DE4140860C2 - Steuereinrichtung für ein hydrostatisches Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der US-PS 4 116 002 ist eine derartige Steuereinrichtung für ein hydrostatisches Getriebe bekannt, dessen Einstellvorrichtung zwei hydrauli­ sche Einstellglieder zum Verstellen des Durchsatzvolumens der Hydropumpe in einander entgegengesetzten Richtungen umfaßt. Jedes Stellglied ist mit einem Stelldruck beaufschlagbar. Als Stelldruckquelle dient eine Speisepumpe der Einspeisevorrichtung, die über eine Stelldruckleitung, ein als Fahrtrich­ tungsventil dienendes Vorsteuerventil und zwei Stelldruckzweigleitungen an je eines der Einstellglieder angeschlossen ist. Die Steuereinrichtung umfaßt eine Verstelleinrichtung in Form eines Drosselventils und ferner ein Schaltventil, die beide als 4/2-Wegeventile ausgebildet sind. Das Drossel­ ventil ist in den Stelldruckzweigleitungen angeordnet und über eine Steuerleitung mit dem Arbeitsdruck des hydrostatischen Getriebes angesteu­ ert. Mit zunehmendem Arbeitsdruck verringert das Drosselventil die Stell­ druckbeaufschlagung der hydraulischen Einstellglieder und damit das Durch­ satzvolumen der Hydropumpe, um bei Überschreiten des maximal zulässigen Arbeitsdrucks eine Umlaufstellung einzunehmen, bei der beide Stelldruck­ zweigleitungen kurzgeschlossen sind, so daß die Hydropumpe aufgrund der ihr eigenen Rückstellkräfte auf Null-Durchsatzvolumen zurückschwenkt. Das Schaltventil ist in den Stelldruckzweigleitungen zwischen dem Drosselventil und dem Vorsteuerventil angeordnet und über eine Steuerleitung mit dem von der Speisepumpe erzeugten Speisedruck in Richtung einer Durchlaufstellung angesteuert, in der beide Stelldruckzweigleitungen offen sind. Bei Verlust des Speisedrucks schaltet das Schaltventil in eine Schwimmstellung, in der der Stelldruck in den Stelldruckzweigleitungen zum Tank hin entlastet wird, so daß die Hydropumpe durch die ihr eigenen Rückstellkräfte auf Null-Durch­ satzvolumen zurückschwenkt.

In bestimmten Betriebssituationen, wenn beispielsweise die Hydropumpe plötzlich sehr viel schneller dreht und somit einen größeren Volumenstrom fördert als der Hydromotor aufnehmen kann, tritt ein schlagartiger Druckaufbau in der den Hochdruck führenden Arbeitsleitung (Vorlaufleitung) und gleichzeitig ein ebenso schlagartiger Druckabfall in der den Niederdruck führenden Arbeitsleitung (Rücklaufleitung) auf, was zu den bekannten und gefürchteten Kavitationsproblemen führt. In einer solchen Situation sprechen beide Ventile der Steuereinrichtung an, jedoch hat das Drosselventil aufgrund seiner Abordnung zwischen dem Schaltventil und den hydraulischen Einstellgliedern eine Übersteuerungsfunktion, d. h. Vorrang vor dem Schalt­ ventil, und verbindet die Stelldruckzweigleitungen miteinander, so daß die Hydropumpe auf Null-Durchsatzvolumen zurückschwenkt. Dieses Zurückschwenken erfolgt jedoch aufgrund der relativ schwachen Rückstellkräfte der Hydropumpe zu langsam, um den schlagartigen Druckabfall in der Niederdruckleitung zu verhindern. Die bekannte Verstelleinrichtung weist infolgedessen eine vom Arbeitsdruck abhängige Druckregelfunktion auf, die nicht zur Vermeidung von Kavitationen bestimmt, sondern dazu vorgesehen ist, den Arbeitsdruck in den Arbeitsleitungen durch entsprechende Verstellung des Durchsatzvolumens der Hydropumpe auf den am Drosselventil eingestellten Wert zu halten.

Aus der DE-OS 21 50 571 ist eine weitere Steuereinrichtung für ein hydrostatisches Getriebe bekannt, die zur verlustarmen Druckbegrenzung ausgebildet ist und zu diesem Zweck in jeder Arbeitsleitung ein Druckbegren­ zungsventil aufweist, das im Falle eines Überdrucks über eine Steuerleitung in einen die Einstellvorrichtung für die Hydropumpe bildenden Hydrozylinder mit Gleichgangkolben entgegen einem Stelldruck abspritzt und auf diese Weise die Hydropumpe in Richtung Null-Durchsatzvolumen zurückschwenkt, so daß weniger Öl abgespritzt und auf diese Weise weniger Leistung in Wärme umgesetzt wird. Der von der abgespritzten Ölmenge erzeugte Druck ist zu gering, um die vorgeschriebenen Kavitationserscheinungen zu verhindern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die vorbeschriebenen Kavitationserscheinungen verhindert oder zumindest wesentlich verringert werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung wird dem vorbeschriebenen Druckabfall dadurch wirksam begegnet, daß zum einen der Druckabfall überwacht bzw. gemessen und somit sicher ermittelt wird, und zum anderen eine aktive Verstellkraft erzeugt wird, die die Durchsatzvolumen-Einstell­ vorrichtung schnell und funktionssicher zurück verstellt. Hierdurch wird einem Druckabfall derart wirksam entgegengewirkt, daß die für Kavitations­ schäden an dem hydraulischen Medium benachbarten Teilen verantwortlichen Gasausscheidungen verhindert oder zumindest wesentlich reduziert werden. Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung besteht darin, daß sie keine vom Arbeitsdruck abhängige Druckregelfunktion aufweist und somit auch in hydrostatischen Getrieben mit anderen, z. B. drehzahlabhängigen Regelungen eingesetzt werden kann.

In den Unteransprüchen sind Merkmale enthalten, die die erfindungsgemäße Lösung, die Funktion und die Funktionssicherheit weiter verbessern, eine große Verstellkraft sowie einfache und auch kostengünstig herstellbare Ausgestaltungen ermöglichen, die sich vorzüglich integrieren lassen und außerdem eine einfache und schnelle Montage bzw. Demontage ermöglichen.

Nachfolgend werden die Erfindung und weitere durch sie erzielbare Vorteile anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in einem hydraulischen Steuerplan die erfindungsgemäße Steuereinrich­ tung für ein hydrostatisches Getriebe, das abgesehen von der Steuereinrich­ tung im wesentlichen dem Getriebe entspricht, das in Fig. 14 des Aufsatzes "Hydrostatische Fahrantriebe" von Dipl.-Ing. A. Mayr, erschienen in o + p 29 (1985) Nr. 7, dargestellt ist.

Die Hauptteile des hydrostatischen Getriebes 1 sind eine Hydropumpe 2 und ein Hydromotor 3, die in üblicher Weise durch zwei Arbeitsleitungen 5a, 5b im geschlossenen Kreislauf miteinander verbunden sind, eine Einstellvorrich­ tung 6 zur Einstellung des Durchsatzvolumens der Hydropumpe 2, eine Ansteuervorrichtung 7 für die Einstellvorrichtung 6, die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung 8, die auf die Einstellvorrichtung 6 wirkt und eine Einspeisevorrichtung 9 mit einer Speiseleitung 10, die von einer sogenannten Speise- bzw. Hilfspumpe 11 ausgeht, die - wie bereits die Hydropumpe 2 - durch einen nicht dargestellten Motor antreibbar ist, vorzugsweise über eine gemeinsame Antriebswelle 12.

Das hydrostatische Getriebe 1 ist für den Betrieb in beiden Durchsatzrich­ tungen eingerichtete d. h. die Einstellvorrichtung 6 vermag die Hydropumpe 2 über ihren Nullpunkt hinaus einzustellen, wodurch sich die Durchsatz- bzw. Förderrichtung der Hydropumpe 2 umkehrt. Die hydraulische Einstellvorrich­ tung 6 umfaßt einen doppeltwirkenden Hydrozylinder 13, dessen federzentrier­ ter Kolben 14 zwei Arbeitsräume 15, 16 begrenzt. Die den Hydrozylinder 13 axial durchsetzende Kolbenstange 17 ist mit ihrem einen Ende an einem Verstellglied der Hydropumpe 2 angelenkt und mit ihrem anderen Ende über einen Rückführhebel 36 starr mit dem Gehäuse eines Vorsteuerventils 18 der Ansteuervorrichtung 7 verbunden. Das Vorsteuerventil 18 ist ein stetig verstellbares 4/3-Wegeventil mit zwei Steueranschlüssen an je eine Ansteuer­ leitung 22, 23 und Arbeitsanschlüssen an eine zur Speiseleitung 10 führende Stelldruckleitung 19, eine zum Tank führende Rücklaufleitung R und zwei zu den Arbeitsräumen 15, 16 führende Stelldruckzweigleitungen 4, 21. Der Ventilkörper des Steuerventils 18 ist durch zwei zu beiden Seiten angeordnete Federn mittenzentriert und über die Ansteuerleitungen 22, 23 in einander entgegengesetzten Richtungen mit Steuersignalen von nicht darge­ stellten Steuergebern in je eine Endstellung ansteuerbar, in denen die Arbeitsräume 15, 16 wechselseitig mit der Einspeisevorrichtung 9 und der Rücklaufleitung R verbunden sind. In der Mittelstellung sind sämtliche Arbeitsanschlüsse miteinander verbunden.

Als Steuergeber können Schaltvorgänge von mit dem hydrostatischen Getriebe 1 in Funktionszusammenhang stehenden Aggregaten (nicht dargestellt) dienen, oder es kann auch ein manueller Steuergeber vorgesehen sein.

Bei der Einspeisevorrichtung 9 handelt es sich mit den vorhandenen Ventilen um eine übliche Bauart, die im einzelnen nicht beschrieben werden soll. Die Einspeisung erfolgt jeweils entsprechend der vorhandenen Durchsatzrichtung an den Leitungsverbindungen 24, 25 in die jeweilige Niederdruckleitung 5a bzw. 5b.

In den Stelldruckzweigleitungen 4, 21 ist jeweils eine Drossel 26, 27 angeordnet.

Die auf die Durchsatzvolumen-Einstellvorrichtung 6 wirkende erfindungsgemäße Verstelleinrichtung 8 umfaßt zwei weitere Stelldruckleitungen 28, 29, in denen jeweils ein Druckzuschaltventil 31, 32 mit jeweils einem integrierten Rückschlagventil zur Gewährleistung des Rücklaufs eingeschaltet ist. Die eine der weiteren Stelldruckleitungen 28 verbindet den Arbeitsraum 15 mit der Arbeitsleitung 5a, während die andere der weiteren Stelldruckleitungen 29 den Arbeitsraum 16 mit der Arbeitsleitung 5b verbindet. Die Steueran­ schlüsse 31a, 32a der Druckzuschaltventile 31, 32 sind durch hydraulische Leitungsabschnitte 33, 34 mit einer von der Einspeisevorrichtung 9 ausgehenden Steuerleitung 35 verbunden. Die Druckzuschaltventile 31, 32 sind so eingestellt, daß sie den zugehörigen Durchgang in den weiteren Stelldruckleitungen 28, 29 sperren, wenn der Einspeisedruck oberhalb eines bestimmten Druckwertes liegt. Wenn im Einspeisedruck ein Druckabfall stattfindet und der Einspeisedruck unterhalb des vorbestimmten Druckwertes sinkt, öffnen die Druckzuschaltventile 31, 32, so daß der jeweils in einer Arbeitsleitung 5a, 5b vorhandene Arbeitsdruck den zugehörigen Arbeitsraum 15 bzw. 16 beaufschlagt, wodurch die Einstellvorrichtung 6 schnell bzw. schlagartig in Richtung ihrer Nullstellung verstellt und ein insbesondere schlagartiger Druckaufbau im Arbeitsdruck schnell abgebaut wird und somit auch der gleichzeitig stattfindende Druckabfall in der Einspeiseleitung beendet und der Einspeisedruck wieder aufgebaut wird. Hierdurch wird Kavitation im vorhandenen geschlossenen Kreislauf, hervorgerufen durch Kompressionsvolumen, die aufgrund limitierter Einspeisemenge nicht ausge­ glichen werden können, vermieden bzw. weitgehend vermieden.

Bei Umkehrung der Durchsatzrichtung des hydrostatischen Getriebes 1 erfolgt die Zuordnung der jeweils den Arbeitsdruck enthaltenden Arbeitsleitung 5a oder 5b zum zugehörigen Arbeitsraum 15 oder 16 zwecks Verstellung der Einstellvorrichtung 6 gegen Null jeweils selbsttätig.

Claims (10)

1. Steuereinrichtung für ein aus zwei Hydromaschinen in Form einer Hydropumpe (2) und einem Hydromotor (3) bestehendes hydrostatisches Getriebe (1), wobei wenigstens eine der Hydromaschinen (2, 3) in ihrem Durchsatzvolumen durch eine an eine Stelldruckleitung (19) angeschlossene Einstellvorrichtung (6) verstell- und einstellbar ist, mit einer auf die Einstellvorrichtung (6) einwirkenden Verstelleinrichtung (8), die mit der den Arbeitsdruck enthaltenden Arbeitsleitung (5a, 5b) verbunden ist, und mit einer Einspeisevorrichtung (9) für den hydraulischen Kreislauf des hydrostatischen Getriebes (1), gekennzeichnet dadurch, daß die Verstelleinrichtung (8) ein in einer weiteren Stelldruckleitung (28, 29) angeordnetes Steuerventil (32, 31) umfaßt, das auf ein Signal, das einen Druckabfall in der den Niederdruck enthaltenden Arbeitsleitung (5b, 5a) oder in einer zu dieser führenden Speiseleitung (10) unter einen vorbestimmten Wert repräsentiert, die weitere Stelldruckleitung (28, 29) öffnet, und daß der in der weiteren Stelldruckleitung (28, 29) vorhandene Arbeitsdruck die Einstellvorrichtung (6) der Hydropumpe (2) im Sinne einer Verringerung ihres Durchsatzvolumens bzw. die Einstellvorrichtung des Hydromotors (3) im Sinne einer Vergrößerung seines Durchsatzvolumens verstellt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (6) einen Hydrozylinder (13) mit zwei Arbeitsräumen (15 und 16) umfaßt, deren einer (15, 16) zwecks Vergröße­ rung des Durchsatzvolumens der Hydropumpe (2) bzw. Verringerung des Durchsatzvolumens des Hydromotors (3) über die Stelldruckleitung (19) mit einem Stelldruck und deren anderer (16, 15) über das Steuerventil (31, 32) in der weiteren Stelldruckleitung (28, 29) mit dem Arbeitsdruck beaufschlagbar ist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 und 2 für ein hydrostatisches Getriebe mit umkehrbarer Durchsatzrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (8) zwei Steuerventile (31 und 32) in zwei weiteren Stelldruckleitungen (29 bzw. 28) umfaßt, über die die Arbeitsräu­ me (16, 15) des Hydrozylinders (13) an jeweils diejenige Arbeitsleitung (5b, 5a) angeschlossen sind, die bei Stelldruckbeaufschlagung des jeweils anderen Arbeitsraums (15, 16) den Arbeitsdruck enthält, und daß jeweils einer der beiden Arbeitsräume (15, 16) Über je eine Stelldruckzweiglei­ tung (4, 21) und ein Vorsteuerventil (18) an die Stelldruckleitung (19) anschließbar ist.

4. Steuereinrichtung nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Steuerventil (31, 32) mit einem Steuerdruck in wenigstens einer Steuerleitung (35) hydraulisch ansteuerbar ist.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (35) an die jeweils den Niederdruck enthaltende Arbeitsleitung (5a, 5b) oder an die Einspeisevorrichtung (9) angeschlos­ sen ist.

6. Steuereinrichtung nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Steuerventil (31, 32) ein Druckzuschaltventil ist.

7. Steuereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Stelldruckbeaufschlagung eines der Arbeitsräume (15, 16) der jeweils andere Arbeitsraum (16, 15) über das Vorsteuerventil (18) und eine Drossel (26, 27) an eine Rücklaufleitung (R) angeschlossen ist.

8. Steuereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil (18) ein Proportionalventil ist.

9. Steuereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Vorsteuerventils (18) über einen Rückführhebel (36) starr mit der Kolbenstange (17) des Hydrozylinders (13) verbunden ist.

10. Steuereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil (18) in einander entgegengesetzten Richtungen hydraulisch ansteuerbar ist.