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Hydraulisch wirkende Steuereinrichtung für eine Kraftübertragungseinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulisch wirkende Steuereinrichtung für eine
Kraftübertragungseinrichtung zum Antrieb einer Arbeitsmaschine, vorzugsweise eines
Kompressors, wobei die Steuereinrichtung einerseits bei Betriebsdrücken unterhalb
des einem bestimmten Betriebszustand der Arbeitsmaschine entsprechenden Betriebsdruckes
eine mit der Drehzahl der Antriebsmaschine sich ändernde Drehzahlübersetzung zwecks
Konstanthaltens der Drehzahl der Arbeitsmaschine und andererseits bei Erreichen
des bestimmten Betriebsdruckes - bei einem Kompressor bei Erreichen z. B. des höchstzulässigen
Druckes - über einen von diesem Druck beaufschlagten federbelasteten Kolben die
Abschaltung der Kraftübertragung bewirkt und wobei die Drehzahlregelung und die
Abschaltung mittels eines Verstellorgans erfolgen.
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Steuereinrichtungen zum Konstanthalten von Drehzahlen sind zwar bekannt.
Die Erfindung bezieht sich aber auf eine Einrichtung, die den Wechsel von Drehzahlregelung
auf Abschaltung der Kraftübertragungseinrichtung und umgekehrt steuert, und zwar
auf Grund eines Impulses der Arbeitsmaschine. Es ist ferner eine hydrodynamische
Kraftübertragungseinrichtung für den Antrieb eines Kompressors bekannt, bei der
die Füllmenge der dort verwendeten regelbaren Strömungskupplung mittels zweier Ventile,
von denen eins in Abhängigkeit vom Kompressor und das andere in Abhängigkeit von
der Drehzahl der Antriebsmaschine betätigt wird, so gesteuert wird, daß der Kompressor
bei Erreichen eines bestimmten Kompressordruckes abgeschaltet wird (Strömungskupplung
entleert) und bei den niedrigeren Kompressordrücken trotz veränderlicher Drehzahlen
der Antriebsmaschine eine etwa konstante Drehzahl aufweist. Diese Steuerung weist
zwei unabhängig voneinander arbeitende und dazu noch kompliziert ausgebildete Steuerorgane
auf. Ferner enthält diese Steuereinrichtung keine Lehre dafür, wie bei Kraftübertragungen
mit einer Drehzahlsteuerung mittels eines verschieblichen Verstellgliedes, z. B.
bei stufenlos veränderlichen mechanischen oder hydrostatischen Getrieben oder bei
Strömungskupplungen mit einem beweglichen Schöpfrohr, diese Steuerung getätigt bzw.
die Kraftübertragung abgeschaltet wird. Denn die bekannte Steuerungsart ist hier
nicht ohne besonderen Bauaufwand in Form von Zwischengliedern anwendbar.
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In beiden Fällen will die Erfindung Abhilfe schaffen; die gestellte
Aufgabe besteht somit darin, den Bauaufwand der Steuereinrichtung zu vermindern
und den Anwendungsbereich der Steuereinrichtung zu erweitern. Es ist vorgesehen,
daß der vom Betriebsdruck der Arbeitsmaschine beaufschlagte Kolben mit einem ersten
Ventil in der den Betriebsdruck zum Verstellorgan führenden Betriebsdruckleitung
und mit einem zweiten Ventil in der den Steuerdruck von der Kraftmaschine zum Verstellorgan
führenden Steuerdruckleitung derart in Wirkverbindung gebracht wird, daß unterhalb
des bestimmten Betriebsdruckes das erste Ventil in der Betriebsdruckleitung geschlossen
und das zweite Ventil in der Steuerdruckleitung offen gehalten wird und daß bei
Erreichen des bestimmten Betriebsdruckes umgekehrt das erste Ventil offen und das
zweite Ventil geschlossen gehalten wird.
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Besondere Vorteile werden dann erzielt, wenn die Kraftübertragungseinrichtung
aus einem hydrostatischen Getriebe besteht, da das auf einen Druck ansprechende
und z. B. eine geradlinige Steuerbewegung hervorrufende Verstellorgan über ein einfaches
Gestänge mit dem verstellbaren Teil (Pumpe oder Motor) des hydrostatischen Getriebes
verbunden werden kann. Die Drehzahlübersetzung eines solchen Getriebes arbeitet
im übrigen mit einem besonders großen Wirkungsgrad, da die Fördermenge der Pumpe
bzw. das Schluckvermögen des Motors im wesentlichen verlustlos veränderbar ist.
Dadurch ist es auch wirtschaftlich tragbar, daß das hydrostatische Getriebe so ausgeleget
ist, daß bereits bei geringer Drehzahl der Antriebsmaschine eine relativ hohe Drehzahl
der Arbeitsmaschine oder sogar bereits deren normale Betriebsdrehzahl erreicht wird.
Es ist ferner leicht möglich, die Pumpenförderung auf Null absinken zu lassen, und
zwar relativ rasch, und so auf einfache Weise die Arbeitsmaschine bei laufender
Antriebsmaschine stillzusetzen. In diesem Fall wird außer der Leerlaufleistung der
Pumpe keine weitere Energie verbraucht.
Beim Antrieb eines Kompressors
ist ferner der Umstand besonders vorteilhaft, daß die vorgesehene Steuerung als
Überwachung dient, um die Betriebszustände normal zu halten. Dadurch werden Überdruckventile
eingespart. Überhaupt ist der Erfindungsgegenstand besonders für Kompressorantriebe
in Fahrzeugen geeignet, bei denen die Drehzahl der Antriebsmaschine wegen der veränderlichen
Fahrgeschwindigkeit stark variiert und nur zeitweise ein Luftbedarf vorhanden ist.
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Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung wird vorgesehen, daß das
erste Ventil in der Betriebsdruckleitung und das zweite Ventil in der Steuerdruckleitung
zu einem gemeinsamen Ventil mit nur einem einzigen Ventilkörper zusammengefaßt sind
und daß der Ventilkörper in an sich bekannter Weise starr mit dem vom Betriebsdruck
beaufschlagten Kolben verbunden ist. Eine andere Weiterentwicklung besteht in einer
solchen Ausbildung der Steuereinrichtung, bei der die Steuerdruckleitung zwischen
dem ersten Ventil und dem Verstellorgan in die Betriebsdruckleitung einmündet, bei
der ferner das zweite Ventil in der Steuerdruckleitung aus einem durch den bestimmten
Betriebsdruck in Schließstellung sich bewegenden Rückschlagventil besteht, wobei
an den Teil der Steuerdruckleitung zwischen Rückschlagventil und Verstellorgan eine
Abschlußöffnung . mit kleinem Querschnitt (Drossel) angeschlossen ist, und bei der
das erste Ventil in an sich bekannter Weise starr mit dem vom Betriebsdruck beaufschlagten
Kolben verbunden ist.
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Bei einer Kraftübertragungseinrichtung mit einer durch einen veränderlichen
Gas- oder Flüssigkeitsdruck betätigten Drehzahlsteuerung der vorzugsweise als Brennkraftmaschine
ausgebildeten Antriebsmaschine ist ferner zweckmäßig, daß dieser Druck zugleich
als Steuerdruck für das Verstellorgan benutzt und über das Ventil bzw. Rückschlagventil
weitergeleitet wird. Der Aufwand an Steuerelementen wird dadurch noch geringer.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand einiger Ausführungsbeispiele
dargestellt und im folgenden erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine regelbare hydrostatische
Kraftübertragungseinrichtung zum Antrieb eines Kompressors mit der schematisch dargestellten
Steuereinrichtung und F i g. 2 und 3 zwei unterschiedliche Ausführungen der Ventile
nach der Erfindung.
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In F i g. 1 ist in einem eine Öffnung 6 a aufweisenden ölsammelbehälter
6 eine regelbare hydrostatische Pumpe 3 angeordnet, die über Keilriemen 2 von einer
Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird. Die Pumpe 3 mit einem schwenkbaren Teil 3
a fördert aus dem Behälter 6 angesaugtes öl über eine Druckleitung 7 zu einem
einen Kompressor 5 antreibenden hydrostatischen Motor 4. Vom Motor 4 führt eine
Rückführleitung 8 zum Behälter 6, wobei das Rückführöl durch einen Filter 10 in
den Behälter 6 austritt. Eine Leckölleitung 9 führt ebenfalls vom Motor 4 zum Behälter
6. In der Druckleitung 7 ist ferner ein Sicherheitsventil 11 vorgesehen, über das
im Bedarfsfall das Drucköl aus der Druckleitung 7 über eine Leitung 12 unmittelbar
in den Behälter 6 gelangt.
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Der schwenkbare Teil 3 a der hydrostatischen Pumpe 3 wird mittels
eines Verstellorgans 13 verstellt, wobei das nicht im einzelnen dargestellte Stellglied
über ein Gestänge 14 mit dem schwenkbaren Teil 3 a der Pumpe 3 verbunden ist. Durch
das Verschwenden wird in bekannter Weise die Fördermenge der Pumpe 3 verändert.
Das einen durch eine Feder 13b belasteten Kolben 13a aufweisende Stellglied wird
über eine Leitung 15 gesteuert, und zwar entweder von dem in einer Leitung 17 zugeführten
Steuerdruck oder aber von dem in einer weiteren Leitung 18 zugeführten Betriebsdruck.
Ob der Steuerdruck oder der Betriebsdruck in der Verstelleinrichtung 13 wirksam
werden soll, wird in einem in den F i g. 2 und 3 näher dargestellten Steuerorgan
16 in Abhängigkeit von der Höhe des in der Leitung 18 herrschenden Betriebsruckes
gesteuert. Dies ist im vorliegenden Fall der Druck in einem Luftkessel 19, der vom
Kompressor 5 über eine Leitung 20 mit Druckluft gefüllt wird. Über eine weitere
Leitung 21, von der die Leitung 18 abzweigt, wird die Druckluft zum Verbraucher,
z. B. einem Preßlufthammer oder einer Fahrzeugbremsenanlage, weitergeleitet.
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Der in der Leitung 17 herrschende Steuerdruck zur Steuerung der Pumpenförderung
wird der Druckluft-Drehzahlsteuerung des Antriebsmotors 1 entnommen. Diese Druckluft-Drehzahlsteuerung
besteht im wesentlichen aus einem in Abhängigkeit eines Hebels 22 einen veränderlichen
Steuerdruck bewirkenden Schalter 23, der den konstanten Druck in einer Leitung 24
in einen je nach Stellung des Hebels 22 veränderlichen Steuerdruck umwandelt; dieser
wird durch eine Leitung 25 zu einem auf einen veränderlichen Druck ansprechenden
Leistungssteuerorgan 26 weitergeleitet. Von der Leitung 25 zweigt die Leitung 17
zum Steuerorgan 16 ab.
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In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel 16' eines Steuerorgans dargestellt.
Über die den Betriebsdruck des Luftkessels 19 aufweisende Leitung 18 und über eine
Bohrung 27 wird gegen die Kraft einer Feder 28 ein Kolben 29 beaufschlagt. Falls
der Betriebsdruck den Kolben 29 gegen die Kraft der Feder 28 nach unten bewegen
kann, d. h., falls der Betriebsdruck eine bestimmte Höhe erreicht hat, wird die
sonst durch ein mit dem Kolben 29 starr verbundenes Ventil 29 a (gemeinsames erstes
und zweites Ventil) abgesperrte Bohrung 18a freigegeben, so daß der Betriebsdruck
nunmehr auch in der Leitung 15 vorhanden ist und auf das Versteliorgan
13 zwecks Abschaltung der Kraftübertragung einwirkt. Ist dagegen ein niedrigerer
Betriebsdruck in der Leitung 18 vorhanden und befindet sich der Kolben 29 in der
in F i g. 2 dargestellten Lage, dann ist eine Verbindung der Leitungen 15 und 17
untereinander über das Ventil 29 a hergestellt.
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Auch eine andere Ausführungsform 16" des Steuerorgans weist einen
vom Betriebsdruck über die Leitung 18 und eine Bohrung 30 gegen die Kraft einer
Feder 31 beaufschlagten Kolben 32 auf, wobei ein mit dem Kolben 32 starr verbundenes
Ventil 32a (erstes Ventil) in der gezeichneten Lage die Bohrung IS b absperrt und
sie in der anderen Endlage öffnet, so daß dann die Leitungen 15 und 18 miteinander
verbunden sind. Die den Steuerdruck führende Leitung 17 ist hier dagegen über ein
Rückschlagventil 33 (zweites Ventil) und über eine Bohrung 17a mit der Leitung 15
in Verbindung gebracht. Dabei weist die Bohrung 17a eine Drosselöffnung 35 auf.
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Die Kraftübertragungsanlage gemäß den F i g. 1 bis 3 arbeitet wie
folgt: Bei Inbetriebnahme der Anlage ist im Luftkessel 19 kein Druck oder
jedenfalls nicht mehr der volle Betriebsdruck vorhanden. Dementsprechend
befinden
sich die Kolben 29 bzw. 32 in der gezeichneten Lage. Hierbei wird also auf die Verstelleinrichtung
13 lediglich der Steuerdruck aus der Leitung 17 wirksam. Die Höhe dieses Steuerdruckes
ist von der Stellung des Hebels 22 und mithin von der Drehzahl der Antriebsmaschine
1 abhängig, und zwar derart, daß die Verstelleinrichtung 13 bei niedriger Drehzahl
der Antriebsmaschine 1 (niedriger Steuerdruck) die Pumpe 3 bereits ausschwenkt und
damit etwa auf volle Förderung einstellt und daß bei hoher Drehzahl der Antriebsmaschine
1 (hoher Steuerdruck) die Verstelleinrichtung etwa die gleiche Förderung, aber in
mehr eingeschwenkter Stellung der Pumpe 3 bewirkt. Somit kann die Drehzahl des Ölmotors
4 und damit des Kompressors 5 etwa konstant gehalten werden, wobei zweckmäßigerweise
ein für den Kompressor optimaler Drehzahlwert gewählt wird.
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Der Kompressor arbeitet nun mit der eingestellten Drehzahl. Erreicht
der Betriebsdruck des Kompressors einen bestimmten Wert, z. B. den höchstzulässigen
Wert, weil der Luftverbrauch gering ist, so verschiebt der Betriebsdruck die Kolben
29 bzw. 32 nach unten, so daß nicht mehr der Steuerdruck für die Stellung der Pumpe
3 und damit für die Steuerung der Fördermenge wirksam ist, sondern der Betriebsdruck.
Der nunmehr aus der Leitung 18 über die Leitung 15 auf die Verstelleinrichtung 13
wirkende Betriebsdruck stellt die Fördermenge der Pumpe 3 auf Null. Der Kompressor
steht somit still. Es liegt auf der Hand, daß dieser Wert des Betriebsdruckes, der
das Stillsetzen des Kompressors bewirkt, höher sein muß als der höchste Wert des
Steuerdruckes. Denn selbst der höchste Wert des Steuerdrucks muß noch eine Förderung
der Pumpe zur Folge haben, und zwar etwa dieselbe Förderung pro Zeiteinheit wie
bei den anderen Steuerdruckwerten. Demzufolge arbeitet das Überdruckventil 33 (F
i g. 3) so, daß der das Stillsetzen des Kompressors bewirkende Betriebsdruckwert
die Leitung 17 absperrt.
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Sinkt nun der bestimmte Wert des Betriebsdruckes ab, so bewegen sich
die Kolben 29 bzw. 32 nach oben. Somit wird wiederum der Steuerdruck für die Ausschwenkung
der Pumpe 3 maßgebend. Bei der Ausführung des Ventils nach F i g. 3 fließt ein Teil
des Druckmediums in der Leitung 15 über die Drossel 35 ab und senkt dadurch den
Druck in der in diesem Augenblick sonst völlig abgeschlossenen Leitung 15, so daß
nun das Rückschlagventil vom Steuerdruck geöffnet werden kann. Die Geringfügigkeit
der durch die Drossel 35 stets abfließenden Mediums wirkt sich sonst nicht
nachteilig auf die Steuervorgänge selbst aus.