DE1910915A1

DE1910915A1 - Hydraulische Regelung fuer hydrostatische Einheiten

Info

Publication number: DE1910915A1
Application number: DE19691910915
Authority: DE
Inventors: Fritz-Joerg Glaeser; Josef Riedhammer
Original assignee: Brueninghaus Hydraulik GmbH
Current assignee: Brueninghaus Hydraulik GmbH
Priority date: 1969-03-04
Filing date: 1969-03-04
Publication date: 1971-04-22
Also published as: CH500407A; US3679327A; FR2037517A5

Description

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Stahlwerke Brüninghaus GmbH

5842 Westhofen / Westf.
Hagenerstrasse 4

Hydraulische Regelung für hydrostatische Einheiten

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Regelung für durch einen Verbrennungsmotor angetriebene hydrostatische Einheiten mit stufenlos veränderbarem Hubvolumen, mit einer von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Steuerpumpe, durch deren Stellöldruck mittels eines hydraulischen Stellmotors das Hubvolumen veränderbar ist.

Die Regelung soll das von einer Arbeitspumpe des hydrostatischen Kreislaufs aufgenommene Drehmoment dem vom Verbrennungsmotor abgegebenen Drehmoment angleichen. Derartige hydrostatische Einheiten mit einer Arbeitspumpe werden beispielsweise in Baufahrzeugen, wie Baggern, Winden und Kränen verwandt. Hierbei tritt das Problem auf, eine Drehmomentüberlastung und damit ein Abwürgen des Verbrennungsmotors zu vermeiden. Der Verbrennungsmotor, also beispielsweise ein Dieselmotor ist in seinem Leistungsverhalten charakterisiert durch die Drehmomentkurve, die über der Drehzahl aufgetragen wird. Dies ist eine relativ flache Kurve, die mit steigender Drehzahl zunächst ansteigt und nach Einreichen eines maximalen Drehmomentwertes bis zur Enddrehzahl leicht abfällt. Wird durch eine überlastung im hydrostatischen Kreislauf das von dem Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment überschritten, so wirkt sich diese auf einen Drehzahlabfall des Verbrennungsmotors aus. Dieser Vorgang wird mit Drückung bezeichnet.

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Die Drückung führt im Extremfall zu einem Abwürgen des Verbrennungsmotors.

Eine Regelung zur Selbstätigen Verhütung einer Drehmomentüberlastung des Verbrennungsmotors, der eine hydrostatische Pumpeneinheit antreibt, ist bekannt. Hierbei wird über einen Fliehkraftregler, der einen elektrischen Kontakt betätigt, eine Verstellung der Kolbentrommel eine Axialkolbenpumpe vorgenommen. Diese auf mechanischelektrische Art arbeitende Einrichtung erfordert eine grosse Zahl aufeinander abgestimmte Teile und eine elektrische Schaltung mit empfindlichen Schaltelementen. Die Einrichtung ist dadurch aufwendig und kompliziert. Es ist weiter bekannt, durch einen Fliehkraftregler einen Steuerschieber zu verstellen, der mechanisch mit einem Stellmotor in Verbindung steht, der die Verschwenkung der hydrostatischen Pumpeneinheit steuert. Auch diese auf mechanisch-hydraulische Art arbeitende Einrichtung erfordert eine Vielzahl von mechanischen und hydraulischen Elementen_s wie Schaltstangen, Gelenkverbindungen₉ Hebelarmen, Kolbenzylinderanordnungen, Druckleitungen und Federnderen Abmessungen schwierig abzustimmen sind und nuJ? schwer eine Anpassung an verschiedene Kennlinien von Verbrennungsmotoren zulassen. Auch hier ist demnach ein grosser Aufwand an Regeleinrichtungen erforderlich, um mit der Drückung des Verbrennungsmotors arbeitend eine überlastung zn verhindern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine rein hydraulische Regelung zur überlastungssicherung eines eine hydrostatische Einheit antreibenden Verbrennungsmotors zu schaffen, wobei das von der Arbeitspumpe des hydrostatischen Kreislaufs aufgenommene Drehmoment dem vom Verbrennungsmotor abgege-

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benen Drehmoment angeglichen wird.

Gemäss der Erfindung ist an die Stellölleitung zwischen einer Steuerpumpe und einem Stellmotor der hydrostatischen Einheit eine den Stellöldruck im Falle einer Überlastung in Abhängigkeit von der Fördermenge der Steuerpumpe beeinflussende Drossel angeschlossen. Zweckmässigerweise besteht die Drossel aus einer in einem Gehäuse angeordneten Blende und einer die Blendenöffnung verkleinernden einstellbaren Düsennadel, wobei das Gehäuse vor der Blende einen an die Stellölleitung anschliessbaren Einlass und Auslass und hinter der Blende einen weiteren Auslass besitzt. Hierdurch kann in Anpassung an den Drehmomentenverlauf des Verbrennungsmotors eine günstige Steuerkurve eingestellt werden.

Zur Verbesserung der Einstellung der Steuerkurve kann der Auslass hinter der Blende eine Drosselstelle zur Erzeugung eines Staudruckes aufweisen, wobei die Düsennadel im Gehäuse verschiebbar ist und an ihrem hinteren Ende mit einer von dem Staudruck beaufschlagbaren Fläche versehen ist. Zweckmässigerweise ist die Düsennadel gegen die Wirkung einer Feder verschiebbar. Diese Anordnung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Verbrennungsmotor mit besonders flacher Drehmomentenlinie verwendet wird, für den sich ansonsten eine sehr flache Steuerkurve ergeben würde.

Mit der Erfindung wird unter Verwendung von nur einem einzigen Steuerelement auf einfache Weise hydraulisch eine Angleichung des von der Arbeitspumpe eines hydrostatischen Kreislaufs aufgenommenen Drehmoments an das vom Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment erreicht. Die Steuerung dieses Vorgangs erfolgt über die Drückung des Verbrennungsmotors.

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Vorteilhaft ist weiter die leichte Anpassung der Regeleinrichtung an verschiedene Drehmomentenverläufe von Verbrennungsmotoren.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt:

Fig. 1 zeigt sehematisch ein Regelungsschema gemäss der Erfindung;

Pig. 2 zeigt eine Drossel, wie sie im Schema nach Fig. 1 verwendet wird, im Schnitt;

Fig. 3 zeigt ein Regelungsschema mit einer weiteren Ausführungsform einer Drossel;

Fig. 4 zeigt die in Fig. 3 verwendete Drossel im Schnitt;

Fig. 5 zeigt den Drehmomentenverlauf einer Verbrennungskraftmaschine aufgetragen über der Drehzahl und die Steuerkurve als Steuerdruck aufgetragen über der Drehzahl in einem Diagramm.

In Fig. 1 und Fig. 3 sind alle Elemente sehematisch zusammengestellt, die erfindungsgemäss eine hydraulische Regelung für eine durch einen Verbrennungsmotor angetriebene Arbeitspumpe, beispielsweise Axialkolbenpumpe mit stufen? 1 los veränderbaren Hubvolumen bilden. Dazu ist an einen Verbrennungsmotor 1, der bei Baufahrzeugen im allgemeinen ein Dieselmotor ist, eine Steuerpumpe 2 angeschlossen, deren Stellölleitung 2a über einen Schieber M mit einem Stellmotor 5 in Verbindung steht. Der Stellmotor 5 dient zur Verstellung der Arbeitspumpe <nicht dargestellt), deren Zylinderblockgehäuse gegenüber dem Triebflanschgehäuse uzfer Ver-

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ORiGiN INSPECTED

änderung des Hubvolumens der Arbeitspumpe verschwenkbar ist. An die Arbeitspumpe ist in üblicher Weise ein Motor oder ein Arbeitszylinder angeschlossen.

An die Stellölleitung 2a ist eine den Stellöldruck im Falle einer überlastung in Abhängigkeit von der Fördermenge der Steuerpumpe 2 beeinflussende Drossel 3 angeschlossen. Der in der Zeichnung nur schematisch angedeutete Auslass der Drossel 3 führt zu einem Behälter, der das die Drossel verlassende Stellöl aufnimmt.

über den Schieber 4 wird die Arbeitspumpe aus ihrer Nullstellung nach links oder nach rechts verschwenkt. Der Schieber wirkt auf die Arbeitspumpe im Sinne einer Arbeitsrichtungsänderung. In Fig. 1 und 3 ist die Nullstellung eingezeichnet, d.h., der Stellmotor 5 der Arbeitspumpe ist nicht mit Druck beaufschlagt, die Arbeitspumpe steht auf Null. Bei einer Verstellung des Schiebers nach links wird der Kolben des bekannten Stellmotors 5 durch den Stellöldruck verschoben und entsprechend das Zylinderblockgehäuse der Arbeitspumpe gegenüber dem Triebflanschgehäuse unter Veränderung des Hubvolumens der Pumpe verschwenkt. Bei einer Verschiebung des Steuerschiebers 4 in entgegengesetzter Richtung wird die Stellölleitung im Sinne einer entgegengesetzt gerichteten Beaufschlagung des Kolbens des Stellmotors 5 mit diesem verbunden und die Arbeitspumpe umgesteuert. Der Schieber 4 ist somit lediglich ein Richtungsschalter für die Arbeitspumpe.

Die an die Stellölleitung 2a angeschlossene Drossel 3 ist in Fig. 2 genau dargestellt. Sie weist ein geteiltes Gehäuse 10 auf, in dessen Teilung eine Blende 11 angeordnet ist. Die öffnung 12 der Blende 11 ist/ihrer Grosse durch

eine in Längsrichtung einstellbare Düsennadel veränder-

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lieh. Das Gehäuse 10 bildet vor der Blende einen an die Stellölleitung 2a ansehliessbaren Einlass 1*1 und Auslass 15 und einen weiteren Auslass 16 hinter der Blende 11. In der Aus führ ungs form nach Fig. 2 ist die Drossel 3 direkt an den Anfang der Steuerpumpe 2 gelegt.

über die variable Blendenöffnung 12 der Drossel 3 wird der Druck des Stellöls, der über den Schieber auf den Stellmotor 5 wirkt» so eingestellt, dass bei Höchstdrehzahl des Verbrennungsmotors 1 der Stellmotor 5 die Arbeitspumpe voll ausgeschwenkt hat. Steigt nun infolge einer Belastung des Hydromotors oder ArbeitsZylinders der Druck im hydrostatischen Kreislauf an, nimmt auch das von der Arbeitspumpe aufgenommene Drehmoment zu. übersteigt nun das Drehmoment den Wert des Moments, das vom Motor abgegeben werden kann, so wird der Motor gedrückt, das heisst, die Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 fällt ab. Damit fällt auch die Fördermenge der Steuerpumpe 2 ab und aufgrund der Wirkung der mengenabhängig arbeitenden Drossel 3» die an die Stellölleitung 2a angeschlossen ist, auch der Druck in der Leitung zum Stellmotor 5. Die Drossel 3 ist so ausgelegt, dass sich eine zum Steuern des Stellmotors 5 günstige Druckabfallkurve ergibt. Diese Druckabfallkurve ist in Fig. 5 als Steuerkurve P_gt über der Drehzahl η aufgetragen. Das Diagramm zeigt gleichzeitig den Verlauf des Drehmotors Md über der Drehzahl η des Verbrennungsmotors .

Mit abfallendem Druck in der Stellölleitung 2a wird der Stellmotor 5 durch die Wirkung der Feder auf den Kolben dea Stellmotors wieder in Richtung auf die Nullage der Arbeitspumpe gedrückt und schwenkt damit die Arbeitspumpe auf einen kleineren Schwenkwinkel ein. Dadurch wird erreicht, dass die Arbeitspumpe ein kleineres Drehmoment aufnimmt. Die Reduzierung des Steuerdrucks geht so weit,

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bis die Arbeitspumpe ein Drehmoment aufnimmt, das dem vom Verbrennungsmotor 1 bei der gedrückten Drehzahl abgegebenen Drehmoment entspricht. Die Regelung arbeitet stabil in dem Bereich der Drehmomentenkennlinie, die zwischen der Höchstdrehzahl des Verbrennungsmotors 1 liegt und der Drehzahl, die dem maximalen Drehmoment zugeordnet ist, das heisst, in Regelrichtung gesehen, im- Ansteigen ist. Ein Abwürgen des Verbrennungsmotors 1 wird zuverlässig verhindert.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel hat die Drossel 3 eine konstant eingestellte Drosselöffnung 12. Durch Änderung Kixft des freien Durchflussquerschnitts durch die Blendenöffnung kann eine Anpassung an den Verlauf des Drehmoments des Verbrennungsmotors vorgenommen werden. Die Regelung bietet die Möglichkeit, den Verbrennungsmotor i vor Überlastung zu sichern, auch wenn ausser der Arbeitspumpe noch andere Aggregate vom Verbrennungsmotor angetrieben werden. Um dabei den Motor vor Überlastung zu schützen, mussten bisher die Drücke der Arbeitshydrauliken und Fahrhydraulik auf einen Summenregler wirken, der die beitspumpe entsprechend der an der Arbeitshydraulik benötig ten Leistung einschwenkt. Diese Art der Regelung ist wesent lich komplizierter als die oben beschriebene Einrichtung.

Um eine weitere Verbesserung der Anpassungsmöglichkeit der Steuerkurve an verschiedene DreMaomentenverläufe zu schaffen, ist eine weitere Ausführuag der Drossel vorteilhaft, wie sie in Fig. k dargestellt ist uM die gemäss dem Regelsehema nach Fig. 3 an'die Stellöllelttmg 2a angeschlossen ist.

Hierbei wird die von der Steuerpumpe 2 zugeführte Fördermenge über den Einlass 14 der Drossel 3 zugeführt. Sie er-

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ORIGINAL INSPECTED

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gibt vor der Blende 6 gemäss Pig. 4 einen bestimmten Staudruck. Die hinter der Blende 6 abfliessende Stellölmenge wird durch eine Düse 7 im Auslass 16 der Drossel 3 etwas gestaut. Dieser Stau wird über einen Verbindungskanal 17 im Gehäuse 10 der Drossel auf das kolbenartig ausgebildete hintere Ende der Düsennadel 13 geleitet. Die Düsennadel ist verschiebbar in einer zylindrischen Bohrung 8 im Gehäuse 10 geführt und durch den Druck einer Feder 9 beaufschlagt. Hinter der Düsennadel ergibt sich durch die Gehäusebohrung ein Druckraum, dessen wirksame Fläche mit F_Q in Fig. 4 bezeichnet ist. Durch günstige Auslegung der Feder 9, der Grosse der Fläche F_Q und der Düse 7 kann beispielsweise bei einer besonders flach verlaufenden Drehmomentenlinie eines Verbrennungsmotors eine steilere Steuerungskurve P . erreicht werden.

Patentansprüche:

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Claims

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Stahlwerke Brüninghaus GmbH

Westhofen / Westf.
Hagenerstrasse 4

Patentansprüche

Hydraulische Regelung für durch einen Verbrennungsmotor angetriebene hydrostatische Einheiten mit stufenlos veränderbarem Hubvolumen, mit einer von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Steuerpumpe, durch deren Stellöldruck mittels eines hydraulischen Stellmotors das Hubvolumen veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an die Stellölleitung ( 2a) eine den Stellöldruck im Falle einer überlastung in Abhängigkeit von der Fördermenge der Steuerpumpe (2) beeinflussende Drossel (3) angeschlossen ist.

2. Hydraulische Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel ( 3) aus einer in einem Gehäuse (10) angeordneten Blende (11, 6) und einer die Blendenöffnung (12) verkleinernden einstellbaren Düsennadel (13) besteht, wobei das Gehäuse (Io) vor der Blende (11, 6) ein an die Stellölleitung (2a) anschliessbaren Einlass (14) und Auslass (15) und hinter der Blende (11,6) einen weiteren Auslass (16) besitzt«

3. Hydraulische Regelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (16) hinter dar Blende eine

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ORIGINAL INSPECTED

ίο -

Drosselstelle (7) zur Herstellung eines Staudrucks aufweist, und dass die Düsennadel (13) im Gehäuse (10) verschiebbar ist und an ihrem hinteren Ende mit einer von dem Staudruck beaufschlagbaren Fläche (F₀) versehen ist.

4. Hydraulische Regelung nach Anspruch 3 a dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (13) gegen die Wirkung einer Feder (9) verschiebbar ist.

109817/0667 original inspected

Leers e ι te