DE2103095A1 - Einrichtung zur Steuerung des Druckmittelförderstromes einer Pumpe - Google Patents

Einrichtung zur Steuerung des Druckmittelförderstromes einer Pumpe

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Description

ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN Aktienge s ells chaft Friedrichshafen
Einrichtung zur Steuerung des Druckmittelfö rde rs trome s einer Pumpe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung des Druckmittelförderstromes einer, einer Antriebsanlage zugeordneten hydrostatischen Pumpe zum Positionieren bei voller Antriebsleistung, beispielsweise bei Kriechfahrten, wobei die Pumpe mittels eines Fahrpedals oder eines Hebels zusammen mit der Antriebsmaschine steuerbar bzw. regelbar ist, und betrifft eine zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltung einer derartigen Steuereinrichtung.
Fahrzeuge oder Maschinen mit hydrostatischen Getrieben werden bisher in der Weise geregelt, daß mit einem Betätigungsorgan in Form eines Pedals oder eines Hebels primärseitig die Pumpe und sekundäreeitig der Motor bzw. beide gleichzeitig oder in bestimmter Reihenfolge verstellt werden, wobei die Verstelleinrichtungen der Hydrostaten mit der Drehzahlregeleinrichtung der Antriebsmaschine gekoppelt sind. Im normalen Anfahr- und Fahrbereich deckt dabei die Leistung der Antriebsmaschine die Leistungsaufnahme des Hydrostaten. Im Bereich kleiner Fahrgeschwindigkeiten gibt somit die Antriebsmaschine genügend Leistung zum Fahren bzw. Kriechen ab, der Leistungsüberschuß ist jedoch so gering, daß Nebenabtriebe nicht mehr betrieben werden können.
Um diese Forderung erfüllen zu können, ist die Koppelung von Drehzahlregelung der Antriebsmaschine und Verstellung des Hydrostaten zu lösen bzw. diese Koppelung ist zu übersteuern.
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Bei einer ausgeführten Anlage wurde dies in der Weise bewerkstelligt, daß die Antriebsmaschine, vorzugsweise ein Dieselmotor, bei Inbetriebnahme auf Nenndrehzahl und Leistung gebracht wird. Eine Koppelung zwischen Antriebsmotorregelung und Hydrostatregelung bzw. Steuerung ist nicht vorhanden, bei Stillstand des Fahrzeuges läuft vielmehr der Antriebsmotor mit Nenndrehzahl weiter, es sei denn, er wird auf Leerlauf drehzahl zurückgestellt. Um die nicht unerhebliche monotone Geräuschbelästigung zu mindern, wurde hierbei eine Regelung der Antriebsmotordrehzahl mit der Hydrostatverstellung gekoppelt, derart, daß schon oder.erst bei kleinem Verstellwinkel des Hydrostaten, also bei minimaler Fahrgeschwindigkeit und somit Kriechgeschwindigkeit des Fahrzeuges bzw. der Maschine die Nenndrehzahl der Antriebsmaschine zur Verfügung steht. Es handelt sich also nicht um eine Koppelung von Hydrostatverstellung und Antriebsmotordrehzahl, sondern um ein automatisches mit der Hydrostatverstellung gekoppeltes Rückstellen der Antriebsmotordrehzahl auf Leerlauf bei Erreichen des Fahrzeugstillstandes zur Minderung der Geräuschbelästigung.
In einer anderen Ausführung dieser Art wird eine echte Koppelung zwischen Hydrostatverstellung und Antriebsmotordrehzahl erreicht. Der beim Einstellen hoher Motorleistung und Drehzahl automatisch über die Koppelung erhaltene große Pumpenförderstrom des Hydrostaten würde, dem. Hydromotor zugeführt, eine hohe Fahrzeuggeschwindigkeit ergeben. Um die kleine Kriechgeschwindigkeit unter Beibehaltung der hohen Antriebsmotorleüung, aber auch der Pumpenstellung zu erhalten, wird ein Teil des Pumpenförderstromes, also auch der Leistung, über ein Kurzschlußventil der Niederdruckseite oder dem Ölbehälter zugeleitet. Diese Art der Leistungsabgrenzung ist jedoch mit einem erheblichen Anstieg der Öltemperatur im Hydrostatkreislauf verbunden. An die Ölkühlung wird in diesem Fall eine erhöhte und unerwünschte Anforderung gestellt. Ein einwandfreies Kriechen ist hierbei möglich und die Bedienung eines solchen Fahrzeuges mit einem Kurzschlußkriechpedal, einem Bremspedal
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für die hydrostatische oder mechanische Bremse und einem Fahr- bzw. Gaspedal entspricht dem Stand der derzeit üblichen Fahrzeugbedienung, der Leistungsverlust ist allerdings erheblich.
Aufgabe der Erfindung ist es, nunmehr die Nachteile dieser bekannten Ausführung zu vermeiden und eine Einrichtung zur Steuerung des Druckmittelforderstromes einer Pumpe zu schaffen, die nicht nur sehr einfach in ihrem Aufbau ist, sondern durch die es auch ermöglicht wird, Leistungsvernichtung zu unterbinden und unmittelbar auf den Steuerkreis einzuwirken.
Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Einrichtung zur Steuerung des Druckmittelförderstromes einer, einer Antriebsanlage zugeordneten hydrostatischen Pumpe zum Positionieren bei voller Antriebsleistung, beispielsweise bei Kriechfahrten, wobei die Pumpe mittels eines Fahrpedals oder eines Hebels zusammen mit der Antriebsmaschine steuerbar bzw. regelbar ist, dadurch erreicht, daß in das Verbindungsgestänge zwischen Fahrpedal und Pumpe ein Verstellglied eingesetzt ist, mittels dem in Abhängigkeit von der Stellung eines Kriechpedals oder eines Hebels der Verstellbereich der Pumpe beeinflußbar ist.
Das Verstellglied ist hierbei zweckmäßigerweise derart auszubilden, daß dieses aus einem einseitig von Druckmittel beaufschlagbaren und gegen die Kraft einer Feder verschiebbaren Kolben und einem aufnehmenden Zylinder besteht, wobei jeweils eines dieser Teile mit dem Fahrpedal und den der Verstelleinrichtung der Pumpe zugeordneten Gestänge verbunden ist.
Zur gesteuerten Zufuhr des Druckmittels in den Zylinder des Verstellgliedes ist es ferner angebracht, das Kriechpedal mit einer Verstelldrossel oder einem verstellbaren Druckregelventil zu verbinden, über die der Druckmitteldruck in der
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Zuführungsleitung beeinflußbar ist. Außerdem kann der Verstelleinrichtung der Pumpe als Verstellglied ein Mehrstellzylinder zugeordnet werden, dem das Druckmittel über ein oder mehrere von einem Rasthebel oder dgl. beeinflußbaren Positionsierventile zuführbar ist.
Des weiteren ist es zweckmäßig, an das Kriechpedal das Gestänge der mechanischen Bremseinrichtung anzuschließen, wobei z. B. nach Durchtreten des Kriechpedals nach Überwindung eines Druckpunktes die mechanische Bremse betätigt wird. ·
Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Einrichtung zur Steuerung des Druckmittelförderstromes einer hydrostatischen Pumpe zeichnet sich nicht nur durch einen einfachen Aufbau, sondern vor allem dadurch aus, daß unmittelbar auf den Steuerkreis eingewirkt und somit eine Leistungsvernichtung nicht vorgenommen wird. Bei dieser Steuereinrichtung wird nämlich über eine Verstelldrossel oder ein verstellbares Überdruckventil, die mit dem Kriechpedal verbunden sind, der Druck in der Druckmittelzuführungsleitung des Verstellgliedes verstellt, so daß sich die Schiefscheibe oder Schwenkbirne, da jeder Schiefscheibenstellung oder Schwenkbirnenstellung einer Pumpe eine Rückstellkraft zugeordnet ist oder zugeordnet werden kann, unbeeinflußt von der Fahrpedalstellung, die die Steuerölmenge über die Antriebsmotordrehzahl bestimmt, einstellt.
Ist die Drossel oder das Druckregelventil geschlossen, so wird bei maximalem Steuerölstrom, also bei voll durchgetretenem Fahrpedal und maximaler Antriebsmotordrehzahl und Leistung die Pumpe voll ausschwenken, also volle Fördermenge liefern. Wird das Druckregelventil über das Kriechpedal betätigt, reduziert sich der Steueröldruck, die Pumpe wird soweit zurückstellen, bis sich Gleichgewicht zwischen Verstellkraft und Rückstellkraft einstellt, die Fördermenge der Pumpe wird verringert und damit auch die Fahrgeschwindigkeit. Über die Stellung des Kriechpedals und damit der Drossel bzw. des Druckregelventils ist also eine Fahrgeschwindigkeit bzw. Kriechgeschwindigkeit
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bei voll durchgetretenem Fahrpedal, also maximaler Motordrehzahl und Leistung, einstellbar.
Das Kriechpedal kann ferner mit dem Bremspedal in einem Pedal vereinigt werden, derart, daß der erste Teil des Betätigungsweges für das Kriechen benutzt wird, bei Überschreiten eines Druckpunktes eine Betriebsbremse, vorzugsweise eine mechanische oder hydraulisch betätigte Reibungsbremse in Betrieb genommen wird. Vielfach ist es jedoch sinnvoll, neben dem Kriechpedal auch ein Bremspedal anzuordnen, wobei beide zweckmäßig gekoppelt sein können. Beim Betätigen des Kriechpedals und der damit verbundenen Beeinflussung des Steueröldruckes wird erfindungsgemäß eine Verstellung des Hydrostaten in Richtung Fördermengenveränderung und damit Fahrgeschwindigkeitsänderung eingeleitet. Um ein schnelles Ansprechen des Hydrostaten auf die Kriechpedalstellung zu erzielen, darf die Verstellbewegung nicht zu sehr gedrosselt sein. Außerdem ist es zur Erreichung der gewünschten Zugkraft erforderlich, daß im Bereich kleiner Pumpenstellwinkel und kleiner Fördermengen hohe Drücke möglich sind. Wird nun das Kriechpedal mit dem Bremspedal für die Betriebsreibungsbremse vereinigt und zum Bremsen herangezogen, so wird zuerst im Kriechbereich die Wirkung einer hydrostatischen Bremse erzielt. Sind dabei die Rückstellgeschwindigkeiten des Hydrostaten sehr hoch wegen der Forderung des Kriechbetriebes, wird also ein hoher Leistungsrückfluß vom Fahrzeugrad über den Hydrostaten zum Antriebsmotor stattfinden, so kann der Antriebsmotor übertourt werden. Um dies zu verhindern, ist die Rückstellgeschwindigkeit des Hydrostaten zu drosseln auf die geforderten Mindestverzögerungswerte.
Durch die erfindungsgemäße Steuereinrichtung wird somit erreicht, daß die für Nebenabtriebe freiwerdende Leistung gegenüber den bisher bekannt gewordenen Ausführungen bei gleicher Antriebsmotorleistung um bis zu 80 % größer ist. Außerdem treten keine, oder nur geringste Kühlprobleme und Verlustleistungen auf, so daß der Bauaufwand trotz stets betriebs-
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sicherer Wirkungsweise, schneller Ansprechbarkeit und guter Dosierbarkeit durch die Verwendung einfacher Bauteile äußerst gering ist.
Weitere Einzelheiten der gemäß der Erfindung ausgebildeten Einrichtung zur Steuerung des Druckmittelförderstromes einer Pumpe sind den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, die nachfolgend im einzelnen erläutert sind, zu entnehmen, hierbei zeigt jeweils in schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine einem geschlossenen Kreislauf zugeordnete Steuereinrichtung mit einer durch das Kriechpedal verstellbaren Drossel,
Fig. 2 die Steuereinrichtung nach Fig. 1 mit einem durch das Kriechpedal beeinflußbaren verstellbaren Druckregelventil,
Fig. 3 jeweils eine einem offenen Kreislauf und 4 zugeordnete Steuereinrichtung mit
durch das Kriechpedal verstellbarer Drossel bzw. einem verstellbaren
Druckregelventil und
Fig. 5 eine mit einem Mehrstellungszylinder
als Verstellglied versehene Steuereinrichtung.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte und mit dem Bezugszeichen 1 versehene Einrichtung zur Steuerung des Druckmittelförderstromes einer von einer Antriebsmaschine 2 angetriebenen, in einem geschlossenen Kreislauf 10 angeordneten hydrostatischen Pumpe besteht aus einem in das Verbindungsgestänge 8, über das die Verstelleinrichtung 4 der Pumpe 3 mit dem Fahrpedal 5 verbunden ist, eingesetzten Zwischen-
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glied 11, einem Kriechpedal 6 und einer an dieses über ein Gestänge 9 angeschlossenenVerstelldrossel 18 sowie der mittels eines Pedals betätigbaren strichpunktiert gezeichneten Betriebsbremse. Die Betätigung der Antriebsmaschine 2 wird hierbei über das Fahrpedal 5 und das an diesem angelenkten Gestänge 7 vorgenommen, wobei die Verstelleinrichtung der Pumpe 3 und damit deren Fördermenge über das Gestänge 8 ebenfalls verstellt wird. Das Zwischenglied 11 ist aus einem Zylinder 12 und einem in diesen eingesetzten Kolben 13 gebildet, der bei Druckmittelzuführung von einer Speisepumpe über die Leitungen 17 und 20 in den Druckraum 15 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 14 verschiebbar ist.
Um eine Verstellung der Verstelleinrichtung 4 der Pumpe 3 und damit eine Änderung des Druckmittelförderstromes unabhängig von der Fahrpedalstellung 5 aber in Abhängigkeit von der Stellung des Kriechpedals 6, d.h. ein Positionieren bei voller Antriebsleistung vorzunehmen, ist das Kriechpedal 6 mit der Stelldrossel 18 verbunden. Auf diese Weise kann durch Schließen der Verstelldrossel 18 der in der Leitung 17 herrschende Druck, wobei bei geöffneter Drossel 18 die vorgeschaltete Drossel ein Absinken des Speisedruckes verhindert, in dem Druckraum des Zwischengliedes 11 in Abhängigkeit von der Stellung des Kriechpedals 6 erhöht werden. Durch eine Verschiebung des Kolbens 13 entgegen der Kraft der Feder 14 wird somit die Länge des Gestänges 8 verändert, und die Verstelleinrichtung 4 der Pumpe 3 wird im Sinne einer kleineren Druckmittelfördermenge beeinflußt, so daß bei Betätigung des Fahrpedals 5, selbst wenn dieses durchgetreten ist, nur eine geringe Druckmittelmenge gefördert wird.
Anstelle einer Verstelldrossel ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 in die Leitung 17 ein Druckregelventil 21 eingesetzt, durch das durch ein stufenloses Öffnen über die Leitung 20' der Druckmittelabf all in Abhängigkeit von. der
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Stellung des Kriechpedals 6 in dem Druckraum 22 des Zwischengliedes 11 einstellbar ist, so daß die Länge des Gestänges und damit der Verstellbereich der Pumpe 3 geändert wird. Die in den Zylinder 12 eingesetzte Feder 23 dient hierbei als Streckfeder, um Leckverluste, insbesondere bei Inbetriebnahme der Anlage, auszugleichen und das Gestänge 7 zu strecken, während die hier mit 24 bezeichnete Rückstellfeder, die wie auch die Rückstellfeder 14 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der Rückstellkraft der Verstelleinrichtung 4 das Gleichgewicht zu halten hat, unmittelbar auf das Gestänge 7 einwirkt.
Die Steuereinrichtung 31 nach den Fig. 3 und 4 ist einem offenen Kreislauf 40 zugeordnet, wobei die Betätigung der Verstelleinrichtung 34 der von einem Motor 32 angetriebenen Pumpe 33 zusammen mit der Motorregelung mittels eines Fahrpedals 35 und an dieses angelenkter Gestänge 37 bzw. 38 vorgenommen wird. Auch ist in das zu der Verstelleinrichtung 34 der Pumpe 33 führende Gestänge 37 ein aus einem Zylinder 42 einem Kolben an einer Rückstellfeder 44 gebildetes Verstellglied 41 eingesetzt, dessen Druckraum 45 das von einer Speisepumpe 46 über die Leitungen 47 und 49 geförderte Druckmittel zuströmt.
Mittels eines Kriechpedals 36 und einer mit diesem über ein Gestänge 39 verbundenen Stelldrossel, bzw. nach Fig. 4 einem Druckregelventil 50, kann durch Öffnen der Drossel 48 in dem Druckraum 45 ein Druck in Abhängigkeit von der Stellung des Kriechpedals 36 aufgebaut werden, so daß das Gestänge 38 in seiner Länge geändert und damit der Verstellbereich der Verstelleinrichtung 34 der Pumpe 33 verkleinert wird. Bei Betätigen des Gaspedals 35 wird somit die Pumpe 33 eine kleinere Druckmittelmenge fördern, durch die ein Positionieren oder Kriechfahrten bei voller Leistung des Motors 32 möglich ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Regeleinrichtung 61 nach Fig. 5 ist der Verstelleinrichtung 64 der von einer Antriebs-
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maschine 62 angetriebenen und in einem offenen Kreislauf 70 fördernden hydrostatischen Pumpe 63 als Verstellglied ein Mehrstellungszylinder 71 zugeordnet. Die Antriebsmaschine wie auch die dem Mehrstellungszylinder 71 vorgeschalteten Ventile 75, 75' und 75" sind über Gestänge 67 bzw. 68 von dem Fahrpedal 65 beeinflußbar. Die Zuführung des von einer Speisepumpe 72 in die Leitung 73 geförderten Druckmittels erfolgt über Positionierventile 74, 74' und 74", die durch ein mit einem Rasthebel 66 verbundenes Gestänge 69 nacheinander betätigbar sind.
In der dargestellten Schaltstellung wird bei Betätigung des Fahrpedals 65 dem Mehrstellungszylinder 71 über die Ventile 75, 75' und 75" Druckmittel zugeführt, so daß die Verstelleinrichtung 64 der Pumpe 63 voll ausgeschwenkt wird und diese die größtmögliche Fördermenge erzeugt. Sobald durch den Rasthebel 66 das Postionierventil 74 in die zweite Schaltstellung gebracht wird, wird ein Teil des MehrstellungsZylinders 71 entleert und die maximale Fördermenge der Pumpe wird verkleinert. Mittels des Fahrpedäls 65 ist in diesem Betriebszustand zwar die Einstellung der Antriebsmaschine 62 auf volle Leistung möglich, die Pumpe 63 fördert jedoch nur eine begrenzte Menge Druckmittel .
22/ 1. 1971
E/Wa Akte 4985
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Claims (1)

  1. Patentansprüche:1
    1. XEinrichtung zur Steuerung des Druckmittelförderstromes
    , /einer, einer Antriebsanlage zugeordneten hydrostatischen Pumpe zum Positionieren bei voller Antriebsleistung, beispielsweise bei Kriechfahrten, wobei die Pumpe mittels eines Fahrpedals zusammen mit der Antriebsmaschine regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in das Verbindungsgestänge (8; 38; 68) zwischen Fahrpedal (5; 35; 65) und Pumpe (3; 33; 63) ein Verstellglied (11; 41; 71) eingesetzt ist, mittels dem in Abhängigkeit von der Stellung eines Kriechpedals (6; 36) oder eines Hebels (66) der Verstellbereich der Pumpe (3; 33; 63) beeinflußbar ist.
    2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellglied (11; 41) aus einem einseitig von Druckmittel beaufschlagbaren und gegen die Kraft einer Feder (14; 44) verschiebbaren Kolben (13; 43) und einem diesen aufnehmenden Zylinder (12; 42) gebildet ist, wobei jeweils eines dieser Teile mit dem Fahrpedal (5; 35) und den der Verstelleinrichtung (4; 34) der Pumpe (3; 33) zugeordneten Gestänge (8; 38) verbunden ist.
    3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur gesteuerten Zufuhr des Druckmittels in den Zylinder (12; 42) des Verstellgliedes (11; 41) das Kriechpedal (6; 36) mit einer Verstelldrossel (18; 48) oder einem verstellbaren Druckregelventil (21; 50) verbunden ist, über die der Druckmitteldruck in der Zuführungsleitung (20, 20"; 49, 49') beeinflußbar ist.
    4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstelleinrichtung (64) der Pumpe (63) als Zwischenglied ein Mehrstellungszylinder (71) zugeordnet ist, dem das Druckmittel über ein oder mehrere
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    von einem Rasthebel (66) oder dgl. beeinflußbaren Positionierventile (74, 74', 74») zuführbar ist.
    5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß an das Kriechpedal das Gestänge der Betriebsbremse angeschlossen ist.
    22. i. 1971
    E/Wa/ Akte 4985
    209831/0422
    ι Λ ·* Leerseite
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