen der Verbin­ dungsstelle 52 und der Niederdruckversorgung 46 einge­ schaltet, damit letztere nicht mit Hochdruck beaufschlagt wird. Die Zweigleitung 50 ist mit den Arbeitsdruck führen­ den Leitungen 56 oder 58 der Verstellmotoren ML bzw. MR verbunden. Wenn diese Verdrängermaschinen ML bzw. MR um­ steuerbar ausgeführt sind, wechselt die Hochdruckseite des Arbeitskreises je nach der Arbeitsrichtung zwischen den Leitungen 56 und 58 bzw. 56′ und 58′. Der höhere Arbeits­ druck in jedem Hauptkreis wird von einem Umschaltventil 60 oder 60′ gewählt, wobei der höhere Arbeitsdruck der beiden Motoren von einem gemeinsamen Umschaltventil 62 gewählt wird, das an die Zweigleitung 50 angeschlossen ist. Wenn nur eine Verdrängermaschine Verwendung findet, ist die Zweigleitung 50 direkt an das Umschaltventil 60 ange­ schlossen.

In der Zweigleitung 50 ist eine Drossel 64 mit extrem kleinem Durchmesser von etwa 0,51 bis 1,27 mm eingeschal­ tet, die das Abfließen größerer Fluidmengen aus den Ar­ beitskreisen verhindert und einen Druckabfall zwischen der Zweigleitung 50 und der Leitung 36 erzeugt, sobald Hoch­ druckflüssigkeit über die Zweigleitung 50 zu den Servome­ chanismen 22 fließt. Wenn die Steuerventile 30 ihre Neutrallage einnehmen, erfolgt keine Druckmittelströmung zu den Servomechanismen 22. Eine Verstellung der Steuer­ ventile 30 bewirkt einen Flüssigkeitsstrom zu den Servo­ mechanismen 22. Da in der Zweigleitung 50 ein höherer Druck als der Steuerdruck aus der Niederdruckversorgung 46 herrscht, ist das Absperrventil geschlossen und die Hoch­ druckflüssigkeit aus der Zweigleitung 50 beaufschlagt die Servomechanismen 22, um die Bewegung ihrer Stellkolben einzuleiten. Dieser anfängliche Hochdruckstoß überwindet die Haftreibung in den Verstelleinheiten. Die Bewegung der Stellkolben der Servomechanismen 22 bewirkt eine Strömung in der Zweigleitung 50, die einen Druckabfall an der Dros­ sel 64 erzeugt, wodurch dann der Druck in der Zweigleitung 50 am Verbindungspunkt 52 bis unter den Steuerdruck aus der Niederdruckversorgung 46 verringert wird. Zu diesem Zeitpunkt öffnet das Rückschlagventil 54 und die weiteren Steuerbewegungen werden von der Niederdruckversorgung 46 mit ca. 21 bar durchgeführt. Die Hochdruckversorgung, die auch eine andere Hochdruckquelle sein kann, ist demzufolge nur zur Einleitung der Stellkolbenbewegung wirksam und die Normalregelung erfolgt mit vorgegebener Ansprechgeschwin­ digkeit über die Niederdruckversorgung 46. Die Strömung aus der Zweigleitung 50 ist nur kurzzeitig, so daß die An­ sprechgeschwindigkeit unabhängig vom veränderlichen Ar­ beitsdruck der jeweiligen Verdrängermaschine ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann in die Zweigleitung 50 ein Druckminderventil 66 mit vor- und nachgeschalteten Steuerelementen 68, 70 eingeschaltet sein, das von einer verstellbaren Feder 72 so eingestellt wird, daß es bei einem vorgewählten Druck öffnet. Dieses Druckminderventil 66 bewirkt einen charakteristischen Druckabfall. Normaler­ weise wird der Maximaldruck in den Hauptkreisen der Ver­ drängermaschinen von Entlastungsventilen bestimmt, die auf einen extrem hohen Druck von etwa 413 bar eingestellt sind. Durch Einstellen der Feder 72 öffnet das Druckmin­ derventil 66 bei 310 bar, so daß Arbeitsdruck nur dann zum Verbindungspunkt 52 gelangt, wenn in einer der Verdränger­ maschinen ein Arbeitsdruck von über 310 bar herrscht. Ein Arbeitsdruck von über 310 bar liegt jedoch in der Regel nur dann vor, wenn eine der Verdrängereinheiten MR oder ML fast oder vollständig blockiert. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden also die hydraulischen Servo­ mechanismen nicht mit irgendeinem Hochdruck beaufschlagt, und zwar auch nicht zur Einleitung der Verstellbewegung der Servomechanismen 22, bis ein hoher Arbeitsdruck in einer der Verdrängermaschinen aufgebaut ist. Die Hoch­ druckströmung zu den Servomechanismen ist somit begrenzt und tritt nur auf, wenn die Arbeitsdrücke in einer Ver­ drängermaschine hoch sind, wodurch auch die Ansprechge­ schwindigkeiten der Servomechanismen vom Arbeitsdruck un­ abhängig gemacht werden. Bei dem maximalen vom jeweiligen Druckminderventil im Hauptkreis zugelassenen Blockierdruck von 413 bar können jedoch die Servomechanismen kurzzeitig mit Steuerdrücken bis zu 103 bar beaufschlagt werden, um die Haftreibung in den Verstellgliedern der Verdränger­ maschine zu überwinden, bis ein durch die Strömung erzeug­ ter Druckabfall an der Drossel 64 auftritt. Die Drossel 64 kann in das Druckminderventil 66 eingebaut oder ein inte­ graler Bestandteil dieses Ventils 66 sein.

Als Alternative kann ein druckbetätigbares Folgeventil 66′ gemäß Fig. 2A statt des Druckminderventils 66 in die Zweigleitung 50 eingeschaltet sein. Das Folgeventil 66′ weist ein Hochdruckvorsteuerventil 68′ und eine verstell­ bare Feder 72′ ähnlich dem Druckminderventil 66 von Fig. 2 auf. Das nachgeschaltete Vorsteuerelement 74 kommuniziert jedoch nicht mit der Zweigleitung 50, sondern mit einem Ablauf. Somit hat das Folgeventil 66′ keine Druckminder­ funktion, die von einer weiteren Drossel 76 erfüllt werden kann, welche dem Folgeventil 66′ in der Zweigleitung 50 vorgeschaltet ist. Je nach der Dimensionierung dieser Drossel 76 kann der Hochdruck am Verbindungspunkt 52 bei der Ausführung nach Fig. 2A etwas höher oder niedriger als bei der Ausführung nach Fig. 2 sein. In der Praxis arbei­ ten beide Ausführungen in ähnlicher Weise, wobei der strö­ mungsinduzierte Druckabfall in der Zweigleitung 50 entwe­ der von der Drossel 64 oder von beiden Drosseln 64, 76 er­ zeugt wird. Auch bei dieser Ausführung können die Drosseln 64 und 76 entweder in das Folgeventil 66 eingebaut oder ein integraler Bestandteil desselben sein.

Wenn eines der gesteuerten Sperrventile 66 oder 66′ ver­ wendet wird, werden die Servomechanismen 22 nur dann kurz­ zeitig mit Hochdruck beaufschlagt, wenn in den Hauptkrei­ sen der Verdrängermaschinen ein vorbestimmter Druck herrscht. Die Servomechanismen 22 werden jedoch auch dann aufgrund des Druckabfalls in der Drossel 64 kurzzeitig mit Hochdruck beaufschlagt, wenn kein druckgesteuertes Ab­ sperrventil 66 oder 66′ vorgesehen ist. In jedem Falle sind die Ansprech- bzw. Verstellgeschwindigkeiten unabhän­ gig vom Hochdruck in der entsprechenden Arbeitsleitung der Verdrängermaschine. Bevorzugt beträgt der Druck in der Zweigleitung 50, der zur Überwindung der Haftreibung vor dem strömungsinduzierten Druckabfall verfügbar ist, we­ nigstens das Zweifache des Drucks aus der Niederdruck­ versorgung 46. Bei Verwendung des Druckminderventils 66 wird der im Ventil erfolgende Druckabfall durch seine Verstellfeder 72 eingestellt. Ohne Verwendung eines Ven­ tils kann das Druckverhältnis bis zu 20 : 1 betragen.

Wenn zwei Servomechanismen für das in Fig. 2 dargestellte Zweikreissystem eingesetzt werden, erfolgt die Beaufschla­ gung der Servomechanismen für die normalen Verstellvor­ gänge gemeinsam mit dem Druck aus einer Niederdruckver­ sorgung 46. Bei der Anwendung von drei Umschaltventilen 60, 60′ und 62 wird der jeweils höchste verfügbare Ar­ beitsdruck zur Überwindung der Haftreibung in jeder Ver­ drängermaschine ausgenutzt, wobei beide Servomechanismen gleichermaßen mit diesem Hochdruck beaufschlagt werden und in koordinierter Weise arbeiten. Demgegenüber wurden bei bekannten Zweikreissystemen mit kleinvolumigen Servomecha­ nismen jeder dieser Servomechanismus mit dem jeweils höheren Arbeitsdruck im Hauptkreis jeder Verdrängermaschi­ ne beaufschlagt, was zu unterschiedlichen Ansprechverhal­ ten und zu ungleichmäßigen Drehzahländerungen in der je­ weiligen Verdrängermaschine führte.

Claims (6)

1. Steuereinrichtung für eine hydrostatische Verdränger­ maschine

• - mit einem hydrostatischen Servomechanismus (22) zum Verstellen des Verdrängervolumens,
• - mit einer Niederdruckversorgung (46), die mit dem Servomechanismus (22) über eine Leitung (36) und ein von außen einstellbares Steuerventil (30) zum Beauf­ schlagen des Servomechanismus (22) mit Niederdruck ver­ bunden ist und
  mit einer Hochdruckversorgung, die über eine den Ar­ beitsdruck der Verdrängermaschine führende Zweiglei­ tung (50) und über das Steuerventil (30) mit dem Servo­ mechanismus (22) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet,
• - daß die Niederdruckversorgung (46) über ein Rückschlag­ ventil (54) an die Leitung (36) angeschlossen ist,
• - daß die Zweigleitung (50) stromab des Rückschlagventils (54) an die Leitung (36) angeschlossen ist und
• - daß in der Zweigleitung (15) eine Drossel angeordnet ist, so daß bei Verstellen des Steuerventils (30) aus der neutralen Sperrlage der Servomechanismus (22) kurz­ zeitig mit dem Hochdruck beaufschlagt wird.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Drossel (64) einen geringen Drosselquer­ schnitt, beispielsweise von unter 1,27 mm Durchmesser, aufweist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Zweigleitung (50) ein druck­ gesteuertes Absperrventil (66, 66′) vorgesehen ist, das bei Erreichen eines vorgegebenen Hochdrucks in der Ar­ beitsleitung der Verdrängermaschine öffnet.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das druckgesteuerte Absperrventil (66) ein Druckminderventil ist, welches einen Druckabfall in der Zweigleitung (50) erzeugt.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das durch eine Feder (72′) auf einen bestimm­ ten Öffnungsdruck einstellbare Absperrventil (66′) eine Ablaufleitung (74) enthält und ihm eine zusätzliche Drossel (76) in der Zweigleitung (50) vorgeschaltet ist.

6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß für zwei parallele verstell­ bare Verdrängermaschinen (ML, MR) mit je einem Servome­ chanismus (22) und mit je einem Steuerventil (30), die an eine gemeinsame Niederdruckversorgung (46) ange­ schlossen sind, beide Steuerventile (30) an eine ein­ zige Zweigleitung (50) angeschlossen sind, die ihrer­ seits über ein Umschaltventil (62) mit dem jeweils höheren Arbeitsdruck der beiden Verdrängermaschinen (ML, MR) beaufschlagt wird.