DE2601226A1

DE2601226A1 - Vorrichtung zum verstellen eines hydrostaten

Info

Publication number: DE2601226A1
Application number: DE19762601226
Authority: DE
Inventors: Karlmann Hamma; Willy Holdenried
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1976-01-14
Filing date: 1976-01-14
Publication date: 1977-07-21
Also published as: DE2601226C3; IT1077948B; US4075841A; FR2338426B1; GB1568718A; FR2338426A1; DE2601226B2

Description

ZJEIiEABFABRIK FHIEBRICB SHAFM Alrtlengesellsehaft FrI edrichsha fen

Vorrichtung zöm Yerstellen eines Hydros tat en

BIe Erfindung betrifft elBe Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1c

BIe derzeit bekannten Yerstellvorrlehtüngen für Hydrostat θβ haben den Nachteil, daß sie den Reversiervorgang, wie er z. B. für Arbeit β fahr zeuge gefordert wird, nicht optimal lösen. Die optimale lösung ergibt eine dem Fahrzustaud und der Fahrzeugbelastung angepaßte weiche Yerzögeriing und eine nach DorehlaEif en des Stlllstaudberelches rasch elBsetzeiide Beschleunigung. Diese Forderung Ist insbesondere für in AMcord betriebene Flörförderfatirzeage und Baumaschinen wichtig, da dort YollbremsuBgen beim Reversieren besonders störend und ■a. U. gefährlich sind. Der Gabelstapler verliert seine last, sie ratscht über die Gabel, der Radlader entleert seine Schaufel.

Die Erfindung geht aas von einem hydrostatischen Fahrantrieb» wie er beispielsweise in dem Aufsatz "Auslegung hydrostatischer Fahrantriebe fiir Arbeitsmaschinen" von

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» (grad) P.S. Glaser und. Dr.-Ing. H. Mikolaus in der Zeitschrift "ölhydraulik «aiii pneumatik" 1973, Hr. 3 und zwar in Abb. 22 beschrieben wird. In dem. in Bild 22 dargestellten Schaltplan für ein hydrostatisches Setriebe erfolgt die Verstellung einer Hydrostatpumpe automativ d. h. bei Betätigung des Gaspedals erfolgt die Auslenkung der Verstellpumpe drehzahlabhängig über den Steuerdruck einer mit dem Antriebsmotor (z. B. Verbrennungskraftmaschine) gekoppelten Steuerpumpe. Ober ein als federzentriertes 3/4 Wegeventil ausgebildetes Umsteuerten til 2 wird der ReTer siervor gang in Abhängigkeit vom· Schalten des tlmsteuerventiles eingeleitet. In Abhängigkeit von dem durch das Umsteuerventil erzeugte Bruekrichtungswechsel in eineai Verstellzylinder wird ein Verstellkolben in seine andere Endlage verschoben. Um zu hohe Rückstellgeschwindigkeiten und damit zu abrupte Verzögerungen zu vermeiden, sind in die Einleitungen zum Verstell zylinder Drosseln angeordnet. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß beim Reversieren der Gabelstapler seine Last nicht mehr verliert bzw. daß die Last auf der Gabel nicht mehr verrutscht. Diese bekannte Anordnung hat jedoch ü.en Fachteil, daß beim Beschleunigen nicht die maximal mögliche Beschleunigung des Hydrostaten erreicht werdenkann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Verstellvorrichtung derart zu verbessern, daß während des Reversierungsvorganges durch die mögliche Verzögerung ein Abwerfen oder

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Verrutschen der Last vermieden wird, während für eine Beschleunigung die volle Leistung des Motors zur Verfugung stehen soll. Dabei soll ein zusätzliches mechanisches Stellglied derart gestaltet sein, daß der Fahrer jederzeit in den Verstellmechanismus eingreifen kann, so daß eine feinstmögliche Dosierbarkeit im Nullagenbereich der Hydrostatpumpenverstellung möglich wird. Die Verstellvorrichtung kann sowohl hydraulisch, elektrisch oder pneumatisch konzipiert sein.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ausgehend von einer hydraulischen Lösung kann die Aufgabe beispielsweise durch das Zusammenspiel folgender drei Paktoren gelöst werden: Eine Bohrung im hydraulischen Stellglied z. B. im Stellkolben verbindet nach Auslenkung des Stellkolbens aus der Nullage den jeweils nicht vom Steuerdruck beaufschlagten Teil des Zylinders mit dem Ölrücklauf. Diese Verbindung bleibt auch dann bestehen, wenn das Umsteuerventil zur Umkehr der Fahrtrichtung umgeschaltet wird und dieser Teil des Zylinders mit der an sich druckführenden Leitung verbunden ist. Da der Verstelldruck am Verstellkolben erst dann wieder wirksam ist, wenn die Bohrung bei Erreichen der Nullage geschlossen wird, erfolgt dieser Teil der Umsteuerung nur durch die Rückstellkraft einer Feder. Die in dem gemeinsamen Ablauf der beiden Stellzylinder zwischen

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Umsteuerventil und Rücklauf angeordnete Drossel kann verstellbar sein, so daß für einen "bestimmten Fahr- und Belastungszustand ein gewünschter Verzögerungswert (■Verstellgeschwindigkeit) eingestellt werden kann. Durch die Anordnung der Drossel an dieser Stelle wird erreicht, daß die Druckbeaufschlagung beim Beschleunigen sowie der Druckabbau durch. Entleeren beim normalen Bremsvorgang ohne Verzögerung erfolgt. Um bei einem erforderlichen Eingriff in den Verstellmechanismus, insbesondere im Nullagen-Bereich, d« h.. im Bereich der Kriechgeschwindigkeiten, zu einer feinen Dosierbarkeit der Pumpenverstellung zu gelangen, war es erforderlich, in diesem Bereich gleichgroßen Pedalauslenkungen ständig kleiner v/erdende Auslenkungen des Verstellgestänges zuzuordnen. Diese Forderung wird von einem mechanischen Stellglied erfüllt, das nach dem an sicli bekannten Kniehebelprinzip arbeitet, wonach, mit zunehmendem Beugungswinkel des gegen seine gestreckte Endlage gehenden Kniehebels die zurückgelegten Waagerecbt-Strecken gleicher Winkelabschnitte ständig abnehmen.

Fach einem Merkmal der Erfindung kann die Bohrung in Bezug auf den Ventilkolben eine positive Überdeckung aufweisen. Diese kann je nach, der gewünschten Stell- bzw. Fahrcharakteristik gleich oder ungleich, sein.

Auch,die Anordnung und Ausbildung der Steuerkanten kann variiert werden. So ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung möglich, die Bohrung im Stellkolbenzylinder selbst

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anzuordnen und den Stellkolben mit einem in Bezug auf seine Fullage und die Lage der Bohrung festgelegten Einstich, zu versehen, dessen Bund mit der Bohrung Steuerkanten bildet.

Die Anordnung der Bohrung kann auch parallel zu Stellkolben und Zylinder vorgenommen v/erden. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es beispielsweise möglich, die Bohrung im Stellkolben in einem Drehschieber vorzunehmen. Die Verstellung des Drehschiebers erfolgt über ein mit dem drehbaren Verteilerstück des Schiebers drehfest verbundenen Gestänges das in eine entsprechende Ausnehmung des Stellkolbens eingreift, so daß der Drehschieber praktisch von dort in Abhängigkeit von den Stellbewegungen gesteuert wird.

Die Erfindung sei anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen leistungsregler und ein nach der Erfindung eingebautes hydraulisches und mechanisches Stellglied, sowie die zugehörige Beschaltung;

Fig. 2 die Verstellung des hydraulischen Stellgliedes beim Beschleunigen, z. B. eines Gabelstaplers;

Fig. 3 die Verstellung beim Umkehren der Fahrt- bzw. Drehrichtung;

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Fig. 4 das mechanische Stellglied in der Stellung "gebremst"

Pig. 5 das mechanische Stellglied in der Stellung "ungebremst"

Fig. 6 einen Schnitt durch ein anderes hydraulisches Stellglied ohne Ven tilkoIben

Fig. 7 einen Schnitt durch ein weiteres hydraulisches Stellglied ohne Yentilkolben mit im Steuergehäuse angeordnetem Drehschieberventil.

In Fig. 1 ist die Verstellvorrichtung eines Hydrostaten mit kombiniertem hydraulischen und mechanismen Stellglied dargestellt. Das hydraulische Stellglied 1 besteht aus einem Stellkolben 4, der in einem Zylinder 17 des Reglers 3 axial verschiebbar angeordnet ist und der mit einer in der Kolbenmitte liegenden Radialnut 18 in das zu einer Druckwaage des Reglers 3 gehörende Gestänge 8 eingreift. Durch zwei gegenüberliegende Federn 6a und 6b die auf mit Bohrungen versehenen Federhülsen 4a, 4b geführt sind und auf den rechten und linken Kolbenboden des als Doppelkolben ausgebildeten Stellkolbens 4 einwirken, wird dieser in der Fullage zentriert. Zwei gegenüberliegende gehäusefeste Anschläge 5a, 5b dienen dazu, einen in einer zentralen Bohrung 25 des Stellkolbens geführten Ventilkolben 7 in der den Stellkolben 4 entsprechenden

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Nullage zu zentrieren und festzulegen. Der Ventilkolben 7 ist in Bezug auf den Stellkolben 4 so angeordnet, daß durch eine in der Mitte des Stellkolbens 4 angeordnete Bohrung 21 je nach Auslenkung des Stellkolbens 4 über die Steuerkanten 23a und 23b des Ventilkolbens 7 und 21a und 21b des Stellkolbens 4 ein mehr oder weniger großer Öffnungsquerschnitt von einem der Druckräume 20a oder 20b zum Ölrticklauf 16 freigegeben wird. Die gegenüberliegenden Druckräume 20a, 20b des Zylinders 17 sind über Leitungen 30a, und30b mit einem Umsteuerventil 11 verbunden, über das die Leitungen 30a und 30b mit der Steuerpumpe 13 oder über eine Rücklaufleitung 30c mit dem Ölrücklauf 16 verbunden werden können. In der Rücklaufleitung 30c ist eine Drossel 15 angeordnet, die verstellbar sein kann.

Das mechanische Stellglied 2 besteht aus einem von dem Stellhebel 41 und dem Pedal 40 gebildeten Kniehebel. Der Stellhebel 41 ist über eine Lasche 42 mit der Geradführung verbunden, wobei an die Lasche 42 ein Schieberpaar 45a und 45b angelenkt ist, das Führungen 46a und 46b aufweist, in die entsprechende Pührungsstücke 26a und 26b des Reglergestänges eingreifen. Das Stellglied 2 ist so angeordnet, daß eine durch die Geradführung 48 und den Gelenkpunkt des Lagers 43 gelegte Gerade auf dem Gestänge 8 der Druckwaage senkrecht steht, wenn sich dieses gerade in !!"ullage befindet.

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Die in den Figuren 6 und 7 gezeigten Ausftihrungsfornien eines hydraulischen Stellgliedes unterscheiden sich von der bereits "beschriebenen dadurch, daß der Yentilkolben 7 entfällt. Durch eine in Figur 6 dargestellte andersartige Ausgestaltung des Stellkolbens 4 werden die Druckräume 20a oder 20b über im Steuergehäuse 17 angeordneten Ringnuten 50a, 50b mit dem Ölrücklauf 16 verbunden. Bei der in Figur 7 dargestellten Ausführungcform werden die Druckräume 20a oder 20b über einen getrennt vom Stellkolben 4 angeordneten, Jedoch, von diesem gesteuerten Drehschieber 62 mit Steuerleitungen verbunden.

In Fig. 6 und 7 sind in Bezug auf Fig. 1 gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die in Fig. 1 den Steuerkanten 21a, 21b und 23a, 23b entsprechenden Steuerkanten sind in Fig. 6 mit 52a, 52b und 53a, 53b und in Fig. mit 60a, 60b und 63a, 63b bezeichnet worden. Die Bohrungen 51a, 51b in Fig. 6 und 61a, 61b in Fig. 7 entsprechen der Bohrung 21 in Fig. 1.

Nachfolgend wird die Umsteuerung des hydrostatischen Antriebes an einem Ausführungsbeispiel mit hydraulischem und mechanischem Stellglied entsprechend der Darstellung in Fig. 1 bis 5 beschrieben.

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Ausgehend vom stillstehenden Fahrzeug befindet sich das Unisteuerventil 11 in der Stellung N. In den Druckräumen 20a und 20b stellen sich, da beide mit der Steuerpumpe 13 verbunden sind, gleiche Drücke ein, die sich gegenseitig aufheben. Der Stellkolben 4 wird nicht ausgelenkt. Wenn das Fahrzeug vorwärts beschleunigt werden soll, so muß das Unisteuerventil 11 in der Stellung F sein. Die Steuerpumpe 13 ist in dieser Stellung - siehe Fig. 2 - nur mit dem Druckraum 20a des Stellzylinders 17 verbunden, während der gegenüberliegende Druckraum 20b mit dein Rücklauf 16 verbunden ist. Mit zunehmender Drehzahl einer nicht dargestellten Antriebsmaschine steigt die Drehzahl der Steuerpumpe 13 und damit der Druck in dem Druckraum 20a. Der Stellkolben 4 wird nach links ausgelenkt. Hierbei gibt die Bohrung 21 für den Druckraum 20b, der über die Leitung 30b und die Drossel bereits mit dem Rücklauf 16 in Verbindung steht, einen weiteren Weg zum Rücklauf 16 frei. Die Stellgeschwindigkeit des Kolbens 4 nimmt weiter zu.

Wird aus der Vorwärtsfahrt heraus die Fahrtrichtung umgekehrt, so wird das Umsteuerventil 11 in die Position R gebracht. Die Leitung 30b und Druckraum 20b sind jetzt mit der Steuerpumpe verbunden und werden druckführend. In der Stellung R des Umsteuerventils 11 ist der Druckraum 20a über Leitung 30b und Drossel 15 mit dem Rücklauf 16 verbunden. Nach der Erfindung kann sich im Druckraum 20b jedoch kein Druck aufbauen, da der Zylinderraum 20b über die Bohrung

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mit dem Rücklauf 16 in Verbindung bleibt. Wenn der Stellkolben die Nullage durchläuft, wobei die Rückstellung des Stellkolbens 4-auch gegen die Drossel 15- durch die Federkraft erfolgt, da ein Druck in dem Druckraum 20b wegen der geöffneten Bohrung 21 nicht entstehen kann. Es wird somit mit einfachsten Mitteln eine gedämpfte Rückstellung des Hydro stat en und zwar bis in die Kullage erreicht. Fach Türreichen bzw. Überschreiten der Fullage wird die Verbindung des Druckraumes 20a mit dem Rücklauf 16 über die Bohrung 21 mittels de3 Ventilkolbens 7 unterbrochen, so daß sich jetzt in dem Raum 20a Druck aufbauen kann und der Stellkolben 4 jetzt in Abhängigkeit von dem Druck im Raum 20a verstellt wird, wie es bei Fig. 2 beschrieben ist.

In Gefahrensituationen kann dieser Vorgang durch das mechanische Stellglied 2 übersteuert werden. Die Funktion dieses Stellgliedes beruht darauf, daß manuell in das vom Stellkolben 4 kommende Reglergestänge 8 eingegriffen wird und das Reglergestänge hierdurch manuell gegen die Kräfte des-Stellkolbens 4 und die Kräfte eines nicht dargestellten auf das Regelgestänge 8 einwirkenden Reglerkolben verstellt wird. Die Beeinflussung des Reglergestänges 8 erfolgt dabei über eine Kniehebel-Mechanik, die derart ausgebildet ist, daß bei an sich gleichen Pedalauslenkungen im Bereich der ITullage kleiner werdende Verstellwege erzeugt v/erden, so daß in diesem wichtigen Fahr- und Arbeitsbereich eine besonders feinfühlige Steuerung des Hydrostaten möglich ist.

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Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die beispielsweise dargestellte hydraulische Ausführungsform, sondern kann im Rahme des Erfind ungsge·- dankens auch auf eine funktionsgleiche elektrische oder auch pneumatische Ausführung übertragen werden.

8. 1. 1976

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Claims

Patentansprüche

1. J Hydrostatischer Antrieb, vorzugsweise Fahrantrieb, bestehend aus Hydroverstellpumpe, Hydromotor, den für einen geschlossenen Kreislauf erforderlichen Nebenaggregaten, wie Füllpumpe, Einspeiseventilen, Druckbegrenzungsventilen und einer Steuereinrichtung für automotive Ansteuerung der Hydroverstellpumpe mittels kraftmaschinen-drehzahlabhängiger oder gaspedal-stellungsabhängiger Verstellkraft, sowie einer dieser entgegenwirkender Rückstellkraft, einer Bremseinrichtung, durch die die wirksame Verstellkraft reduziert wird und einer ■Umsteuereinrichtung zur Umkehrung der Wirkungsrichtung der Verstellkraft an der Hydroverstellpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß nach Umsteuern des Fahrtrichtungsschalters (11) die Rückstellung der Verstellpumpe (12a). nur über eine Feder (6a, bzw.6b) erfolgt und diese Rückstellbewegung durch ein Dämpfungsglied (15) beeinflußt wird und nach Durchfahren der Nullstellung der Verstellpumpe (12a) die Stelleinrichtag der Pumpe von einem von der Eingangsdrehzahl der Verstellpumpe abhängigen Signal beaufschlagt wird und das Dämpfungsglied (15) abgeschaltet ist.

2. Hydrostatischer Antriebjnach Anspnch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellbewegung unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit bzw. Motordrehzahl in Abhängigkeit von einer Feder (Luftfeder, pneumatische, mechanischejhydraulische Feder) erfolgt.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Abhängigkeit von der <■ Feder erfolgende Rückstellbev/egung des Stellkolbens durch eine unabhängige, von Außen in die Verstellvorrichtung eingreifende Yerstellkraft beschleunigt ist.

4. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen zwei Reglerfedern (6a, 6b) nullagenzentrierter Stellkolben (4) mit zwei Kolbenhälften auf einem konzentrisch zu dem Stellkolben (4) liegenden und zwischen zwei Anschlägen (5a, 5b) gehäusefest justierte Ventilkolben (7) verschiebbar angeordnet ist und zwischen den beiden Kolbenhälften eine radiale Bohrung (21 ) vorgesehen ist, die mit der zentralen Bohrung (25) des Stellkolbens (4) in Verbindung steht, wobei der Stellkolben (4) in seiner Nullage die Bohrung (21) mittels seines zylindrischen Kolbenteils (19) des Ventilkolbens (7) sperrt und je nach Lage des Stellkolbens (4) Steuerkanten (21a, 21b) der Bohrung (21) und Steuerkanten (23a, 23b) derart zusammenwriken, daß je nach Schaltung des Umsteuerventils (11) der rechte Druckraum (20a bei Stellung I) oder linke Druckraum (20b bei Stellung R) des Verstellzylinders (17) mit drehzahlabhängigem Steuerdruck beaufschlagt wird und der gegenüberliegende Druckraum nach Anschneiden der Steuerkante unmittelbar über die Bohrung (21) entspannt wird, während nach dem Umschalten des Umsteuerventils (11) der mit der Steuerpumpe (13) verbundene Druckraum

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unmittelbar über die Bohrung (21) entlastet ist, und der Stellkolben (4) allein durch die Federn (6a, bzw.6b) und nach Durchlaufen seiner Nullage in Abhängigkeit von dem Steuerdruck verschoben wird, wobei die Yerstellgeschwindigkeit bis in die Nullage durch eine in der gemeinsamen Rücklaufleitung (3Oa) beider Druckräume (20a, 2Ob) angeordnete als Dämpfungsglied wirkende Drossel (15) einstellbar ist.

5. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von Bohrung (21) und Ventilkolben (7) gebildete Überdeckung (s , s^) gleich bzw. ungleich groß und positiv ist.

6. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von Bohrung (21) und Yentilkolben (7) gebildete Überdeckung (s , sO negativ ist.

7» Hydrostatischer -Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten (52a, 52b und 53a, 53b) durch den verschiebbaren Kolben (4) und in dem Gehäuse (17) angebrachten Ringnuten (50a, 50b) gebildet werden (Pig. 6).

8 . Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten (60a, 60b und 63a, 63b) durch den mit dem verschiebbaren Kolben (4) synchron drehendes Drehschieberventil (62) mit Steuerbohrungen (64) in der Nabe 62) und den gehäusefesten Bohrungen (61a, 61b) gebildet

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9. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische wirkende Stelleinrichtung zum Bremsen als Kniehebel ausgebildet ist, dessen Bewegungsrichtung beim Bremsvorgang unabhängig von der zu einer beliebigen Drehrichtung der Verstellpumpe des Hydrostaten gehörigen Bewegungsrichtung der Verstellvorrichtung stets in Richtung auf die Kullage erfolgt.

10. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die auf ein in einer Ringnut (18) des Verstellkolbens (4) eingreifende Gestänge (8) einwirkende mechanische Stelleinrichtung aus einer kniehebelartigen Anordnung eines Stellhebels (41) und einem Pedal (AO) besteht, die über eine in einer Geradführung (48) geführten und mit einem Schieberpaar (45a, 45b) verbundene lasche (42) auf das Gestänge (8) einwirkt und derart angeordnet ist, daß der gemeinsame Anlenkpunkt von Lasche (42) und Schieberpaar (45a, 45b) sich auf einer geradlinigen Bahn bewegt, die senkrecht zur Verstellkolbenachse steht und bei der der Winkel zwischen Stellhebel und Stoßstange in Anschlagstellung ein stumpfer Winkel mit wenigstens 175° und maximal mit 180° ist.

8. 1. 1976

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