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Regelvorrichtung für ein hydrostatisches Getriebe mit stufenlos veränderbarem
Übersetzungsverhältnis, insbesondere für Fahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung
für ein hydrostatisches Getriebe mit stufenlos veränderbarem Übersetzungsverhältnis,
insbesondere für Fahrzeuge, bei dem von einer durch eine Brennkraftmaschine angetriebenen
hydraulischen Verstellpumpe über einen geschlossenen Arbeitsdruckmittelkreislauf
ein hydraulischer Verstellmotor angetrieben wird, die Verstellpumpe und der Verstellmotor
durch eine hydraulische Servoeinrichtung verstellbar sind und die Züi- und Ableitung
des Steuerdruckmittels für die Servoeinrichtung von einem Kornmandoschieber, der
den einander entgegengesetzten Kräften eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen
Fliehkraftreglers und einer abhängig von der Stellung des Regelgliedes für die Brennkraftmaschine
vorspannbaren Feder unterliegt, derart gesteuert ist, daß im größten Übersetzungsverhältnis
ins Langsame die Verstellpumpe auf kleinste Fördermenge und der Verstellmotor auf
größte Schluckfähigkeit, hingegen im größten übersetzungsverhältnis ins Schnelle
die Verstellpumpe auf größte Fördermenge und der Verstellmotor auf kleinste Schluckfähigkeit
eingestellt sind.
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Eine derartige Regelvorrichtung ist bekannt. Hierbei ist die die Übersetzung
bestimmende Servoeinrichtung für Verstellpumpe und Verstellmotor ge-
meinsam,
wodurch die hydrostatischen Einheiten ,gemeinsam, aber gegensinnig zwischen den
Grenzwerten ihrer Verstellbereiche beeinflußt werden. Es sind zwar zwei weitere,
getrennte Servoeinrichtungen für Pumpe und otor vorhanden, die jedoch nur den Nullhub
der hydrostatischen Einheiten herbeiführen können. Die volle Förderfähigkeit der
Pumpe und die volle Schluckfähigkeit des Motors können daher nicht zusammen verwendet
werden, auch scheidet die volle Drehmomentaufnahmefähigkeit der Pumpe (größter Hub)
für nahezu den gesamten Verstellbereich aus. Die von der Dimensionierung her an
sich mögliche Leistungsaufnahme wird daher bei weitem nicht ausgenutzt.
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Mit dieser Einrichtung ist es somit nicht möglich, im Bereich des
günstigsten Wirkungsgrades über den gesamten übersetzungsbereich zu arbeiten bzw.
nicht das größte ausnutzbare Drehmoment im jeweiligen übersetzungsverhältnis zu
übertragen.
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Ferner sind zwar Ausführungen bekannt, die den Nachteil der erwähnten
Regelvorrichtung dadurch vermeiden, daß die Verstellpumpe nur verstellt werden kann,
wenn der Verstellmotor auf größte Schluckfähigkeit eingestellt ist. Letzterer ist
umgekehrt erst bezüglich seiner Schluckfähigkeit verstellbar, wenn die Verstellpumpe
auf größte Fördermenge eingestellt ist. Diese bekannte Steuerung weist jedoch zwei
getrennte Steuerungsglieder mit Handbedienung und mechanischer oder hydraulischer
Stelleinrichtung für Verstellpumpe und Verstellmotor auf. Die Aufeinanderfolge von
Pumpen- und Motorverstellung wird durch mechanische oder hy-
draulische gegenseitige
Verriegelung gesichert.
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Die Erfindung hat zur Aufgabe, ausgehend von der eingangs erwähnten
Regelvorrichtung deren Nachteile zu vermeiden und eine Steuerung mit,hydraulischen
Servoelementen zu schaffen, die die an sich bekannte Nacheinanderverstellung der
Verstellpumpe und des Verstellmotors mit ihren Vorteilen selbsttätig und bei selbsttätiger
Regelung des Übersetzungsverhältnisses ermöglicht.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
beiden hydraulischen Einheiten (Verstellpumpe und Verstellmotor) des hydrostatischen
Getriebes je eine eigene Servoeinrichtung - wie an sich bekannt
- zugeordnet sind, wobei das Steuerdruckmittel für jede Servoeinrichtung
über je einen Folgeschieber mit zwei Schaltstellungen geführt ist, der jeweils
von der anderen, nicht von ihm gespeisten Servoeinrichtung derart verstellbar ist,
daß er in der Stellung der anderen Servoeinrichtung für größte Auslenkung der zugehörigen
hydraulischen Einheit, d. h. bei größter Fördermenge der Verstellpumpe bzw.
bei größter Schluckfähigkeit des Verstellmotors, die eine Servoeinrichtung mit dem
Kommandoschieber verbindet, während er in den übrigen Stellungen der anderen Servoeinrichtung
die eine Servoeinrichtung vom Kommandoschieber trennt und ihr unmittelbar Steuerdruckmittel
derart zuführt, daß die eine Servoeinrichtung in der Stellung für größte Auslenkung
deT zugehörigen hydraulischen Einheit gehalten ist.
In Weiterbildung
der Erfindung läßt sich durch die Anordnung eines hand- oder fußbetätigten Hebels
der Kommandoschieber entgegen der Wirkung des Fliehkraftreglers zusätzlich beeinflussen.
Auf diese Weise ist die Bremsfähigkeit der Brennkraftmaschine auszunutzen..
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Es kann ebenfalls in zweckmäßiger Weise ein überdruckventil im Kreislauf
des Arbeitsdruckmittels zusätzlich vorgesehen werden, dessen Federvorspannung von
einem Fliehkraftregler mit wachsender Drehzahl der Brennkraftmaschine zum Zweck
des sanften Anfahrens des Fahrzeuges vergrößert wird.
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Diese die Erfindung weiterbildenden Merkmale sind Gegenstand der Ansprüche
2 und 3, die als reine Unteransprüche nur in Verbindung mit dem Gegenstand
des Hauptanspruchs gelten.
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Die nachfolgend erläuterte Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung an Hand eines Schaltschemas des hydrostatischen Antriebes.
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Der hydrostatische Antrieb besteht in seinem Hauptteil aus einer von
einer Brennkraftmaschine 1
angetriebenen Verstellpumpe 2 als Primärteil und
einem Verstellmotor 3 als Sekundärteil. Die Regelung der Abtriebsdrehzahl
des Verstellmotors 3 geschieht durch eine folgeabhängige Verstellregelung
von Verstellpumpe 2 und Verstellmotor 3 über eine hydraulische Servoeinrichtung
8 für die Verstellpumpe 2 und eine hydraulische Servoeinrichtung
9
für den Verstellmotor 3 mit Hilfe eines mit der Welle der Brennkraftmaschine
1 gekuppelten Fliehkraftreglers 19 und einer Feder 28 als Gegenkraft.
Diese wird von einem Betäiigungsmittel 25 für die Drehzahlverstellung der
Briennkraftmaschine 1 über ein flexibles Gestänge ' 21 mehr oder weniger
vorgespannt. Fliehkraft und Federkraft wirken von beiden Seiten auf einen Kommandoschieber5,
verschieben diesen entsprechend der r ' esultierenden Kraftwirkung und geben
damit die Richtung für die Verstellung des hydrostatischen Antriebes an.
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Die Verstellpumpe 1 und der Verstellmotor 3 sind in
einem geschlossenen Kreislauf angeordnet. Sowohl an der Verstellpumpe 2 als auch
am Verstellmotor 3 ist je eine Steüerpumpe 4 angeschlossen, die über
Rückschlagventil# 31 eine Steuerleitung 32 mit Drucköl beaufschlagefi.
über weitere Rückschlagventile 16, 17 wird är Hauptkreislauf mit
Spülöl
versorgt, welches, gekegelt durch ein Spülventil 12, von der jeweiligen
Niederdruckseite zu einem Speisedruckventil 13 gelangt und nach Durchlaufen
eines Kühlers 30 in einen gemeinsamen ölbehälter abfließt. Ein Abgriff
33 ermöglicht eine Kontrolle des jeweils herrschenden Höchstdruckes im System
durch ein Manometer 15.
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Zwischen Primär- und Sekundärteil ist ein Steuerschieber
10 geschaltet, der in Betriebsstellung beide Teile verbindet, in Leerlaufstellung
jedoch beide Teile drucklos kurzschließt. Die Betätigung dieses Steuerschiebers
10 erfolgt über einen Vorsteuerschieber 11, der das Arbeitsöl aus
der Steuerleitung 32 erhält. Die Beeinflussung dieses Vorsteuerschiebers
11 erfolgt durch einen Schalthebel 26 mechanisch über ein flexibles
Gestänge 35.
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Ein Pumpen-Folgeschieber6 und ein Motor-Folgeschieber 7 sind
an zwei Leitungen 36, 37 anangeschlossen, von denen Anschlüsse zum Kommandoschieber
5 führen. Die Folgeschieber 6, 7 sind zwei gleichgebaute Sechswege-Zweistellungschieber,
die zwischen ihren beiden Stellungen durch mechanischen Anschlag an den Kolben 49
und 50 der Servoeinrichtungen 8 und 9 für Verstellpumpe 4 und
Verstellmotor 5 dann betätigt werden, wenn Verstellmotor bzw. Verstellpumpe
ihren größten Schwenkwinkel und damit ihre größte Schluck- bzw. Fördermenge erreichen.
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Bei dem Folgeschieber 6 ist der Auslaß mit 44 bezeichnet. Im
dargestellten Betriebsfall ist die Leitung 36 durch den Schrägkanal
51 im Schieber 6 mit der Leitung 40 und die Leitung 37 durch
den Schrägkanal 52 im Schieber 6 mit der Leitung 39 verbunden.
Die Leitungen 39, 40 wiederum sind an die beiden Arbeitskammern der Servoeinrichtung
9 für den Verstellmotor 3 angeschlossen. Analog hierzu sind Leitungen
41, 42 an die beiden Arbeitskammern der Servoeinrichtung 8 für die Verstellpumpe
2 angeschlossen, die zum Folgeschieber 7 führen. Im gezeigten Betriebszustand
ist die Leitung 41 durch den Schrägkanal 54 im Schieber 7 mit der Leitung
37
und die Leitung 42 durch den Schrägkanal 53 im Schieber
7 mit der Leitung 36 verbunden. Mit 45 ist der Auslaß für den Folgeschieber
7 bezeichnet. Die angeführten und dargestellten Kanäle der Folgeschieber
6, 7 sind als Symbole für die hergestellten bzw. möglichen leitenden Verbindungen,
die über die Folgeschieber laufen, aufzufassen. Für die praktische Verwirklichung,
die in diesem Zusammenhang keine Bedeutung hat, stehen verschiedene Mög-
lichkeiten
zur Verfügung.
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Im dargestellten Betriebsfall nehmen die (nicht dargestellten) Schieberkörper
der Folgeschieber 6, 7
die obere Stellung ein. Die Kolben 49, 50 der
Servoeinrichtungen 8, 9 haben ihren möglichen Hub, die die Schieberkörper
in Richtung der Kolben belastenden Federn 47, 48 in den Schiebern 6, 7 den
vorzuwählenden Federhub zurückgelegt. Die Verstellpumpe 2 und der Verstellmotor
3 sind jeweils auf größte Auslenkung eingestellt.
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Die Schrägkanalgruppen in den beiden oberen Schieberabschnitten treten
in dieser Stellung nicht in Wirkung. Dies letztere wäre für den Folgeschieber
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der Fall bei geringerer Auslenkung der Verstellpumpe 2. Dann würde jeweils
eine Verbindung zwischen den Leitungen 43, 40 und 44, 39 hergestellt werden,
wodurch über die Leitung 39 die obere Arbeitskammer der Servoeinrichtung
9 für den Verstellmotor 3 an den Auslaß 44 gelegt würde und deren
untere Arbeitskammer über 43 an die Leitung 32
angeschlossen wäre, aus dieser
mit Druck gespeist werden und daher den Verstellmotor 3 bei großer Schluckfähigkeit
halten würde. Die Schrägkanalgruppen sind derart angeordnet, daß mit der Trennung
der einen Kanalgruppe von den Leitungsanschlüssen sofort die andere Kanalgruppe
zur Wirkuna kommt. Man bezeichnet das als sogenannte 0-überdeckune.
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Bei dem Kommandoschieber 5 (Vier-Wege-Schieber) verbindet eine
symbolisch parallelliegende Kanalgruppe 55, 56, die Leitungen 36, 37,
38 (diese ist Auslaß), 32 parallel, die andere Kanalgruppe
57,
58 die nämlichen Leitungen über Kreuz. Der (nicht dargestellte)
Schieberkolben ist mit der Welle 59 des Fliehkraftreglers 19 verbunden,
gegen dessen Verstellkraft die Federkraft der Federn 27, 28 wirkt. Diese
sind, wie weiter oben erwähnt, über flexible Gestänge 22, 21, mit den Betätigungshebeln
24, 25
verbunden. Das Steueröl wird der Leitung 32 entnommen,
während
der Auslaß 38 in den ölbehälter führt.
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Der Pumpenfolgeschieber 6, der von der Pumpenverstellung geschaltet
wird, kann über die Leitungen 39 und 40 die Motor-Servoeinrichtung
9 beaufschlagen, der Motorfolgeschieber 7 hingegen über die Leitungen
41 und 42 die Pumpen-Servoeinrichtung 8.
Durch diese Kreuzschaltung wird eine
FQlgeabhängigkeit in dem Bewegungsablauf der Verstellung von Pumpe und Motor erreicht.
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Ferner wirkt eine Fliehkraftregler 18 über ein flexibles Gestänge
20 auf eine Feder 29, die einem überdruckventil 14 zugeordnet ist.
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Die Ventileinrichtungen 10, 11, 12, 16, 33 dienen lediglich
der besseren Verständlichkeit der Erfindung und sind nicht Gegenstand der Erfindung.
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Die Wirkungsweise der Anlage ist folgende: Verstellpumpe 2 und Verstellmotor
3 seien auf äußerste Schwenklage eingestellt. Da die Verstellpumpe 2 und
der Verstellmotor 3 gleich sind, entspricht dieser Zustand einem übersetzungsverhältnis
1 : 1. Der Steuerschieber 10 steht auf Arbeitsstellung,
d. h. er ist gegen die Wirkung einer Feder 34 verschoben, und jeweils die
Hochdruck- und Niederdruckseiten von Pumpe und Motor sind miteinander verbunden.
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Das Pedal 25 befindet sich in einer Stellung, in der die Federkraft
der Feder 28 die Fliehkraft des Reglers 19 überwiegt und somit den
Kommandoschieber 5 in der dargestellten unteren Lage mit Parallelverbindung
hält. Dieser Zustand tritt etwa dann ein, wenn die Drehzahl der Brennkraftrnaschine
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infolge eines überhöhten Fahrmorrientes absinkt, also z. B. bei Übergang
aus der Fahrt in der Ebene in eine Steigung. In diesem Fall muß eine Verstellung
des Getriebes nach größerer Übersetzung ins Langsame erfolgen. Der Kommandoschieber
5 gibt daher jetzt Steuerdruck in die Leitung 36. über den Motor-Folgeschieber
7 gelangt aus Leitung 36 Steuerdruck in die Leitung 42, wodurch die
Pumpen-Servoeinrichtung 8 nach unten gedrückt wird und somit die Verstellpumpe
2 auf kleinere Fördermenge stellt, was einer größeren Übersetzung des Getriebes
ins Langsame entspricht. Dabei wird der Pumpenfolgeschieber 6 nach Lösen
vom Anschlag durch die Feder 47 umgestellt, und über die ständig unter Druck stehende
Leitung 43 erhält die Leitung 40 und damit die untere Arbeitskammer der Servoeinrichtung
9 weiterhin Drucköl, während die Leitung 39 aus der oberen Arbeitskammer
dieser Servoeinrichtung 9 über Leitung 44 mit dem Ablaß verbunden ist. über
den Pumpenfolgeschieber 6 und Leitung 40 wird somit die Motor-Servoeinrichtung
9 in der gezeichneten Lage festgehalten, d. h. der Verstellmotor
9 verbleibt in der Stellung der größten Schluckmenge. In allen Zwischenlagen
der Pumpen-Servoeinrichtung 8, gleich welchen Verstellsinn der Kommandoschieber
5 angibt, ist dies der Fall.
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Die Verstellung des Getriebes nach größeren übersetzungsverhältnissen
in Langsame hält nun so lange an, bis die Drehzahl der Brennkraftmaschine
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so weit angestiegen ist, daß die Verstellkraft des Fliehkraftreglers
19 im Gleichgewicht mit der Feder 28 steht und somit der Kommandoschieber
5 bis zu seiner Nullüberdeckung verschoben wird und die Verstellung des Getriebes
beendet. Der Verbrennungsmotor 1 läuft dann wieder auf dem geforderten Arbeitspunkt,
und es hat sich wieder ein Gleichgewichtszustand eingeregelt. Im umgekehrten Fall,
wenn also die Fliehkraft die Federkraft überwiegt, demzufolge also dem von der Brennkraftmaschine
1 abgegebenen Antriebsinoment ein zu kleines Fahrmoment gegenübersteht, wird
über die Leitungen 37, 39 die Motor-Servoeinrichtung 9 mit Drucköl
beaufschlagt und der Verstellmotor nach kleinerer Schluckmenge, das Getriebe also
nach größerer Übersetzung ins Schnelle verstellt. Die Pumpen-Servoeinrichtung
8 , erhält damit Öl-
druck über die Leitungen 46 und 41, während die
Leitung 42 über die Leitung 45 mit dem Ablaß verbunden ist. Damit verbleibt die
Verstellpumpe 2 auch nach Verschieben des Motorfolgeschiebers 7
durch die
Feder 48 in ihrer größten Fördermenge. Nach Herstellung des Kräftegleichgewichtes
zwischen Feder 28 und Fliehkraft wird die Verstellung des Getriebes wieder
beendet.
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Durch entsprechende Abstimmung der Feder 28
und der Verstellkinematik
zur Einspritzpumpe bzw. zum Vergaser kann erreicht werden, daß die Brennkraftmaschine
1 auf der wirkungsgradmäßig günstigsten Kennlinie geregelt wird. Um bei Talfahrt
das Bremsmoment der Brennkraftmaschine 1 voll ausnutzen zu können, ist gemäß
der Erfindung der Hebel 24 vorgesehen, der bei Umstellung über ein flexibles Gestänge
22 eine sonst entspannte Feder 27 oder auch direkt die Feder 28 vorspannt.
Dadurch wird das Getriebe, wie beschrieben, nach größerer übersetzung ins Langsame
verstellt und das Motorbremsmoment bei langsamen Fahrgeschwindigkeiten voll herangezogen.
Ein überdrehen der Brennkraftmaschine verhindert der Fliehkraftregler
19, der dann die Federkraft überwindet. Dies entspricht Gefällen, bei denen
trotz größter Übersetzung des Getriebes ins Langsame das Bremsmoment der Brennkraftmaschine
nicht mehr ausreicht, um das Fahrzeug zu halten, und eine Fahrbremse wirksam werden
muß. Zum Zwecke des stoßfreien Anfahrens ist in der Arbeitsölleitung ein überdruckventil
14 vorgesehen, auf dessen Feder 29 über ein flexibles Gestänge 20 ein Fliehkraftregler
18 derart einwirkt, daß bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine die
Feder 29 entspannt wird. Dann kann das von der Verstellpumpe 2 geförderte
öl drucklos über dieses Sicherheitsventil umlaufen. Erst bei steigender Motordrehzahl
wird die Feder 29 dieses überdruckventils 14 entsprechend der steigen-den
Fliehkraft stärker vorgespannt, so daß damit auch der Druck im System und das Drehmoment
an der Antriebswelle des Verstellmotors 3 ansteigen.