DE3809869A1 - Hydrostatisches getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Getriebe mit einer im Hubvolumen verstellbaren Pumpe und mindestens einem im Hubvolumen verstellbaren Motor, sowie mit einer Pumpensteuereinrichtung und einer Motorsteuereinrichtung.

Es sind hydrostatische Getriebe für Fahrantriebe mit Primär- und Sekundärsteuerung, das heißt mit Steuerung der Pumpe und Steuerung des Motors bekannt, bei denen das Wandlungsverhältnis des Fahrantriebs über den Bereich der Primärsteuerung der Pumpe hinaus vergrößert wird. Die Steuer­ einrichtung für solche Getriebe ist meist in eine überge­ ordnete Steuerung bzw. Regelung eingebunden, beispielsweise eine automotive Steuerung, Grenzlastregelung oder Leistungs­ regelung. Die Signale aus einer der genannten Steuerungen bzw. Regelungen wirken zusammen mit den Signalen des Fahr­ kommandogebers auf Pumpe und Motor, wobei sowohl die Pumpe als auch der Motor eine eigene Stelleinrichtung und ein eigenes Steuersystem aufweisen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisches Getriebe mit vereinfachtem Aufbau für Fahrantriebe mit Primär- und Sekundärsteuerung zur Ver­ fügung zu stellen und die Sekundärsteuerung auf einfache Weise in das übergeordnete Steuer- bzw. Regelsystem mit einzubeziehen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe liegt darin, daß die Pumpensteuereinrichtung und die Motorsteuereinrichtung miteinander in Wirkverbindung stehen, wobei der Grad der Wirkung von der Einstellung des Hubvolumens der Pumpe abhängt.

Dadurch wird der Motor von der Steuereinrichtung der Pumpe mitgesteuert, so daß als motoreigenes Steuersystem ein einfacher, in einem Gehäuse längsbeweglicher Kolben Ver­ wendung finden kann. Der aufwendige Stellmotor kann also ersetzt werden durch einen einfachen Zwei-Stellungs-Motor. Trotzdem bleibt der Motor über die Wirkverbindung zur Pumpensteuereinrichtung durch die übergeordnete Steuerung bzw. Regelung beeinflußbar.

Bei Stillstand des Fahrzeuges befindet sich die Pumpe zunächst in Nullstellung, das heißt in der Einstellung mit geringstem Hubvolumen, und der Motor in Maximalstellung, das heißt in der Einstellung mit größtmöglichem Hubvolumen. Durch Betätigung des Fahrkommandogebers erhält die Pumpen­ steuereinrichtung ein Signal, woraufhin das Hubvolumen der Pumpe vergrößert und das Fahrzeug aus dem Stand heraus beschleunigt wird. Die Motoreinstellung verbleibt dabei vorläufig noch in Maximalstellung, so daß das maximal mögliche Drehmoment abgegeben wird. Wenn beim Beschleunigen die von der Pumpe aufgenommene Leistung die Nennleistung der Antriebsmaschine überschreitet, tritt die übergeordnete Steuerung bzw. Regelung in Kraft und verhindert eine zu rasche Hubvolumenvergrößerung der Pumpe. Ist eine gewünschte Geschwindigkeit bereits vor Erreichen des maximalen Hub­ volumens der Pumpe erreicht, so wird der Beschleunigungs­ vorgang durch teilweise Rücknahme des Fahrkommandogebers unterbrochen und die gewählte Geschwindigkeit beibehalten. Soll die größtmögliche Fahrgeschwindigkeit erreicht werden, muß der Fahrkommandogeber weiter betätigt werden, so daß das Hubvolumen der Pumpe unter Berücksichtigung der vom Antriebsmotor zur Verfügung stehenden Leistung stetig weiter vergrößert wird. Oberhalb eines bestimmten Hubvolumens der Pumpe, vorzugsweise kurz vor Erreichen des Maximalwertes, tritt die Wirkverbindung zwischen der Pumpensteuereinrichtung und der Motorsteuereinrichtung in Kraft und veranlaßt die Motorsteuereinrichtung dazu, das Hubvolumen des Motors vom Maximalwert in Richtung auf ein kleineres Hubvolumen zu verstellen.

Wenn dabei die Leistung der Antriebsmaschine überschritten wird, beispielsweise beim Befahren einer Steigung, tritt wieder die übergeordnete Steuerung bzw. Regelung in Kraft und veranlaßt eine Reduzierung des Hubvolumens der Pumpe. Bei Unterschreiten eines bestimmten Hubvolumens wird die Wirkverbindung zur Motorsteuereinrichtung unterbrochen, woraufhin der Motor wieder in Richtung auf maximales Hub­ volumen verstellt wird. Die Fahrgeschwindigkeit nimmt dann ab, das Drehmoment hingegen steigt. Ist die Leistung der Antriebsmaschine wieder ausreichend, läuft dieser Steuer­ vorgang wieder in umgekehrter Richtung ab. Der Motor rea­ giert also auf die Signale der übergeordneten Steuerung bzw. Regelung, die direkt auf die Pumpensteuereinrichtung einwirken.

In einer bevorzugten Ausführungsform, die mit einfachen Mitteln und daher wirtschaftlich realisierbar ist, weist die Pumpensteuereinrichtung einen in einem Gehäuse längs­ beweglichen Steuerkolben auf, an dessen Stirnseiten je eine Steuerdruckzweigleitung geführt ist. Der Steuerkolben ist mit Ringnuten ausgestattet, die in Mittelstellung des Steuerkolbens und bis zum Erreichen eines bestimmten Ver­ schiebewegs des Steuerkolbens mit Ringnuten im Gehäuse der Pumpensteuereinrichtung und gleichzeitig mit dem Steuer­ druckmittelbehälter verbunden sind, wobei die Ringnuten im Gehäuse mit einer Leitung, die zur Steuereinrichtung des Motors führt, in Verbindung stehen. Eine Verschiebung des Steuerkolbens durch Beaufschlagen einer seiner Stirn­ seiten mit Steuerdruck bewirkt eine Hubvolumenverstellung der Pumpe, weil der Steuerkolben beispielsweise über ein Stellorgan direkt die Auslenkung einer Schrägscheibe einer Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise steuert. Der Steuerkolben bzw. die Pumpensteuereinrichtung kann aber auch als Servo-Steuereinrichtung gestaltet sein. Beim Verschieben des Steuerkolbens fungieren dessen Ringnuten und die Ringnuten im Gehäuse als Steuerkanten. Bis zum Erreichen eines bestimmten Verschiebewegs stehen die Ring­ nuten im Gehäuse über die Ringnuten im Steuerkolben mit dem Steuerdruckmittelbehälter in Verbindung. Somit ist die an die Ringnuten im Gehäuse angeschlossene Leitung, die zur Motorsteuereinrichtung führt, drucklos und der Motor ist infolgedessen auf seine Maximalstellung einge­ stellt.

Sobald der Verschiebeweg des Steuerkolbens einen bestimmten Betrag überschreitet, was gleichbedeutend ist mit dem Erreichen bzw. Überschreiten eines bestimmten Hubvolumens der Pumpe, wird eine der Ringnuten im Gehäuse mit der Steuerdruck führenden Steuerdruckzweigleitung verbunden bzw. teilt sich der stirnseitig anliegende Steuerdruck der Ringnut mit. Der Steuerdruck wird zur Motorsteuerein­ richtung geleitet und sorgt dort für eine Verstellung des Motors in Richtung auf ein kleineres Hubvolumen. Steuer­ kolben und Gehäuse sind bei einer herkömmlichen Pumpensteuer­ einrichtung einer Pumpe in einem hydrostatischen Getriebe ohnehin vorhanden. Das Einbringen der Ringnuten ist ferti­ gungstechnisch sehr einfach möglich, so daß der Herstellungs­ aufwand gering ist.

Es ist günstig, wenn die Motorsteuereinrichtung einen in einem Gehäuse längsbeweglichen Kolben aufweist, an dessen einer Stirnseite eine Leitung herangeführt ist, die mit den Ringnuten des Gehäuses der Pumpensteuereinrichtung in Verbindung stehen. Auf die gegenüberliegende Stirnseite kann der Förderdruck der Pumpe geleitet werden. Der Kolben steuert über ein Stellorgan die Hubvolumeneinstellung des Motors. Es kann aber auch eine als Servo-Steuereinrichtung ausgebildete Motorsteuereinrichtung zum Einsatz kommen. Der Aufbau einer solchen Steuereinrichtung ist einfach und preiswert.

Ein großer Vorteil ergibt sich, wenn die Pumpensteuerein­ richtung mit einer Regeleinrichtung zum Verhindern einer Leistungsüberschreitung der Antriebsmaschine verbunden ist, denn diese wirkt dann nicht nur auf die Pumpe ein, sondern auch auf den Motor.

Anhand des nachstehenden schematischen Figurenbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden:

Eine hinsichtlich des Hubvolumens verstellbare Pumpe 1, beispielsweise eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheiben­ bauweise, wird durch eine nicht gezeigte Antriebsmaschine angetrieben und ist durch zwei Förderdruckleitungen 2 und 3 mit einem im Hubvolumen und in der Drehrichtung verstellbaren Motor 4 verbunden. Der Motor 4 treibt bei­ spielsweise eine Antriebsachse an. Mit der verstellbaren Pumpe 1 ist eine Konstantpumpe 5 starr gekoppelt, die einen Steuerdruck über eine Steuerdruckleitung 6 abgibt und deren Ansaugtrakt mit einem Steuerdruckmittelbehälter 7 über eine Leitung 8 verbunden ist. Der Steuerdruck wird von einem Fahrkommandogeber 9 beeinflußt, der auf ein verstell­ bares Drosselventil 10 einwirkt und zusammen mit weiteren Ventilen eine Steuerdruckkennlinie über der Motordrehzahl erzeugt. Zwei in Steuerdruckzweigleitungen 6 a und 6 b ange­ ordnete, elektrisch betätigbare Fahrtrichtungsschalter 11 und 12 leiten den Steuerdruck je nach gewählter Fahrt­ richtung in die in der Figur linke oder rechte Seite einer Pumpensteuereinrichtung 13. In der Pumpensteuereinrichtrng 13 befindet sich ein Steuerkolben 14, an dessen Stirnseiten mit Durchgangsbohrungen 15 versehene Distanzscheiben 16 anliegen, auf die Federn 17 einwirken. Der Steuerkolben 14 ist in diesem Beispiel durch ein Stellorgan 18 mit der Pumpe 1 verbunden. Der Steuerdruck wirkt je nach betätigtem Fahrtrichtungsschalter 11 oder 12 auf eine der Stirnseiten des Steuerkolbens 14 und verschiebt diesen gegen die Kraft der Feder 17, wobei über das Stellorgan 18 die Pumpe 1 in Richtung auf größeres Hubvolumen verstellt wird. Ab einem bestimmten Hubvolumen wirken zusätzlich zur Feder­ kraft Stifte 19, die vom in Leitungen 2 a oder 3 b anstehenden Pumpen-Förderdruck beaufschlagt sind, und sorgen für eine Begrenzung der Hubvolumenverstellung der Pumpe, falls eine Überlastung der Antriebsmaschine droht. Der Steuerkolben 14 weist zwei Ringnuten 20 und 21 auf, deren Breite so bemessen ist, daß über einen bestimmten Verschiebeweg des Steuerkolbens 14 hinweg sowohl mit dem inneren Raum der Pumpensteuerein­ richtung 13 als auch mit Ringnuten 22 und 23 im Gehäuse der Pumpensteuereinrichtung 13 eine Verbindung vorhanden ist. Der innere Raum der Pumpensteuereinrichtung 13 ist drucklos bzw. mit dem Steuerdruckmittelbehälter 7 verbunden, was in der Figur nicht gezeigt ist. Die Ringnuten 22 und 23 im Gehäuse der Pumpensteuereinrichtung 13 sind an eine Leitung 24 angeschlossen, die zu einer Motorsteuerein­ richtung 25 führt.

Die Motorsteuereinrichtung 25 besteht im wesentlichen aus einem in einem Gehäuse 26 längsverschieblichen Kolben 27, zu dessen einer Stirnseite eine mit Förderdruck beaufschlag­ bare Leitung 28 führt, und an dessen gegenüberliegende Stirnseite die Leitung 24 geführt ist. Der Förderdruck in der Leitung 28 verschiebt den Kolben 27 in eine Endlage, wobei in diesem Beispiel die Verschiebung über ein Stell­ organ 29 auf den Motor 4 übertragen wird. Diese Endlage entspricht dem maximalen Hubvolumen des Motors 4. Wenn in der Leitung 24 ein Steuerdruck vorhanden ist, so wirkt dieser auf die gegenüberliegende Stirnseite des Kolbens 27 und verschiebt diesen entgegen dem Förderdruck in Richtung auf ein kleineres Hubvolumen des Motors 4.

Die Wirkungsweise des hydrostatischen Getriebes ist wie folgt: Durch Betätigen beispielsweise des Fahrtrichtungs­ schalters 11 wird die Ausschwenkrichtung der Pumpe 1 und damit die Drehrichtung des voll ausgeschwenkten Motors 4 festgelegt. Der von der Konstantpumpe 5 erzeugte Steuerdruck wird durch den Fahrkommandogeber 9 und das daran angeschlos­ sene Drosselventil 10 modifiziert und durch den Fahrt­ richtungsschalter 11 hindurch in die in der Figur linke Seite der Pumpensteuereinrichtung 13 geleitet, wo sich der Steuerdruck über die Durchgangsbohrungen 15 der an einem gehäuseseitigen Anschlag anliegenden Distanz­ scheibe 16 auf die in der Figur linke Stirnseite des Steuerkolbens 14 fortpflanzt und eine Verschiebung des Steuerkolbens 14 gegen die Kraft der Feder 17 bewirkt. Da beide Ringnuten 22 und 23 des Gehäuses der Pumpen­ steuereinrichtung 13 an die Leitung 24 angeschlossen sind, steht aufgrund der breiteren Ringnuten 20 und 21 des Steuer­ kolbens 14 die Leitung 24 beim Verschieben des Steuerkol­ bens 14 zunächst ständig mit dem inneren Raum der Pumpen­ steuereinrichtung 13 in Verbindung. Wenn der Steuerkol­ ben 14 weit genug nach links verschoben wurde, was gleich­ bedeutend ist mit einem bestimmten, vorzugsweise kurz vor dem Maximalwert liegenden Hubvolumen der Pumpe 1, steht die in der Figur linke Ringnut 20 außer Eingriff mit der gehäuseseitigen Ringnut 22, während die Verbindung der rechten Ringnut 21 zum inneren Raum der Pumpensteuerein­ richtung 13 unterbrochen ist, und kann der Steuerdruck durch die gehäuseseitige Ringnut 22 und die Leitung 24 auf die eine Stirnseite des Kolbens 27 der Motorsteuer­ einrichtung 25 einwirken. Daraufhin wird sich der Kolben 27 verschieben und den Motor 4 in Richtung auf ein kleineres Hubvolumen verstellen, woraus eine Drehzahl­ steigerung und eine Drehmomentabnahme resultieren.

Dieser Vorgang wird dann unterbrochen, wenn die Leistung der Antriebsmaschine überschritten wird und der Förderdruck so stark ansteigt, daß der vom Förderdruck beaufschlagte Stift 19 die gegenüberliegende Stirnseite des Steuer­ kolbens 14 beaufschlagt und diesen wieder in Gegenrichtung verschiebt, wodurch einerseits das Hubvolumen der Pumpe auf einen kleineren Wert eingestellt wird und andererseits die Verbindung zwischen der Leitung 24 und dem inneren Raum der Pumpensteuereinrichtung 13 wieder frei wird, was eine Druckentlastung des Kolbens 14 durch Wegfall des Steuerdrucks nach sich zieht und damit eine Verstellung des Motorhubvolumens auf den Maximalwert.

Diese Abläufe können auch in entgegengesetzter Richtung verlaufen, wenn anstelle des Fahrtrichtungsschalters 11 der Fahrtrichtungsschalter 12 betätigt wurde. Durch Weg­ lassen einer der Ringnuten 20 oder 21 des Steuerkolbens 14 und der zugeordneten Ringnut 22 oder 23 im Gehäuse der Pumpensteuereinrichtung 13 kann erreicht werden, daß sich der Motor immer nur in einer Drehrichtung bewegen läßt, so daß eine Einschränkung der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs, beispielsweise auf Vorwärtsfahrt erreicht werden kann.

Die Ringnuten 20, 22 und 21, 23 wirken als Steuerkanten. Es ist zweckmäßig, zwischen den Steuerkanten, die den Steuerdruck in die Leitung 24 weiterleiten, und denjenigen, die eine Verbindung zum inneren Raum der Pumpensteuerein­ richtung 13 bzw. zum Steuerdruckmittelbehälter 7 freigeben, eine positive Überdeckung zu lassen, so daß die Leitung 24 in einer bestimmten Stellung des Steuerkolbens 14 gesperrt ist und damit der Steuervorgang des Motors 4 beeinflußt werden kann. Durch eine leichte Rücknahme des Fahrkommando­ gebers 9 kann dann die vom Motor 4 verursachte Beschleunigung jederzeit unterbrochen und damit die erreichte Geschwindig­ keit beibehalten werden. Durch den Einbau von Drosselven­ tilen in die Leitungen, die zur Motorsteuereinrichtung 25 führen, kann die Verschiebegeschwindigkeit des Kolbens 27 und damit die Geschwindigkeit, mit der sich eine Hubvolumen­ veränderung des Motors 4 ergibt, gedrosselt werden, wodurch die Geschwindigkeitsübergänge beim Zu- und Wegschalten der Hubvolumenverstellung des Motors 4 besser beherrschbar werden.

Claims (5)

1. Hydrostatisches Getriebe mit einer im Hubvolumen ver­ stellbaren Pumpe und mindestens einem im Hubvolumen verstellbaren Motor, sowie mit einer Pumpensteuerein­ richtung, und einer Motorsteuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpensteuereinrichtung (13) und die Motorsteuereinrichtung (25) miteinander in Wirk­ verbindung stehen, wobei der Grad der Wirkung von der Einstellung des Hubvolumens der Pumpe (1) abhängt.

2. Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pumpensteuereinrichtung (13) einen in einem Gehäuse längsbeweglichen Steuerkolben (14) aufweist, an dessen Stirnseiten je eine Steuerdruck­ zweigleitung (6 a, 6 b) herangeführt ist, und der Ring­ nuten (20, 21) aufweist, die in Mittelstellung des Steuerkolbens (14) und bis zum Erreichen eines bestimmten Verschiebeweges des Steuerkolbens (14) mit Ringnuten (22, 23) im Gehäuse der Pumpensteuereinrichtung (13) und gleichzeitig mit einem Steuerdruckmittelbehälter (7) verbunden sind, wobei die Ringnuten (22, 23) im Gehäuse mit einer Leitung (24), die zur Motorsteuereinrichtung (25) führt, in Verbindung stehen.

3. Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Überschreiten eines bestimmten Ver- schiebeweges des Steuerkolbens (14) die Ringnuten (20, 21) des Steuerkolbens (14) mit den Ringnuten (22, 23) des Gehäuses der Pumpensteuereinrichtung (13) außer Verbindung stehen und eine der Steuerdruckzweigleitungen (6 a bzw. 6 b) mit einer der Ringnuten (22 bzw. 23) des Gehäuses in Verbindung steht.

4. Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Motorsteuereinrichtung (25) einen in einem Gehäuse (26) längsbeweglichen Kolben (27) auf­ weist, an dessen eine Stirnseite die Leitung (24) heran­ geführt ist, die mit den Ringnuten (22, 23) des Gehäuses der Pumpensteuereinrichtung (13) in Verbindung steht.

5. Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pumpensteuereinrichtung (13) mit einer Regeleinrichtung (2 a, 3 a, 19) zum Verhindern einer Leistungsüberschreitung der Antriebsmaschine verbunden ist.