DE3236580A1

DE3236580A1 - Steuereinrichtung fuer einen hydrostatischen antrieb

Info

Publication number: DE3236580A1
Application number: DE19823236580
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Heiser; Dieter Dipl.-Ing. 7432 Urach Weigle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-10-02
Filing date: 1982-10-02
Publication date: 1984-04-05
Also published as: FR2533990B1; US4566274A; FR2533990A1; JPS5983864A

Description

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1.10.1982 Wd/Kc

ROBERT BOSCH GMBK,7000 Stuttgart 1

Steuereinrichtung für einen hydrostatischen Antrieb Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Steuereinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs, Bei einer derartigen bekannten Einrichtung ist an den Meßkreis des Meßmotors eine verstellbare Drossel angeschlossen, und der verstellbare Hydromotor wird von einem Stellzylinder entsprechend des Durchflußwerts der im Meßkreis angeordneten verstellbaren Drossel eingestellt, d.h. durch diese wird die Drehzahl des Hydromotors vorgegeben. Eine derartige Einrichtung berücksichtigt jedoch nicht das Verhallten der Pumpe, so daß der Anwendungsbereich der bekannten Einrichtung sowie deren Steuergenauigkeit begrenzt sind.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen hat demgegenüber den Vorteil, daß mit ihr ein Signal für die Einstellung der Pumpe auf einfache Weise aus der Abweichung der Drehzahl des Hydromotors von einem vorgegebenen Sollwert gewonnen wird. Dies erlaubt insbe-

-χ-f.

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sondere die Anwendung baukastengerechter, freizügig angeordneter Steuerelemente; Schwankungen der Antrieb-smaschine und Veränderungen von volumetrischen Wirkungsgraden werden ausgeregelt. Dies ist wichtig für niedrige Drehzahlen des Hydromotors. Von besonderem Vorteil ist auch eine manuelle oder elektrische Fernverstellung der Abtriebsdrehzahl.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Besonders vorteilhaft ist es, als Sollwertgeber eine von einem Elektromotor angetriebene und den Meßkreis beeinflussende Pumpe vorzusehen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Diese zeigt in den Figuren 1 bis ßr verschiedene schematische Darstellungen von hydrostatischen Antrieben mit Steuereinrichtungen.

In Figur 1 ist die wohl einfachste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gedankens dargestellt. Eine von einer nicht dargestellten Antriebsmaschine angetriebene verstellbare Pumpe 10 ist über Getriebehauptleitungen 11 und 12 im geschlossenen Kreis mit einem nicht verstellbaren Hydromotor 13 verbunden. Proportional zur Drehzahl der Pumpe 10 Ist eine Speisepumpe lh angetrieben, die Druckmittel aus einem Behälter 15 ansaugt und dieses in eine Steuerleitung 16 verdrängt. Diese führt zu einem proportional zur Drehzahl, des Hydromotors angetriebenen Meßmotor 17, von dem eine Leitung 18 zu einem Stellzylinder 19 für das Stellglied 20 der Pumpe 10 führt. In der Steuerleitung 16 ist eine verstellbare Drossel 21 angeordnet - es kann sich auch um ein Stromregelventil handeln - woraus

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zu erkennen ist, daß Speisepumpe 1U, Steuerleitung 16, Drossel 21, Meßmotor 17 und Stellzylinder 19 einen Steuerkreis für die Einstellung der Pumpe 10 bilden. Der Meßmotor 17 und das Stromregelventil-21 sind in Reihe geschaltet.

Der Stellzylinder 19 ist doppelt wirkend ausgebildet. Er weist einen Kolben 23 auf, der beidseitig von in Druckräumen 2k, 25 angeordneten Druckfedern 2β , 27 belastet ist. Die Leitung 18 mündet in den Druckraum 25, während in den Druckraum 2k eine Leitung 28 mündet, die von der Steuerleitung i6 ausgeht. Die Mündungsstelle ist mit A bezeichnet. In die Leitung 18 mündet eine Leitung 30, die zu einem ^/3-Wegeventil 31 führt, das auf beliebige Weise einstellbar ist. Es dient zum Richtungswechsel des Steuerstroms zum Stellzylinder 19, wodurch die Pumpe reversiert werden kann. Die Leitung 30 führt "über das Wegeventil 31 hinaus; an ihrem Ende ist ein Vorspannventil 32 mit geringem Öffnungsdruck für den Rücklauf vorgesehen.

An die Pumpe 1U ist als Zweigleitung von der Leitung λβ noch eine Leitung 33 angeschlossen, die zu einem Druckbegrenzungsventil 3^ für den Speisedruck dient. Dieses sogenannte Speiseöl wird über Rückschlagventile 35, 36 in die jeweilige Niederdruckleitung des Getriebehauptkreises eingespeist.

D.ie Steuereinrichtung arbeitet wie folgt: Die Fördermenge der Speisepumpe Ik- hängt von der Drehzahl der Pumpe 10 ab, ist aber stets größer als die Schluckmengo des Meßmotors 17 und die Ergänzung der Leckverluste im Hauptkreis. Die Überschußmenge fließt über das Druckbegrenzungsventil 3^ ab. Die Speisepumpe 1h sorgt damit für einen im wesentlichen

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konstanten Druck in der Steuer leitung 16 vor der Drossel 21. Die Schluckmenge des Heßmotors 17 hängt von der Drehzahl des Hydromotors 13. Wenn beispielsweise der Förderstrom durch .die Drossel 21 größer ist als die ,Aufnahmemenge des Meßmotors 17, so fließt von dem Knotenpunkt A an der Steuerleitung 16 der Differenzstrom über die Leitung 28 zum Stellzylinder 19, denn nach der Regel der Knotenpunkte muß die Summe der zu- und abfließenden Ströme Hull sein. Durch den in der Leitung 28 fließenden Druckmittelstrom wird die Pumpe 10 solange auf größere Fördermenge eingestellt, bis der Druckmittelstrom zum Meßmotor 17 gleich dem Druckmittelstrom an der Drossel 21 ist. Der Stellzylinder 19 und damit die Pumpe 10 bleiben auf diesem neuen Gleichgewichtszustand stehen, die richtige Fördermenge der Pumpe iO hat die gewünschte neue Drehzahl am Hydromotor 13 eingestellt. Durch Verändern des Durchflußquerschnitts der Drossel 21 ist also eine einfache Einstellung, insbesondere Fernverstellung - der Drehzahl des Hydromotors 13 möglich, wobei sich Soll- und Istwert sehr rasch einpendeln.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 unterscheidet sich von demjenigen nach Figur 1 lediglich durch eine andere Sollwerteingabe. Diese besteht aus einem in die Steuerleitung 16 eingesetzten, elektrisch betätigten Proportional-Wegeventil Uo, dem eine von einer Feder k1' belastete Druckwaage k1 in der Steuerleitung 16 vorgeschaltet ist. Außerdem ist ein Wechselrückschlagventil U2 notwendig, das einerseits über eine Leitung k3 mit der Leitung 18, andererseits über eine Leitung hk mit der Steuerleitung 16 verbunden ist. Hierdurch wird jeweils der höhere Druck in diesen beiden Leitungen ausgewählt und über eine Leitung i+5 zur Druckwaage h 1 geleitet. Entgegen

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dem Druck in der Leitung U 5 wirkt auf die Druckwaage Ui über eine Steuerleitung h6 ein Druck, der aus der Leitung 16 vor dem Wegeventil Uo abgenommen wird. In einer der Arbeit Stellungen I oder II des Wegeventils UO wird mit Hilfe der Druckwaage kl ein bestimmter Differenzdruck an dessen Steuerquerschnitten aufrechterhalten. Je nach Einstellung derselben wird dem Hydromotor 13 durch entsprechende Einstellung der Pumpe 10 wieder eine bestimmte Drehzahl vorgegeben, wobei Ist- und Sollwert dieser Drehzahl solange verglichen und über die Druckwaage h1 und das Proportionalventil kO ausgeregelt werden, bis die beiden Werte übereinstimmen. Der Zweck der Druckwaage Ui ist die Konstanthaltung eines Sollwertes unabhängig vom erforderlichen Verstelldruck im Stellzylinder 19·

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sind gleiche Teile wie bei den vorhergehenden wiederum mit denselben Ziffern bezeichnet. Hier sind zwei Hydromotoren US, U9 vorgesehen, jedem ist ein Meßmotor 5O₅ 51 zugeordnet, die durch einen geschlossenen Kreis 52, 53 miteinander gekoppelt sind. Von der Leitung 52 führt eine Leitung 5^ zum einen Druckraum des Stellzylinders 19, von der anderen Leitung 53 eine Leitung 55 zum anderen Druckraum des Stellzylinders.

Von einem Elektromotor 57 wird eine Meßpumpe 56 angetrieben, die über Leitungen 58, 59 ""je nach Drehrichtung - Druckmittel aus einem Behälter βθ in die Leitung 5*+ oder 55 einspeist. Die Druckmittelströme der Meßpumpe 56 und der Meßmotoren 50, 51 addieren oder subtrahieren sich in der entsprechenden Leitung 5^» 55 - je nach Abweichung Sollwert/Istwert durch die dann die Pumpe 10 solange verstellt wird, bis die beiden Werte übereinstimmen. Wenn die Pumpe 56 beispielsweise mehr fördert, als die Meßmotoren 50, 51

schlucken, muß die Pumpe 10 solange ausgestellt werden, bis Soll- und Istwert übereinstimmen. Durch Verändern der Drehzahl der Pumpe 56 ist also wieder eine einfache Steuerung der Drehzahl der Motoren U-8 , ^9 möglich durch Verstellen der Pumpe 10 einschließlich Soll-Istwertvergleich. Dies ist also prinzipiell genau wieder so wie beim Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 1.

Beim Ausfuhrungsbeispiel nach Figur U ist dem Stellzylinder 19 ein Vorsteuerventil 63 vorgeschaltet, von dem eine Leitung 6% an die Speisepumpe öl angeschlossen ist. Auf diese Weise wird eine empfindlichere Einstellung der Pumpe 10 bewirkt. Die Steuerung des Vorsteuerventils 63 erfolgt durch die Druckdifferenz in den Leitungen 5^, 55. Den Verstelldruck für den Stellzylinder liefert die Speisepumpe 61.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 5 unterscheidet sich von demjenigen nach Figur 2 im wesentlichen dadurch, daß an jede Leitung 11, 12 ein Druckbegrenzungsventil 67, angeschlossen ist. Von jedem dieser Ventile führt eine Leitung 69 bzw. 70 zu je einer Stirnseite des Proportional-Wegeventils ho. Damit wird erreicht, daß bei Erreichen eines oberen Druckgrenzwertes in der jeweils den Hochdruck führenden Hauptleitung 11, 12 die Pumpe 10 zurückgestellt wird. Ist beispielsweise der Hauptleitung 11 dieser Druck erreicht, dann öffnet sich das Druckbegrenzungsventil 67, und Druckmittel fließt über die Leitung 69 an die Stirnseite des Ventils 1+0, das dann durch diesen Druck übersteuert und so eingestellt wird, daß der Stellzylinder 19 die Fördermenge der Pumpe TO verringert.

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Dieses Prinzip ist besonders dann anwendbar, wenn das Proportionalwegeventil ko mit Schalt- oder Proportionalmagneten betätigt wird. Hierdurch erreicht man eine sogenannte verlustarme Druckbegrenzung.

Beim Ausführungsbeispiel· nach Figur 6 ist an die Steuerleitung 16 wiederum ein direktgesteuertes Proportionalwege ventil ko angeschlossen, außerdem ist ein hydraulisch angesteuertes Regelventil 75 vorgesehen, von dem eine Leitung 76 an die Steuerleitung 16 angeschlossen ist. Vom Regelventil 75 führen zwei Leitungen 77, 78 zum Stellzylinder 19· An die beiden Stirnseiten des Regelventils 75 führen Leitungen 79» 80, die an die Steuerleitung 16 bzw. die Leitung 18 angeschlossen sind. Diese beiden Leitungen sind durch eine Leitung Qk verbunden. Außerdem mündet in die Leitung 79 noch eine Leitung Si, die vom Ventil kO herkommt. Das Regelventil 75 wird vom Differenzdruck in den Leitungen 79, 80, 16, 18 beaufschlagt. Je nach gewünschter Förderrichtung der Pumpe 10 wird eine Seite des Regelventils mit dem Zulauf zum Meßmotor, die andere Seite mit dem Rücklauf verbunden. Der Rücklaufdruck wird durch das Vorspannventil 32 bestimmt.

Die Differenz zwischen dem mit dem Proportionalventil Uo eingestellten Sollwert und der Schluckmenge des Meßmotors 17 ergibt im Zusammenhang mit der Drossel 82 in der Leitung Qk auf der steuernden Seite des Regelventils 75 einen Druck, der höher oder tiefer als der Gegendruck des Vorspannventils 32 ist. Je nach Vorzeichen der Druckdifferenz nimmt das Regelventil 75 die Schaltstellung I oder II ein und bewirkt ein Ausstellen oder Zurückstellen der Pumpe 10.

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Im Gegensatz zur direkten Steuerung ist die Verstellgeschwindigkeit der Pumpe 10 unabhängig vom Volumenstrom des Meßmotors 17, und die Rückstellung erfolgt nicht mit Federkraft, sondern mit Flüssigkeitsdruck. Eine Druckwaage am Proportionalventil kO ist nicht notwendig. Das Druckgefälle an demselben wird durch die Federn 83, 81+ des Regelventils 75 konstant gehalten.

Wie das Ausführungsbeispiel nach Figur 7 zeigt, ist es möglich, auch den Hydromotor - nunmehr bezeichnet mit 90 - verstellbar auszubilden. Dessen Stellglied 91 wird mit Hilfe eines einseitig wirkenden Stellzylinders 92 entgegen Federkraft 93 eingestellt. Sein Druckraum 9^ ist über eine Leitung 95 mit einem Vorsteuerventil 96 verbunden. An die eine Seite des Vorsteuerventils führt eine Leitung 97» die von einem Wechsel-Rückschlagventil 98 herkommt. An die andere Seite des Vorsteuerventils 96 führt eine Leitung 99> welche in die Steuerleitung 16 mündet. An diese ist - wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 - das Proportionalventil 31 mit Druckwaage 32 angeschlossen. Das Wechselrückschlagventil ist von der einen Seite her beaufschlagt über eine Leitung 99, die an das Druckbegrenzungsventil 68 angeschlossen ist - siehe Ausführungsbeispiel nach Figur 5. An die andere Seite des Wechselrückschlagventils 98 führt eine Leitung 100, die zum Druckbegrenzungsventil 67 führt - siehe- ebenfalls das genannte Ausführungsbeispiel. Man erkennt daraus, daß beim Ausführungsbeispiel nach Figur 7 Elemente der Ausführungsbeispiele von Figur 1,Figur 5 und β vereinigt sind, zu der noch die Verstellung des Hydromotors 90 hinzukommt. Auf das Vorsteuerventil 16 wirkt in derselben Richtung wie der Druck aus der Leitung 97, die Kraft einer Feder 101. An das Regelventil 75 führt noch eine Leitung IOU, die an eine Leitung 102 angeschlossen ist, welche von der Steuerleitung 16 zum Vorsteuerventil 96 führt.

Bei gleichzeitiger Verstellung von Pumpe und Hydromotor entstehen vieldeutige Betriebspunkte, wenn nicht die Verstellbereiche eindeutig getrennt liegen. Dies gelingt mit Hilfe des vorgesteuerten Regelventils 75· Das Vorsteuerventil 96 verbindet in Ruhestellung den Druckraum 9^ mit dem Behälter. Die Leitung 99 ist normalerweise drucklos. Damit stellt die Feder 93 des Stellzylinders 92 den Hydromotor 90 auf volle Schluckmenge. Bei einer Soll-Ist-Abweichung der Drehzahlen von Meßpumpe und Meßmotor und einer dadurch verursachten Druckdifferenz in den Leitungen 16 einerseits und 18, 79 andererseits wird zuerst das Regelventil 75 der Pumpe 10 ausgelenkt. Erst bei noch weiter vergrößertem Regelfehler wird auch das Vorsteuerventil 96 für die Verstellung des Hydromotors von seiner Schaltstellung Γ in die Schaltstellung II gebracht. Dadurch kann von der Speisepumpe 1h in die Leitung 16 und die Leitung 102 gefördertes Druckmittel in den Druckraum 9^ des Stellzylinders 92 gelangen und den Hydromotor 10 auf kleinere Schluckmenge einstellen, was höhere Drehzahl bedeutet. Durch das Wechselrückschlagventil 98 wird die jeweilige Hochdruckseite an die Leitung 97 angeschlossen. :

Da bei einem bestimmten Maximaldruck das Moment des Hydromotors mit Verkleinerung des Schluckvolumens abnimmt, ist bei mit der Drehzahl steigendem Lastmoment ein instabiles Verhalten an der Drehmomentgrenze zu erwarten. Wenn nämlich der Hydromotor infolge zu hoher Last die eingestellte Solldrehzahl nicht erreicht, reagiert er mit weiterem Zurückschwenken und damit mit Verringerung des Drehmoments. Um dies zu verhindern, ist wieder die sogenannte verlustarme Druckbegrenzung mit Hilfe der Druckbe-

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grenzungsventile 67» 68 vorgesehen, bei deren Ansprechen der Hydromotor bei Erreichen des Maximaldruckes weiter ausschwenkt. Diese Ventile sprechen bei Überschreiten eines Maximaldrucks an, der Staudruck in den Ablaufleitungen .99 bzw. 103 pflanzt sich über das Wechsel.ventil 98 und die Leitung 97 auf die linke Seite des Vorsteuerventils 96 fort. Der nun höhere Druck gegenüber demjenigen in der Leitung 99 stellt das VorSteuerventil 96 in eine Zwischenstellung, bei welcher der Stellzylinder 92 das Stellglied 91 des Hydromotors dem ülaximaldruck angepaßt hat. Bei Hochdrucküberschreitung wird das Vorsteuerventil 96 in seine Schaltstellung I gebracht, worauf der Hydromotor voll ausschwenkt, und der immer noch anstehende Sekundärdruck in den Leitung 79? 10U verstellt das Regelventil 75 derart, daß der Stellsylinder 19 nun auch die Pumpe 10 zurückstellt. Durch diese Systemkombination wird erreicht, daß zum Erlangen einer bestimmten Drehzahl beide Maschinen auf dem größtmöglichen Schwenkwinkel (niedrigster Druck) den besten Wirkungsgrad fahren.

Claims

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1 . 10.1982 Wd/Kc

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1

Ansprüche

1 .j Steuereinrichtung für einen hydrostatischen Antrieb mit über einen druckbeaufschlagten Stellzylinder einstellbarer Pumpe, die über Getriebeleitungen mit einem Hydromotor verbunden ist, dem ein mit proportionaler Drehzahl angetriebener Meßmotor zugeordnet ist, der einen durch einen Sollwertgeber veränderbaren Steuerstrom zwecks Drehzahlregelung des Hydromotors erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydromotor (13) seinen Drehzahl-Sollwert dann erreicht hat, wenn der Meßmotor (17) nahezu denselben Volumenstrom aufnimmt, den ihm der Sollwertgeber (21; U0, h1; 56, 57) zumißt, und daß bei Abweichung vom Drehaahl-Sollwert die Pumpe (10) vom Stellzylinder (19) durch die Differenz des Druckmittelstroms von Sollwertgeber und Meßmotor so lange verstellt wird, bis die Schluckmenge des Meßmotors gleich der Abströmmenge am Sollwertgeber ist. -
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber ein im Steuerkreis angeordnetes verstellbares Drosselventil (21) bzw. Stromregelventil oder ein elektrisch oder manuell betätigbares Wegeventil (1+0) mit zugehöriger Druckwaage (Ui) oder eine von einem Elektromotor (57) angetriebene Pumpe (56) ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Proportional-Wegev^ventil (UO) ein vorgespanntes, zum Rücklauf entlastetes Ventil (32) nachgeschaltet ist.
h. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwaage (Ui) ein Wechselrückschlagventil (^2) vorgeschaltet ist, das den höheren der beiden Drücke im Steuerkreis an die Druckwaage leitet, die auch von der Steuerpumpe (1U) her beaufschlagt ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ■ gekennzeichnet, daß in dieser eine Anordnung zur verlustarmen Druckbegrenzung durch Zurückstellen der verstellbaren Pumpe (10) vorgesehen ist, indem an die Hochdruckleitung (11, 12) ein Druckbegrenzungsventil (6T₅ 68) angeschlossen ist und der hierbei abgezweigte Druck derart auf das Proportional-Wegeventil (ko) einwirkt, daß dieses über den Stellzylinder (19) die Pumpe zurückstellt.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung des Stellzylinders (19) über ein dem Proportional-Wegeventil (kO) nachgeschaltetes Regelventil (75) erfolgt, was von einem im Steuerkreis erzeugten Differenzdruck beaufschlagt ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Hydromotor (90) verstellbar ist, insbesondere mit einen einseitig wirkenden Stellzylinder (92), dessen Druckraum (9*0 von einem Vorsteuerventil (96) angesteuert ist, auf das einerseits der Druck im Steuerkreis einwirkt, andererseits eine Feder und der Druck aus einer der Hauptleitungen (11, 12), wenn dort ein Überdruck auftritt.

ORIGINAL