DE2551492A1 - Steuervorrichtung fuer hydraulische maschinen - Google Patents

Description

MASSEY-FERGUSON SERVICES N.V.
Abraham de Veerstraat 7a
Curacao
Netherlands Antilles

Steuervorrichtung für hydraulische Maschinen

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Getriebe, insbesondere ohne Regler und Steuereinrichtungen für den Betrieb solcher Getriebe. Diese weisen üblicherweise eine Pumpe mit variabler Fördermenge und einen Motor mit konstantem oder variablen Schluckvolumen auf, die beide über Druckmittel!eitungen miteinander verbunden sind. Die Pumpe wird dabei von einem Antriebsmotor angetrieben und überträgt Energie mit Hilfe des Druckmittels über Leitungen zum Motor. Die von dem hydrostatischen Getriebe aufgenommene Leistung ist das Produkt aus Menge pro Zeit und Druck des von der Pumpe geförderten Druckmittels.

Die Fördermenge ist prinuipiell festgelegt durch das Schluckvolumen der Pumpe, d.h. durch die Druckmittelmenge, welche von der Pumpe pro Umdrehung gefördert wird, während der Druck durch die auf den Motor einwirkende Belastung bestimmt ist.

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Dabei ist es möglich, daß eine Bedingung für das Getriebe eintritt, welche zu einer gefährlichen überlastung des Getriebes oder des Antriebsmotors führt. Es ist daher wünschenswert, eine Regeleinrichtung vorzusehen, welche das Getriebe in Abhängigkeit von einem vorgewählten Parameter, z.B. der Leistungsaufnahme oder des Drehmomentes, steuert. Solche Regeleinrichtungen sind bekannt. Trotzdem gibt es Probleme bei hydrostatischen Antrieben bzw. Getrieben mit Regeleinrichtungen und insbesondere bei solchen, welche in fahrbaren Einrichtungen Verwendung finden, da sich die den Getrieben stellenden Belastungen sehr schnell ändern, so daß, bevor die Regeleinrichtung auf das Getriebe eingewirkt hat, bereits eine andere Belastung vorliegt, die ein anderes Reglersignal erfordert. Dies überfördert das Getriebe und führt zu einer ruckartigen Arbeitsweise und Unbequemlichkeiten für die Bedienungsperson.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regelvorrichtung

für hydrostatische Getriebe zu schaffen, welche ein gleichmäßiges und

ruhiges Arbeiten des Getriebes sicherstellt und dessen überlastung verhindert. .

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß, ausgehend von einer Steuervorrichtung für hydraulische Maschinen mit einem Einstellglied zur Veränderung des Schluckvolumens und einem Regler zur Steuerung der Maschine in Abhängigkeit von einem vorherbestimmten Parameter und einem Ventil zur Steuerung eines mit dem Einstellglied verbundenen hydraulischen Servoeinrichtung, welche in einem Gehäuse einen Schieber aufweist, der in Abhängigkeit von den Parameteränderungen zwecks Regulierung des Motors verstellt wird, erfindungsgemäß ein sich mit dem Einstell arm der Schwenkscheibe bewegender Schwenkhebel vorgesehen ist, der mit dem Ventil derart verbunden ist, daß dieses bei einer Bewegung des Einstellarmes eine weitere Bewegung der Servoeinrichtung verhindert.

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Vorzugsweise ist das Gehäuse des Ventils in der Bewegungsrichtung des Schwenkhebels verschiebbar und mit dem Hebel verbunden, um die Ventil Verschiebung zu regulieren. In dem Ventilgehäuse ist eine, den Ventilschieber beaufschlagende Feder vorgesehen, die Gehäuse und Schieber auseinanderdrückt, wobei Gehäuse und Feder einen am Schwenkhebel anliegenden Fühler bilden. Außerdem ist der Schwenkhebel mit der Servoeinrichtung verbunden, die zweckmäßig aus einer hydraulischen Kolben-Zylindereinheit gebildet ist, deren Kolben mit seiner Kolbenstange an dem Einstellarm angreift und mit dem Schwenkhebel verbunden ist.

Erfindungsgemäß arbeitet grundsätzlich bei jeder Steuervorrichtung für mindestens eine hydraulische Maschine, die an eine Druckmittelleitung angeschlossen und mit Einsteil gliedern zum Verändern des Druckmitteldurchsatzes sowie einer Servoeinrichtung versehen ist, die auf die Einstellmittel einwirkt, zur Begrenzung der Leistungsaufnahme der Maschine auf einen von Hand einzustellenden Höchstwert die Servoeinrichtung mit einer Ventileiηrichtung zusammen, die den Druckmitteldurchfluß von und zur Servoeinrichtung in Abhängigkeit von Menge und Druck des geförderten Druckmittels steuert, indem im Servokolben ein vom Druck in der Druckmittelleitung beaufschlagter Kolben vorgesehen ist, der an einem, den Ventil kolben verstellenden Betätigungshebel entlanggleitet und über diesen das Ventil mehr oder weniger weit verstellt, wobei außerdem das Ventilgehäuse von einem ebenfalls durch den Servokolben bewegten Übertragungshebel in Abhängigkeit vom jeweils eingestellten Fördervolumen verstellt wird.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Pumpe mit einstellbarem Schluckvolumen und Regler, >

Fig. 2 eine grafische Darstellung des Druckverlaufes über der Durchflußmenge bei konstanter Leistung und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Signalweges zwischen Pumpe und Regler.

Gemäß Fig. 1 ist eine Pumpe mit einer Schwenkscheibe 2 ausgestattet, mit der der Hub der Kolben 4 verändert werden kann. Die Schwenkscheibe 2 ist an einem Festpunkt 3 angelenkt und wird durch eine Feder 5 in maximale Hubstellung gedruckt. Die im Gehäuse 6 gelagerte Trommel 9 mit den Kolben 4 wird von einer Welle 8 angetrieben, die an einen nicht dargestellten Hauptantrieb angeschlossen ist. Kolbenfedern Io sorgen dafür, daß die Kolben 4 immer in Kontakt mit der Schwenkscheibe 2 stehen. Ein Einlaßkanal 12 und ein Auslaßkanal 14 ermöglichen Füllung und Entleerung der Zylinderbohrungen 16. Der Einlaßkanal 12 ist an die Förderleitung 18 angeschlossen, aus der die Flüssigkeit angesaugt wird, Λ/enn sich der Kolben 4 in der Zylinderbohrung 16 unter der Wirkung der Kolbenfeder Io zur Schwenkscheibe 2 hin bewegt. Wenn sich die Bewegungsrichtung des Kolbens 4 aufgrund der fortschreitenden Drehung der Trommel 9 umkehrt, tritt die Zylinderbohrung 16 in Verbindung mit dem Auslaßkanal 14 und die Flüssigkeit wird in die Druckleitung 2o gepreßt, wobei der maximale Druck durch ein überdruckventil 21 festgelegt ist. Die Neigung der Schwenkscheibe 2 kann durch einen Handhebel 22 eingestellt und damit der Kolbenhub und demgemäß die Durchflußmenge vergrößert oder verkleinert werden.

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Die Schwenkscheibe 2 ist außerdem verstellbar durch eine Kolbenstange 24, die Teil eines Kolbens 26 ist, der in einem feststehenden Zylinder 28 gleitet. Die Kolbenstange 24 ist durch beide Deckel des Zylinders 28 geführt und trägt an dem einen Ende einen kleinen Kolben 3o, der in einer Ausnehmung 32 der Kolbenstange 24 gelagert ist. Der kleine Kolben 3o legt sich an einen Arm eines Winkelhebels 34, der am Zylinder 28 angelenkt ist. Der andere Arm des Winkelhebels 34 betätigt einen Kolben 36, welcher im Zylinder 46 eines Ventils 38 geführt ist, welches den Druckmittelfluß zum oder vom Zylinder 28 steuert. Die Bewegung des Winkelhebels 34 durch den kleinen Kolben 3o erfolgt unter dem Gegendruck einer Feder 4o, welche im Zylinder 46 de« Ventil kolben 36 beaufschlagt. Der Ventil zylinder 38 ist in einer ortsfesten Führung verschiebbar und stützt sich gegen einen Hebel 48, welcher schwenkbar an einem Festpunkt 49 gelagert ist und mit seinem anderen Ende unter eine Schulter 56 der Kolbenstange 24 greift.

Der Kolben 26 teilt den Zylinder 28 in zwei abgetrennte Räume 42 und 44. Der Zylinderraum 44 wird durch das Druckmittel beaufschlagt, welches durch die Leitung 47, 5o aus der Druckleitung 2o zugeführt wird. Durch einen in der Kolbenstange 24 angeordneten Kanal 51 wird Druckmittel von dem Zylinderraum 44 in den Zylinderraum 32 des kleinen Kolbens 3o gefördert. Dieser kleine Kolben 3o wird daher mit demselben Druck beaufschlagt, der in der Druckleitung 2o herrscht.

Außerdem fließt auch Druckmittel aus der Druckmittel leitung 2o über die Druckleitung 5o zum Steuerventil 38, welches den Flüssigkeitsstrom zu oder vom Zylinder 42 über die Verbindungsleitung 52 regelt, über die Leitung 54 wird Druckmittel aus dem Steuerventil 38 in die Leitung 18 abgeleitet.

Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung ist folgende: Das Diagramm gemäß Fig. 2 zeigt den Druckverlauf über der Durchflußmenge bei konstanter Leistung. Die Ordinate A gibt die maximale Durchflußmenge durch die Pumpe an. Die Abszisse B zeigt dagegen den maximalen Systemdruck an, wie er durch das überdruckventil 21 bestimmt

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ist. Der Punkt C zeigt die Durchflußmenge der Pumpe an, wie sie durch den Handhebel 22 eingesteuert ist. In der Stellung gemäß Fig. entspricht die von der Pumpe abgegebene Leistung der Leistung, die vom Hauptantriebsmotor geliefert wird und ist angezeigt am Punkt D des Diagramms. Der von der Pumpe gelieferte Druck in der Leitung 2o wird in den Zylinder 32 des kleinen Kolbens 3o übertragen und verschiebt diesen gegen den Winkel hebel 34 entgegen der Wirkung der Feder 4o im Steuerventil 38. Die Verschiebung des kleinen Kolbens entlang des Winkelhebels 34 ist proportional der Durchflußmenge der Pumpe, wie sie durch die Schräglage der Schwenkscheibe 2 bestimmt wird. Demgemäß ist das Drehmoment, das auf den Winkel hebel 34 einwirkt, proportional dem Produkt aus Druck und Durchflußmenge bzw. der von der Pumpe gelieferten Leistung. Die Feder 4o übt eine Kraft aus, die ausreicht, das vom Kolben 3o ausgeübte Drehmoment bei maximaler Leistung auszugleichen. Auf diese Weise bleibt das Steuerventil 38 in einer Neutrallage und das Druckmittel ist im Zylinderraum 42 eingeschlossen, so daß auf diese Weise die Bewegung des Kolbens unter dem Einfluß des Druckes in der Zylinderkammer 44 unterbunden ist.

Vergrößert sich nunmehr der Druck in der Druckleitung 2o, so überwindet die von dem kleinen Kolben 3o ausgeübte Kraft die Feder 4o, bewegt den Winkelhebel 34 im Uhrzeigersinn um seinen Lagerzapfen und drückt die Kolbenstange 36 aufwärts. Die Verbindungsleitung 52 ist damit über das Ventil mit der Leitung 54 verbunden und Druckmittel fließt aus der Zylinderkammer 42 ab, so daß sich der Kolben 26 unter dem Einfluß des von der Pumpe über die Leitung 2o, 5o, 47 gelieferten Druckmittels aufwärts bewegen kann und die Fördermenge der Pumpe verringert wird.

Weil sich der kleine Kolben 3o hierbei mit der Kolbenstange 24 des Zylinders 28 bewegt, schwenkt der Hebel 48im seinen Lagerzapfen 49 und erlaubt dem Ventilgehäuse 46, mit Unterstützung der Feder 4o sich so zu bewegen, daß das Steuerventil 38 wieder in seine Neutral stellung zurückgeht und den weiteren Abfluß des Druckmittels aus der Zylinderkammer 42 unterbindet.

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Dadurch kommt es zu einer Entlastung des kleinen Kolbens 3o. Die Feder 4o bringt die Kolbenstange 36 wieder in eine Gleichgewichtsstellung bzw. in eine neutrale Position gegenüber der auf dem kleinen Kolben 3o lastenden Kraft. Diese Entwicklung ist auf der Kurve des Diagramms gemäß Fig. 2 mit E bezeichnet. Falls der Druck weiter sinkt, drückt die Kraft der Feder 4o den kleinen Kolben 3o in seinen Zylinder 32 und die Kolbenstange 36 abwärts, so daß die Verbindung zwischen der Druckleitung 5o mit der Verbindungsleitung 52 hergestellt wird. Dadurch fließt Druckmittel in den Zylinderraum 42, und zwar mit dem gleichen Druck wie zum Zylinderraum 44. Die dem Zylinderraum 42 zugewandte Seite des Kolbens 26 hat eine größere wirksame Kolbenfläche als die andere Kolbenseite, die dem Zylinderraum 44 zugewandt ist, da die Kolbenstange 24 auf den beiden Seiten des Kolbens 26 einen unterschiedlichen Durchmesser hat. Die auf den Kolben 26 einwirkende Differenzkraft bewirkt, daß dieser sich abwärts bewegt, das Druckmittel aus der Zylinderkammer 44 verdrängt und damit die Durchflußmenge der Pumpe 1 vergrößert. Der Hebel 48 bewegt sich mit der Kolbenstange 24 und verschiebt gleichzeitig das Ventilgehäuse 46, so daß der Durchfluß durch die Verbindungsleitung 52 verschlossen wird. In diesem Moment vergrößert sich die von dem kleinen Kolben 3o ausgeübte Kraft. Dadurch wird der Winkel hebel 34 entgegen der Kraft der Feder 4o in eine Gleichgewichtsstellung gebracht, in der die Kolbenstange 36 des Ventils 38 eine Neutral stellung einnimmt.

Die Handsteuereinrichtung 22 bestimmt das Maximum der Fördermenge der Pumpe. Liegt die von der Pumpe aufgenommene Kraft unter dem eingestellten Maximum, so kommt der Regler zur Wirkung, welcher die Fördermenge der Pumpe vergrößert. Die Handregeleinrichtung 22 sperrt dennoch die Schwenkscheibe 2 bezüglich der Größereinsteilung der Pumpenfördermenge, so daß der Hauptantriebsmotor nicht mit dem Maximum seiner abgegebenen Leistung belastet wird, wie es bei Punkt F im Diagramm gezeigt ist. Ist der Hauptantriebsmotor eine Dieselmaschine, dann wird sich die Drehzahl gegenüber der Nenndrehzahl vergrößern und die Einspritzpumpe reduziert den Kraftstoff für die Maschine unter dem Einfluß eines Fliehkraftreglers.

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Ähnlich wird bei einem Elektromotor die Drehzahl und/oder Leistungsabgabe geregelt, je nachdem, welcher Zustand vorherrschen soll.

Auf diese Weise sorgt die Regeleinrichtung für die Erhaltung der geforderten Leistung der Pumpe auf oder unter einem vorher festgelegten Wert und, wie in Fig. 3 gesehen werden kann, wird die Länge des Regelungsvorganges verkürzt durch die vorteilhafte Anordnung des Reglerhebels 48, so daß ein sprunghaftes Betätigen des Antriebs ausgeschlossen ist.

Der Signalweg für den Regler gestattet es, mit der von Hand betätigten Steuereinrichtung 22, welche die Pumpe 1 steuert, deren Fördermenge zu variieren. Da der Motor mit der Pumpe 1 verbunden ist und den Druck festlegt, muß die Pumpe in Abhängigkeit von der Belastung des Motors fördern.

Der Druck wird durch den Kolben 3o aufgenommen. Die Fördermenge entspricht der Stellung des Kolbens 3o längs des Winkelhebels 34. Dieser addiert diese beiden Signale, um eine Kraft auf die Feder 4o auszuüben. Die wiederum steuert die Bewegung des Ventils 38, welches die Servoeinrichtung 24 - 3o beeinflußt. Wenn eine Überlastsituation festgestellt wird, dann steuert das Ventil 38 die Servoeinrichtung 24 - 3o, welche über Zwischenhebel die Stellung der Schwenkplatte verändert, um die Fördermenge und damit den Druck des von der Pumpe 1 gelieferten Druckmittels zu verstellen, was über den Winkelhebel 34 zum Ventil 38 zurückgemeldet wird.

Durch das Einfügen des Hebels 48 wird der Signalweg über die Zwischenhebel und den Winkel hebel zum Ventil durch eine direkte Verbindung zwischen Servoeinrichtung und Ventil ersetzt. Dadurch ist die Ansprechzeit verkürzt. Wenn eine noch kompliziertere Zwischenhebel anordnung zwischen Servoeinrichtung und Servoventil en zur Steuerung der Pumpe verwendet wird, ist der erfindungsgemäße Vorschlag noch wirkungsvoller.

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Claims (9)

255ΊΑ92 Patentansprüche:

1./Steuervorrichtung für hydraulische Maschinen mit einem Einstell glied zur Veränderung des Schluckvolumens und einem Regler zur Steuerung der Maschine in Abhängigkeit von einem vorherbestimmten Parameter und einem Ventil zur Steuerung eines mit dem Einstellglied verbundenen hydraulischen Servoeinrichtung, welche in einem Gehäuse einen Schieber aufweist, der in Abhängigkeit von den Parameteränderungen zwecks Regulierung des Motors verstellt wird, gekennzeichnet durch einen sich mit dem Einstellarm der Schwenkscheibe (2) bewegenden Schwenkhebel (48), der mit dem Ventil (38) derart verbunden ist, daß dieses bei einer Bewegung des Einstellarmes eine weitere Bewegung der Servoeinrichtung verhindert.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (46) des Ventils (38) in der Bewegungsrichtung des Schwenkhebels (48) verschiebbar und mit dem Hebel (48) verbunden ist, um die Ventil verschiebung zu regulieren.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ventilgehäuse (46) eine, den Ventil schieber (36) beaufschlagende Feder (4o) vorgesehen ist, die Gehäuse (46) und Schieb-er (36) auseinanderdrückt.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuse (46) und Feder (4o) einen am Schwenkhebel (48) anliegenden Fühler bilden.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkhebel (48) mit der Servoeinrichtung (24, 26, 28) verbunden ist.

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- Io -

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Servoeinrichtung (24, 26, 28) aus einer hydraulischen Kolben-Zylindereinheit gebildet ist, deren Kolben (26) mit seiner Kolbenstange (24) an dem Ei nsteil arm (2) angreift und mit dem Schwenkhebel (48) verbunden ist.

7. Steuervorrichtung für mindestens eine hydraulische Maschine, die an eine Druckmittel!eitung angeschlossen und mit Einstengliedern zum Verändern des Druckmitteldurchsatzes sowie einer Servoeinrichtung versehen ist, die auf die Einstellmittel einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der Leistungsaufnahme der Maschine auf einen von Hand einzustellenden Höchstwert die Servoeinrichtung (24, 26, 28) mit einer Ventil einrichtung (38) zusammenarbeitet, die den Druckmitteldurchfluß von und zur Servoeinrichtung (24, 26, 28) in Abhängigkeit von Menge und Druck des geförderten Druckmittels steuert, indem im Servokolben (26) ein vom Druck in der Druckmittel!eitung beaufschlagter Kolben (3o) vorgesehen ist, der an einem, den Ventil kolben (36) verstellenden Betätigungshebel (34) entlanggleitet und liber diesen das Ventil (38) mehr oder weniger weit verstellt und daß außerdem das Ventilgehäuse von einem ebenfei Is durch den Servokolben (26) bewegten Übertragungshebel (48) in Abhängigkeit vom jeweils eingestellten Fördervolumen verstellt wird.

8. Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (38) aus einem verschiebbaren Ventilgehäuse (46) und einem in diesen geführten Schieber (36) gebildet ist, wobei der Schieber (36) mit dem Betätigungshebel (34) und das Gehäuse mit dem Übertragungshebel (48) verbunden ist.

9. Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Ventilteile (46 und 36) eine, beide Teile auseinanderdrückende Feder (4o) eingeschaltet ist.

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