DE1555247C3 - Steuereinrichtung für einen stufenlos einstellbaren hydrostatischen Antrieb eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Steuereinrichtung für einen stufenlos einstellbaren hydrostatischen Antrieb eines Kraftfahrzeuges

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DE1555247C3 DE1967D0052653 DED0052653A DE1555247C3 DE 1555247 C3 DE1555247 C3 DE 1555247C3 DE 1967D0052653 DE1967D0052653 DE 1967D0052653 DE D0052653 A DED0052653 A DE D0052653A DE 1555247 C3 DE1555247 C3 DE 1555247C3
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Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für einen stufenlos einstellbaren hydrostatischen Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei der hydrostatische Antrieb aus einer von einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs angetriebenen, in ihrem Förderstrom einstellbaren Axialkolbenpumpe und mindestens zwei von dieser mit Arbeitsdruckmittel beaufschlagbaren, in ihren Schluckvermögen einstellbaren hydrostatischen Axialkolbenmotoren besteht, von denen mindestens einer fest mit der Abtriebswelle verbunden ist und mindestens einer mittels einer hilfskraftbetätigten Kupplung mit dieser kuppelbar ist.
Es gibt bestimmte Sonderfahrzeuge bzw. Kraftfahrzeuge, die einen besonders großen Übersetzungsbereich benötigen. So ist es bei diesen Fahrzeugen unter Umständen nötig, die Getriebeübersetzungen von 1 :1 bis zu 1 :16 ändern zu können. Derart große Getriebeübersetzungen lassen sich mit hydrostatischen Getrieben verwirklichen. Dabei werden z. B. gemäß DT-AS 10 65 734 zum Aufbringen der großen Abtriebsmomente mehrere Axialkolbenmotoren verwendet, die mit verschiedenen Übersetzungen ausgelegt sind und durch Trennkupplungen zum Abtrieb geschaltet werden. Beim Erreichen der maximal zulässigen Drehzahl wird der betreffende hydrostatische Motor abgeschaltet. Dieses Abschalten bzw. Zuschalten erfolgt bei den bekannten hydrostatischen Getrieben beim Schluckvermögen Null, um ein stoßfreies Zu- bzw. Abkuppeln zu gewährleisten. Der Nachteil dieser Ausführung be-
steht darin, daß Axialkotbenmotoren bei sehr kleinen Schluckvermögen sehr schlechte Wirkungsgrade haben. Wenn nun die betreffenden Fahrzeuge in diesem Fahrgeschwindigkeitsbereich längere Zeit bleiben müssen, so machen sich diese ungünstigen Wirkungsgrade stark bemerkbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu beseitigen und trotzdem ein stoßfreies Ein- und Abkuppeln der Axialkolbenmotoren zu ermöglichen.
Sie löst diese Aufgabe bei den eingangs genannten hydrostatischen Antrieben dadurch, daß die Beaufschlagung der Kupplung abhängig vom Erreichen einer vorbestimmten, außerhalb der dem Schluckvermögen Null entsprechenden Winkelstellung liegenden Winkelstellung der Taumelscheibe des hydrostatischen Axialkolbenmotors selbsttätig steuerbar ist, wodurch der hydrostatische Axialkolbenmotor mittels der Kupplung selbsttätig mit der Abtriebswelle kuppelbar bzw. von dieser abkuppelbar ist, und daß in an sich bekannter Weise im Abschaltzeitpunkt des hydrostatischen Axialkolbenmotors gleichzeitig die Taumelscheibe der Axialkolbenpumpe entsprechend der Differenz des verringerten Schluckvermögens der hydrostatischen Axialkolbenmotoren in eine einem verringerten Forderstrom zugeordnete Winkelstellung einstellbar ist. Dabei ist es an sich ohne Belang, nach welchem Prinzip die Axialkolbenmaschinen arbeiten. So könnten für diesen Zweck z. B. an sich bekannte Axialkolbenmaschinen mit einem Schwenkgehäuse in Frage kommen.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Steuereinrichtung hat den Vorteil, daß die Axialkolbenmotoren auch im Schaltpunkt noch einen verhältnismäßig guten Wirkungsgrad aufweisen. Das Fahrzeug kann daher in diesem Bereich ohne weiteres längere Zeit verbleiben. Durch die vorgeschlagene gleichzeitige Pumpeneinstellung beim Abschalten wird ein Drehmomentstoß vermieden. Es wird nämlich die Axialkolbenpumpe in ihrem Schwenkwinkel so geändert, daß bei der Abschaltung des einen Axialkolbenmotors der eingeschaltet bleibende Axialkolbenmotor durch den höheren Druck das volle Abtriebsmoment übernehmen kann. Es ist zwar durch die deutsche Auslegeschrift 12 17 219 bekannt, bei der Änderung der Schaltung der hydrostatischen Motoren zugleich auch die Pumpe einzustellen, jedoch genügt dies allein nicht.
Wolke man nämlich diese Anordnung auf die nach der deutschen Auslegeschrift 10 65 734 übertragen, so wäre dann zwar die Pumpe an die Umschaltung der hydrostatischen Motoren angeschlossen, jedoch würde eine solche Umschaltung immer noch im Punkt Schluckvermögen Null erfolgen, d. h. also in dem Bereich, der erfindungsgemäß gerade vermieden werden soll.
Mit der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, daß sowohl die Taumelscheibe der Axialkolbenpumpe als auch die Taumelscheiben der hydrostatischen Motoren in ihren Winkelstellungen durch Kulissenscheiben gemeinsam einstellbar sind und die Kulissenscheiben hilfskraftunterstützt durch einen Einstellhebel Willkürlieh betätigbar sind, und daß der hydrostatische Axialkolbenmotor durch die Kupplung beim Erreichen der vorbestimmten Winkelstellung (Abschaltzeitpunkt) der Taumelscheibe des hydrostatischen Axialkolbenmotors selbsttätig von der Abtriebswelle abkuppelbar ist. Die Anordnung wird zweckmäßigerweise so getroffen, daß das Abschalten bei einem Schwenkwinkel von etwa 4° erfolgt. Bei einem größeren Schwenkwinkel ist der betreffende Axialkolbenmotor zu-, bei einem kleineren Schwenkwinkel abgeschaltet. Die Steuerung erfolgt dabei erfindungsgemäß derart, daß zunächst nur die Taumelscheibe der Axialkolbenpumpe bis zu ihrer größtem Förderstrom entsprechenden Winkelstellung einstellbar ist, daß anschließend die Taumelscheibe des abkuppelbaren hydrostatischen Axialkolbenmotors bis zu ihrer dem Abschaltzeitpunkt (S) entsprechenden Winkelstellung kleinsten Schluckvermögens einstellbar ist, und daß die im Abschaltzeitpunkt in eine Winkelstellung kleineren Förderstromes zurückgestellte Taumelscheibe der Axialkolbenpumpe nach dem Abkuppeln des hydrostatischen Axialkolbenmotors von der Abtriebswelle wieder bis in ihre Winkelstellung größten Förderstromes kontinuierlich eingestellt wird. Dabei wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Taumelscheibe des fest mit der Abtriebswelle verbundenen hydrostatischen Axialkolbenmotors erst dann bis in ihre kleinstem Schluckvermögen entsprechende Winkelstellung kontinuierlich zurückgenommen wird, wenn die Taumelscheibe der Axialkolbenpumpe beim zweiten bzw. letzten Mal ihre größtem Förderstrom entsprechende Winkelstellung erreicht hat. Wie soeben angedeutet, läßt sich das Prinzip der Erfindung natürlich auch für hydrostatische Getriebe mit mehreren Axialkolbenmotoren anwenden. Die geschilderte Steuerung erfolgt dann für jeden Axialkolbenmotor sinngemäß in derselben Art und Weise.
Für die Ausbildung der Steuerungsorgane selbst schlägt die Erfindung vor, daß die Taumelscheiben der Axialkolbenpumpe und der hydrostatischen Axialkolbenmotoren je durch ein Stellgestänge in einen Führungsschlitz je einer Kulissenscheibe eingreifen, die auf einer gemeinsamen Steuerwelle angeordnet sind, die durch einen von Hilfskraft beaufschlagbaren Stellkolben drehbar ist, dessen Beaufschlagung von einem Einstellhebel steuerbar ist. An Stelle einer gemeinsamen Welle kann naturgemäß auch eine andere Verbindung zwischen den einzelnen Kulissenscheiben vorgesehen sein. Die Erfindung schlägt dann weiter vor, daß jeder abschaltbare hydrostatische Axialkolbenmotor mit der Abtriebswelle mittels eines Vorgeleges und einer ausrückbaren Kupplung verbunden ist, die durch eine Hilfskraft entgegen einer Federkraft einrückbar ist, und daß in einer Druckmittelzuleitung zur Kupplung ein Steuerventil eingeschaltet ist, durch dessen federnd belasteten Ventilschieber der Stellmotor der Kupplung mit der Druckmittelzuleitung und beim Betätigen durch die Taumelscheibe des zugeordneten hydrostatischen Axialkolbenmotors mit einer Rückleitung verbindbar ist.
In den Zeichnungen ist ein in der folgenden Beschreibung näher erläutertes Ausführungsbeispiel der Steuereinrichtung eines hydrostatischen Antriebs dargestellt, und zwar zeigt
F i g. 1 die Steuereinrichtung des hydrostatischen Antriebes im Schema und
F i g. 2 Diagramme über die im hydrostatischen Antrieb auftretenden Betriebsgrößen.
Nach F i g. 1 ist mit der Antriebsmaschine z. B. einer Brennkraftmaschine 10 des Kraftfahrzeuges durch eine Antriebswelle 11 ein als Ganzes mit 12 bezeichneter hydrostatischer Antrieb verbunden, der mittels einer Abtriebswelle 13 z. B. die Hinterachse 14 des Kraftfahrzeuges antreibt. Der hydrostatische Antrieb 12 selbst besteht im einzelnen aus einer Axialkolbenpumpe 15 und zwei hydrostatischen Axialkolbenmotoren 16 und 17. Alle Axialkolbenaggregate arbeiten mit einstellba-
ren Taumelscheiben. Sie sind durch die üblichen Saug- und Druckleitungen miteinander verbunden, die zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt worden sind.
Der hydrostatische Axialkolbenmotor 16 ist fest mit der Abtriebswelle 13 verbunden. Dagegen wirkt der hydrostatische Axialkolbenmotor 17 über ein Vorgelege 18 und eine ausrückbare Kupplung 19 auf die Abtriebswelle 13. Die Kupplung 19 kann entgegen einer nicht dargestellten Feder durch Druckmittel geschlossen werden. Hierfür ist in einer Druckmittelzuleitung 20 zur Kupplung 19 ein Steuerventil 21 angeordnet. Dessen Ventilschieber wird normalerweise durch eine Feder 22 in einer solchen Stellung gehalten, daß die Druckmittelzuleitung 20 zur Kupplung 19 freigegeben und letztere damit eingerückt ist. Der Ventilschieber des Steuerventils 21 ist so im Wirkungsbereich der Taumelscheibe des hydrostatischen Axialkolbenmotors 17 angeordnet, daß beim Erreichen eines Schwenkwinkels von z. B. 4° die Taumelscheibe 23 des Axialkolbenmotors 17 den Ventilschieber entgegen seiner Feder 22 in die andere Stellung umschaltet. In dieser Stellung ist dann die Kupplung 19 mit der Rückleitung 24 verbunden und daher ausgerückt.
Das heißt also, wenn der hydrostatische Axialkolbenmotor 17 den geringen Schwenkwinkel von z. B. 4° erreicht, wird er durch Ausrücken der Kupplung 19 selbsttätig von der Abtriebswelle 13 getrennt.
In der dargestellten Anfahrstellung ist die Taumelscheibe der Axialkolbenpumpe 15 auf ihren kleinsten und sind beide Taumelscheiben der hydrostatischen Axialkolbenmotoren 16 und 17 auf ihrem größten Schwenkwinkel eingestellt. Für die Steuerung des hydrostatischen Antriebes sind auf einer gemeinsamen Steuerwelle 25 drei Kulissenscheiben 26, 27 und 28 befestigt. Die Steuerwelle 25 kann mittels eines Stellhebels 29 von einem druckmittelbetätigten Stellmotor 30 gedreht werden. Die Beaufschlagung des Stellkolbens des Stellmotors 30 erfolgt hier im Beispiel nach Art einer Folgesteuerung durch einen von Hand betätigten Einstellhebel 31. Selbstverständlich wäre auch eine selbsttätige Steuerung an Stelle der Handeinstellung denkbar.
Ein Stellgestänge 33 der Taumelscheibe 32 der Axialkolbenpumpe 15 greift in einen Führungsschlitz 34 der Kulissenscheibe 26 ein. In derselben Art und Weise ist die Taumelscheibe 35 des hydrostatischen Axialkolbenmotors 16 durch ein Stellgestänge 36 mit einem Führungsschlitz 37 der Kulissenscheibe 27 verbunden. Und schließlich steht auch die Taumelscheibe 23 des hydrostatischen Axialkolbenmotors 17 durch ein Stellgestänge 38 mit einem Führungsschlitz 39 der Kulissenscheibe 28 in Verbindung.
Die Steuerung des hydrostatischen Antriebes wird an Hand der Diagramme in F i g. 2 klar. Dort ist im obersten Diagramm der Drehmomentenverlauf dargestellt, während im mittleren Diagramm die Schwenkwinkel der drei Axialkolbenaggregate dargestellt sind. Das untere Diagramm zeigt den Druckverlauf in den Axialkolbenaggregaten.
Zum Anfahren wird zunächst mit dem Einstellhebel 31 über den Stellkolben 30 die Steuerwelle 25 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Dabei wird zunächst die Taumelscheibe 32 der Axialkolbenpumpe 15 durch ein
ίο Teilstück 40 des Führungsschlitzes 34 auf einen größeren Schwenkwinkel eingestellt. (Siehe hierzu den Bereich A in der F i g. 2.) Während dieser Einstellung bleiben die Taumelscheiben 23 und 35 der beiden hydrostatischen Axialkolbenmotoren 16 und 17 auf ihrem größten Schwenkwinkel stehen, wie aus der F i g. 1 aus den Führungsschlitzen 37 und 39 klar zu ersehen ist. Wenn die Axialkolbenpumpe 15 ihren größten Schwenkwinkel erreicht hat, wird sie mittels eines Teilstückes 41 des Führungsschlitzes 34 in dieser Stellung festgehaltenl In diesem Bereich — es ist der Bereich B nach F i g. 2 — wird nun durch ein Teilstück 42 des Führungsschlitzes 39 die Taumelscheibe 23 des hydrostatischen Axialkolbenmotores 17 auf einen kleineren Schwenkwinkel zurückgenommen bis der Schaltpunkt S (s. F i g. 2) erreicht ist. Im Schaltpunkt 5 betätigt die Taumelscheibe 23 den Ventilschieber 21 des Steuerventils, so daß die Kupplung 19 durch Entlastung über die Rückleitung 24 ausgerückt wird. Der hydrostatische Axialkolbenmotor 17 wird damit von der Abtriebswelle 13 getrennt. Um dieses Abschalten stroßfrei zu gestalten, wird zugleich durch ein Teilstück 43 des Führungsschlitzes 34 die Taumelscheibe 32 der Axialkolbenpumpe 15 wieder auf einen kleineren Schwenkwinkel zurückgenommen, so daß sich — s. unteres Diagramm der F i g. 2 — der Druck kurzzeitig erhöht. Infolgedessen ist der fest angekuppelte hydrostatische Axialkolbenmotor 16 imstande, das erforderliche Drehmoment aufzunehmen und das Abschalten des hydrostatischen Axialkolbenmotores 17 erfolgt stroßfrei.
Nach dem Abschalten des hydrostatischen Axialkolbenmotors 17 wird im Bereich C — s. F i g. 2 — die Taumelscheibe 32 der Axialkolbenpumpe 15 wieder auf ihren größten Schwenkwinkel eingestellt. Die weitere Steuerung erfolgt dann im Bereich D — s. F i g. 2 — dadurch, daß mittels eines Teilstückes 44 des Führungsschlitzes 37 die Taumelscheibe 35 des hydrostatischen Axialkolbenmotores 16 bis auf ihren kleinsten Schwenkwinkel zurückgenommen wird. Das Fahrzeug hat dann seine höchste Geschwindigkeit erreicht. Soll die Fahrgeschwindigkeit wieder herabgesetzt werden, so erfolgt naturgemäß die Betätigung sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge. Auch die Zwischenbereiche der Fahrgeschwindigkeit und die dazugehörigen Einstellungen lassen sich aus den Diagrammen der F i g. 2 ohne weiteres entnehmen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Steuereinrichtung für einen stufenlos einstellbaren hydrostatischen Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei der hydrostatische Antrieb aus einer von einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs angetriebenen, in ihrem Förderstrom einstellbaren Axialkolbenpumpe und mindestens zwei von dieser mit Arbeitsdruckmittel beaufschlagbaren, in ihren Schluckvermögen einstellbaren hydrostatischen Axialkolbenmotoren besteht, von denen mindestens einer fest mit der Abtriebswelle verbunden ist und mindestens einer mittels einer hilfskraftbetätigten Kupplung mit dieser kuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung der Kupplung (19) abhängig vom Erreichen einer vorbestimmten, außerhalb der dem Schluckvermögen Null entsprechenden Winkelstellung liegenden Winkelstellung der Taumelscheibe (35) des hydrostatischen Axialkolbenmotors
(16) selbsttätig steuerbar ist, wodurch der hydrostatische Axialkolbenmotor (16) mittels der Kupplung (19) selbsttätig mit der Abtriebswelle (13) kuppelbar bzw. von dieser abkuppelbar ist, und daß in an sich bekannter Weise im Abschaltzeitpunkt des hydrostatischen Axialkolbenmotors (16) gleichzeitig die Taumelscheibe (32) der Axialkolbenpumpe (15) ent-■ sprechend der Differenz des verringerten Schluckvermögens der hydrostatischen Axialkolbenmotoren (16 und 17) in eine einem verringerten Förderstrom zugeordnete Winkelstellung einstellbar ist.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Taumelscheibe (32) der Axialkolbenpumpe (15) als auch die Taumelscheiben (23 und 35) der hydrostatischen Motoren (16 und 17) in ihren Winkelstellungen durch Kulissenscheiben (26 bis 28) gemeinsam einstellbar sind und die Kulissenscheiben (26 bis 28) hilfskraftunterstützt durch einen Einstellhebel (31) willkürlich betätigbar sind, und daß der hydrostatische Axialkolbenmotor (16) durch die Kupplung (19) beim Erreichen der vorbestimmten Winkelstellung (Abschaltzeitpunkt) der Taumelscheibe (23) des hydrostatischen Axialkolbenmotors (17) selbsttätig von der Abtriebswelle (13) abkuppelbar ist.
3. Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei in der Anfahrstellung die Taumelscheibe der Axialkolbenpumpe in ihrer Winkelstellung geringsten Förderstromes und die Taumelscheiben der hydrostatischen Axialkolbenmotoren in ihren Winkelstellungen größten Schluckvermögens stehen, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst nur die Taumelscheibe (32) der Axialkolbenpumpe (15) bis zu ihrer größtem Förderstrom entsprechenden Winkelstellung einstellbar ist, daß anschließend die Taumelscheibe (23) des abkuppelbaren hydrostatischen Axialkolbenmotors (17) bis zu ihrer dem Abschaltzeitpunkt (S) entsprechenden Winkelstellung kleinsten Schluckvermögens einstellbar ist, und daß die im Abschaltzeitpunkt in eine Winkelstellung kleineren Förderstromes zurückgestellte Taumelscheibe (32) der Axialkolbenpumpe (15) nach dem Abkuppeln des hydrostatischen Axialkolbenmotors
(17) von der Abtriebswelle (13) wieder bis in ihre Winkelstellung größten Förderstromes kontinuierlich eingestellt wird.
4. Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 und
3, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelscheibe (35) des fest mit der Abtriebswelle (13) verbundenen hydrostatischen Axialkolbenmotors (16) erst dann bis in ihre kleinstem Schluckvermögen entsprechende Winkelstellung kontinuierlich zurückgenommen wird, wenn die Taumelscheibe (32) der Axialkolbenpumpe (15) beim zweiten bzw. letzten Mal ihre größtem Förderstrom entsprechende Winkelstellung erreicht hat.
5. Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelscheiben (23,32 und 35) der Axialkolbenpumpe (15) und der hydrostatischen Axialkolbenmotoren (16 und 17) je durch ein Stellgestänge (33, 36 und 38) in einen Führungsschlitz (34,37 und 39) je einer Kulissenscheibe (26 bis 28) eingreifen, die auf einer gemeinsamen Steuerwelle (25) angeordnet sind, die durch einen von Hilfskraft beaufschlagbaren Stellkolben (30) drehbar ist, dessen Beaufschlagung von einem Einstellhebel (31) steuerbar ist.
6. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder abschaltbare hydrostatische Axialkolbenmotor (17) mit der Abtriebswelle (13) mittels eines Vorgeleges (18) und einer ausrückbaren Kupplung (19) verbunden ist, die durch eine Hilfskraft entgegen einer Federkraft einrückbar ist, und daß in einer Druckmittelzuleitung (20) zur Kupplung ein Steuerventil (21) einschaltet ist, durch dessen federnd belasteten Ventilschieber der Stellmotor der Kupplung (19) mit der Druckmittelzuleitung (20) und beim Betätigen durch die Taumelscheibe (23) des zugeordneten hydrostatischen Axialkolbenmotors (17) mit einer Rückleitung (24) verbindbar ist.
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