DE2303488A1

DE2303488A1 - Hydrostatische antriebssteuerung

Info

Publication number: DE2303488A1
Application number: DE2303488A
Authority: DE
Inventors: John Roger Cryder; Rodney Roye Erickson; Kenneth Ralph Lohbauer; James Edward Scheidt
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1972-01-31
Filing date: 1973-01-25
Publication date: 1973-08-09
Also published as: GB1418791A; FR2170700A5; JPS4884266A; IT977089B; US3771310A; JPS5710300B2

Description

Hamburg, den 23« Januar 1973 132473 .999

Priorität: 31» Januar 1972, USA, Pat.-Anm. Nr. 222,041

Anmelder:

Caterpillar Tractor Go,

Peoria, 111., USA.

Hydrostatische Antriebssteuerung

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Transmission und insbesondere auf Steuerungsmittel, die die Ausgangsleistung der Transmission an.die verfügbare Eingangsieistung anpassen·

Hydrostatische Transmissionen sind insbesondere aus den US-PS 3.381.472 vom 7. Mai 1968 und 3.477.225 vom 11.November 1969 bekannt.

Steuerungseinrichtungen für hydrostatische Transmissionen sind in großer Zahl bekannt· Bislang befassen sioh jedooh wenige mit den besonderen Schwierigkeiten,koordiniert ein

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Paar hydrostatischer Transmissionen zu steuern, die zum Antrieb eines Paares nebeneinander mit Abstand angeordneter und mit dem Boden in Eingriff tretender Einrichtungen angeschlossen sind, welche die Bewegung eines Fahrzeugs über den Boden bewirken. Eine solche Anordnung würde z_oB. in einem Raupenketten-Fahrzeug vorgesehen sein, in welchem jede Kette gesondert angetrieben wird«,

Solche Einrichtungen führen zu besonderen Schwierigkeiten bei Fahrzeugen mit Kettenantrieb, in denen die getrennt angetriebenen Ketten mit derselben Geschwindigkeit angetrieben werden müssen, um eine Bewegung entweder nach vorn oder zurück in gerader Linie auszuführen. Das Problem der Fahrt in gerader Linie ist auch dann vorhanden, wenn das Fahrzeug einer unsymmetrischen Belastung ausgesetzt wird, ZoBe beim Abschieben der Seite eines Abhanges oder Beladung einer Seite einer Schaufel oder eines Schiebers_o

Bei Fahrzeugen, die andere, veränderlichen Belastungen unterworfene Geräte aufweisen, kann auch die Schwierigkeit bestehen, die verschiedenen Belastungen in das richtige Verhältnis zur Leistungsabgabe der Fahrzeugmaschine zu bringen.

Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine selbsttätige Steuerungseinrichtung zu schaffen, die es gestattet, von der Maschinenleistung den günstigäen Gebrauch zu machen.

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Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer steuerungseinrichtung für ein stufenlos veränderliches Transmissionssystem, um die Maschinenausgangsleistung in einem angemessenen Verhältnis zwischen dem Fahrzeugantrieb und der Gerätesteuerung aufzuteilen.

Me Erfindung bezweckt ferner die Schaffung einer Steuerungseinrichtung, mit der ein über eine hydrostatische Transmission angetriebenes Raupenfahrzeug so gesteuert werden kann, daß es unter ständigem Antrieb gesteuerte Bogen fahren kann«.

Erfindungsgemäß ist ein Fahrzeug, das mit einem Paar hydrostatischer Transmissionen ausgestattet ist, mit einer Steuerungseinrichtung versehen, die selbsttätig die Maschinenleistung zwischen dem Fahrzeugantrieb und den Geräten des Fahrzeugs aufteilte Das Steuerungssystem spricht auf die Umdrehungszahl der Maschine an, die proportional der Maschinenbelastung ist, um damit die Ausgangsleistung der Transmission zu steuern.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in denen die Erfindung ausführlich, erläutert und dargestellt ist. Es zeigen:

Figo 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung,

Figo 2 eine Lenkungs— und Umsteuer-Ventilgruppe für die Einrichtung nach Fig» I und

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Pig* 3 eine Geschwindigkeitssteuerungsventilgruppe für die Einrichtung nach Fig» 1.

In den Zeichnungen, siehe insbesondere Figo 1, ist ein hydrostatisches Antriebssystem dargestellt, das mit einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung ausgestattet ist» Die dargestellte Ausführungsform weist ein Paar hydrostatischer Transmissionen 10, 12 auf, von denen jede zum Antrieb durch dieselbe, nicht dargestellte Maschine angeschlossen und so verbunden ist, daß sie ein Drehmoment auf getrennte Antriebsräder oder -ketten zur Fortbewegung des Fahrzeugs überträgt· Die hydrostatische Transmission 10 weist eine Pumpe 14 mit veränderlicher Verdrängung und einen Motor 16 mit veränderlicher Verdrängung auf, die durch eine Hydraulik-Schleife verbunden sind, zu der eine Leitung 18 und eine Leitung 20 gehören· Die hydrostatische Transmission 12 ist in gleicher Weise gebaut und enthält eine mit veränderlicher Verdrängung arbeitende Pumpe 22, die mit einem Motor 24 veränderlicher Verdrängung durch Leitungen 26 und 28 verbunden ist.

Die Verdrängung der Pumpen wird durch Hydraulikzylinder oder lineare Motoren 30 und 32 verändert, die so arbeiten, daß sie die Pumpen von einer Verdrängung Null bis zur HöchstVerdrängung nach jeder Seite von der Mitte aus verstellen, um einen Vorwärts- und einen Rüokwarts-Antrieb sowie auch ein gewisses Ausmaß an Geschwindigkeitssteuerung zu ermöglichen. Die Schwenkmotoren 30 und 32 werden durch nicht dargestellte Servo-Ventile gesteuert, die durch Stellvorrichtungen 34 und 36 betätigbar sind, die ihrer-

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seits auf die noch, zu beschreibende Steuerungseinrichtung ansprechen.

Die Verdrängung der Motoren 16 und 24 wird durch Schwenkmotoren gesteuert, die als Hydraulikzylinder oder lineare Motoren 38 und 40 ausgebildet, sind und die so arbeiten, daß sie die Verdrängung der Motoren und damit die Geschwindigkeit und/oder deren Drehmomentabgabe verändern. Die Schwenkmotoren werden durch nicht dargestellte Servo— Ventile gesteuert, die durch die Steuerungseinrichtung und mittels G-estängegliedern 42, 44 miteinander in Verbindung stehen. Die Servo-Ventile zur Steuerung der Verdrängung der Motoren 16 und 24 sind durch eine GeschwindigkeitssteuerungsTmtilgruppe 46, die noch beschrieben wird, verbunden. Die Ventilgruppe 46 spricht ihrerseits auf die Maschinenausgangsleistung und auf einen Geschwindigkeitssteuerwähler an β

Die Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung der Steuerungseinrichtung wird durch eine Pumpe 48 mit fester Verdrängung zugeführt, die unmittelbar vom Fahrzeugmotor angetrieben wird und Flüssigkeit aus einem Sumpf 50 ansaugt und durch ein !leitungssystem, das einen Filter 52 enthält, den verschiedenen Steuerventilen der Einrichtung zuführt.

Eine Zweigleitung 54 führt Druck von der Pumpe 48 der einen Seite des Minderdrehzahlteiles der Geschwindigkeitssteuerventilgruppe 46 zu. Eine Hauptleitung 56 führt den Hauptstrom der Flüssigkeit von der Pumpe 48 einer Venturi-Einrichtung 58 zu· Die Niederdruckseite der Venturi-Ein-

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richtung ist durch eine Leitung 60 mit einem weiteren
Teil des Mindergeschwindigkeitstexles der Ventilgruppe 46 verbundene Der durch die Venturi-Einrichtung 58 hindurchgehende Hauptstrom der Flüssigkeit wird einem Strömungssteuerventil 62 zugeführt ₉ durch das der Strom aufgeteilt und über eine Anzahl von Leitungen den verschiedenen
Abschnitten des Steuersystems zugeführt wird.

Das Strömungssteuerventil 62 arbeitet so, daß es den
Flüssigkeitsstrom aufteilt und einen Teil über eine Leitung 64 an die Kreise der linearen Stellmotoren für die Pumpen und Motoren abgibt» Der Flüssigkeitsdruck in diesem Kreis wird an die Servo-Ventile abgegeben, die ihrerseits so
arbeiten, daß sie die Flüssigkeit den entsprechenden
linearen Stellmotoren zur Änderung der Verdrängung der
Pumpen und Motoren zuführen.

Vom Strömungssteuerventil 62 geht die Steuerflüssigkeit
durch eine Leitung 68 hindurch, die in die Zweigleitungen 70 und 74 aufgeteilt ist* Die Leitung 70 schließt an die
Ventilkombination 72 für Vorwärts-, Büc&wärts und Drehbewegung an« Die Leitung 74 unterteilt sich, in die Zweigleitungen 74a und 74b, dia zu der Geschwindigfceitssteuesmngsventilgruppe 4δ gehen*

Der Flüssigkeitsdruck, der über die Leitung 70 läuft, bestimmt die Einstellung der Verdrängung der Pumpen 14 und
22, wenn die Flüssigkeit durch das Steuerungssystem und
das Ventil 72 und die Forsteuerventile den Verdrängungs-

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Stellvorrichtungen zugeführt wird.

Das Ventilsystem 72, siehe Figo 2, weist ein Lenkungsventil 76 und ein Sichtungssteuerventil 78 auf. Die in das Yentilsystem 72 eingeführte Flüssigkeit kann entlang den leitungen 80 und 82 zur Servo-Stellvorriehtung 34 der Pumpe 14 und durch die Leitungen 84 und 86 zur Servo-Stellvorrichtung 36 der Pumpe 22 fließen. Die Leitungen 88 und 90 verbinden mit dem Sumpf 50. Wenn das Ventil 76 in neutraler Stellung ist, wird gleicher Druck den Verdrängungssteuerungen der Pumpen zugeführt, so daß die Pumpen beide gleiche Mengen verdrängen· In der dargestellten neutralen Stellung des Ventils 76 fließt Flüssigkeit, die in den Einlaßkanal 70 eintritt, über den Zweigkanal 92 nach jedem Ende des Ventilschiebers und über den Ventilschieber durch Einschnitte 94 und 96 und wird durch die Kanäle 98 und 100 zum Ventilschieber 78 geführt. Wenn der Schieber 78 in der Betätigungsstellung entweder für den Vorwärts— oder Rückwärtsantrieb ist, fließt die Flüssigkeit aus den Kanälen 98 und 100 über die Einschnitte 102 und h 104 zu den Leitungen 82 und 84, um die Servo-Ventile der Pumpen 14 und 22 zu betätigen· Das Ausmaß der Verdrängung der Pumpen hängt von dem Druck ab, der über die Leitungen 80, 82, 84 und 86 zur Betätigung der Servo-Ven— tile zugeführt wird, und von dem Betätigungsdruck 64 ₁ der benutzt wird, um die Yerdrängungsstellvorrichtungen oder Motoren 30 und 32 zu beaufschlagen· Der Druck in dieser Steuerungseinrichtung hängt von Faktoren ab, die mit Bezug auf die Gesehwindigkeitssteuerventilgruppe 46 noch beschrieben werden·

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In der dargestellten Stellung der Ventile 76 und 78 sind die Leitungen 80 und 86 über die Einschnitte 106 und 108 des Ventils 78 mit Kanälen 110 und 112 verbunden, die
ihrerseits über Einschnitte 114 und 116 mit den Abzugsleitungen 88 und 90 verbunden sind. Eine Verstellung des Ventils 78 in die entgegengesetzte äußerste Lage verbindet die Druckeingangsleitung 70 und die Servo-Steuerleitungen 80 und 86, während gleichzeitig die anderen Servo-Steuerleitungen 82 und 84 mit den Rückleitungen 88 und verbunden werden» Diese Verstellung des Ventils 78 führt zu einer Verstellung der Pumpen 14 und 22 über die Mittelstellung hinaus in entgegengesetzte Richtung, so daß die Ausgangsleistung der Transmission in umgekehrter Richtung geht ο

Das Lenkungsventil 76 arbeitet mit den Kanälen im Ventilkörper 72 so zusammen, daß ein Brückenkreis zwischen den oben erwähnten Servo-Steuerleitungen und den Einlaß- und Auslaß-Leitungen gebildet wird ο Das führt dazu, daß ein
Ungleichheitssignal auf die Servo-Steuerventile der zwei Pumpen übertragen wird. Aufgrunddessen ergibt sich eine
ungleiche Verdrängung der Pumpen und dementsprechend ein Unterschied in der Antriebsausgangsleistung der zwei
Transmissionen, so daß das Fahrzeug, in densen Antriebseinrichtung die zwei Antriebstransmissionen gekoppelt
sind, einen Drehungsbogen fährt.

Die Geschwindigkeitssteuerungsventilgruppe 46 der Fig. 1 ist in Figo 3 im einzelnen dargestellt. Sie spricht auf
die Einstellung des Geschwindigkeitssteuerhebels und der

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Maschinendrehzahl an, um den Signal- und den Betätigungsdruck zu steuern, der den Stellvorrichtungen zur Steuerung der Pumpen- und Motorenverdrängung des hydrostatischen Transmissionspaares zugeführt wird» Ein Geschwindigkeitssteuerhebel 118 ist in entsprechender Weise, z.B. durch eine Verbindungsstange 120, mit einem Zylindergehäuse verbunden, das seinerseits hin- und herbeweglich in einem Gehäuse 124 angeordnet ist. Sin Kolben 126 ist innerhalb der Zylinderbohrung 128 des Gehäuses 122 angeordnet und auf eine zurückgezogene Stellung mittels einer Feder 130 vorgespannt, die innerhalb der Kammer 132 angeordnet ist und einerseits auf einer Bndwand des Gehäuses und andererseits auf einem Kragen 134 der Kolbenstange abgestützt ist. Der Kolben 126 ist durch ein entsprechendes Gestängesystem, zu dem ein Paar Hebel 136 und Verbindungsgleider 42 und 44 gehören, mit den Servo-Steuerventilen der Motoren 38 und 40 verbunden. Eine Bewegung des Steuerhebels 118 in der einen oder anderen Richtung bewegt das Gehäuse und stellt für die Servo-Steuerventile der Motoren 38 und 40 eine durch die Stellung des Kolbens te 126 bestimmte Lage her. Eine Bewegung des Gehäuses 122 ändert die Kraft der ledern 136 und 138, wodurch wiederum die Kraft geändert wird, die das Kegel- oder Rückschlagventil 140 auf seinem Sitz hält ο Die Kraft, welche auf das Ventil 140 und ein Kegel- oder Rückschlagventil 142 einwirkt, um sie auf ihrem Sitz zu halten, bestimmt den obersten Druck in der Kammer 144 und infolgedessen den obersten Druck, der zur Betätigung der Pumpen-Servo-Stellvorrichtungen 34 und 36 und des Motor-Servokolbens 126 verfügbar ist»

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Me Kammer 144 ist in Verbindung mit der Leitung 74a, die an die Leitung 74 anschließt und den oben erwähnten £etätigungsdruck liefert. Bin Entlastungsventilschieber ist zwiscnen dem Einlaß aus der Leitung 74 und der Kammer 144 angeordnete

Die Kraft, die das Schließen des Ventils 142 bewirkt, wird in der Venturi-Einrichtung 58 entwickelt und mittels eines

Differentialkolbensystems durch eine Feder 148 übertragen· Die Ventur!-Einrichtung 58 erzeugt zwischen den Leitungen 54 und 60 einen Differentialdruck, der einem Differer'ialkolbensystem 150 zugeführt wird. Das System 150 bewirkt, daß eine Kraft zur Schließung des Rückschlagventiles 142 ausgeübt wird, die proportional dem hergestellten Differentialdruck ist« Der Differentialdruck, der in der Venturi-Einrichtung 58 hergestellt oder entwickelt wird, ist in dieser Anordnung unmittelbar der Maschinendrehzahl proportional, da die Pumpe 48 mit fester Verdrängung arbeitet und unmittelbar von dem Fahrzeugmotor angetrieben wird ο

Der in der Leitung 54 hergestellte Druck wird auf die Kammer 152 übertragen, wo er auf einem Kolben 154 einwirkt, der seinerseits eine Kraft gegen eine Kolbenanordnung überträgt, die einen großen Kolben 156 aufweist, der mit einem kleinen Kolben 158 verbunden und auf einer Feder 148 abgestützt ist. Der in der Leitung 60 entwickelte Druck wird durch ein einstellbares Rückschlagventil 160 übertragen, und zwar durch einen Kanal 162 im Rückschlag-

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ventilkörper und einen Kanal 164, wodurch eine Verbindung mit der Kammer 166 hergestellt wird. Der Druck in der Kammer 166 wirkt zusammen mit der Feder 168 auf den größeren Kolben 156 und dem Druck in der Kammer 152 entgegerio Eine Schraube 170 ist vorgesehen, um die ochließstellung des Ventils 160 einzustellen,,

Je größer das Flüssigkeitsvolumen ist, das durch die Venturi-üinrichtung 58 fließt, um so größer ist der Differentialdruck zwischen den Leitungen 54 und 60» Dabei wird ein größerer Druck in der Kammer 152 ausgeübt und der Druck, der durch die Feder 148 auf das Rückschlagventil 142 wirkt, erhöht« Aufgrunddessen wird auch der Druck erhöht, der in der Kammer 144 entwickelt werden muß, um die Ventile zu öffnen, wodurch sich ein größerer Zuwachs in dem Druck des Verdrängungssteuerkreises ergibt«

Bin Ablaßventil 172 wird durch einen Geschwindigkeitssichea?- rungsfußhebel 174 gesteuert und ermöglicht eine hydrostatische Bremsung des Systems in der Weise, daß die Flüssigkeit aus der Kammer 144 über die Leitung 176 zum Sumpf 50 abgelassen wird,, Der Druckabfall führt in den Pumpen 15 und 22 selbsttätig zu einer Rückstellung auf die Null-Lage, ohne daß die Einstellung des Hebels 118 geändert werden mußo

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Claims

PATENT AN SPRÜCHE

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j Io )Antriebseinrichtung für ein auf Ketten laufendes ^-—s oder in ähnlicher Weise fortbewegtes Fahrzeug mit zwei hydrostatischen Transmissionen, von denen jede zum Antrieb eine Spurkette mit dem gemeinsamen Antriebsmotor des Fahrzeugs verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß geschwindigkeitsabhängige Steuermittel (46, 72) die Transmissionen (10, 12) zur selbsttätigen Einstellung ihrer Ausgangsleistung auf die am Fahrzeugmotor verfügbare Leistung verbinden·

2β Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem Paar stufenlos verstellbaren hydrostatischen Transmissionen angetrieben werden, wobei eine Vorrichtung zur Abgabe einer Steuerflüssigkeit vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß hydraulische Steuermittel (30, 34» 32, 36) zur koordinierten Steuerung der Transmissionen (14» 16; 22, 24) miteinander in Verbindung stehen, und daß auf den Druck der von einer Quelle (48) abgegebenen Steuerflüssigkeit ansprechende Mittel zur Steuerung des Verhältnisses der Transmissionen und Mittel (48) zur Herstellung des Steuerdruckes für eine gegebene Motordrehzahl vorgesehen sind, wobei diese Mittel (58) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Differentialdruokes enthalten.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß, die Quelle für den Steuerdruck eine unmittelbar

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von der IPahrzeugmaschine angetriebene, mit fester Verdrängung arbeitende Pumpe (48) aufweist.

4ο Einrichtung nach. Anspruch 2-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung eines Differentialdruckes eine Venturi-Einrichtung (58) enthält, durch die ein Teil der Steuerflüssigkeit hindurchgeht.

5ο Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein erstes Entlastungsventil (142) mit einer Druckeinstellung, die dem Differentialdruck proportional ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein zweites Entlastungsventil (140¹) und durch Mittel zur Bestimmung des Druckes für dieses Ventil.

7ο Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der hydrostatischen Transmissionen (10, 12) eine mit veränderlicher Verdrängung arbeitende Pumpe (14, 22) und einen mit veränderlicher Verdrängung arbeitenden Motor (16; 24) aufweist, der durch flüssigkeit aus der mit veränderlicher Verdrängung arbeitenden Pumpe angetrieben wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Motoren (16, 24) eine Gestängeverbindung (42, 44, 136, 138) und zwischen den Pumpen (14, 22) eine Verbindung durch hydraulische Mittel (72) vorgesehen ist und daß das Einstellungsverhältnis

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der Pumpen durch eine Vorrichtung (76, 7$) zur Änderung des Verhältnisses der Leistungsabgabe der Transmissionen (10, 12) änderbar ist.

9ο Einrichtung nach Anspruch 7-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängung der Motoren (16, 24) durch einen Kolben (126) steuerbar ist, der durch die Steuerflüssigkeit beaufschlagbar und der durch Steuerungsmittel (118) unabhängig von der Steuerungsflüssigkeit bewegbar ist_e

10. Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (126) in der zylindrischen Bohrung (128) eines beweglichen Gehäuses (122)angeordnet ist, das eine den Kolben entgegen dem Druck der Steuer— flüssigkeit spannende Feder (130) enthält, und das zur Einstellung des Kolbens durch einen Hebel (118) bewegbar ist, der mit Mitteln zur Sitzeinstellung des' zweiten Ventils (140) in Verbindung steht.

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