DE4116649A1 - Verstellbare hydrostatische maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine verstellbare hydrostatische Maschine mit einer durch Steuerdruck beaufschlagbaren Verstelleinrichtung. Derartige Maschinen werden beispielsweise in Form von Axialkolbenpumpen oder -motoren in vielfältiger Weise für hydrostatische Antriebe, z. B. hydrostatische Getriebe eingesetzt. Gegenüber älteren verstellbaren hydrostatischen Maschinen, die meist über einen Steuerhebel, der direkt mit der Verstelleinrichtung verbunden ist, im Hub- bzw. Schluckvolumen verstellt werden, weisen Maschinen, deren Verstelleinrichtung, mittels eines durch einen Steuerdruckgeber vorgebbaren Steuerdrucks beaufschlagt wird, neben dem Vorteil der leichteren räumlichen Trennung von Steuerdruckgeber und Maschine mannigfaltige hydraulische Eingriffsmöglichkeiten auf, die eine Einbindung in übergeordnete Steuer- oder Regelkonzepte ermöglichen.

Da bei derartigen Maschinen, z. B. einer Pumpe, die Verstellzeit in Ausschwenk- und Einschwenkrichtung, d. h. in Richtung einer Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Verdrängungsvolumens, gleich groß ist, kann auch das Ausschwenkverhalten nicht vom Einschwenkverhalten getrennt werden. Eine Trennung ist aber für manche Anwendungsfälle wünschenswert, beispielsweise bei Fahrzeugantrieben. Bei einem hydrostatisch angetriebenen Fahrzeug hängt das Anfahrverhalten unter anderem von der Bodenhaftung der Räder ab, die auch bei unbeladenem Fahrzeug und maximaler Beschleunigung nicht durchdrehen sollen. Das Bremsverhalten wird hingegen oft von Normen und technischen Regelwerken bestimmt, die eine bestimmte Bremsverzögerung vorschreiben. Dies ist oftmals nicht miteinander vereinbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße Maschine mit verbessertem Steuer- und Regelverhalten zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in mindestens einer zu der Verstelleinrichtung führenden Steuerdruckleitung mindestens ein die Zu- und/oder Abnahme des Steuerdrucks pro Zeiteinheit beeinflussendes Organ angeordnet ist. Auf diese Weise können die Ausschwenk- und die Einschwenkzeit und damit das Ausschwenk- und das Einschwenkverhalten der verstellbaren hydrostatischen Maschine unabhängig voneinander verschiedenen Betriebsbedingungen angepaßt werden.

Das in der Steuerdruckleitung angeordnete Organ ist mit Vorteil in ein abhängig von der Höhe des Steuerdrucks schaltbares Ventil integriert, das eine den Steuerdruck­ anstieg oder den Steuerdruckabfall verzögernde Schalt­ stellung und eine neutrale Schaltstellung aufweist. Wenn dieses Ventil schaltungstechnisch so angeordnet wird, daß es oberhalb eines bestimmten Steuerdrucks in Drosselstellung geschaltet ist, wird dadurch der weitere Steuerdruckanstieg verzögert und damit beispielsweise das Ausschwenken, d. h. die Hubvolumenvergrößerung einer Verstellpumpe verlangsamt.

Darüber hinausgehende günstige und zweckmäßige Ausge­ staltungen der Erfindung sind in den restlichen Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungs­ beispiele erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Maschine;

Fig. 2 eine Variante von Fig. 1;

Fig. 3 den Schaltplan einer Maschine mit einer Differenz­ druck-Verstelleinrichtung;

Fig. 4 eine erste Variante von Fig. 3;

Fig. 5 eine zweite Variante von Fig. 3;

Fig. 6 eine dritte Variante von Fig. 3.

In Fig. 1 ist der einfachste Fall einer erfindungsgemäß ausgestalteten hydrostatischen Maschine dargestellt. Eine Verstellpumpe 1 weist eine nicht näher gezeigte Verstell­ einrichtung auf, zu der eine Steuerdruckleitung 2 geführt ist, was durch die Verbindung des die Verstelleinrichtung symbolisierenden Pfeiles im Pumpensymbol mit der Steuer­ druckleitung 2 dargestellt ist. Die Verstelleinrichtung soll bei ansteigendem Steuerdruck in der Steuerdruckleitung 2 ein Ausschwenken, d. h. eine Hubvolumenvergrößerung der Verstell­ pumpe 1 bewirken. In die Steuerdruckleitung 2 ist ein Ventil 3 geschaltet, das federkraftbelastet in Richtung einer Stellung gedrückt wird, in der ein ungehinderter Durchfluß von Steuerdruckmedium durch die Steuerdruckleitung 2 ermöglicht ist. Stromauf des Ventils 3 zweigt eine Leitung 4 von der Steuerdruckleitung 2 ab und führt zu einer entgegengesetzt der Federkraft wirksamen Steuerfläche des Ventils 3. Von einem in der Figur nicht gezeigten geeigneten Steuerdruckgeber wird ein Steuerdruck erzeugt und über die Steuerdruckleitung der Verstelleinrichtung der Verstellpumpe 1 mitgeteilt, so daß diese ausschwenkt.

Beginnend mit Steuerdruck Null kann bis zu einem bestimmten Steuerdruck das Ausschwenken der Verstellpumpe direkt durch die vorzugebende Höhe des Steuerdrucks gesteuert werden. Dieser Bereich wird insbesondere zur Feinsteuerung der Verstellpumpe 1 benutzt. Sobald ein bestimmter Steuerdruck in der Steuerdruckleitung 2 erreicht bzw. überschritten wird, schaltet das Ventil 3 entgegen der Federkraft in eine Schaltstellung, in der ein in das Ventil integriertes, in diesem Fall die Zunahme des Steuerdrucks an der Verstell­ einrichtung pro Zeiteinheit verzögerndes Organ geschaltet ist. Dieses Organ kann beispielsweise eine Düse sein. Durch das Wirksamwerden der Düse wird beim weiteren Ausschwenken der Verstellpumpe 1 der Steuerdruckanstieg verlangsamt und somit die Ausschwenkzeit verlängert.

Um bei noch kaltem Steuerdruckmedium ein langsameres Schwenken der Verstellpumpe zu erreichen, kann an Stelle einer Düse eine Drossel in dem Ventil 3 verwendet werden. Dadurch wird ein temperaturabhängiges Verhalten des Steuer­ druckmediums beim Steuerdruckaufbau durch Überlagerung berücksichtigt.

Beim Einschwenken der Verstellpumpe 1 wird die Höhe des Steuerdrucks verringert. Wenn der Steuerdruck unter den Schaltdruck des Ventils 3 zurückgenommen wird, schaltet dieses wieder in Öffnungsstellung. Das beim Einschwenken der Verstellpumpe in der Verstelleinrichtung verdrängte Steuer­ druckmedium kann daher ungehindert abfließen. Die Verstell­ pumpe kann somit schnell eingeschwenkt werden, sofern der Steuerdruck rasch reduziert wird.

Durch einen weiteren Steueranschluß 5 am Ventil 3, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, kann das Schaltverhalten des Ventils 3 durch ein zusätzliches Signal beeinflußt werden. Dieses externe Signal kann z. B. von der Reversierlogik eines Flurförderzeugs mit hydrostatischem Fahrantrieb bereit­ gestellt werden und wird an dem Ventil 3 anstehen, wenn das Fahrzeug durch Reversieren abgebremst werden soll. In diesem Fall soll der Steuerdruckaufbau nicht verzögert erfolgen, sondern möglichst schnell. Das Signal in dem Steueranschluß 5 verhindert zu diesem Zweck das Einschalten des Ventiles 3 und damit dessen Drosselwirkung.

In Fig. 3 soll die Verstelleinrichtung der Verstellpumpe 1 als Differenzdruck-Verstelleinrichtung ausgebildet sein und weist zu diesem Zweck einen federzentrierten, beidseitig mit Steuerdruck beaufschlagbaren Stellkolben 6 in einem Stellzylinder 7 auf, zu dem neben der Steuerdruckleitung 2 eine Steuerdruckleitung 8 führt. Das in der Steuerdruck­ leitung 2 angeordnete Ventil 3 ist mit seiner Steuerfläche an die Steuerdruckleitung 8 angeschlossen. In der Steuer­ druckleitung 8 ist ein Ventil 9 angeordnet, das den gleichen Aufbau aufweist wie das Ventil 3 und mit seiner Steuer­ fläche an die Steuerdruckleitung 2 angeschlossen ist. Die beiden Ventile 3 und 9 werden somit jeweils in Abhängigkeit von der Höhe des Drucks in der jeweiligen Rücklaufleitung geschaltet.

Wird beispielsweise der Steuerdruck in der Steuerdruck­ leitung 2 erhöht, so kann das Steuerdruckmedium das Ventil 3 zunächst ungehindert passieren und der Stellkolben 6 setzt sich nach in der Figur unten in Bewegung. Ab einer bestimmten Steuerdruckhöhe in der Steuerdruckleitung 2 schaltet das Ventil 9 in der Steuerdruckleitung 8 in Drosselstellung, wodurch sich in Abhängigkeit von der Verstellgeschwindigkeit des Stellkolbens 6 in der­ Steuerdruckleitung 8 ein Druck aufbauen kann, der das Ventil 3 in Drosselstellung schaltet und somit den weiteren Steuerdruckanstieg in der Steuerdruckleitung 2 und damit die Verstellgeschwindigkeit des Stellkolbens 6 verringert. Dies geschieht nur so lange, bis der Abgleichzustand erreicht ist, d. h. bis der Stellkolben 6 die gewünschte, einem bestimmten Hubvolumen der Verstellpumpe 1 entsprechende Position erreicht hat. Der Differenzdruck am Stellkolben 6 ist daher unabhängig von Leckageeinflüssen an der Verstelleinrichtung.

In Fig. 4, die im wesentlichen Fig. 3 entspricht, ist parallel zu dem Ventil 3 ein zur Verstelleinrichtung hin öffnendes Drosselrückschlagventil 10 vorgesehen und parallel zum Ventil 9 ein ebenfalls zur Verstelleinrichtung hin öffnendes Rückschlagventil 11. Tritt in der Verstell­ einrichtung ein Leck auf, wodurch Steuerdruckmedium abfließt, so entsteht bei eingeschalteten Ventilen insbesondere dann, wenn die Ventile mit einer kleinen Düse versehen sind und der Steuerdruck hoch ist, ein unerwünschter Druckabfall, durch den die Steuerdruck­ differenz am Stellkolben 6 verfälscht wird. Die Rückschlag­ ventile 10 und 11 begrenzen den Leckageeinfluß an der Verstelleinrichtung und damit den Druckabfall, indem durch die Rückschlagventile Steuerdruckmedium nachströmt.

In Fig. 5 ist eine schaltungstechnische Umkehr der in Fig. 3 dargestellten Anordnung gezeigt. Die Ventile 3 und 9 werden nunmehr federkraftbelastet in Richtung zur Drossel­ stellung beaufschlagt. Durch diese Art der Verschaltung läßt sich ein schnelles Ausschwenken und ein langsames Ein­ schwenken der Verstellpumpe 1 realisieren. Dies ist z. B. beim Fahrantrieb eines Radladers vorteilhaft, der auf diese Weise schnell beschleunigen kann (beispielsweise um in einen Erdhaufen einzufahren) und definiert abbremst.

Die Schaltumkehr aus Fig. 5 läßt sich auch, wie in Fig. 6 gezeigt, durch ein Wechselventil 12 erreichen, dessen beiden Eingänge an die Steuerdruckleitungen 2 und 8 angeschlossen sind und dessen Ausgang mit den Steuerflächen der Ventile 3 und 9 in Verbindung steht. Die beiden Ventile werden gleichzeitig in Durchflußstellung geschaltet, sobald in einer der Steuerdruckleitungen ein bestimmter Druck erreicht bzw. überschritten wird. Es ist auch möglich, ein Wechsel­ ventil bereits dann vorzusehen, wenn nur in einer der Steuerdruckleitungen 2 oder 8 ein Ventil angeordnet ist.

Es versteht sich von selbst, daß die gezeigten Schaltungs­ varianten sowohl für direkt gesteuerte als auch für vorgesteuerte Verstelleinrichtungen von hydraulischen Maschinen verwendet werden können.

Claims (11)

1. Verstellbare hydrostatische Maschine mit einer durch Steuerdruck beaufschlagbaren Verstelleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer zu der Verstelleinrichtung führenden Steuerdruckleitung (2) mindestens ein die Zu- und/oder Abnahme des Steuerdrucks pro Zeiteinheit beeinflussendes Organ angeordnet ist.

2. Verstellbare hydrostatische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Steuerdruck­ leitung (2) angeordnete Organ in ein abhängig von der Höhe des Steuerdrucks schaltbares Ventil (3) integriert ist, das eine den Steuerdruckanstieg oder den Steuer­ druckabfall verzögernde Schaltstellung und eine neutrale Schaltstellung aufweist.

3. Verstellbare hydrostatische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (3) zusätzlich in Abhängigkeit von einem weiteren Signal schaltbar ist.

4. Verstellbare hydrostatische Maschine nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Verstelleinrichtung als Differenz­ druck-Verstelleinrichtung ausgebildet ist, zu der zwei Steuerdruckleitungen (2, 8) führen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in jeder Steuerdruckleitung (2, 8) ein Ventil (3, 9) angeordnet ist.

5. Verstellbare hydrostatische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (3) in der ersten Steuerdruckleitung (2) in Abhängigkeit von der Höhe des Steuerdrucks in der zweiten Steuerdruckleitung (8) und das Ventil (9) in der zweiten Steuerdruckleitung (8) in Abhängigkeit von der Höhe des Steuerdrucks in der ersten Steuerdruckleitung (2) schaltbar ist.

6. Verstellbare hydrostatische Maschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Ventilen (3, 9) jeweils ein in Richtung zur Verstelleinrichtung öffnendes Rückschlagventil (10, 11) parallel geschaltet ist.

7. Verstellbare hydrostatische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (3, 9) im durch Steuerdruck geschalteten Zustand eine den Steuerdruckaufbau oder den Steuerdruckabbau verzögernde Wirkung aufweist.

8. Verstellbare hydrostatische Maschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (3, 9) im ungeschalteten Zustand eine den Steuerdruckaufbau verzögernde Wirkung aufweisen und mit ihren von Steuerdruck beaufschlagbaren Steuerflächen an den Ausgang eines Wechselventiles (12) angeschlossen sind, dessen beide Eingänge mit den beiden Steuerdruckleitungen (2, 8) verbunden sind.

9. Verstellbare hydrostatische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das den Steuerdruckaufbau oder Steuerdruckabbau beeinflussende Organ von einer Düse gebildet wird.

10. Verstellbare hydrostatische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das den Steuerdruckaufbau oder Steuerdruckabbau beeinflussende Organ von einer Drossel gebildet wird.

11. Verwendung einer verstellbaren hydrostatischen Maschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche als Teil eines hydrostatischen Getriebes in einem Fahrzeug­ antrieb, vorzugsweise einem Hubladerantrieb.