DE969121C

DE969121C - Anordnung zum Steuern stufenlos regelbarer hydrostatischer Pumpen, Fluessigkeitsmotoren oder -Getriebe

Info

Publication number: DE969121C
Application number: DEB24691A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Herbert Sick
Original assignee: Gebrueder Boehringer GmbH
Current assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Priority date: 1953-03-13
Filing date: 1953-03-13
Publication date: 1958-04-30

Description

Anordnung zum Steuern stufenlos regelbarer hydrostatischer Pumpen, Flüssigkeitsmotoren oder -Getriebe Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Steuern stufenlos regelbarer hydrostatischer Pumpen, Flüssigkeitsmotoren oder Getriebe, deren verstellbarer Teil seine Verstellung durch einen hydraulischen Verstärker erfährt, dessen Steuerglied durch ein Schaltelement bewegt wird. Der hydraulische Verstärker dient dem Zweck, die Verstellkräfte zu entwickeln, die mitunter beträchtliche Werte erreichen. Das Steuerglied des hydraulischen Verstärkers erfordert nur eine geringe Stellkraft. Das Schaltelement braucht daher keine große Kraft zu entwickeln und kann entsprechend leicht und klein ausgestaltet sein. Insbesondere läßt es sich daher unmittelbar durch ein Meßglied verstellen, das keine große Stellkraft aufzubringen vermag. Das Schaltelement muß indessen in der Lage sein, das Steuerglied in beiden Stellrichtungen zu bewegen. Um das in einfacher Weise erreichen zu können, wird erfindungsgemäß auf das Steuerglied des Verstärkers entweder infolge unvollständiger hydraulischer Entlastung dieses Steuergliedes oder durch eine Feder, die sich einerseits an dem hydraulisch angetriebenen Verstärkerglied und andererseits am Steuerglied des Verstärkers abstützt, ständig eine Kraft in Richtung auf das Schaltelement ausgeübt, die einen Kraftschluß zwischen diesem und dem Steuerglied herstellt.
Der Verstärker kann dabei in an sich bekannter Weise . aus einem hydraulischen Kolben und aus einem gleichachsig dazu beweglichen hydraulischen Steuerglied bestehen. Besondere Vorteile bietet die Erfindung in Anwendung auf eine Anordnung zum Steuern stufenlos regelbarer Getriebe, deren Pumpenteil und Motorteil ihre Verstellung durch ein gemeinsames Schaltelement erfahren, beispielsweise durch eine gemeinsame Nockentrommel. Bisher war es in diesem Fall erforderlich, die Nockentrommel mit formschlüssig wirkenden Kurvennuten zu versehen, deren jede auf das ihr zugeordnete Steuerglied des Pumpenteils oder Motorteils in beiden Steilrichtungen eine Kraft auszuüben vermag. Eine -spielraumfreie, genaue Fertigung derartiger Schubkurvennuten ist aber teuer und zeitraubend. Erfindungsgemäß wird dieser Mangel dadurch vermieden, daß durch das gemeinsame Schaltelement die Steuerglieder zweier Kraftverstärker für die Verstellung von Pumpenteil und Motorteil betätigt werden. Das bietet auch den Vorteil, daß sich das meinsame Schaltelement mit getrennten Radial-Getrieben ohne wesentlichen Kraftaufwand verstellen läßt.
Dabei kann das gemeinsame Schaltelement in der bekannten Weise als eine Steuertrommel ausgebildet sein. Diese wird dann achsparallel zu den Kraftverstärkern angeordnet. Da erfindungsgemäß auf das Steuerglied ständig eine Kraft in Richtung auf die Steuertrommel ausgeübt wird, braucht diese Steuertrommel nicht mehr, wie früher, auf ihrer Umfangsfläche mit Schubkurvennuten versehen zu werden, sondern sie kann mit ihrem als Schubkurve ausgebildeten Rand auf die Steuerglieder der beiden Kraftverstärker wirken.
Auch ist es erfindungsgemäß möglich, das gemeinsame Schaltelement mit getrennten Radialkurven auf die beiden Steuerglieder der Kraftverstärker wirken zu lassen.
Die Erfindung hat auch den Vorteil, daß sie in einfacher Weise eine Vorwählstellung ermöglicht. Das läßt sich dadurch erreichen, daß das hydraulisch angetriebene Verstärkerglied mechanisch oder hydraulisch verriegelbar ist und in verriegeltem Zustand dem Steuerglied des Verstärkers eine dem zu verstärkenden Hub entsprechende Bewegung erteilt wird, der erst nach Lösen der Verriegelung von dem hydraulisch angetriebenen Verstärkerglied gefolgt wird.
Auch kann der Kraftverstärker in der Weise als Drehmomentverstärker ausgebildet werden, daß das hydraulisch angetriebene Verstärkerglied und sein Steuerglied gleichachsig zum Schaltelement drehbar sind und einen Drehmomentverstärker bilden, der das das Schaltglied verstellende Drehmoment verstärkt auf den verstellbaren Teil der Pumpe oder des Flüssigkeitsmotors überträgt.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungbeispiele der Erfindung wiedergegeben, und zwar zeigt Fig. I zwei durch ein gemeinsames Schalt element gesteuerte Kraftverstärker zum Verstellen der Fördermenge des Pumpenteils und zum Verstellen des Schluckvermögens des Motorteils eines Flüssigkeitsgetriebes und Fig.2 eine abgeänderte Ausführungsform des zur Fig. I gehörigen Schaltelements. i In Fig. I links sind schematisch der Pumpenteil und der Motorteil eines Flüssigkeitsgetriebes dargestellt, die je als Flügelkölbenpumpe ausgestaltet sind. Die Läufer von Pumpenteil und Motorteil sind auf einer ortsfesten Achse gelagert, während die Gehäuse relativ zu dieser Achse hinsichtlich ihrer Exzentrizität verstellt werden können. Durch diese Verstellung ändert sich die Fördermenge des Pumpenteils bzw. das Schluckvermögen des Motorteils. In Fig. I sind die beiden Läufer von Pumpen-und Motorteil durch Kreise Io und die dazu verstellbaren Gehäuse durch Kreise II angedeutet. Die Verstellung der Gehäuse II erfolgt je durch einen hydraulischen Verstärker, dessen Steuerglied 12 bzw. II2 durch ein Schaltelement bewegt wird.
Zunächst sei der hydraulische Verstärker des Motorteils beschrieben.
Der hydraulische Verstärker besteht im vorliegenden Fall aus einem ortsfesten Zylinder I6, einem darin verschiebbaren und mit dem Gehäuse II durch Stange 18 verbundenen Kolben 17 und aus einem buchsenförmigen Steuerschieber I9, der mit dem Steuerglied 12 starr verbunden ist.
Die Anordnung ist so getroffen, daß der Kolben i7 die Kommandobewegung des Steuergliedes 12 mit der geringstmöglichen Verzögerung nachbildet.
Zu diesem Zweck hat der Zylinder 16 eine innere Ringnut 21, die durch einen Kanal 22 an eine Druckleitung 23 angeschlossen ist sowie eine im Abstand davon angeordnete zweite innere Ringnut 2q., die durch einen Kanal 25 an eine Abflußleitung 26 angeschlossen ist. Durch die eine Stirnwand des Zylinders 16 geht die Kolbenstange 18 hindurch. Die andere Stirnwand des Zylinders 16 hat eine Öffnung, durch welche hindurch das Steuerglied i2 ragt. Dieses Steuerglied ist an der Steuerschieberbuchse i9 befestigt, die mit Gleitsitz in den Zylinder 16 eingepaßt ist, die beiden Ringnuten 21 und 24 abdeckt und einen Steuerkolben 28 aufnimmt, welcher mit dem Kolben 17 durch einen Schaft 29 starr verbunden ist. Die Räume beiderseits des Kolbens 28 und die Räume rechts von der Buchse i9 stehen durch Kanäle 30 in ständiger Verbindung. Der Zylinderraum links vom-Kolben 17 ist mit dem Druckkanal 22 durch einen Zweigkanal 3i verbunden. Schließlich hat die Buchse i9 zwei innere im Abstand voneinander angeordnete Ringnuten 32 und 33. Die Nut 32 steht ständig durch radiale Bohrungen der Buchse i9 mit der Nut 2i in Verbindung. In entsprechender Weise steht die Nut 33 durch radiale Kanäle der Buchse i9 ständig mit der Nut 2.4 in Verbindung. Die Länge des Kolbens 28 entspricht im_ wesentlichen dem Abstand der linken Kante der Nut 32 von der rechten Kante der Nut 33.
Die Wirkungsweise dieses hydraulischen Verstärkers ist folgende: In der dargestellten Lage sind die Nuten 32 und 33 durch den Kolben 28 verschlossen. Der Zylinderraum rechts vom Kolben 17 ist daher von der Druckleitung 23 und von der Abflußleitung 26 getrennt. Der Kolben 17 - ist daher durch die rechts von ihm eingeschlossene Flüssigkeitsmenge blockiert und steht still. Es sei nun angenommen, daß sich das Steuerglied 12 nach links bewegt, was ohne wesentlichen Flüssigkeitswiderstand geschehen kann, weil die Bohrungen 3o den auf beiden Seiten der Buchse I9 herrschenden Druck ausgleichen. Dann wird die rechte Seite des Kolbens 17 über die freigelegte Nut 32 an die Druckleitung 23 angeschlossen, mit der auch der links vom Kolben 17 befindliche Zylinderraum durch die Zweigleitung 31 in Verbindung steht. Da die rechte Kolbenseite größer ist als die linke Ringfläche, überwiegt der auf den Kolben I7 nach links wirkende Druck und treibt den Kolben 17 und mit ihm den Kolben 28 so weit nach links, bis der Kolben 28 die Nut 32 wieder abgeschlossen hat.
Nunmehr sei angenommen, daß das Steuerglied 12 von der in Fig. I dargestellten Lage aus nach rechts verstellt wird. Dadurch wird der rechts vom Steuerkolben 28 befindliche Raum, der durch die Längsbohrung 3o des Steuerkolbens mit dem Zylinderraum rechts vom Kolben 17 in Verbindung steht, mit dem Abflußkanal 26 verbunden. Der Kolben 17 wird daher auf seiner rechten Seite druckentlastet und wird durch den seiner linken Seite zufließenden Ölström aus der Druckleitung 23 und den Kanälen 22 und 3I nach rechts getrieben. Hierbei nimmt er den Steuerkolben 28 mit, so daß dieser die Nut 33 wieder abschließt. Der hydraulische Kraftverstärker wirkt also so, daß das Gehäuse II genauso verstellt wird, als sei es mit dem Steuerglied 12 starr verbunden, ohne jedoch auf das Steuerglied I2 zurückwirken zu, können.
Nun stehen zwar die beiden Seiten der Buchse I9 unter dem gleichen Flüssigkeitsdruck dank der Anordnung der Ausgleichbohrung 3o, doch haben die beiden Seiten verschiedene Flächen, weil die linke Seite dem vollen Innenquerschnitt des Zylinders 16 entspricht, während die rechte Seite demgegenüber um den Querschnitt des Steuergliedes I2 verringert ist. Es wirkt also ein etwas größerer Druck auf die Buchse I9 nach rechts als nach links. Durch diese Druckdifferenz wird das Steuerglied 12 nach rechts bewegt und mit dem Schaltglied in Kraftschluß gehalten.
Zur Erläuterung sei noch bemerkt, daß sich der Druck rechts vom Kolben 17 im Beharrungszustand gegenüber dem Druck von links vom Kolben I7 selbsttätig auf das Verhältnis einstellt, das die beiden Flächen des Kolbens I7 zueinander aufweisen. Bewegt sich die Steuerbuchse I9 nach links, so herrscht rechts vom Kolben 17 der volle Hilfsdruck aus der Leitung 23; bei Bewegung der Steuerbuchse I9 nach rechts mit hoher Geschwindigkeit kann dieser Druck vorübergehend auf Null absinken. Dieser Zustand währt jedoch nur so lange, bis der Nachlauf des Kolbens 28 zum Wiederaufbau des Druckes geführt hat, was augenblicklich geschieht.
Der zur Verstellung des Pumpenteils dienende Kraftverstärker mit dem Steuerglied 112 ist etwas anders ausgeführt. Dort wird der Kraftschluß zwischen dem Steuerglied II2 und dem Schaltelement durch eine Feder aufrechterhalten.
Der Zylinder II6 hat links eine Bohrung 35 größeren Durchmessers zur Aufnahme eines Kolbens I 17 und 'rechts eine Bohrung 1:24 kleineren Durchmessers, die beide durch eine Wand 37 getrennt sind. Die Bohrung 124 ist rechts durch einen Deckel 38 abgeschlossen, der eine Öffnung zum Durchtritt des Steuergliedes II2 hat. Der Kolben. II7 ist durch eine Kolbenstange 118 mit dem Gehäuse II des Pumpenteils verbunden. Die Bohrung 35 hat eine innere Ringnut 121, die an einen Zweig 122 der Druckleitung 23 angeschlossen ist.
Der Kolben 117 hat eine nach rechts offene axiale Bohrung zur Aufnahme eines mit dem Steuerglied II2 starr verbundenen Kolbenschiebers 128, der durch eine mittlere Öffnung der Wand 137 hindurch in die Bohrung I24 ragt und von Ausgleichbohrungen I3o durchsetzt ist, welche die Räume beiderseits des Kolbenschiebers 128 ständig verbinden und auch an Ringnuten 39 und 4o des Kolbenschiebers angeschlossen sind. Die durch diese Ausgleichbohrungen 130 verbundenen Räume stehen nun ständig mit der Abflußleitung 26 durch einen Zweig 125 in Verbindung, der in die Zylinderbohrung 124 mündet.
Zwischen den beiden in einigem Abstand voneinander angeordneten Ringnuten 39 und 40, die ständig mit der Abflußleitung verbunden sind, hat der Kolbenschieber 128 eine Ringnut 132. Diese ist durch radiale Bohrungen des Kolbens II7 ständig mit der Ringnut 12I und dadurch mit der Druckleitung I22 verbunden. Die Kolbenschieberabschnitte, die zwischen den Nuten 132, 39 und 40 liegen, verschließen in der dargestellten Mittellage zwei Ringnuten 41 und 42, die in der Innenwandung des Kolbens 117 angeordnet sind. Die Ringnut 41 ist durch eine Längsbohrung 43 ständig mit der rechten Seite des Kolbens 117 verbunden, während die Ringnut 42 durch eine Längsbohrung 44 der Kolbenwand ständig mit der linken Seite des Kolbens 117 in Verbindung steht.
Auf die linke Stirnfläche des Kolbenschiebers 128 stützt sich eine Schraubenfeder 45, die auf dem Grunde der axialen Bohrung des Kolbens 117 ruht und das Steuerglied 112 in ständiger Anlage an das Schaltglied hält.
Die Wirkungsweise ist folgende: Bei Bewegung des Steuergliedes 112 nach links wird die linke Seite des Kolbens 117 über 44, 42, 40, 13o, 124, 125 und 26 auf Abfluß geschaltet, während die rechte Seite des Kolbens 117 über 43, 41, 132, 121, 122 und 23 mit Drucköl beaufschlagt wird. Infolgedessen läuft der Kolben 117 nach links, bis die beiden Nuten 41 und 42 wieder geschlossen sind. Die umgekehrte Schaltwirkung tritt bei Verschiebung des- Steuergliedes 112 ein. Auch hierbei also bildet der Kolben 117 die Bewegung nach, die ihm durch das Steuerglied 112 vorgegeben wird, ohne daß er dabei auf dieses Steuerglied irgendeine Kraft ausüben kann, die über die Vorspannung der Feder 45 hinausgeht. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß das Steuerglied 112 zu jeder Zeit mit derselben unveränderlichen Kraft an das Schaltglied angedrückt wird.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist für die beiden Steuerglieder 12 und 112 der beiden Kraftverstärker von Pumpe und Flüssigkeitsmotor ein gemeinsames Schaltelement in Gestalt einer Welle 5o mit zwei Radialkurvenscheiben 51 und 52 vorgesehen. Dabei sind in Fig. I die beiden Kurvenscheiben im Grundriß gezeigt, obgleich sie in Wirklichkeit natürlich senkrecht zur Zeichenebene stehen also senkrecht zu ihrer gemeinsamen Achse 5o. Diese kann durch eine Handkurbel 53 eingestellt werden.
Zweckmäßig werden die beiden Kurvenscheiber 51 und 52 in bekannter Weise derart profiliert, daß jede der beiden Kurvenscheibenprofile von einem zur Achse konzentrischen Kreisbogen gebildet wird und daß jeweils nur eines der beiden Steuerglieder 12; 112 -an diesem Kreisbogen anliegt. Das hat die Wirkung, daß bei einer Drehung der Handkurbel 53 jeweils nur eines der beiden Steuerglieder 12, 112 verstellt wird. Hierbei nimmt das Steuerglied 12 die linke Endstellung ein, in welcher der Motorteil auf die größte Schluckmenge eingestellt ist, während der Pumpenteil durch das Steuerglied I12 verstellt wird, und der Motorteil erfährt durch das Steuerglied 12 seine Verstellung; während gleichzeitig der Pumpenteil auf die höchste Fördermenge durch das Steuerglied 112 eingestellt ist. Dabei kann die Steuerung so ausgestaltet sein, daß der Pumpenteil durch seine mittlere Nullstellung hindurch in beiden Richtungen verstellbar ist, um eine Umsteuerung des Motorteils zu ermöglichen.
Die Einschaltung der Kraftverstärker bietet den Vorteil, daß das Schaltglied 50, 51, 52 sehr leicht verstellbar ist und dank seiner einfachen Gestalt keine erheblichen Herstellungskosten erfordert.
In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform des gemeinsamen Schaltelements dargestellt. Hierbei ist dieses als Steuertrommel 15o ausgebildet, die einen Handgriff 153 hat und um eine Achse 154 gedreht werden kann. Diese Achse verläuft parallel zu den beiden Kraftverstärkern. Die beiden Steuerglieder 12 und 112 liegen kraftschlüssig an den Kurven 151 und 152 der Steuertrommel I5o an.
Zum Zwecke einer Vorwählsteuerung können Einrichtungen vorgesehen werden, um das hydraulisch angetriebene Verstärkerglied 17 bzw. 117 zu verriegeln. Dabei kann diese Verriegelung mechanisch oder hydraulisch herbeigeführt werden, z. B. durch Abschlußorgane in den Kanälen 31 und 44. Solange dies:- Organe geschlossen sind, können sich die Kolben 17 und 117 nicht verschieben, wenn man das Schaltelement 5o, 51, 52 oder I5o, 151, 152 verstellt. Mit Hilfe dieser Verstellung kann man also zunächst das Übersetzungsverhältnis des Getriebes vorwählen. Nach beendigter Vorwahl braucht man dann nur die Verriegelung durch Öffnen der Abschlußorgane in den Kanälen 31 und 44 zu lösen. Dann verschieben sich unverzüglich die Kolben 17 und 117 in diejenige Stellung, die ihnen durch die verstellten Steuerglieder 12 und 112 angewiesen ist.
Wenn zur Verstellung des Getriebes drehbare Organe dienen, z. B. Schraubenspindeln, so können die Verstärker als mechanische oder hydraulische Drehmomentverstärker ausgestaltet sein, für die die verschiedensten Ausgestaltungen bekannt sind. Selbstverständlich sind in diesem Fall auch die Steuerglieder drehbar statt verschiebbar. Während bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Drucköl durch eine Zahnradpumpe 55 geliefert wird, die mit der Eingangswelle des Getriebes gekuppelt sein kann, kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß die Leitungen 23 und 26 an den Flüssigkeitskreislauf des Getriebes angeschlossen sind. In diesem Fall wird also die Druckflüssigkeit zum Betrieb der Kraftverstärker vom Flüssigkeitsgetriebe selbst geliefert.
Die beiden beschriebenen Verstärker sind als Beispiele zu werten. Sie können pumpen- und motorseitig in gleicher Ausführung verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Anordnung zum Steuern stufenlos regelbarer hydrostatischer Pumpen, Flüssigkeitsmotoren oder -Getriebe, deren verstellbarer Teil seine Verstellung durch einen hydraulischen Verstärker erfährt, dessen Steuerglied durch ein Schaltelement bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Steuerglied (12, 112) des Verstärkers entweder infolge unvollständiger hydraulischer Entlastung dieses Steuergliedes oder durch eine Feder (45), die sich einerseits an dem hydraulisch angetriebenen Verstärkerglied (117) und andererseits am Steuerglied (112) des Verstärkers abstützt, ständig eine Kraft in Richtung auf das Schaltelement (5o, 51, 52, 15o, 151, 152) ausgeübt wird, die einen Kraftschluß zwischen diesem und dem Steuerglied (12, 112) herstellt.
2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker in an sich bekannter Weise aus einem hydraulischen Kolben (17, 117) und aus einem gleichachsig dazu beweglichen hydraulischen Steuerglied (12, I9, 112, 128) besteht.
3. Anordnung nach Anspruch I und 2 zum Steuern stufenlos regelbarer Getriebe, deren Pumpenteil und Motorteil ihre Verstellung durch ein gemeinsames Schaltelement erfahren, dadurch gekennzeichnet, daß durch das gemeinsame Schaltelement (50, 51, 52, 150, 151, 152) die Steuerglieder (12, r12) zweier Kraftverstärker für die Verstellung von Pumpenteil und Motorteil betätigt werden.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Schaltelement als -eine achsparallel zu den Kraftverstärkern angeordneteSteuertrommel (i5o) ausgebildetist.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Schaltelement mit getrennten Radialkurven (51, 52) auf die beiden Steuerglieder (12, 112) der Kraftverstärker wirkt.
6. Anordnung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulisch angetriebene Verstärkerglied (17, 117) mechanisch oder hydraulisch verriegelbar ist und in verriegeltem Zustand dem Steuerglied (12, 112) des Verstärkers eine dem zu verstärkenden Hub entsprechende Bewegung erteilt wird, der erst nach Lösen der Verriegelung von dem hydraulisch angetriebenen Verstärkerglied gefolgt wird.
7. Anordnung nach Anspruch 1 mit einem drehbar gelagerten Schaltelement, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulisch angetriebene Verstärkerglied und sein Steuerglied gleichachsig zum Schaltelement drehbar sind und einen Drehmomentverstärker bilden, der das das Schaltglied verstellende Drehmoment verstärkt auf den verstellbaren Teil der Pumpe oder des Flüssigkeitsmotors überträgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 876 473, 873 642, 613 704, 460 465; schweizerische Patentschriften Nr. 264 802, 2o6 885, 181 173, 173 836 172 834, 172 833, 158 936, 153 924 121 94; französische Patentschriften Nr. 907 361, 901 255, 888 474; USA.-Patentschriften Nr. 2 566 380, 2 393 622, 2:29o 867, 2 178 356, 2 178 355, 2 152 0 25.