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Steueranordnung für stetig regelbare Flüssigkeitsgetriebe der Verdrängerbauart
Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für stetig regelbare Flüssigkeitsgetriebe
der Verdrängerbauart, bei welcher ein mit .dem Stellglied des Motorteils des Getriebes
verbundener Servomotor mit dem Druckkanal des Getriebes über einen feststehenden
Umsteuerschieber verbunden ist, der in Abhängigkeit von dem im Druckkanal herrschenden
Druck verstellbar ist und den Servomotor in der einen oder der anderen Bewegungsrichtung
einschaltet, wenn die Abweichung des in dem Druckkanal herrschenden Druckes eine
obere oder untere Grenze überschreitet, aber den Servomotor durch Verschließen seiner
Arbeitsräume sperrt, solange sich der Flüssigkeitsdruck innerhalb dieser Grenzen
verändert.
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Eine derartige Steueranordnung .ist an sich bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pendelung des Servomotors
noch wirksamer zu bekämpfen, als es lediglich durch Sperren des Servomotors beim
Überschreiten der oberen und unteren Druckgrenzen möglich ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, däß mit dem Umsteuerschieber ein
Hilfssteuerschieber hydraulisch
in Reihe geschaltet ist, der in
Abhängigkeit von .dem Umsteuerschieber derart verstellbar ist, daß erden Durchflußquerschnitt
des Zuflusses oder Abflusses des Servomotors drosselt, während der Umstenerschieber
diejenigen Stellungen einnimmt, bei denen der Druck in dem Druckkanal den Grenzwerten
genau oder annähernd entspricht.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, gewisse Mängel zu
vermeiden, die mangels besonderer Vorkehrungen eintreten können, weil bei niedrigem
Flüssigkeitsdruck der Servomotor den Motorteil des Getriebes auf eine hohe Drehzahl
einstellt. Bei Anwendung auf ein Hebezeug kann das beim Senken leichter Lasten dazu
führen, daß das Hubseil schneller von der Seiltrommel abgewickelt wird, als es der
Fallbeschleunigung entspricht. Dann entsteht zunächst Schlappseil, bis die Last
das Seil ruckartig strafft, was vermieden werden muß. Erfindungsgemäß ist zur Vermeidung
dieses Mangels der Umsteuerschieber durch eine Verstelleinrichtung für :den Pumpenteil
des Getriebes derart steuerbar, daß eine Einstellung des Servomotors auf höhere
Abtriebsdrehzählen des Getriebes verhindert wird, solange der Pumpenteil des Getriebes
auf verhältnismäßig geringe Fördermengen eingestellt ist. Damit ist sichergestellt,
daß der Motorteil des Getriebes stets auf eine niedrige Drehzahl eingestellt bleibt,
sodange die Pumpe nur geringe Flüssigkeitsmengen fördert.
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Dient das Getriebe dem Antrieb einer Arbeitsmaschine, deren Lastmoment
unabhängig von der Drehrichtung stets im gleichen Sinne wirkt, wie es z. B. bei
Hebezeugen der Fall ist, dann ergeben sich für die Abtriebsdrehzahl des Getriebes
beim gleichen Lastmoment unterschiedliche Drehzahlen. Dies rührt daher, daß jedes
Flüssigkeitsgetriebe Schlupf hat. Bei der einen Drehrichtung steigert dieser Schlupf
die Drehzahl, bei der anderen aber verringert er sie. Der Erfindung liegt nun die
weitere Aufgabe- zugrunde, diese Drehzahlunterschiede zu vermeiden, damit gleiche
Hubvolumina der Pumpe bei beiden Förderrichtungen zu derselben Abtriebsdrehzahl
des Getriebes führen. Erfindungsgemäß wird .diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die
Spannung der Belastungsfeder des Umsteuerschiebers in Abhängigkeit von der Drehrichtung
der Abtriebswelle .des Getriebes veränderlich ist. Zweckmäßig erfolgt die Änderung
der Federspannung von dem Stellglied für den umsteuerbaren Teil des Getriebes aus.
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Nachstehend ist die Erfindung an Hand verschiedener, in den Zeichnungen
veranschaulichter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt Fig. i den hinsichtlich
seines Schluckvermögens verstellbaren -Motorteil eines Flüssigkeitsgetriebes, den
zugehörigen Servomotor und dessen federbelasteten Umsteuerschieber, Fig. 2 den Umsteuerschieber
mit einer Einrichtung zum Sperren des Servomotors bei Einstellung des Pumpenteils
des Getriebes auf niedrige Fördermengen und Fig. 3 die Feder des Umsteuerschiebers
mit einer Einrichtung, die bei gleichem Hubvolumen der Pumpe für deren beide Förderrichtungen
die Gleichheitder Abtriebsdrehzahlen des Motorteils gewährleistet.
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Das stetig regelbare Flüssigkeitsgetriebe der Verdrängerbauart besteht
aus einem Pumpenteil und einem Motorteil, die in einen Flüssligkeitskreislauf eingeschaltet
sind. Der Pumpenteil hat einen Stellteil, der in seiner Nullstellung das Hubvolumen
der Pumpe auf Null verringert und bei seiner Verstellung in der einen oder der anderen
Richtung dieses Hubvolumen stetig in der einen oder der entgegengesetzten Förderrichtung
vergrößert. Der Motorteil des Getriebes hat ein stetig veränderliches Schluckvermögen,
das durch Verschieben eines Ringes 6 veränderlich ist. Dieser Ring ist durch einen
zweiarmigen, am Gehäuse gelagerten Hebel 5 mit der Kolbenstange eines doppeltwirkenden
Kolbens :2 verbunden; der in dem Zylinder i verschiebbar geführt ist und mit diesem
.den Servomotor zum Verstellen des Schluckvermögens des Motorteils des Getriebes
bildet. Verschiebt sich der Kolben 2 nach dem Zylinderraum 4 hin, dann wind das
Schluckvermögen des Motorteils des Getriebes vergrößert, also, bei gegebener Pumpenfördermenge
die Drehzahl herabgesetzt, aber das Drehmoment gleichzeitig vergrößert. Umgekehrt
wirkt der Servomotor, wenn sein Kolben 2 in Richtung auf den Zylinderraum 3 verschoben
wird.
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Der Servomotorkolben 2 steht unter der Steuerung durch einen Umsteuerkolbenschieber
7, auf dessen rechte Stirnfläche eine Druckfeder 8 wirkt, deren Spannung einstellbar
ist. Die jeweilige Förderseite der Pumpe ist mit einer Leitung verbunden, :die zu
einer Bohrung des Deckels führt, welcher die den Umsteuerkolbenschieber 7 aufnehmende
Bohrung abdeckt. Dieser Schieber hat eine Längsbohrung 9, die von seiner linken
Stirnseite zu einer mittleren Ringnut verläuft, die zwischen den beiden Kolbenabschnitten
Io und II gelegen ist. Die den Umsteuerschieber 7 aufnehmende Gehäusebohrung hat
zwei Auslaßkanäle I4 und 15.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Sobald die Pumpe des Flüssigkeitsgetriebes
eingeschaltet ist und Druckflüssigkeit erzeugt wird, tritt diese durch die Bohrung
9 des Hilfskolbens 7 zwischen die beiden Kolbenbunde io und i i. Gleichzeitig wird
die Feder 8 gesp@annit. Solange die Belastung des Getriebes, also auch der Flüssigkeitsdruck
gering ist, drückt die Feder 8 .den Kolben 7 so weit nach ;links, daß die Bohrung
12 geöffnet bleibt und die Druckflüssigkeit in den Zylinderraum q. strömt. Dadurch
wird der Kolben 2 nach rechts verschoben und der Flüssigkeitsmotor in Richtung kleinerer
Ausmittigkeit bewegt. Die Flüssigkeit aus dem Zylinderraum 3 tritt über die Bohrungen
13 und 1q. aus und gelangt z. B. in den Ölbehälter des Getriebes.
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Durch diese Verstellung sinlet das Drehmoment des Getriebes, während
die Drehzahl und der Förderdruck der Pumpe steigen. Sobald dieser Druck den Sollwert
erreicht, so schließt der Bund io des Steuerkolbens die Bohrung 12 ab, und es tritt
dann eine hydraulische Verriegelung des Servomotors ein, weil die Steuerkanten 16
und 17 der Kalbenbunde
Io und II die Kanäle 12 und 13 absperren,
wodurch der Kolben 2 verriegelt ist. Steigt der Flüssigkeitsdruck weiter an, so
werden erst nach Überschreiten des Solldruckes durch die Steuerkanten 18 und I9
die Kanäle 12 und 13 wieder freigegeben und damit die Umkehr der Wirkung des Kolbens
2 eingeleitet.
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Durch die zeitweise Verriegelung des Verstellkolbens können Schwingungen
des Systems mit Sicherheit vermieden wenden. Je mehr die Anordnung an sich zu Schwingungen
neigt, um so größer muß der Unterschied zwischen der oberen und der unteren Druckgrenze
gemacht werden, bei denen der Kolben 2 nach der einen oder anderen Richtung in Bewegung
gesetzt wird. Darunter leidet natürlich die Genauigkeit der Einsteuerung gleichbleibender
Leistung. Da man aber im allgemeinen mit kleinen Druckdifferenzen im Verhältnis
zum Solldruck auskommt, spielt diese Ungenauigkeit praktisch keine Rolle.
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Bei stoßartigen Belastungsänderungen an dem Getriebe wird die Verriegelung
des Verstellkolbens zu ruckartigem Abreißender Drehzahländerung am Flüssigkeitsmotor
führen.
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Erfindungsgemäß ist nun zur Vermeidung des Mangels in. die Abflußleitungen
12 und 13 oder 14 und 15 ein Hilfssteuerschieber eingesetzt, dessen Stellung von
der des Kolbens 7 derart abhängig ist, daß kurz vor dem Abschließen des Kanals 12
durch die Steuerkante 16 der Durchflußquerschnitt des Kanals 14 allmählich verengt
wird. Umgekehrt kann der freie Querschnitt des Kanals 15 verengt werden, kurz bevor
in der anderen Bewegungsrichtung des Kolbens 7 die Steuerkante I9 den Kanal 13 abschließt.
Auf diese Weise ist es möglich, die Genauigkeit der Steuerung durch Annäherung der
beiden Druckgrenzen zu erhöhen, die schließlich beide mit dem Sollwert des Drucks
zusammenfallen können.
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Es ist natürlich ohne weiteres möglich, die Dämpfung auch nur für
einen der beiden Zylinderräume 3 und 4 vorzusehen.
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Dient das Getriebe z. B. zum Antrieb eines Hebezeuges und soll eine
leichte Last abgesenkt werden, so wird infolge des niedrigen Flüssigkeitsdruckes
das Getriebe selbsttätig auf hohe Drehzahl eingestellt. Damit wird aber das Hubseil
schneller von der Seiltrommel abgewickelt, als es der Fallbeschleunigung entspricht,
so daß zunächst Schlappseil entsteht, bis die Last eine genügende Geschwindigkeit
erreicht hat und das Seil ruckartig strafft.
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Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß der Umsteuerschieber
7 durch eine Verstelleinrichtung 26 für den Pumpenteil des Getriebes derart steuerbar
ist, daß dann verhindert wird, den Servomotor I auf höhere Abtriebsdrehzahlen des
Getriebes einzustellen, wenn der Pumpenteil des Getriebes auf geringe Fördermengen
eingestellt ist. Es ist dies in Fig. 2 veranschaulicht, welche eine abgeänderte
Ausführungsform des Steuerkolbens für den in Fig. I gezeigten Servomotor 2 veranschaulicht.
Der in Fig. 2 gezeigte Steuerkolben 7 ist mit einer Kolbenstange 22 ausgerüstet,
die nach außen geführt ist und an einem Hebel 23 angreift. Dieser Hebel ist in einem
festen Drehpunkt 24 gelagert und trägt eine Nockenrolle 25, die an einem Steuernocken
26 anliegt. Dieser Steuernocken 26 ist nun mit dem Stellhebel des Getriebepumpenteils
verbunden, und zwar derart, daß, wenn der Stellhebel seine Nullstellung einnimmt,
in welcher sich die Fördermenge der Pumpe auf Null beläuft, die Nockenrolle 25 sich
in der Mitte einer Erhöhung der Nockenscheibe 26 befindet. Verschwenkt man den Pumpenstellhebel
aus seiner Nullstellung, so daß die Pumpe j e nach der Schwenkrichtung in der einen
oder der anderen Richtung zu fördern beginnt, dann wird zunächst die Rolle 25 durch
die zur Achse der Nockenscheibe 26 konzentrisch verlaufende Nockenkurve in ihrer
Lagegehalten, so daß auch der Umsteuerschieber 7 seine Stellung beibehält, in welcher
die Druckflüssigkeit durch die Bohrung 9 dem Kanal 13 zugeführt wird. Das bedeutet
aber, daß die Druckflüssigkeit den Getriebemotorteil auf das größte Schluckvermögen
eingestellt hält. Diese Lage bleibt erhalten, solange der Pumpenteil. des Getriebes
auf verhältnismäßig geringe Fördermengen eingestellt ist und diese in der einen
oder der anderen Richtung fördert. Erst bei Einstellung der Pumpe auf eine größere
Fördermenge gibt der Nocken 26 den Hebel 23 frei, so daß die Feder 8 den Kolben
7 nach links verschieben kann. Von diesem Zeitpunkt ab arbeitet die Steuerung wie
vorher und regelt das Getriebe selbsttätig auf gleichbleibende Leistung. Beim Ausschalten
wind umgekehrt über den Nocken 26 die Feder 8 wieder gespannt und der Kolben 1 in.
seine rechte Endlage gebracht, wodurch der Flüssigkeitsmotor von der Druckflüssigkeit
her auf größte Ausmittiigkeit gestellt wird.
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Wird die beschriebene Steuerung bei dem Antrieb einer Arbeitsmaschine
verwendet, bei der das Lastmoment unabhängig von der Drehrichtung immer im gleichen
Sinne angreift, wie dies z. B. bei Hebezeugen der Fall ist, so werden sich am Motorteil
unterschiedliche Drehzahlen für die gleiche Last ergeben" je nachdem, ob diese gehoben
oder gesenkt wird. Dies rührt daher, @daß jedes Flüssigkeitsgetriebe Schlupf hat,
der sich beim Heben drehzahlherabsetzend, beim Senken dagegen drehzahlerhöhend auswirkt.
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Um diese Drehzahlunterschiede auszugleichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen,
die Spannung der Feder 8 von der Drehrichtung des Flüssigkeitsgetriebes abhängig
zu machen.
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In Fig. 3 ist eine derartige Einrichtung für ein Flüssigkeitsgetriebe
gezeigt, bei dem die Drehrichtungsumkehr durch Umsteuern der Flüssigkeitspumpe erreicht
wird. Der Nocken .3o ist mit der Stelleinrichtung der Pumpe verbunden.. An ihn .legt
sich unter dem Druck der Feder 8 die Rolle 31 des Hebels 32, der im Drehpunkt 33
gelagert ist. Zwischen die Feder 8 und den Hebel 32 ist ein Druckstück 34 eingeschaltet.
Die Form des Nockens 30 ist so gewählt, daß in .der Schaltrichtung »Auf« der Pumpe,
also Heben, die Feder stärker gespannt ist als in der Schaltrichtung »Ab«, also
Senken, d. h.
aber, daß auf diese Weise der Solldruck, auf den die
Regelvorrichtung nach Fig. I anspricht, beim Heben etwas höher liegt als beim Senken.
Die Druckherabsetzung für das Senken hat zur Folge, daß, relativ gesehen, die Drehzahl
niedriger wird, so daß es möglich ist, die Drehzahlen beim Senken und Heben einander
anzugleichen.
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Als Anwendungsbelspiel .der Erfindung ist der Antrieb von Hebezeugen
erwähnt worden. Ein anderes Anwendungsbeispiel ist der Antrieb einer Zahnradpumpe,
die bei höherem Förderdruck mit niedriger Drehzahl und bei niedrigem Förderdruck
mit höherer Drehzahl anzutreiben ist, so daß das Produkt aus Drehzahl und Druck
der zulässigen Leistung des Antriebes entspricht.