DE2305086A1

DE2305086A1 - Statisches fluessigkeitsgetriebe

Info

Publication number: DE2305086A1
Application number: DE2305086A
Authority: DE
Inventors: Ii William John Martin; Donald Jerome West
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1972-02-03
Filing date: 1973-02-02
Publication date: 1973-08-09
Also published as: AU463815B2; DE2305086C3; US3747350A; DE2305086B2; GB1418793A; JPS5312670B2; CA979784A; AU5099773A; FR2170701A5; JPS4887273A; IT976954B

Description

Sperry Rand Corporation
Troy (Michigan) USA

Statisches Flüssigkeitsgetriebe

Bei der Anwendung von statischen Flüssigkeitsgetrieben bei Belastungen hoher Massenträgheit und Handbedienung ist es wünschenswert, daß die Bedienung durch Veränderung des an die Belastung angelegten Moments erfolgt, ansteile durch Veränderung der Geschwindigkeit, wie dies bei anderen Flüssigkeitsgetrieben üblicherweise der Fall ist. So ist z.B. die Vorrichtung zur Bewegung einer Ladeschaufel typisch für die Belastung, die am günstigsten durch die Veränderung des Moments und nicht durch die Veränderung der Geschwindigkeit gesteuert wird. Dabei ist es natürlich notwendig, daß mit einem solchen Getriebe auch ein Rückwärtsmoment zur Bremswirkung sowie die Möglichkeit eines Schiebens der Last oder die Überwindung der bei einer gleichförmigen Lösebewegung als Hemmnis auftretenden Reibung gegeben sein muß.

Die bislang für derartige Zwecke üblichen Steuer- und Antriebsanlagen sehen gewöhnlich die Verwendung einer veränderlichen Verdrängerpumpe sowie eine zugehörige, verhältnismäßig

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komplexe Steueranlage vor. Hydraulische Anlagen, die zur Steuerung des Hydromotors eines Wegeventils bedürfen, konnten bisher nicht ohne weiteres für Anlagen Verwendung finden, die zur Veränderung des Moments dienen. Vorgeschlagene Lösungen sahen entweder eine Begrenzung auf verhältnismäßig niedrige Leistungen vor, falls Einfachheit und geringe Kosten gefordert wurden; oder aber die Bedienungssteuerung für das Wegeventil fielen bei stärkeren Antrieben verhältnismäßig komplex und kostspielig aus.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, ein verbessertes statisches Flüssigkeitsgetriebe vorzusehen, mit einem Wegeventil zwischen einer Verdrängerpumpe und einem Hydromotor und einem vorgesteuerten Druckminderventil, bei dem die über das an den Hydromotor angelegte Moment ausgeübte Handbedienung mit Hilfe eines einfachen, verläßlichen und wenig kostspieligen Vorsteuermechanismus ausgeübt werden kann, der gleichzeitig den an das Wegeventil und das Druckminderventil angelegten Vorsteuerdruck verändert.

Dies wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß ein statisches Flüssigkeitsgetriebe mit einer Verdrängerpumpe, einem Hydromotor, einem vorgesteuerten Druckminder-

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ventil und einem Wegeventil mit Steuerschieber vorgesehen wird, wobei zwei Steuerkolben den Steuerschieber aus der Nullrichtung in die eine oder andere Richtung bewegen, sowie Federn zur Vorspannung der Steuerkolben in Abhängigkeit von dem an die Steuerkolben angelegten Druck vorgesehen sind, ständig geöffnete, verengte Steuerwege von der Verdrängerpumpe zu jedem der beiden Steuerkolben, getrennte Abläufe für jeden Steuerkolben, und eine Dreifachdrehsteuerung zur wahlweisen Öffnung einer der beiden Abläufe und gleichzeitigen, jeweilig erforderlichen Erhöhung des Vorsteuerdrucks für eines der Druckminderventile und einen der Steuerkolben.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines hydraulischen Kreislaufs einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; ¹ Fig. 2 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1, wobei

jedoch die Teile eine andere Lage einnehmen; Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt durch einen Teil des Wegeventils aus Fig. 1·

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Der Kreislauf nach Fig. 1 umfaßt eine Druckquelle, z. B. eine Verdrängerpumpe 10 mit gleichbleibender Fördermenge und Drehrichtung, die über eine Triebleitung 12 mit einem Wegeventil 14 verbunden ist. Dieses Wegeventil besteht aus einem Schiebergehäuse 16 und einem Steuerschieber 18, dessen Form der in Fahrlagern für Grab- und Ladearbeiten üblichen entsprechen kann. Das Schiebergehäuse ist mit einem Triebanschluß 20 versehen, dem benachbart die üblichen Pumpenüberströmbohrungen 22 liegen, über die andere Ventile aus derselben Druckquelle versorgt werden. Die Hydromotor-Anschlußbohrungen 24 werden beidseitig von den Zuflußbohrungen 26 und den Abflußbohrungen 28 an beiden Enden des Ventils eingefaßt. Ein Hydromotor 30 ist über die Hydromotor-AnscMußbohrungen wie üblich parallel geschlossen. Die bisher beschriebenen Teile können von üblicher Konstruktion sein.

Ein vorgesteuertes Druckminderventil 32, das entweder getrennt oder im Schiebergehäuse 16 angebracht sein kann, ist mit einem T-Stück an die Triebleitung 12 angeschlossen, und besitzt bei Öffnung einen Abfluß durch die Ablaufleitung 34. Das Drückminderventil 32 ist vorgesteuert, wobei eine schwache Feder 36 zusammen mit dem Druck in einer Vorsteuerkammer 38 dem an die Vorsteuerkammer angelegten Druck der Trieb-

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leitung Widerstand entgegensetzt. Die Vorsteuerkammer 38 erhält Druckmittel durch eine Drossel 42; der Druck in der Vorsteuerkammer 38 wird durch ein Vorsteuer-Druckminderventil 44 begrenzt. Öffnet dieses Yorsteuer-Druckminderventil und Druckmittel tritt durch die Ablauf leitung 34 mit einem größeren Durchsatz auf als durch die Drossel 42 zugeführt wird, dann öffnet sich das Hauptdruckmittelventil und regelt so den Druck in der Triebleitung 12, wie dem Fachmann bekannt. Das Vorsteuer-Druckminderventil 44 dient also als Druckbe-r grenzungsventil des Maximaldrucks für die gesamte Anlage.

Zum Zwecke einer Veränderung der Stellung des Haupt-Steuerschiebers 18 ist dieser beiendig mit einer identischen, druckabhängigen Vor steuerung versehen, die in Fig. 3 vergrößert dargestellt ist. Sie besteht aus einem Vorsteuergehäuse 46 mit einer kleineren Bohrung 48, in der das dünnere Endstück des Steuerschiebers 18 leitet, sowie eine größere Bohrung 50, in

r -der ein Steuerkolben 5$ gleitet, der mit einer Zylinderschraube 54 an dem Steuerschieber 18 befestigt ist. Die rechte Seite" des Steuerkolbens 52 und die Zylinderschraube 54 haben zusammen eine Fläche, die gleich der Fläche der größeren Bohrung 50 ist. Die Zylinderschraube 54 ist mit einer mittigen, durchgehenden und mit einer Verengung 56 ausgestatteten Bohrung·

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versehen, Die Zylinderschraube 54 dient außerdem als Halterung für ein federbelastetes Rückschlagventil 58, durch das im Normalfall die durch den ganzen Steuerschieber 18 hindurchgehende und zum Triebanschluß 20 geöffnete Mittelbohrung verschlossen wird.

Das rechte äußere Ende des Steuerkolbens 52 ist auf seinem ganzen Durchmesser den in einer Endkammer 62 herrschenden Druck ausgesetzt; die Endkammer 62 wird durch einen Stopfen 64 verschlossen; in ihr sitzt eine Vorspannfeder 66, die sich der Bewegung des Hauptsteuer Schiebers nach rechts in der Fig. 3 widersetzt, wenn auf diesen der Druck, der in der Endkammer 62 am anderen Ende des Wegeventils herrscht, ausgeübt wird. Die Kennlinie der Vorspannfeder 66 ist so gewählt, daß bei einer Bewegun-g von Mindest- und Höchstdruck der Druck in der entgegengesetzten Endkammer 62 ebenfalls von dem Mindest- auf den Höchstwert des Vorsteuerdrucks in der Vorsteuerkammer 38 des Druckminderventils 32 steigt. Die Höhe dieses Drucks ist in jedem Moment nur unwesentlich kleiner als der Betriebsdruck in der Haupttriebleitung 12.

Das Wegeventil 14 und das Vorsteuergehäuse 46 sind mit einer gemeinsamen Bohrung 67 versehen, die die Verbindung zwischen der entsprechenden Hydromotor-Anschlußbohrung 24 und einem

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Bremsraum 68 links vom Steuerkolben herstellt. Die betreffende Kreisfläche des Steuerkolbens dient als Bremskolben, der dem Auslaßdruck des Hydromotors ausgesetzt ist, wenn der Hydromotor durch Trägheitskräfte oder Schwerkraft als Pumpe augetrieben wird und der Hauptsteuerschieber 18 in F ig. irgendeine Lage rechts von der dargestellten mittleren Position einnimmt. Das Vorsteuergehäuse 46 ist außerdem mit einem Verbindungsanschluß 70 versehen, der nur dann geöffnet ist, wenn der, Hauptsteuerschieber 18 links von der in Fig. 3 dargestellten mittleren Position liegt. Die zum Vorsteuergehäuse 46 gehörenden, in Fig. 3 dargestellten Teile sind, wie aus Fig. 1 ersichtlich, genauso am entgegengesetzten Ende des Wegeventils vorhanden.

Über eine Dreifach-Drehsteuerung 72 kann die Handbedienung gleichzeitig auf das Wegeventil 14 und das Druckminderventil 32 ausgeübt werden. Dazu gehört ein Steuergehäuse 74 mit einem Vorsteuer-Druckminderventil 76 und zwei entsperrbaren Rückschlagventilen 78 und 80. Das Rückschlagventil 80 ist über die Druckbegrenzungsleitungen 82 und 84 mit der linken und rechten Seite des Wegeventils 14 über die Verschlußstopfen 64 verbunden. Werden entweder das Rückschlagventil 78 oder das Rückschlagventil 80 geöffnet, dann erfolgt über sie Abfluß aus der entsprechenden Endkammer 62 in eine Nockenkammer 86 im Steuer-

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gehäuse 74, das mit einer Ablaufleitung 88 in Verbindung steht. Rückschlagventile 90 verbinden die Druckbegrenzungsleitungen 82 und 84 mit dem Vorsteuer-Druckminderventil 76. In gleicher Weise sind das vorgesteuerte Rückschlagventil 92 und die Druckminderleitung 94 mit dem Vorsteuer-Druckminderventil 76 zur Aufnahme von Druckmittel aus der Vorsteuerkammer 38 des vorgesteuerten Hauptdruckminderventils 32 verbunden. Daher kann der Druck in den Druckbegrenzungsleitungen 82 und 84 und in der Druckminderleitung 94 niemals über das Niveau steigen, das durch das Vorsteuer-Druckminderventil 76 festgelegt wird. Dieses Niveau kann mit Hilfe der Vorsteuerfeder 96 voa Hand eingestellt werden.

Zum Zweck der Steuerung der entsperrbaren Rückschlagventile 78 und 80 sowie der Vorsteuerfeder 96 ist ein von Hand zu betätigender Drehnocken 98 vorgesehen, der in der Nockenkammer 86 sitzt und mit einem (nicht dargestellten) Bedienungshandgriff verbunden ist. Der Drehnocken 98 ist mit einem Einschnitt 100 versehen, dessen beiden, von der Mitte ausgehenden Seiten eine ansteigende Nockenbahn bilden, über die die Vorsteuerfeder 96 veränderlich zusammengedrückt werden kann, wenn der Drehnocken aus seiner Mittelposition in die eine oder andere Richtung bewegt wird. Außerdem ist der Drehnocken 98 mit einem weiteren

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von Nockenbannen 102 und 104 versehen, die zur mehr ruckweisen Öffnung der entsperrbaren Rückschlagventile 78 und 80 dienen, wenn der Drehnocken aus seiner Mittelposition die eine oder andere Richtung gedreht wird.

Bei laufender Verdrängerpumpe und Wegeventil 14 in der in Fig. 1 dargestellten Mittelstellung fließt das von der Pumpe kommände Druckmittel über den Bypaßtriebanschluß 20 und Pumpenüberströmbobrung 23 ab, während der Hydromotor 30 hydraulisch gesperrt ist, da der Steuerschieber 18 beide Hydromotor-Anschlußbohrungen 24 versperrt. Unter diesen Bedingungen liegt der Drehnocken 98 in der dargestellten Mittelstellung unf das Vorsteuer-Druckminderventil 76 hält nur einen sehr geringen Druck in der Vorsteuerkammer 38 des Druckminderventils 32 aufrecht, wodurch das von der Verdrängerpumpe 10 gelieferte Druckmittel über den Bypaß zur Ablaufleitung 34 bei verhältnismäßig geringem Druck in der Triebleitung 12 gelangen kann.

Soll ein Antriebsmoment an den Hydromotor 30 angelegt werden, wird der Drehnocken 98 gedreht, z. B. entgegen dem Uhrzeigersinn und dadurch die in Fig. 2 dargestellte Lage erzeugt.

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Damit wird das entsperrbare Rückschlagventil 78 geöffnet und Druckmittel kann aus der rechten Endkammer 62 frei austreten, die beständig mit einem schmalen Strom von Druckmittel aus der Mittelbohrung 60 über das Rückschlagventil und die Verengung in der Zylinderschraube versorgt wird. Lediglich die Vorspannfeder 66 wirkt dabei als Widerstand gegen die Bewegung des Steuerschiebers 18 nach links. Diese Bewegung wird durch Druckmittel hervorgerufen, das in die rechte Endkammer 62 über das Rückschlagventil und die Verengung eintritt. Das Druckniveau wird durch den Grad der Belastung der Vorsteuerfeder 96 des Vorsteuer-Druckminderventils 70 bestimmt. Dieses Ventil regelt sowohl den Druck in der Vorsteuerkammer 38 des Druckminderventils 32 wie auch den Druck in der Endkammer 62 auf der rechten Seite des Wegeventils 14, wobei diese beiden Drücke im wesentlichen gleich sind, wenn der geringfügige Druckabfall in den Leitungen und am Rückschlagventil unberücksichtigt bleibt. Der durch die Verdrängerpumpe 10 über die Triebleitung 12, die rechte Zuflußbohrung 26 und die rechte Hydromötor-Anschlußbohrung 24 an den Hydromotor angelegte Druck ist deshalb auf die Höhe begrenzt, die durch das Hauptdruckminderventil 32 bestimmt wird, das seinerseits wieder von den Druckverhältnissen im Vorsteuer-Druckminderventil 76 abhängig ist. Damit kann jedes Moment an die Belastung des Hydromotors

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angelegt werden, in dem der Drehnocken 98 in seiner Stellung verändert wird und entsprechend die Vorsteuerfeder 96 des Vorsteuer-Druckminderventils zusammenpreßt oder freigibt.

Zum Leerlauf des Motors nach einer Beschleunigung oder gleichförmigen Geschwindigkeit wird der Drehnocken 98 in seine Mittelstellung zurückgedreht. Dadurch kehrt jedoch der Steuerschieber 18 nicht in seine Mittelstellung zurück, so lange nämlich Trägheitkräfte oder Schwerkraft auf die Last wirken und der Hydromotor 30 als Pumpe angetrieben wird. Das Wegeventil bleibt also in seiner linken Stellung, die in Fig. 2 dargestellt ist, und zwar infolge des Druckanstiegs in der Ausgangsleitung des Hydromotors, der über die Verbindungsbohrung 67 auf die Bremsfläche des Steuerkolbens 42 einwirkt. Diesem Druck steht die Vorspannfeder 66 entgegen, da in der linken Endkammer 62 kein Druck herrscht. Die Feder 66 spannt den Steuerkolben 52 nach rechts vor, wodurch eine gewisse Verengung des Durchflusses zwischen der Hydromotor-Anschlußbohrung 24 und der Abflußbohrung 28 entsteht, so daß der Hydromotor leicht gebremst wird, bis er zum Stillstand kommt. Diese Druckminderung wird durch den Ausgangsdruck des Hydromotors automatisch geregelt, da der Ausgangdruck auf die Bremslcolbenfläche der Steuerkolbens 52 als Gegenkraft zur Vorspannfeder 66 wirkt,

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Soll ein Bremsmoment an die Last angelegt werden, nachdem sie wie beschrieben, sich im Leerlauf befand, oder wie dies unmittelbar nach einer Vorwärtsfahrt der Fall ist, dann wird der Drelmoekcn 98 aus seiner Mittelstellung im Uhrzeigersinn bewegt, wodurch die Feder des Vorsteuer-Druckminderventils 76 erneut zusammengedrückt wird und ein Druckanstieg in der linken Endkammer 62 auf die gesamte Fläche des Steuerkolbens 52 erfolgt. Damit wird der Steuerkolben stärker vorgespannt und eine höhere Druckminderung zwischen der Hydromotor-Anschlußbohrung 24 und der Abflußbohrung 28 erreicht, bis der Druck in der Verbindungsbohrung 67 so hoch ist, daß die zusätzliche Vorspannung ausgeglichen wird. Damit kann eine beliebige Brems-Druckminderung auf den leerlaufenden Motor ausgeübt werden.

Bei Bremsung ist es nicht notwendig, einen Antriebsdruck auf den Hydromotor auszuüben, sondern es genügt, einen genügenden Druck in der Triebleitung aufrecht zu erhalten, um die Hydromotor-Anschlußbohrung mit Druckmittel zu versorgen. Zu diesem Zweck wird, immer wenn der Steuerschieber 18 links von der in Fig. 2 dargestellten Mittellage sich befindet, der Verbradungeanschluß 70 auf der rechten Seite geöffnet, der die Vorsteuerkaramer 38 des Druckminderventils 32 mit der rechten End-

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kammer 62 verbindet. Der Abfluß aus der rechten Endkammer erfolgt über die Druckbegrenzungsleitung 8? und das entsperrbare Rückschlagventil 80, da ja der Drehnocken 98 in Uhrzeigerrichtimg gedreht wurde. Deshalb kann in der Vorsteuerkammer 38 nur ein unbedeutender Druckanstieg auftreten und das gesamte, nicht benötigte von der Pumpe gelieferte Druckmittel wird durch das Druckminderventil 32 in die Ablauf leitung 34 geleitet. Der Verbindungsanschluß 70 auf der linken Seite des Wegeventils 40 ist seinerseits durch den Steuerkolben 52 verschlossen, wodurch jeder gewünschte Druckanstieg in der linken Endkammer 62 durch Zusammendrücken der Vorsteuerfeder 96 des Vorsteuer-Druckminderventils 76 erzielt werden kann.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE . . .....

1Λ Statisches Flüssigkeitsgetriebe mit einer Verdrängerpumpe, einem Hydromotor, einem vorgesteuerten Druckminderventil und einem Wegeventil mit Steuerschieber, dadurch gekennzeichnet, daß

zwei Stcuerkolben zur Bewegung des Steuerschiebers aus der Nullstellung in die eine oder andere Richtung vorgesehen sind, sowie Federn zur Vorspannung der Steuerkolben in Abhängigkeit von den an die Steuer! jlben angelegten Druck, ständig geöffnete, verengte Steuerwege von der Verdrängerpumpe zu jedem der beiden Steuerkolben, getrennte Abläufe für jeden Steuerkolben, und eine Dreifach-Drehsteuerung zur wahlweisen Öffnung einer der beiden Abläufe und gleichzeitigen, jeweilig erforderlichen Erhöhung des Vorsteuerdrucks für eines der Druckminderventile und einen der Steuerkolben.

2, Ein Getriebe entsprechend Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die verengten Steuerwege durch den Steuerschieber des Wegeventils gebildet werden.

3. Getriebe entsprechend irgend einem der Ansprüche 3 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dreifach-Drehsteuerung

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vorgesehen ist, mit einem Drehnocken, zwei sich gegenüberliegenden Nockenbahnen am Drehnocken xmd einem Vorsteuerdruckniinderventil, das durch diese Nockenbahnen gesteuert wird, zwei davon getrennten Nockenbahnen am Drehnocken, sowie getrennten Rückschlagventilen, die jeweils durch eine der zuletztgenannten Nockenbabnen gesteuert werden.

4. Getriebe entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung für den Steuerschieber zur Erzeugung einer veränderlichen Drosselung für die vom Hydromotor rüekströmende Druckflüssigkeit vorgesehen ist, wenn der Hydromotor leei läuft, mit Bremskolben schmalerer Fläehe gegenüber den beiden Steuerkolben, und mit einer Bohrung zur \^rerbindung der Bremskolben mit der vom Hydromotor rückströmenden Druckflüssigkeit.

5, Getriebe entsprechend Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die veränderliche Drosselung oder die Verbindungsbohruiig geschlossen wird, wenn der zugehörige Steuerkolben durch Anlegen eines Vorsteuerdrucks bewegt wird.

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6. Getriebe entsprechend einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abfluß des von der Verdrängerpumpe gelieferten Druckmittels erfolgen kann, wenn der Steuerschieber von einem der Bremskolben gesteuert wird.

7. Getriebe entsprechend Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung der in Anspruch 6 genannten Wirkung zwei Leitungen vorgesehen sind, die das Druckminderventil mit dem jeweiligen Steuerkolben verbinden und die von jedem Steuerkolben so gesteuert werden, daß sie nur öffnen, wenn der Steuerkolben sich entgegen der Feder bewegt.

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