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Vorrichtung zur Steuerung hydrostatischer Untersetzungsgetriebe für
Triebfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung hydrostatischer
Untersetzungsgetriebe für Triebfahrzeuge mit elektrischem Antrieb für die Personen-und
Nutzlastbeförderung mit einem zwischen der Saug- und Druckleitung vorgesehenen,
in Schließrichtung von einer Feder belasteten Überströmventil, das in Abhängigkeit
von der Fahrgeschwindigkeit beeinflußt wird.
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Bei der Verwendung von stufenlosen Untersetzungsgetrieben zur Übertragung
großer Leistungen, wie dies beim Einbau solcher Getriebe in Triebfahrzeugen der
Fall ist, besteht die Gefahr einer Überlastung des Antriebsmotors und des Getriebes
bei zu schneller Veränderung des Untersetzungsverhältnisses des Getriebes. Diese
Gefahr besteht insbesondere bei hydrostatischen Untersetzungsgetrieben, da in solchen
Getrieben der Druck der Arbeitsflüssigkeit zwecks Erzielung eines möglichst hohen
Wirkungsgrades bereits an der oberen Grenze liegt, die durch die Festigkeit der
Getriebeteile gesetzt ist. Jede über diesen Höchstdruck hinausgehende und insbesonders
ruckartige Belastung des Getriebes kann dessen Zerstörung oder zumindest seinen
vorzeitigen Verschleiß zur Folge haben.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bei einem bekannten hydrostatischen
Untersetzungsgetriebe für Triebfahrzeuge zwischen der Saug- und Druckleitung ein
Überströmventil vorgesehen, das in Schließrichtung von einer Feder belastet ist
und von einer durch die Geschwindigkeit des Sekundärteils des Getriebes beeinflußten
Vorrichtung verstellt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel dieses Getriebes ist für
die Beeinflussung des überströmventils lediglich ein Handhebel zur willkürlichen
Betätigung vorgesehen, während die Verstellung der Pumpenförderung mittels eines
Fliehkraftreglers in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit begrenzt
'ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das zwei Fliehkraftregler besitzt,
ist das zwischen der Saug- und Druckleitung angeordnete überströmventil ebenfalls
willkürlich verstellbar, wobei jedoch die beiden Fliehkraftregler den Verstellbereich
für das Öffnen und Schließen des Ventils begrenzen. Die Bedienung der Vorrichtung
ist umständlich, weil der Lokomotivführer bei der Regelung des Untersetzungsverhältnisses
den von den Fliehkraftreglern jeweils freigegebenen Bereich suchen muß, um ein unnötiges
Überströmen durch das Ventil zu vermeiden.
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Demgegenüber wird bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung das
Merströmventil einerseits im Öffnungssinne dem Druck der Treibflüssigkeit und andererseits
unmittelbar einer mit steigender Fahrgeschwindigkeit zunehmenden Kraft, z. B. dem
von einer Ölpumpe vor einer Drosselstelle erzeugten Staudruck, ausgesetzt, wodurch
die Kraft der Schließfeder des Ventils mit steigender Fahrgeschwindigkeit in zunehmendem
Maße leichter überwunden wird.
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Diese Gestaltung der Vorrichtung gibt dem Fahrzeugführer vollständige
Freiheit bei der Verstellung der Flüssigkeitspumpe. Eine in bezug auf die jeweilige
Fahrgeschwindigkeit zu große Fördermenge der Pumpe wird bei unsachgemäßer Einstellung
durch das Überströmventil abgeführt, wobei zugleich ein dem Triebwerk angemessenes
Zugkraftdiagramm eingehalten wird.
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Die letztgenannte Bedingung wird durch das willkürlich verstellbare
überströmventil der bekannten Ausführung nicht erfüllt, da das Ventil nur geschlossen
oder in bestimmtem Maße geöffnet werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist
wesentlich einfacher als die bekannte, da sie nur eine, einzige Einrichtung für
die drehzahlabhängige Verstellung benötigt.
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Es ist zweckmäßig, zwischen der Druck- und Saug-Seite der Ölpumpe
ein Schaltventil vorzusehen, das diese beiden Seiten der Ölpumpe in an sich bekannter
Weise bei niedriger Pumpendrehzahl und demzufolge niedrigem Druck kurzschließt und
diesen Kurzschluß bei Erreichen eines bestimmten Druckes selbsttätig aufhebt. Dieses
Schaltventil. kann außerdem so ausgebildet sein, daß es die Druck- und Saugseite
der Ölpumpe bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl unter Aufrechterhaltung eines
konstanten Druckes wiederum kurzschließt.
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Zur Verhinderung einer ruckartigen Fahrweise und einer gefühllosen
Bedienung des Fahrhebels, der die
Verstellung der Getriebeuntersetzung
bewirkt, kann in das Betätigungsgestänge in an sich bekannter Weise ein elastisches
Glied und ein Dämpfungsglied eingeschaltet werden.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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Abb. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Antriebsanlage eines
Fahrzeuges; Abb.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für das hydraulisch gesteuerte Überströmventil;
Abb. 3 zeigt als Diagramm die Abhängigkeit des Öffnungsdruckes der Überströmventile
von der Fahrgeschwindigkeit.
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In Abb. 1 ist der das Fahrzeug antreibende Elektromotor mit 1 bezeichnet.
Zwischen diesen Motor und die Triebwellen 2 a, 2 b des Fahrzeuges
ist ein hydrostatisches Getriebe eingeschaltet, das aus den hydrostatischen Pumpen
3 a, 3 b und den hydrostatischen Motoren 4 a, 4 b besteht. Der Motor 4 a wird von
der Pumpe 3 a, der Motor 4 b von der Pumpe 3 b gespeist. Jede Pumpe steht mit dem
zugehörigen Motor über zwei Leitungen 5 und 6 in Verbindung, die der Übersichtlichkeit
halber wie auch die noch folgenden gleichen Einrichtungen für beide Triebwellen
nur für die Triebwelle 2 a mit Bezugszeichen versehen sind. Je nach Drehrichtung
der Pumpen und je nach deren Einstellung wird eine der beiden Leitungen 5, 6 zur
Druckleitung, die andere zur Saugleitung. Jeweils zwischen den beiden gleichartigen
Leitungen der Pumpen 3 a und 3 b sind Druckausgleichsleitungen 7 vorgesehen, die
einen gleichmäßigen Antrieb der Triebwellen 2 a und 2 b gewährleisten.
Zwischen den beiden Leitungen 5 und 6 der Pumpe 3 a ist eine Verbindungsleitung
8 vorgesehen, die ein Überströmventil 9 sowie zwei einfache federbelastete Rückschlagventile
10, 11 enthält. Je nachdem, welche der Leitungen 5 und 6 als Druckleitung arbeitet,
wird eines der Rückschlagventile 10, 11 geöffnet, so daß sich der Arbeitsdruck in
jedem Falle auf das Überströmventil 9 fortpflanzt. Der Öffnungsdruck dieses Überströmventils
wird durch die Kraft der Feder 12 und den Druck im Zylinder 13 bestimmt, der- der
Federkraft entgegenwirkt. Dieser Gegendruck wird erzeugt durch eine besondere Ölpumpe
14, die mit einer der Fahrgeschwindigkeit proportionalen Drehzahl angetrieben wird,
was durch die Verbindung 15 mit der Triebwelle 2 a angedeutet ist. Die Ölpumpe 14
fördert über eine Leitung 16 durch eine feste Drosselstelle 17. Der Druck in der
Leitung 16 und in dem mit dieser Leitung durch die Leitung 18 verbundenen Zylinder
13 steigt infolgedessen quadratisch mit der Fahrgeschwindigkeit an, so daß der Öffnungsdruck
des überströmventils 9 bei steigender Fahrgeschwindigkeit absinkt.
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Die Verstellung des Untersetzungsverhältnisses des Getriebes erfolgt
durch den Fahrhebel 26, der über das Gestänge 27 a, 27 b, 28, 29 die Fördermenge
der hydrostatischen Pumpen 3 a, 3 b verändert. In das Gestänge 27 sind ein elastisches
Glied 30 und ein Dämpfungsglied eingeschaltet, das aus dem im feststehenden Zylinder
31 verschieblichen Kolben 32 besteht. Das vom Kolben 32 bewegte Volumen strömt über
die mit einem regelbaren Drosselventil 33 versehene Überströmleitung 34. Der Kolben
32 ist mit dem Gestängeteil 27 b verbunden. Bei plötzlicher Bewegung des Fahrhebels
26 wird zunächst das elastische Glied 30 verformt, da die Dämpfung durch den Kolben
32 im Zylinder 31 einer schnellen Bewegung des Gestängeteiles 27b einen Widerstand
entgegensetzt. Die Bewegung des Gestänges 27 b, 28"-29 in Richtung auf das
am Fahrhebel 26 vorgewählte Untersetzungsverhältnis erfolgt anschließend mit einer
Geschwindigkeit, die im wesentlichen von der Federkonstante des elastischen Gliedes
30 und der Stärke der Drosselung am Drosselventil 33 abhängt. Dieses Drosselventil
kann so ausgebildet werden, daß die Drosselung bei Bewegung des Betätigungsgestänges
in Richtung auf größere Getriebeuntersetzung kleiner ist als bei umgekehrter Bewegungsrichtung,
so daß das Abbremsen des Fahrzeuges schneller möglich ist als eine Beschleunigung
desselben.
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Selbstverständlich kann die Einstellung der Getriebeuntersetzung auch
mittelbar durch einen Servomotor erfolgen.
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Das überströmventil nach Abb. 2 ist bei 19 und 20 an die Verbindungsleitung
8 der Abb. 1 angeschlossen. Der Zylinder 13 ist an die Druckleitung 18 angeschlossen.
Der Druck im Zylinder 13 wirkt entgegen der Schließkraft der Ventilfeder 12 über
den Kolben 22 auf die Ventilspindel 23, mit der der Ventilkegel 24 fest verbunden
ist. Der Ventilkegel 24 steuert das Ausfließen von Druckflüssigkeit aus der Überströmleitung
25 entweder in die Saugleitung der Getriebeanlage oder in einen besonderen Vorrats-Behälter.
Das Diagramm nach Abb. 3 zeigt die Abhängigkeit des Üffnungsdruckes P des überströmventils
von der Fahrgeschwindigkeit v. Die Verminderung des Öffnungsdruckes im normalen
Fahrbereich von 1/s vMax bis v"ax wird durch die in den Abb. 1 und 2 dargestellte
hydraulische Steuerung des Überströmventils erzielt. Zur Konstanthaltung des Öffnungsdruckes
im Anfahrbereich bis 1/a v"ax sind besondere Mittel erforderlich, um die Wirkung
der Ölpumpe 14 auszuschalten. Hierzu ist zwischen Druck- und Saugseite dieser Pumpe
ein Schaltventil 37-43 vorgesehen; das die Ölpumpe 14 im Anfahrbereich, d.
h. bei niedriger Drehzahl kurzschließt. In der Leitung 16 und damit im Zylinder
13 des Überströmventils kann daher in diesem Bereich kein nennenswerter Druck auftreten;
da der Strömungswiderstand in den Kurzschlußleitungen 35 und 36 bedeutend geringer
gehalten ist als in der festen Drosselstelle 17. Hat dieser Druck bei etwa einem
Drittel der Höchstgeschwindigkeit einen bestimmten Wert erreicht, so wird der Kolben
37 infolge der Verbindung des Raumes 38 mit der Pumpendruckseite gegen die Wirkung
der Feder 39 nach oben verschoben und schließt die Überströmöffnungen 40, 41. Der
im Raum 42 auftretende Druck übt keine Kraft auf das Ventil aus, da der Kolben 37
in bekannter Weise auf seiner Rückseite durch Anbringung eines Gegenkolbens 43 hydraulisch
entlastet ist. Sobald die in dem Diagramm nach Abb. 3 mit v+ bezeichnete Fahrgeschwindigkeit
erreicht ist, wird der Kolben 37 durch den Druck im Raum 38 so weit nach oben geschoben,
daß seine Unterkante die Überströmöffnungen 40, 41 aufsteuert. Oberhalb der Fahrgeschwindigkeit
v+ bleibt daher der Druck in den Leitungen 16, 18 und im Zylinder 13 und damit der
Öffnungsdruck P des Überströmventils 9 unverändert.
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Die Ansprüche 2 bis 5 sind reine Unteransprüche und gelten nur in
Verbindung mit Anspruch 1.