DE3711041A1 - Einstellbare hydrostatische kolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine einstellbare hydrostatische Kolbenmaschine gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1. Wenn bei einer Axialkolbenmaschine der Neutralpunkt der Kolbenkräfte genau in der Schwenkachse läge, würden sich keine vom auf die Kolben wirkenden Druck abhängigen Rück­ stellkräfte am Stellteil ergeben. Mit Rücksicht auf unver­ meidbare Fertigungstoleranzen ist es jedoch nicht möglich, den Neutralpunkt genau in die Schwenkachse zu legen. Um zu vermeiden, daß bei einem Teil der Maschinen einer Serie der Neutralpunkt auf der einen Seite der Schwenkachse liegt und bei den restlichen Maschinen dieser Serie auf der anderen Seite der Schwenkachse liegt, legt man bewußt die Schwenkachse derart, daß der Neutralpunkt auf einer vorge­ wählten Seite der Schwenkachse liegt und sich somit Rück­ stellkräfte einer vorbekannten Wirkungsrichtung ergeben. Bevorzugt wird die Schwenkachse bei Axialkolbenmaschinen derart angeordnet, daß die Rückstellkräfte in Richtung auf die Nullhublage wirken, so daß sich eine förderdruck­ abhängige Rückstellung ergibt. Bei einer Axialkolben­ maschine, bei der das Stellteil mit einem Stellkolben ver­ bunden ist, der in einem von Steuerdruck beaufschlagbaren Stellzylinder verschiebbar ist und gegen die Kraft einer Feder abgestützt ist, soll bei einem bestimmten Steuerdruck der Stell­ kolben immer in einem bestimmten Maß gegen die Feder verschoben werden und somit das Stellteil bei einem bestimmten gegebenen Steuerdruck eine bestimmte Lage einnehmen. Diese eindeutige Zuordnung ist nicht mehr gegeben, wenn vom Förderdruck abhän­ gige Rückstellkräfte zusätzlich auf das Stellteil einwirken, so daß die Lage des Stellteils nicht nur von der Größe des eingestellten Steuerdruckes, sondern auch von der Größe des Förderdruckes und damit der Rückstellkräfte abhängig ist. Wirken die Kräfte in Richtung auf die Nullhublage, kann das zu einem gewünschten Leistungsbegrenzungs- bzw. Leistungsregelungs­ effekt führen. In vielen Fällen ist jedoch gewünscht, daß die Stellage des Stellteils des hydrostatischen Getriebes präzise durch den Steuerdruck eingestellt werden kann, d.h. unabhängig von einer anderen Größe eingestellt werden kann. Dieser Wunsch besteht oft insbesondere im Bereich kleiner Ausschwenkwinkel, das heißt, bei der Pumpe eines Getriebes im Bereich kleiner Abtriebsdrehzahlen. Beispielsweise bei einem Fahrantrieb, ins­ besondere eines Gabelstaplers, sollen kleine Fahrgeschwindig­ keiten sehr präzise angesteuert werden können.

Es ist bereits bekannt, die Rückstellkräfte teilweise durch vom Förderdruck beaufschlagte Kolben zu kompensieren, um die will­ kürlich an einem Handhebel oder einem Pedal aufzubringenden Betätigungskräfte trotz der großen Rückstellkräfte klein zu halten (DE-AS 11 15 140). Bei dieser bekannten Einrichtung ging es nur darum, die Betätigungskräfte im gesamten Betätigungsbe­ reich klein zu halten. Es ist auch bereits bekannt, die Kraft eines vom Förderdruck beaufschlagten Kolbens abhängig von der Einstellage der Kolbenmaschine auf den vom Steuerdruck beauf­ schlagten Kolben einwirken zu lassen (DE-OS 34 34 588). Bei der bekannten Einrichtung erfolgt das, um auch bei Einstellung auf großes Hubvolumen sicher ein Zurückschwenken bei Erreichen eines Grenzdruckes zu gewährleisten. Es ist auch bereits bekannt, zusätzlich einen vom Förderdruck beaufschlagten Kolben abhängig von der Ausschwenklage der Pumpe gesteuert einwirken zu lassen (DE-OS 34 34 588).

Es ist auch bekannt, bei hydrostatischen Getrieben den Gesamt­ einstellbereich in zwei Teilbereiche zu unterteilen, von denen der eine in anderer Weise beeinflußt wird wie der andere (DE-OS 25 22 719). In diesem Fall war angestrebt worden, bei großen Fahrgeschwindigkeiten eine andere Stellfunktion zu er­ zielen wie bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ausgestaltung zu schaffen, durch die in einem vorbestimmten Steuerdruckbereich, vorzugsweise dem der Nullhublage benachbarten bzw. bis zur Null­ hublage reichenden Bereich, die Einstellage des Stellteiles der Maschine nur vom Steuerdruck bestimmt wird, während im übrigen Einstellbereich, insbesondere bei höheren Abtriebsdrehzahlen, die Eigenrückschwenkkräfte der Pumpe für eine Leistungsbe­ grenzung bzw. Drehmomentbegrenzung benutzt werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Federkraft und die Eigenrückschwenkkraft können gleichgerichtet sein, so daß der Zusatzkolben (Kompensationskolben) die Feder um den Betrag der Eigenrückschwenkkraft entlastet. In diesem Fall ist der Ring­ raum um die Kolbenstange des Zusatzkolbens vom Förderdruck be­ aufschlagt. Um die einfachere bauliche Gestaltung zu erzielen, bei der der Förderdruck auf die der Kolbenstange abgewandte Stirnseite des Zusatzkolbens wirkt, kann der Zusatzkolben als Druckkolben auf der anderen Seite der Schwenkachse wie die Fe­ der angeordnet sein. Da der Abstand der Schwenkachse des Stell­ teils vom Neutralpunkt konstruktiv willkürlich gewählt ist und damit die Größe der Eigenrückstellkraft bekannt ist, kann der Durchmesser des Zusatzkolbens derart berechnet und gewählt werden, daß die von dem auf den Zusatzkolben wirkenden Förder­ druck erzeugte Kraft gleich ist der Eigenrückstellkraft, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Eigenrückstellkraft abhängig vom Ausschwenkwinkel des Stellteiles und abhängig von dem tat­ sächlichen genauen Abstand des Neutralpunktes von der Schwenk­ achse ist. Diese Größen können jedoch bei der Konstruktion ent­ sprechend berücksichtigt werden. Durch die Ausgestaltungsform gemäß der Erfindung wird eine proportionale Verstellung mit überlagerter Leistungsregelung ohne den für ein Vorsteuersystem erforderlichen Aufwand und ohne Zusatzeinrichtungen für Leistungs­ regelung erzielt und damit eine sehr preisgünstige Konstruktion.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Anmeldungsge­ genstandes schematisch dargestellt.

Im mittleren Teil der Zeichnung ist ein Blick auf den Steuer­ boden dargestellt und im linken Teil der Zeichnung sind um 90° herausgeklappt die auf der linken Seite der Axialkolbenmaschine angeordneten Stellorgane dargestellt und auf der rechten Seite der Zeichnung sind ebenfalls um 90° herausgeklappt die auf der rechten Seite der Axialkolbenmaschine angeordneten Stellorgane dargestellt.

In der Steuerspiegelfläche 1 des Steuerbodens sind die beiden Steuernieren 2 und 3 zu erkennen. Die Wiege 4 ist um die Schwenk­ achse 15 schwenkbar gelagert. Da die Wiege 4 in beide Richtungen aus der zu der Steuerspiegelfläche 1 parallelen Lage heraus­ schwenkbar ist, sind für beide Schwenkrichtungen Stellorgane vorgesehen, die alle an dem Steuerbodenkörper 7 befestigt sind, an dem auch die Steuerspiegelfläche 1 gebildet ist. Der Leistungsreglerzylinder 8 ist in dem Steuerbodenkörper 7 be­ festigt und in dem Leistungsreglerzylinder 8 ist der Leistungs­ reglerkolben 9 verschiebbar. Innerhalb des Leistungsreglerzy­ linders 8 und des Leistungsreglerkolbens 9 ist die Feder 10 an­ geordnet. Die Wiege 4 auf der linken Seite der Zeichnung ist identisch mit der auf der rechten Seite.

Der Kompensationszylinder 11 ist ebenfalls in dem Steuerboden­ körper 7 befestigt und in diesem ist ein Kolben 12 ver­ schiebbar, der gegen eine Feder 13 abgestützt ist. Analog ist auf der anderen Seite ein Kompensationszylinder 14 angeordnet, in dem ein Kolben 16 verschiebbar ist und ist ein Leistungsreglerzylinder 17 mit dem Steuerbodenkörper 7 verbunden, in dem ein Kolben 18 verschiebbar ist.

In der Zeichnung ist die Wiege 4 in ausgeschwenkter Stellung dargestellt. Auf der linken Seite der Zeichnung ist der Zusatzkompensationskolben 19 zu erkennen und auf der rechten Seite der Zusatzkompensationskolben 20. Auf der linken Seite ist ein Leistungsreglerkolben 21 zu erkennen und auf der rechten Seite ein Leistungsreglerkolben 22. In dem Zylinder 14 ist eine Feder 23 angeordnet und in dem Zylinder 17 ist eine Feder 24 angeordnet.

Die Wirkungsweise ist folgende: Bei Beginn des Ausschwenkens aus der Nullhublage heraus wirkt der Kolben 20 zusätzlich zum Steuerdruck auf den Kolbenflächen 16 und 9 in weiter ausschwenkender Richtung. Dieser Kraft wirkt die hochdruck­ abhängige Eigenrückschwenkkraft und die Kräfte der Federn 13 und 24 entgegen. Die Stirnfläche vor dem Kolben 20 ist mit der Steuerniere 3 verbunden. Die von dem auf den Kolben 20 wirkenden Förderdruck erzeugte Kraft ist ebenso wie die Eigenrückschwenkkraft abhängig von der Größe des Förderdruckes, der in der Niere 3 wirkt. Dabei ist der Durchmesser des Kolbens 20 so gewählt, daß die Eigenrück­ schwenkkraft im Verstellbereich von Null° bis zu einem vorbestimmten Winkel, beispielsweise 6°, annähernd ausge­ glichen ist, mit der Folge, daß der Ausschwenkwinkel der Wiege 4 in diesem Bereich nur abhängig ist von der Größe des Steuerdruckes.

Erreicht die Wiege 4 den konstruktiv vorgegebenen Grenz­ winkel von beispielsweise 6°, so kommt der Kompensations­ kolben 20 bzw. 19 an den Anschlag 5 zum Anliegen mit der Folge, daß bei weiterem Ausschwenken der Wiege 4 der Kompensationszusatzkolben 19 bzw. 20 keine Kraft mehr auf den Ausschwenkkolben 9 bzw. 16 ausüben kann. In dem über den vorgegebenen Grenzwert von beispielsweise 6° hinaus­ gehenden Stellbereich ist somit die Schwenklage der Wiege 4 nicht nur vom Steuerdruck abhängig, sondern auch von der Eigenrückschwenkkraft. Da diese bei der vorliegen­ den Pumpenkonstruktion nicht ausreicht, um eine für eine Regelung auf konstantes Drehmoment notwendige Rückschwenk­ kraft zu gewährleisten, ist zusätzlich der Leistungsregler­ kolben 22 vorgesehen, der eine zusätzliche Rücksschwenk­ kraft erzeugt, die abhängig ist von dem diesen Kolben 22 beaufschlagenden Förderdruck. In dem konstruktiv vorge­ gebenen, beispielsweise von Null bis 6° reichenden Fein­ steuerbereich kann dieser Leistungsreglerkolben 22 nicht eine Kraft ausüben, da der Weg dieses Leistungsregler­ kolbens 22 durch den Anschlag 6 begrenzt ist.

Im Falle des Bremsens mittels der hydrostatischen Pumpe werden bei der dargestellten Anordnung die Druckseiten vertauscht, d.h. der höhere Druck wird jetzt in der Niere 2 geführt. Auf die Wiege 4 wirkt nunmehr eine druck­ abhängige Ausschwenkkraft. Nunmehr wirkt der Kompensations­ zusatzkolben 19 in Richtung auf die Nullhublage und unter­ stützt die Wirkungen der Federn 13 und 24. Da durch den Kompensationszusatzkolben 19 bzw. 20 die Ausschwenkkraft der Pumpe weitgehend aufgehoben ist, ist die Pumpen­ stellung nur vom Steuerdruck abhängig. Der druckbeauf­ schlagte Leistungsreglerkolben kann nicht wirksam werden, da er durch den Anschlag 7 und 20 festgelegt ist.

Durch den zweiten Anschlag gemäß Anspruch 4 bzw. 5 wird die Aufteilung des Stellweges in einen Wegteil, in dem ausschließlich der Steuerdruck wirksam ist, und einen Wegteil, in dem eindeutig eine Leistungsregel­ charakteristik gegeben ist, verstärkt.

Claims (5)

1. Einstellbare hydrostatische Kolbenmaschine, vorzugs­ weise Axialkolbenmaschine, bei der die Schwenkachse des Stellteiles außerhalb des Neutralpunktes der Kolben­ kräfte liegt und bei der das Stellteil mit mindestens einem Stellkolben verbunden ist, der gegen die Kraft einer Feder in einem von willkürlich wählbarem Steuer­ druck beaufschlagten Stellzylinder verschiebbar ist, gekennzeichnet durch einen vom Förderdruck beaufschlagten Zusatzkompensationskolben (19 bzw. 20), der derart bemessen ist, daß die vom auf den Zusatzkompensationskolben (19, 20) wirkenden Förderdruck erzeugte Kraft gleich ist der vom Förderdruck erzeugten Eigenrückstellkraft, wobei der Zusatzkompensationskolben (19 bzw. 20) derart ge­ schaltet ist, daß die an diesem Zusatzkompensations­ kolben (19, 20) erzeugte Kraft der Eigenrückstellkraft entgegenwirkt, wobei der Verschiebeweg des Zusatzkompen­ sationskolbens (19, 20) durch einen Wegbegrenzungsan­ schlag (5) begrenzt ist.

2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeweg des Zusatzkompensationskolbens (19, 20) ausgehend von der Nullhublage angeordnet ist.

3. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (15) gegen­ über dem Neutralpunkt der Kolbenkräfte derart versetzt angeordnet ist, daß die Rückstellkraft in Richtung auf die Nullhublage wirkt.

4. Kolbenmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem vom Förderdruck beaufschlagten, mit dem Stell­ teil verbundenen, auf dieses bei Druckbeaufschlagung eine in Richtung auf die Nullhublage wirkende Kraft ausübenden Leistungsreglerkolben, dadurch gekennzeich­ net, daß für den Leistungsreglerkolben (21 bzw. 22) ein weiterer Anschlag (6) vorgesehen ist, gegen den der Leistungsreglerkolben (21 bzw. 22) bei Unterschreiten einer vorbestimmten Grenzlage des Stellteiles anliegt.

5. Kolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Grenzlage, von der ab der Leistungs­ reglerkolben (21 bzw. 22) gegen den zugeordneten An­ schlag (6) anliegt, gleich ist der Lage des Stellteiles, ab der der Wegbegrenzungsanschlag (5) des Zusatz­ kompensatorkolbens (19 bzw. 20) wirksam ist.