DE3441966A1

DE3441966A1 - Steuerung fuer einen hydrostatischen kolbenmotor

Info

Publication number: DE3441966A1
Application number: DE3441966A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. Beyer; Walter Dipl.-Ing. 4322 Sprockhövel Lubos
Original assignee: G Duesterloh GmbH
Current assignee: G Duesterloh GmbH
Priority date: 1984-11-16
Filing date: 1984-11-16
Publication date: 1986-05-28
Also published as: GB8527123D0; SE8505422L; IT8548658A0; IT1182909B; GB2167138A; SE8505422D0

Description

3U1966

G. Düsterloh GmbH, 4322 Sprockhövel 1

Steuerung für einen hydrostatischen Kolbenmotor

Die Erfindung richtet sich auf eine Steuerung für einen hydrostatischen Kolbenmotor gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die bislang bekannten Steuerungen für hydrostatische Kolbenmotoren, insbesondere hydraulisch beaufschlagbare Radialkolbenmotoren, sind durchweg mechanischer Natur. Hierbei wird ein Ende der Motorwelle durch entsprechende Ausgestaltung dazu genutzt, den zufließenden Yolumenstrom auf die Arbeitszylinder zu verteilen sowie den rückfließenden Yolumenstrom zu sammeln.

Zu diesem Zweck ist es bei Radialkolbenmotoren mit innerer KolbenabStützung bekannt, Steuerringe vorzusehen, die mit dem. Motorgehäuse und einem mit der Motorwelle verbundenen Exzenter einen äußeren und einen inneren Ringraum bilden» Durch Verschiebung der Steuerringe zwischen dem Steuerspiegel und einem. Gehäusedeckel durch den Exzenter wird alternierend der innere und äußere Ringraum mit den Arbeitszylindern in Verbindung gebracht. Die Ringräume münden nach außen in die Druckanschlüsse des Motors.

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Auch ist es bekannt, ein Ende der Motorwelle mit Eindrehungen und Aussparungen zu versehen, um. das Arbeitsmedium drehwinkelabhänglg an die Arbeitszylinder heranzubringen bzw. von diesen abzuführen.

Derartige Motorsteuerungen haben sich in der Praxis grundsätzlich bewährt. Da es aber stets in sich geschlossene Systeme sind, können sie von außen nicht beeinflußt werden. Das wirksame Schluckvolumen der Motoren Ist folglich nicht veränderbar und erfordert daher im. offenen Kreislauf zusätzliche Strom- und Wegeventile. Ein einmal eingestelltes wirksames Schluckvolumen ist über alle Beschleunigungs-bzw. Yerzö'gerungsphasen des Motors wirksam. Da zwischen der mechanischen Steuerung und den Arbeitszylindern vergleichsweise lange Kanäle und Bohrungen vorhanden sind, Ist hier ein relativ großes schädliches Kompressionsvolumen vorhanden. Eine hydraulische Positionierung ist im bekannten Fall nur dadurch Z.U verwirklichen, daß zusätzliche Ventile in die Leitungsabschnitte vor und/oder nach der Motorsteuerung eingegliedert werden. Auch konnte das zweite Ende der Motorwelle nicht antrlebsmäßig genutet werden, da stets die mechanische Steuerung einer Wellendurchführung im Wege stand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebene Steuerung für einen hydrostatischen Kolbenmotor so zn verbessern, daß die Beeinflussung des wirksamen Schluckvolumens und damit/ des Motordrehmoments In beliebigen Betriebspositionen ohne zusätzliche Strom- und Wegeventile möglich Ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Die bislang an einem Motorwellenende vorgesehene mechanische Steuerung wird nunmehr durch den einzelnen Arbeit szylindern direkt zugeordnete Wegeventile, insbesondere Stetigventile, in Form τοη Servo- oder Proportionalventilen gemäß Anspruch 2, ersetzt, die elektromagnetisch in Abhängigkeit von der Stellung der Motorwelle betätigt werden. Zu diesem Zweck wird, die jeweilige Stellung der Motorwelle durch einen Winkelgeber ermittelt, der mit einem Mikroprozessor verbunden ist. Der Mikroprozessor ist exakt auf die Erregung bzw. Entregung der Stetigventile winkelabhängig programmierbar. Dadurch ist es möglich, nunmehr jede gewünschte Beschleunigungsund Verzögerungskurve des Kolbenmotors vorzugeben. So kann beispielsweise bei einem Schweranlauf der Motor exakt im ' oberen bzw. unteren Totpunkt zunächst mit dem maximalen Schluckvolumen betrieben werden. Ist der Motor dann hochgelaufen und die anzutreibende Masse beschleunigt worden, kann durch eine winkelabhängige Verstellung der Stetigventile das wirksame Schluckvolumen und damit auch das Drehmoment reduziert werden. Es ist mithin nicht mehr wie bei einer mechanischen Steuerung ein einmal eingestelltes wirksames Schluckvolumen über alle Besahleunigungs- bzw. Verzögerungsphasen des Motors wirksam, sondern das Jeweils wirksame Schluckvolumen ist jetzt auf optimale Ausnutzung des vorhandenen Drucks gezielt abgestellt.

Ferner Ist jetzt eine hydraulische Blockierung möglich. So kann z. B. bei einer Windenanordnung der Motor sofort voll unter Druck gesetzt werden, obwohl er noch still steht. Anschließend kann die Bremse vollständig gelöst werden, ohne daß man befürchten muß, daß bei zu geringem Druck die Last den Motor durchdreht bzw. daß bei zu hohem Druck d.er Motor gegen die angezogene Bremse schleifend arbeitet. Aufgrund der exakten Positionierbarkeit der Stetigventile kann der Motor unter Druck gesetzt werden, wobei Leckverluste durch auf den Motor evtl. ausgeübte äußere Beanspruchungen selbständig ergänzt werden. Dieser Yorteil macht sich Insbesondere dort bemerkbar, wo äußere ^ Kräfte, wie Hangabtriebskräfte, den Motor drehen wollen.

<> Auch ermöglicht es die Erfindung, Energie rückzu-

gewinnen. Ist der Motor mit einer sich absenkenden Last verbunden, kann jetzt gezielt Energie in das Versorgungsnetz eingespeist werden.

Die Erfindung ermöglicht es ferner, daß ein Motor

nunmehr ohne weiteres an ein Hydrauliknetz, mit konstantem. Druck angeschlossen und dennoch die angebotene Energie in jeder Beanspruchungssituation des Motors optimal genutzt' werden kann.

Ein weiterer Yorteil besteht darin, daß auch eine Freilaufschaltung eingerichtet werden kann. Dazu Ist es durch entsprechende Programmierung lediglich erforderlich, alle Stetigventile in eine Stellung zu bringen, In der sie entweder mit der Druckseite oder der Rücklaufselte beidseitig verbunden sind.

Aufgrund der Möglichkeit, daß die Arbeltszylinder im. oberen und unteren Totpunkt z. B. mit Voreinströmung genau angesteuert werden können, wird eine sehr gute Laufruhe des Motors und eine Optimierung des Wirkungsgrads erzielt. Der Beschleunigungs-, Verzögerungs- und Geschwindigkeitsverlauf kann einwandfrei vorab eingestellt werden. Es ist überdies eine stufenlose Veränderung des wirksamen Schluckvolumens durch Anschnittsteuerung möglich. So Ist es beispielsweise denkbar, den Druck über einen Drehwinkel von 270° und den Rücklauf über den restlichen Drehwinkel von 90° durchzuführen. Auf diese Welse kann die hydraulische Energie, z.. B. beim Konstantdrucknetz, optimal genutzt werden. Darüberhlnaus sind kleinste Drehzahlen möglich. Dies Ist dadurch gewährleistet, daß Leckageverluste keinen negativen Einfluß mehr dahingehend ausüben können, daß der Motor stehenbleibt. Verluste werden selbständig ergänzt. Es kann auch eine direkte Umsteuerung über Proportionalventile vorgenommen werden. Da die Stetigventile unmittelbar den ArbeItszylindern zugeordnet sind, Ist es möglich, die Zuführung des Arbeitsmediums in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Motorwelle ohne weiteres umzukehren.

Die Druck- und Rücklaufanschlüsse befinden sich unmittelbar am Motorgehäuse. Die Wege zwischen den Ventilen und, den Arbe it szylindern sind kurz. Dadurch wird das Kompressionsvolumen erheblich verringert. Ein weiterer Vorteil der kurzen Wege Ist die verbesserte Kühlung des Arbeitsmediums, da das eingespeiste Arbeitsmedium ständig nach einem Arbeitsspiel nahezu vollständig wieder abgeführt und durch frisches Arbeitsmedium ersetzt wird.

Schließlich besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung noch darin, daß jetzt beide Enden der Motorwelle genutz-t werden können. Im bekannten Fall stand immer die mechanische Steuerung einer Wellendurchführung im Wege. So ist es ζ.. B. denkbar, das zweite Wellenende hohl auszubilden. Auf diese Weise können dann zwei Motoren unmittelbar mechanisch miteinander verbunden werden. Folglich kann ohne besondere Maßnahmen mit vergleichsweise geringem Aufwand auch was den Raumbedarf anlangt - die Leistung eines Antrieb aggregats vergrößert werden.

Nach Anspruch 3 kann der Winkelgeber mit einem an einem Motorwellenende befestigten Kahnrad zusammenwirken.

An die Stelle einer solchen Ausführungsform kann auch eine Anordnung mit größerer Auflösung treten, wie sie beispielsweise im Anspruch 4 gekennzeichnet ist.

Die Erfindung erlaubt es, die elektromagnetisch an steuerbaren Stetigventile nicht nur bei hydrostatischen Radialkolbenmotoren mit innerer Kolbenabstützung zu nutzen (Anspruch 5)₅ sondern sie auch bei hydrostatischen Kolbenmotoren der sogenannten aufgelösten Bauart (Anspruch 6) anzuwenden. Bei der aufgelösten Bauweise können sich dann gemä Anspruch T die mit Rollen versehenen Kolben an einer Kurvenbahn abstützten oder sie sind entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 8 über Pleuelstangen außermittig an mit einem. Groß kämmende Ritzel angelenkt. Bei der letzten Ausführungsform werden dann so viele Arbeitszylinder am Umfang des Großrads angeordnet, wie es zur Gewährleistung eines gleichförmigen Betriebs erforderlich ist.

Die Erfindung Ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 Im vertikalen Längsschnitt einen hydrostatischen Radialkolbenmotor mit innerer Kolbenabstützung;

Figur 2 einen Kolbenmotor mit sich an einer Kurvenbahn abstützenden Rollen Im schematischen Querschnitt und

Figur 3 im Schema einen Ausschnitt aus einem Kolbenmotor mit umfangsseltlg eines Großrads angeordneten, durch Arbeitszylinder antreibbaren Ritzeln»

Mit 1 ist In der Figur 1 das Gehäuse eines hydrostatischen Radialkolbenmotors mit innerer Kolbenabstützung bezeichnet. Das Gehäuse 1 wird von einer Mbtorwelle 2 durchsetzt, die In Lagern 3 Im Gehäuse 1 abgestützt ist. Die axiale Lage der Motorwelle 2 wird durch einen Deckel 4 fixiert, der von einem Wellenstumpf 5 der Motorwelle 2 durchsetzt wird. Zwischen dem Wellenstumpf 5 und dem Deckel 4 Ist ein Dichtelement 6 vorgesehen, das das Gehäuseinnere gegenüber der Umgebung abdichtet.

Das andere Ende T der Motorwelle 2 Ist hohl ausgebildet. Zwischen dem. hohlen Wellenabschnitt 7 und dem Gehäuse 1 Ist ein Dichtelement 8 vorgesehen, das den Innenraum des Gehäuses 1 nach außen hin abdichtet.

Der mittlere Längenabschnitt der Motorwelle ist als Exzenter 9 ausgebildet. Am Exzenter 9 stützen sich die In Arbeltszylindern 10 des Gehäuses 1 hin- und herbeweglicher Kolben 11 über Pleuel 12 und Pleuelschuhe 13 gleitend ab. Beispielsweise sind fünf Arbeitszylinder 10 mit Kolben 11 auf dem Umfang des Radialkolbenmotors verteilt angeordnet. Dabei ist jedoch zur einfacheren Darstellung einer der beider veranschaulichten Arbeitszylinder 10 In Umfangsrichtung verse tz,t gezeichnet.

In radialer Erstreckung jedes Arbeitszylinders 10 ist am Umfang des Gehäuses 1 ein Stetigventil 14 befestigt, das elektromagnetisch ansteuerbar Ist. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Stetigventile 14 lediglich symbolhaft veranschaulicht.

Die Zuführung des hydraulischen Arbeitsmediums z.u den Stetigventilen 14 erfolgt über einen Druckanschluß P in einen Ringkanal 15 und von diesem Ringkanal 15 aus über radic Stichkanäle 16 zu den Stetigventilen 14. Der Rückfluß von der Stetlgventllen 14 erfolgt ebenfalls über radiale Stichkanäle 17 in einen Ringkanal 18 und von diesem Ringkanal 18 In einer Rückflußanschluß R.

Auf dem. hohlen Ende T der Motorwelle 2 ist ein ZaI rad 19 befestigt, welches an einem Im Gehäuse 1 gelagerten Winkelgeber 20 vorbeidreht. Der Winkelgeber 20 steht über eine Leitung 21 mit einem Mikroprozessor 22 in Verbindung, welcher seinerseits wiederum über Leitungen 23 mit den Magneten 24 der Stetigventile 14 verbunden ist.

Der Mikroprozessor 22 ist programmierbar, und z.wa] gezielt winkelabhängig auf die Erregung bzw. Entregung der Stetigventile 14. Durch entsprechende Programmierung ist ein

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exakter Beschleunlgungs-, VerzÖgerungs- und: Geschwindigkeitsverlauf des Radialkolbenmotors einstellbar.

Auch bei der Ausführungsform der Figur 2 sind sternförmig angeordnete Arbeitszylinder 25 mit Arbeltskolben

26 Torgesehen. Die Arbeltskolben 26 stützen sich über Rollen

27 an einer Kurvenbahn 28 Im Gehäuse 29 ab.

Jedem Arbeitszylinder 25 Ist ein elektromagnetisch ansteuerbares Stetigventil 14 zugeordnet, deren Magnete 24 über Leitungen 23 mit einem Mikroprozessor 22 verbunden sind, der seinerseits über eine Leitung 21 an einen Winkelgeber 20 angeschlossen 1st, der In Verbindung mit einem auf der Motor- _f, welle 2 befestigten Zahnrad 19 die jeweilige Stellung der Motorwelle 2 ermittelt. ^s

Die Z.U- und Abfuhr des hydraulischen Arbeltsmediums zu den Stetigventilen 14 und damit auch zu'und von den Arbeitszylindern 25 erfolgt wiederum über Ringkanäle 15, 18 mit nicht näher dargestellten Anschlüssen P und R (entsprechend der Ausführungsform der Figur 1).

Bei der Ausführungsform der Figur 3 eines hydrostatischen Kolbenmotors sind umfangsseitlg eines Großrads 30 mehrere Arbeitszylinder 31 vorgesehen, denen ebenfalls wieder elektromagnetisch ansteuerbare Stetigventile 14 zugeordnet sind, welche entsprechend den Ausführungsformen der Figuren 1 und. 2 über einen Mikroprozessor 22 in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung der Motorwelle verlagert werden können.

Die in den Arbeitszylindern 31 hin- und herbeweglichen Kolben 32 fassen mit Kolbenstangen 33 durch eine Stirnseite der Zylindergehäuse 34. An die freien Enden der Kolbenstangen 33 sind Pleuelstangen 35 angelenkte die mit ihren anderen Endabschnitten außermittig von Ritzeln J>6 angeschlagen sind, welche am. Umfang des Großrads 30 kämmen. Es sind so viele Arbeitszylinder 31 am Umfang angeordnet, wie es für einen gleichförmigen Betrieb erforderlich ist.

Über einen Winkelgeber 20 können auch bei dieser Ausführungsform die Stellungen der Kolben 32 in den Arbeitszylindern 31 erkannt und mittels des Mikroprozessors 22 die entsprechende Ansteuerung der Yentile 14 durchgeführt werden.

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3ezugsZeichenaufstellung

1 Motorgehäuse

2 Motorwelle

3 Lager

4 Deckel

5 Wellenstumpf

6 Dicht element Γ Wellenende

8 Dichtelement

9 Exzenter

10 Arbeitszylinder

It Kolben

12 Pleuel

13 Pleuelschuhe

14 Stetigventil

15 Ringkanal

16 Stichkanäle IZ "

18 Ringkanal

19 Zahnrad

20 Winkelgeber

21 Leitung

22 Mikroprozessor

23 Leitungen

24 Magnete

25 Arbeitszylinder

2β Arbeitskolben

27 Rollen

28 Kurvenbahn

29 Gehäuse

30 Großrad

31 Arbeitszylinder

32 Kolben

33 Kolbenstangen ■

34 Gehäuse

35 Pleuelstangen

36 Ritzel

P Druckanschluß R Rückflußanschluß

Claims

PAT £" M T A NW ALTS DR.-ING. W. STUHLMANN - DIPL.-ING. R. WILLERT DR.-ING. P. H. OIDTMANN - , , „ - - _ 344Ί 96 6. R. 110/31252 4630BOCHUM1. 15.11.1984 Postschließfach 1O 24 BO YP/Mo hr Zeichen - Bergstraße 159 Λη/ Fernruf O234 / 519 «57 Telegr. Stuhlmannpatent Telex 825 361 swop d Patentansprüche:

1. Steuerung für einen hydrostatischen Kolbenmotor mit mehreren in Zylindern hin- und herbeweglichen Kolben , deren translatorische Bewegungsenergie wenigstens mittelbar In Rotationsenergie einer gemeinsamen Motorwelle umgesetzt wird, wobei die Beaufschlagung der Arbeitszylinder mit dem hydraulischen Arbeitsmedium In die Abhängigkeit des Verdrehwinkels der Motorwelle gestellt ist, dadurch gekennzeichnet , daß an jedem Arbeitszylinder (1O₃ 25, 3D ein elektromagnetisch ansteuerbares Wegeventil (14), r Insbesondere Stetigventil, zur Zu- und Abfuhr des Arbeits- |) mediums vorgesehen Ist und die Ansteuerung der Stetigventile (14) über einen in Abhängigkeit von 'der Stellung der Motorwelle (2) programmierbaren Mikroprozessor (22) erfolgt, der mit einem der Motorwelle (2) zugeordneten Winkelgeber (20) verbunden Ist.

2. Steuerung nach Anspruch I₉ dadurch g e kennzeichnet , daß die Stetigventile (14) in Form von Servo- oder Proportionalventllen elnz.eln an den Arbeitszylindern (10, 25, 31) befestigt sind.

3- Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkelgeber (20) mit einem an einem Motorwellenende (7) befestigten Zahnrad (19) zusammenwirkt.

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4. Steuerung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelgeber (20) als Analog- oder Digitalgeber ausgebildet ist.

5. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in der Anwendung auf einen hydrostatischen Radialkolbenmotor mit innerer Kolbenabstützung.

6. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in der Anwendung auf einen hydrostatischen Kolbenmotor der aufgelösten Bauart.

7'. Steuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennz-ei chnet, daß sich die mit Rollen (27^ j,_v versehenen Kolben (26) an einer Kurvenbahn (28) abstützen.

8. Steuerung nach Anspruch 6_S dadurch gekennzeichnet,- daß die Kolben (32) über Pleuelstangen (35) außermittig an mit einem Gro£rad (30) kämmende Ritz.el (36) angelenkt sind.

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