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Steuervorrichtung für ein hydrostatisches Getriebe, insbesondere für
Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für ein hydrostatisches
Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer von einer Antriebsmaschine,
vorzugsweise einer Dieselbrennkraftmaschine angetriebenen hydrostatischen Pumpe,
deren Fördermenge mittels eines Fahrhebels stufenlos verstellbar ist, und einem
mit der Pumpe über eine Speise- und eine Rücklaufleitung verbundenen hydrostatischen
Motor und mit einer Einrichtung zum selbsttätigen Begrenzen bzw. Verringern der
manuell eingestellten Pumpenfördermenge bei Überschreiten eines vorbestimmten Druckes
in der Speiseleitung.
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Bei einer bekannten Steuereinrichtung dieser Art wird die Drehzahl
der Antriebsmaschine durch einen eigenen Handhebel eingestellt. Diese Art der Steuerung
stellt an den Fahrer erhebliche Anforderungen, da außer der Lenkung des Fahrzeuges
der Fahrhebel für die Übersetzungseinstellung und der Handhebel für die Drehzahlsteuerung
der Antriebsmaschine bedient werden muß. Des weiteren wird es durch die getrennte
Einstellung der Pumpenfördermenge und der Maschinendrehzahl dem Fahrer überlassen,
mit welcher Drehzahl und mit welchem übersetzungsverhältnis er fahren will, wodurch
nicht gewährleistet ist, daß die Antriebsmaschine im Bereich ihres höchsten Drehmomentes
und daher mit bestem Wirkungsgrad arbeitet.
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Ferner sind Steuereinrichtungen für hydrostatische Getriebe bekannt,
bei denen die Einstellung der Pumpenfördermenge und der Drehzahl der Antriebsmaschine
durch einen einzigen Fahrhebel erfolgt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß
während eines ersten Verstellbereiches des Fahrhebels zunächst die Drehzahl der
Antriebsmaschine geringfügig erhöht wird, bevor die Pumpenfördermenge von Null aus
gesteigert wird, und bei weiterem Verstellen des Fahrhebels bis in seine Endlage
dieMaschinendrehzahlund die Pumpenfördermenge gleichzeitig gesteigert werden. Durch
die gemeinsame Verstellung von Maschinendrehzahl und Pumpenfördermenge wird die
Leistung der Antriebsmaschine nur in einem sehr geringen Bereich voll ausgenutzt.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Steuervorrichtung
zu schaffen, die sich durch einfachere Bedienung auszeichnet und eine bessere Ausnutzung
der Leistung der Antriebsmaschine ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, da:ß in an sich bekannter
Weise ein mit der Regelstange der hydrostatischen Pumpe und mit der Regelstange
der Antriebsmaschine verbundener einziger Fahrhebel vorgesehen ist, wobei während
eines ersten Verstellbereiches des Fahrhebels aus der Nullstellung die Drehzahl
der Antriebsmaschine von Leerlauf auf eine bestimmte Drehzahl und gleichzeitig die
Pumpenfördermenge von Null auf ihren Höchstwert gesteigert wird und bei weiterem
Verstellen des Fahrhebels bis in seine Endlage die Pumpenfördermenge auf ihrem Höchstwert
gehalten und die Drehzahl der Antriebsmaschine bis auf ihren Höchstwert gesteigert
wird.
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Durch die Erfindung braucht der Fahrer nur die Lenkung und den einen
Fahrhebel zu bedienen und ist daher ohne weiteres in der Lage, Zusatzgeräte, wie
sie beispielsweise bei Traktoren verwendet werden, zu betätigen. Dadurch, daß die
Fördermenge der Pumpe und damit das Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Getriebes
schon nach dem ersten Versteilbereich des Fahrhebels auf den Höchstwert gesteigert
wird und dieser Höchstwert während der Steigerung der Maschinendrehzahl auf deren
Höchstwert beibehalten wird (vorausgesetzt, daß der Druck in der Speiseleitung den
vorbestimmten Wert nicht übersteigt), wird die Leistung der Antriebsmaschine auf
das wirksamste ausgenutzt. Der vorbestimmte Druck in der Speiseleitung, bei dessen
Überschreiten. eine Verringerung der eingestellten Pumpenfördermenge erfolgt, entspricht
üblicherweise dem Höchstdrehmoment der Antriebsmaschine. Daher ist die Antriebsmaschine
auch bei einer Verringerung der Pumpenfördermenge durch den Überlastungsschutz gezwungen,
im Bereich ihres höchsten Drehmomentes und daher mit bestem Wirkungsgrad zu arbeiten.
Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Benutzung in der Kraftübertragung von einer
Dieselbrennkraftmaschine durch ein stufenlos einstellbares hydrostatisches Getriebe
auf die Antriebsräder eines Traktors wird im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung der Steuervorrichtung und F i g.
2 ein Diagramm, welches die Drehzahl der Antriebsmaschine und die Pumpenfördermenge
in Abhängigkeit von der Bewegung des Fahrhebels zeigt.
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Die Dieselbrennkraftmaschine 1 ist direkt mit einer hydrostatischen
Pumpe 2 mit veränderlicher Fördermenge gekuppelt. Diese Pumpe 2 ist durch Speise-und
Rücklaufleitungen 3 und 4 mit einem hydrostatischen Motor 5 mit unveränderlichem
Schluckvermögen verbunden, dessen Abtriebswelle 6 mit den Antriebsräderndes Traktors
verbunden ist. Die Dieselbrennkraftmaschine treibt die Brennstoffeinspritzpumpe
7 an, deren Fördermenge durch eine Regelstange 8 eingestellt wird, die durch eine
in einer geschlossenen Kapsel 11 angeordnete Membran 9 bewegt wird. Innerhalb der
Kapsel 11 ist eine Druckfeder 12 angeordnet, deren Druck gegen die Membran
9 mittels eines Federtellers 13 einstellbar ist, der von einer luftdicht aus der
Kapsel 11 austretenden Stange 14 getragen wird. In der Luftansaugleitung
15 der Dieselbrennkraftmaschine ist -ein Venturirohr 16 vorgesehen, das mit der
Kapsel 11 durch eine Rohrleitung 17 verbunden ist. Der Unterdruck im Venturirohr
bildet ein Maß für die Maschinendrehzahl und es wirkt somit eine dieser Drehzahl
entsprechende Kraft auf die Membran 9. Eine Bewegung der Membran 9 zur Verschiebung
der Regelstange 8 nach rechts tritt ein, solange die Brennkraftmaschine mit einer
Drehzahl läuft, bei welcher die durch den Unterdruck auf die Membran ausgeübte Kraft
den Druck der Druckfeder 12 übersteigt.
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Die_Brennkraftmaschine .treibt außerdem eine Füllpumpe 18 an, die.
Druckflüssigkeit -von einem Behäl-.ter 19 ansaugt und durch die Leitung 21 zu zwei
Rückschlagventilen 22 und 23 fördert, durch welche die Druckflüssigkeit in die Leitung
3 oder 4 gelangen kann, in welcher-der geringere Druck herrscht. Der Druck in der
Leitung 21 wird durch ein überdruckventil 24 bestimmt, das die Leitung 21 mit dem
Behälter 19 verbindet. Zum Steuern der Fördermenge der Pumpe 2: ist ein aus einem
Kolben und einem Zylinder bestehender Stellmotor 25 vorgesehen, dem Druckflüssigkeit
entweder von der Füllpumpe 18 oder von der Pumpe _2 zugeführt wird. Zum Einstellen
der Pumpenfördermenge wird .die Regelstange 26 über ein Federglied 27 von einem
Betätigungsarm 28. aus entsprechend verschoben. Das Federglied 27 überträgt normalerweise
eine Steuerbewegung von dem Betätigungsarm 28 auf die Regelstange 26, läßt aber
unter später noch näher. zu beschreibenden Umständen eine Relativbewegung zwischen
der Regelstange 26 und dem Betätigungsarm 28 während .der Übersteuerung der eingestellten
Pumpenfördermenge zu. Um die in den Speise- und Rücklaufleitungen 3 und 4 erzeugten
Drücke festzustellen, erstrecken sich zwei Leitungen 29 und: 31 von den Speise-
und Rücklaufleitungen zu einem Druckfühler 32. In diesem Druckfühler sind zwei Zylinder
33 und 34 kleinen Durchmessers mit den Leitungen 29 -und 31 verbunden und
die Drücke in. diesen Leitungen wirken auf Kolben 35 und 36 in diesen Zylindern.
Die Kolben wirken auf einen Schieber 37, der mittels einer Feder 38 gegen die Kolben
35 und 36 gedrückt wird. Die Belastung der Feder 38 wird durch eine von der Regelstange
26 getragene Kurvenbahn 41 eingestellt, an der eine von der Feder 38 getragene Rolle
39 anliegt. Bei Pumpenfördermenge Null ist die Zusammendrückung der Feder 38 am
größten. Aus dieser dargestellten Stellung kann die Regelstange 26 in die eine oder
die andere Richtung bewegt werden, um Vorwärts- oder Rückwärtsförderung für Vorwärts-
oder Rückwärtsfahrt einzustellen. Um der von der Feder 38 auf die Kurvenbahn 41
ausgeübten Seitenbelastung entgegenzuwirken, ist eine Gegendruckrolle 42 vorgesehen.
Jedes Ende der Kurvenbahn 41 trägt einen Anschlag 43 bzw. 44, der mit der Kolbenstange
45 bzw. 46 eines Kolbens 47 bzw. 48 zusammenwirkt. Diese Kolben sind in Zylindern
49 und 51 angeordnet, die durch Leitungen 52 und 53 mit Druckflüssigkeit versorgt
werden können. Jeder Zylinder 49 und 51 hat einen Anschlag 54 bzw. 55, der die Endstellung
der Kolben 47 und 48 bestimmt, in der die Kolbenstangen 45 und 46 an ihren Anschlägen
43 und 44 anliegen, wenn sich die Regelstange 26 und die Kurvenbahn 41- in der in
der Zeichnung dargestellten Lage befinden, die der Fördermenge Null der Pumpe 2
entspricht.
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Wenn der Druck in einer der Leitungen 29 oder 31 so hoch ist, daß
er den entsprechenden Kolben 36 oder 35 gegen die Belastung der Feder 38 zurückdrückt,
kann Druckflüssigkeit durch einen Kanal 56 bzw. 57 und über eine Ventileinheit 58
bzw. 59 in die Leitung 53 bzw. 52 gelangen. Jede Ventileinheit 58 und 59 enthält
einen Zylinder 61, in dem ein Kolben 62 gegen die Wirkung einer schwachen Feder
63 verschiebbar ist. Der Kanal 56 bzw.: 57 mündet in ein Ende des Zylinders
61 und der Druck in diesemKanal bewegt den Kolben 62 gegen die Feder 63. Wenn im
Kanal 56 oder 57 kein Druck herrscht, gibt der Kolben einen Kanal 64 frei, der den
Zylinder mit dem Behälter 19 verbindet. In dieser Lage schließt der Kolben 62 einen
Kanal 65 ab, der außerhalb des Zylinders mit einem weiteren Kanal 66 am anderen
Ende des Zylinders verbunden ist. Wenn Druckflüssigkeit in den Kanal 56 bzw. 57
gelangt, wird der Kolben 62
gegen die Wirkung der Feder 63 verschoben und
öffnet den Kanal 65, so daß Druckflüssigkeit in den Kanal 66 und damit in die Leitung
52 oder 53 gelangen kann, um den Kolben 47 bzw. 48 zu verschieben. Wenn. im Kanal
56 oder 57 kein Druck mehr herrscht, so kehrt der Kolben 62 zurück, schließt den
Kanal 65 und öffnet den Kanal 64, wodurch die Leitung 52 oder 53 geleert und verhindert
wird, daß der entsprechende Kolben 47 oder 48 eine Kraft auf den Anschlag 43 oder
44 ausübt.
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Zum Einstellen der Fördermenge der Pumpe 2 und der Drehzahl der Dieselbrennkraftmaschine
1 ist ein einziger Fahrhebel 68 vorgesehen. Durch diesen Fährhebel 68 wird eine
Welle 69 gedreht; auf der zwei Nocken 73 und 74 angeordnet sind, die mit der Stange
14 bzw. mit dem Betätigungsarm 28 zusammenarbeiten. Der Fahrhebel 68 ist in einer
Kulisse 72 gleichermaßen nach beiden Seiten von einer zentralen Nullstellung aus
bewegbar, welche Leerlauf-Maschinendrehzahl und Pumpenfördermenge Null entspricht.EineBewegungdesFahrhebels68
injedeRichtung aus dieser Nullstellung bewirkt eine Bewegung der Stange 14 im Sinne
einer allmählichen Erhöhung der Maschinendrehzahl,. bis bei voller Verschiebung
des Fahrhebels 68 bis zu jedem Ende der Kulisse 72
die Höchstdrehzahl
erreicht ist. Zu diesem Zweck ist der Nocken 73 mit Kurvenflächen 75 und 76 ausgestattet,
die mit einem von der Stange 14 getragenen Nockenstößel zusammenwirken und einen
solchen Verlauf haben, daß die Stange 14 in zunehmendem Maße verschoben wird, je
weiter die Welle 69 aus der Nullstellung gedreht ist. Eine Bewegung des Fahrhebels
68 in jede Richtung aus der Nullstellung ergibt also eine Bewegung der Stange 14
nach links, wodurch die Druckfeder 12 fortschreitend zusammsngedrückt und die Drehzahl
der Antriebsmaschine 1 somit erhöht wird.
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Der Nocken 74 enthält einen Kulissenschlitz 78, in den ein am Betätigungsarm
28 befestigter Zapfen 79 eingreift. Der Kulissenschlitz 78 besteht aus zwei äußeren
Abschnitten 81 und 82 und einem mittleren Abschnitt 83. Der mittlere Abschnitt 83
entspricht dem Bereich zwischen den gestrichelten Winkelstellungen 84 und 85 des
Fahrhebels 68. Der Verlauf des mittleren Abschnitts 83 ist derart, daß er an seinem
an den Abschnitt 81 anschließenden Ende den kleinsten und an seinem an den Abschnitt
82 anschließenden Ende den größten Abstand von der Welle 69 hat. Wenn der Fahrhebel
68 aus der Nullstellung nach rechts bewegt wird, um eine Vorwärtsbewegung
des Fahrzeuges zu erzielen, so werden die Welle 69 und der Nocken 74 im Uhrzeigersinn
gedreht, wodurch der Zapfen 79 in dem Mittelabschnitt 83 in die Lage des größten
Abstandes von der Welle 69 gelangt. Dies hat eine Bewegung derRegelstange 26 des
Stellmotors 25m Sinne einer Vergrößerung der Pumpenfördermenge in Vorwärtsfahrtrichtung
bis zum Höchstwert zur Folge, womit der hydrostatische Motor 5 in Vorwärtsfahrtrichtung
angetrieben wird. Wenn der Fahrhebel 68 für Rückwärtsfahrt nach links bewegt wird,
wandert der Zapfen 79 in dem mittleren Abschnitt 83 in die Lage des kleinsten Abstandes
von der Welle 69, wodurch die Regelstange 26 so verschoben wird, daß die Förderrichtung
der Pumpe umgekehrt und die Fördermenge in dieser Richtung bis zu einem Höchstwert
vergrößert wird. Die äußeren Abschnitte 81 und 82, die sich an die Enden des mittleren
Abschnittes 83 anschließen, erstrecken sich mit einem konstanten Radius um die Achse
der Welle 69, wodurch der Zapfen 79 bei Bewegung des Fahrhebels 68 über die Winkelstellung
84 oder 85 hinaus in den einen oder den anderen der Abschnitte 81 oder 82 mit konstantem
Radius gelangt und die Pumpenfördermenge sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung
auf ihrem Höchstwert bleibt.
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Im normalen Betrieb eines Fahrzeuges, welches mit einer Steuervorrichtung
gemäß F i g. 1 ausgerüstet ist, hat der Fahrer außer dem normalen Lenken nur den
Fahrhebel 68 zu betätigen. Bei Vorwärtsfahrt wird der Fahrhebel 68 aus der
Nullstellung nach vorwärts bewegt. Im ersten Abschnitt der Bewegung vor Erreichen
der Winkelstellung 85 wird die Regelstange 26 auf Grund des Eingriffs des Zapfens
79 in den mittleren Abschnitt 83 nach unten bewegt, um die Fördermenge der Pumpe
2 in Vorwärtsfahrtrichtung zu vergrößern. Gleichzeitig wird die Stange 14 durch
den Nocken 73 verschoben, damit die Drehzahl der Dieselbrennkraftmaschine f auf
einen Wert gebracht wird, bei welchem wesentliche Leistung abgegeben werden kann.
Die Pumpe 2 fördert Druckflüssigkeit durch die Speiseleitung 4 zu dem hydrostatischen
Motor 5, um die Antriebsräder mit geringer Drehzahl anzutreiben. Bei der Winkelstellung
85 des Fahrhebels 68 erreicht die Pumpenfördermenge in Vorwärtsfahrtrichtung ihren
Höchstwert und die Drehzahl der Dieselbrennkraftmaschine 1 ist auf dem Kleinstwert,
bei dem Leistung abgegeben wird. Weitere Bewegung des Fahrhebels 68 über die Winkelstellung
85 hinaus erhöht die Drehzahl der Dieselbrennkraftmaschine 1 dadurch, daß die Stange
14 weiter nach links verschoben wird, wodurch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs
erhöht wird. Wenn der Fahrhebel 68 zu schnell bewegt wird oder wenn das Fahrzeug
an eine Steigung gelangt, so wird in der Speiseleitung 4 des hydrostatischen Getriebes
ein Druck erzeugt, der durch die Leitung 31 auf den Kolben 36 wirken und ihn gegen
die Belastung der Feder 38 verschieben kann, wodurch Druckflüssigkeit vom Kanal
57 zum Zylinder 49 gelangt und den Kolben 47 nach oben bewegt. Der Kolben 47 gelangt
in Berührung mit dem Anschlag 43 der Kurvenbahn 41 und verschiebt die Kurvenbahn
41 und die Regelstange 26 nach oben. Dabei wird das Federglied 27 zusammengedrückt
und die eingestellte Pumpenfördermenge verringert. Gleichzeitig wird die Belastung
der Feder 38 erhöht, weil die Kurvenbahn 41 gegen die Nullstellung hin bewegt wird.
Wenn die Belastung der Feder 38 ansteigt, wird ein Zustand ereicht, in welchem die
Feder 38 den Kolben 36 entgegen dem Druck in der Leitung 31 bewegt, um den Kanal
57 fast zu schließen, wodurch eine weitere Verringerung der Pumpenfördermenge verhindert
wird. Ein Gleicl#-gewichtszustand ist erreicht, wenn eine begrenzte Flüssigkeitsmenge
von der Leitung 31 durch den Kanal 57 fließt und den Kolben 62 im Zylinder 59 so
weit verschiebt, daß der Kanal 64 teilweise geschlossen ist, wobei diese Druckflüssigkeit
gedrosselt in den Behälter 19 entweichen kann. Ein kleiner Druck bleibt dann im
Zylinder 61 bestehen, der über die Leitung 52 auf den Kolben 47 wirkt und die Kurvenbahn
41 entgegen der Wirkung des Federgliedes 27 in der Stellunghält, die verringerter
Fördermenge entspricht, bis die Betriebsbedingungen sich ändern, z. B. indem das
Fahrzeug wieder beschleunigt oder der Fahrhebel 68 von dem Fahrer betätigt wird
oder die Steigung der Straße sich verändert. Unter keinen Umständen jedoch kann
die Pumpenfördermenge über den Wert ansteigen, der durch die Lage des Zapfens 79
im mittleren Abschnitt 83 bestimmt ist. Wenn der Druck in einer derSpeise-oderRücklaufleitungen3
oder4 groß genug ist, um mit Hilfe des Kolbens 47 oder 48 die eingestellte Fördermenge
zu verringern, so bewirkt diese Verringerung auf Grund der Form der Kurvenbahn 41,
daß die Drehmomentanforderung der Pumpe 2 an die Dieselbrennkraftmaschine 1 unabhängig
von der Maschinendrehzahl auf einem konstanten Höchstwert bleibt. Das Drehmoment
jedoch, das von dem hydrostatischen Motor 5 abgegeben wird, hängt von dem Übersetzungsverhältnis
des hydrostatischen Getriebes ab, das durch die Fördermenge der Pumpe 2 bestimmt
ist. Wenn beträchtliche Fahrtwiderstände vorhanden sind, so wird das übersetzungsverhältnis
verringert, damit der hydrostatische Motor 5 das nötige Drehmoment zur Bewegung
des Fahrzeuges aufbringen kann, während das von der Pumpe 2 benötigte Drehmoment
auf einem konstanten Wert bleibt.
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Zum Manövrieren des Fahrzeuges braucht der Fahrer außer dem Lenken
lediglich den Fahrhebel 68 in den Bereich zwischen den beiden Winkelstellungen
84 und 85 einzustellen. Dadurch wird eine langsame
Drehung
der Antriebsräder erreicht, allerdings nicht mit hohem Wirkungsgrad. Dies ist jedoch
von untergeordneter Bedeutung, da nur gelegentlich für kurze Zeit manövriert werden,
muß. Wenn das Fahrzeug mit größerer Geschwindigkeit fährt, so regelt sich das durch
die Fördermenge der Pumpe 2 bestimmte Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen
Getriebes laufend von selbst derart, daß die Dieselbrennkraftmaschine 1 stets ein
konstantes Drehmoment abgeben muß, bei welchem sie mit bestem Wirkungsgrad arbeitet.
Eine Verschiebung des Fahrhebels 68 über die Winkelstellung 84 oder 85 hinaus regelt
die Drehzahl der Dieselbrennkraftmaschine 1 und die Fahrgeschwindigkeit wird entsprechend
vergrößert oder verringert.
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Wenn das Fahrzeug abgebremst werden soll, braucht der Fahrer den.
Fahrhebel 68 lediglich langsam gegen die Nullstellung zu bewegen. Die Antriebsräder
treiben dann die Dieselbrennkraftmaschine 1 über das hydrostatische Getriebe mit
einer größeren als der Regeldrehzahl an. Dabei steigt, wenn das Fahrzeug vorwärts
fährt, der Druck in der Rücklaufleitung 3, der bei einem bestimmten Wert eine Bewegung
des Kolbens48 verursacht.DerAnschlag55 verhindert jedoch, daß: die Kolbenstange
46 an dem Anschlag 44 der Kurvenbahn 41 zur Anlage kommt und die Fördermenge wird
daher so bleiben, wie sie durch den Nocken 74 eingestellt ist. Wenn scharfes Bremsen,
notwendig ist, so kann der Fahrhebel 68 nahe an die Nullstellung herangebracht werden,
wodurch die Pumpenfördermenge weiter verringert und die Dieselbrennkraftmaschine
1 mit erhöhter Drehzahl angetrieben wird.
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In F i g. 2 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkungsweise
der Nocken 73 und 74 gezeigt. Die voll ausgezogene Linie zeigt den Verlauf der Pumpenfördermenge
in Prozenten der maximalen Fördermenge und die gestrichelte Linie veranschaulicht
die Drehzahl der Dieselbrennkraftmaschine 1 in Abhängigkeit von der Bewegung- des
Fahrhebels 68. Die Winkelstellungen 84 und 85 sind in dem Diagramm durch die Stellungen
plus und minus 15 Grad Hebelverschwenkung gekennzeichnet.