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Hydrostatischer Antrieb für ein Kraftfahrzeug mit Nebentrieben
Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Antrieb für ein Kraftfahrzeug mit Nebentrieben, bei- spielsweise für ein Fahrzeug für die Landwirtschaft, insbesondere einen Schlepper mit Zapfwellenantrieb und/oder Mähwerkantrieb, oder für ein Fahrzeug für das Baugewerbe oder die Industrie, beispielsweise einen selbstfahrenden Kran od. dgl.
Es sind hydrostatisch angetriebene Fahrzeuge bekannt, bei denen eine Brennkraftmaschine zwei regel- bare hydrostatische Pumpen über ein Vorgelege antreibt und ein hydrostatischer Motor vorgesehen ist, wel- cher zumindest einige der Räder des Fahrzeuges antreibt und somit als Fahrantrieb dient, wobei weiterhin mindestens ein weiterer hydrostatischer Motor vorgesehen ist für den Antrieb von Nebentrieben, beispiels- weise Zapfwellen, Mähwerksantrieben u. dgl. Dabei ist ein Umschaltorgan vorgesehen, durch das wahl- weise eine oder beide der hydrostatischen Pumpen mit einem oder mehreren der hydrostatischen Motoren verbindbar ist, so dass beispielsweise eine Pumpe auf den Motor für den Fahrantrieb einwirken kann und die zweite Pumpe auf den Motor, der die Zapfwelle antreibt, einwirken kann.
In einem andern Betriebs- zustand können dann aber auch beide Pumpen auf den Motor für den Fahrwerksantrieb einwirken, so dass eine höhere Fahrgeschwindigkeit erzielbar ist.
In den regelbaren Pumpen entstehen Kräfte, die bestrebt sind, die Pumpen in einen Regelzustand zu bringen, in dem die Kräfte im Gleichgewicht sind. In diesem Gleichgewichtszustand fördert jedoch die Pumpe nicht, d. h. sie ist in die sogenannte Nullförderlage geschwenkt. Soll die Pumpe in eine Lage eingeregelt werden, in der eine Förderung erzielt wird, so muss von aussen eine Kraft auf die Pumpe einwirken. Es sind sogenannte Servomotoren bekannt, bei denen in einem Zylinder ein Kolben verschiebbar ist, wobei der Kolben über ein Gestänge auf die Regelpumpe einwirkt und der Zylinder mit Flüssigkeitsdruck beaufschlagt wird, derart, dass durch den Flüssigkeitsdruck die Pumpe in ihre Förderlage geschwenkt wird.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist bei dem Antrieb für ein Fahrzeug an mindestens einer der regelbaren Pumpen ein Steuerorgan vorgesehen, welches in Abhängigkeit von dem Druck in der Förderleitung der Pumpe die Regelung der Pumpe derart bewirkt, dass bei Überschreiten eines vorgesehenen Höchstdruckes die Pumpe auf geringere Fördermenge geregelt wird. Zu diesem Zweck ist ein Zylinder vorgesehen, der über ein Umschaltorgan jeweils mit der Hochdruckleitung der beiden an die Pumpe angeschlossenen Leitungen verbunden ist. In dem Zylinder ist ein Kolben verschiebbar, der über ein Gestänge einerseits mit der Regelvorrichtung der Pumpe in Verbindung steht, und auf den anderseits eine willkürlich regelbare Gegenkraft einwirkt, vorzugsweise die einer unter Vorspannung stehenden Feder.
Dabei sind Zylinder, Kolben, Gestänge und Feder derart angeordnet, dass solange kein willkürlicher Regeleingriff, insbesondere auf die Feder, erfolgt, die Pumpe in die Lage grösstmöglicher Förderung geschwenkt ist, so- lange der Druck im Zylinder, d. h. in der Förderleitung der Pumpe, einen bestimmten Grenzwert nicht überschreitet. Überschreitet der Druck diesen Grenzwert, so wird durch die durch den Druck auf den Kolben erzeugte Kraft die Feder zusammengedrückt und damit das Gestänge derart betätigt, dass die Pumpe auf eine kleinere Fördermenge eingeregelt wird.
Ist bei einem mit einem Hebezeug, beispielsweise einem Kraftheber, versehenen Fahrzeug die den hydrostatischen Motor dieses Hebezeuges beaufschlagende
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Pumpe mit einem solchen Steuerorgan versehen, so wird erreicht, dass die Hubgeschwindigkeit immer die grösstmögliche ist, solange die zu hebende Last einen bestimmten Grenzwert nicht überschreitet. Ist die zu hebende Lastso schwer, dass die Leistungsaufnahme des Hebezeugmotors droht, die zulässige Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine zu überschreiten, so wird zwangsläufig zunächst einmal die regelbare Pumpe auf eine immer kleinere Fördermenge zurückgeregelt, so dass infolge der kleineren Fördermenge auch eine kleinere Hubgeschwindigkeit erzielt wird und die Leistungsaufnahme der Pumpe begrenzt wird.
Wird schliesslich die von dem Hebezeug aufzubringende Kraft so gross, dass die überhaupt zulässige Grenzbe- lastung erreicht wird, so wird durch das Steuerorgan die regelbare Pumpe auf Nullförderung geschwenkt, so dass automatisch eine Überschreitung des höchstzulässigen Druckes und somit der höchst zulässigen Be- lastung verhindert wird.
Ebenso ergibt sich eine zwangsläufige Bruchsicherung beispielsweise dann, wenn diese hydrostatische
Pumpe mit einem hydrostatischen Motor verbunden ist, welcher ein Mähwerk antreibt. Wenn sich in einem solchen Fall beispielsweise in das Mähwerk ein Stein einklemmt, so wird dadurch der Mähwerkan- trieb höher belastet und der Flüssigkeitsdruck steigen und dadurch sofort die Regelpumpe zurUckge- schwenkt, so dass keine Förderung mehr erfolgt und dadurch zwangsläufig bewirkt wird, dass der Druck keine solche Höhe erreicht, dass irgendwelche Bauteile dadurch gefährdet werden.
Anderseits kann eine regelbare Pumpe, die mit dem genannten Steuerorgan versehen ist, auch mit dem Fahrantrieb verbunden sein, wobei sich zwangsläufig ergibt, dass die Fahrgeschwindigkeit absinkt, wenn der Fahrwiderstand grösser wird, so dass die Brennkraftmaschine, die das Fahrzeug antreibt, niemals überbelastet und durch Überbe- lastung zum Stillstand gebracht werden kann. Wenn die mit dem Steuerorgan versehene Pumpe auf einen hydrostatischen Motor einwirkt, der den Kräftheber eines Ackerschleppers beaufschlagt, so kann das Steuerorgan derart eingestellt sein, dass ein an den Kraftheber angeschlossener Pflug mit Sicherheit angehoben wird, jedoch bei Erreichen der Endlage beim Anheben zwangsläufig die Pumpe durch den ansteigenden Druck auf Nullförderung geschwenkt wird, so dass ein besonderer Endanschlagschalter entbehrlich ist.
Weiterhin kann das Steuerorgan derart eingeschaltet sein, dass sich abhängig von der Pflugbelastung eine entsprechende Vertikallast auf den Schlepper überträgt, die zu einer zusätzlichen Belastung der Hinterachse führt und damit verhindert, dass die Räder der Hinterachse bei zunehmender Belastung des Pfluges durchrutschen. Dadurch, dass sich in dem Steuerorgan stets ein Gleichgewichtszustand zwischen der aus dem Druck auf den Kolben resultierenden Kraft und der mit zunehmender Zusammendrückung der Feder grösser werdenden Federkraft einstellt, ergibt sich eine stufenlose Regelung, die dadurch, dass durch Eingriffe auf das Steuerorgan, beispielsweise durch Veränderung der Hebellängen oder durch Veränderung der Federvorspannung, dieses den jeweils wünschenswerten Verhältnissen in günstigster Weise anpassbar ist.
Dabei ergibt sich zwangsläufig, dass bei Erreichen des als höchstzulässig eingestellten Druckes die Pumpe auf Nullförderung geschwenkt wird. Es ist bekannt, denhöchstzulässigenDruck dadurch zubegrenzen, dass Druck- begrenzungsventile vorgesehen sind, die bei Erreichen des höchstzulässigen Druckes eine weitere Drucksteigerung dadurch vermeiden, dass Ober das Druckbegrenzungsventil Öl abgelassen wird. Eine solche Regelung hat den wesentlichen Nachteil, dass durch das Ablassen des Öles im Überdruckventil Energie vernichtet wird, die ständig von der Pumpe erzeugt werden muss, d. h. die Pumpe erzeugt Flüssigkeitsdruck und die gesamte von der Pumpe erzeugte Fördermenge wird über das Druckbegrenzungsventil nutzlos abgelassen lediglich zu dem Zweck, den vorhandenen Druck aufrechtzuerhalten.
Demgegenüber wird bei der Einrichtung gemäss der Erfindung der Druck dadurch aufrechterhalten, dass die Pumpe auf Nullförde-. rung geschwenkt wird und damit den Flüssigkeitskreislauf abschliesst, Sofern aus diesem Flüssigkeitskreislauf Flüssigkeit durch Undichtigkeiten austritt, sinkt momentan der Druck um einen geringen Wert. Dieses Absinken des Druckes hat dann aber sofort zur Folge, dass die Pumpe wieder auf Förderung in solchem Masse eingeregelt wird, dass die durch die Undichtigkeit verlorene Fllissigkeitsmenge sofort wieder in entsprechendem Umfang ergänzt wird.
In Weitergestaltung der Erfindung ist deshalb das Steuerorgan willkürlich regelbar, u. zw. entweder dadurch, dass die Federvorspannung willkürlich beeinflussbar ist, beispielsweise dadurch, dass das Widerlager der Feder verschiebbar ist, oder aber, dass die Angriffspunkte entweder der Feder oder der Kolbenstange an dem Hebel, welcher die Regelung der Pumpe bewirkt, willkürlich verschiebbar und festlegbar sind.
Für den Fall, dass sicherheitshalber zusätzlich ein Druckbegrenzungsventil in den Förderleitungen vorgesehen ist, soll das Steuerorgan derart eingestellt sein, dass durch das Steuerorgan die Pumpe auf Nullförderung geschwenkt wird bei einem Druck, der etwas niedriger liegt als der Grenzdruck des Druckbegrenzungsventiles, so dass das Druckbegrenzungsventil nur dann anspricht, wenn trotz Erreichen der Nullförderlage der Flüssigkeitsdruck weiter ansteigt, beispielsweise dadurch, dass auf einen Kraftheber von
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aussen eine zusätzliche Kraft aufgebracht wird.
Für den Fall, dass beide Regelpumpen mit je einem Steuerorgan versehen sind, kann es zweckmässig sein, dass die Steuerorgane derart eingerichtet sind, dass sie unabhängig voneinander einstellbar sind, bei- spielsweise dann, wenn eine der Regelpumpen nur auf den Fahrantrieb und die andere nur auf einen Ne- benantrieb einwirken soll und bei beiden sich unterschiedliche Verhältnisse ergeben.
In der Zeichnung ist schematisch als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ein Schlepper für die Landwirtschaft dargestellt, welcher eine Zapfwelle und eine angetriebene Windwerktrommel sowie einen Mähwerkantrieb aufweist.
Von einer Brennkraftmaschine 1 wird über die Zahnräder 2 und 3 eine hydrostatische Regelpumpe 4 für den Fahrantrieb angetrieben, welche einen Motor 5 über die beiden zwischen der Pumpe 4 und dem
Motor 5 liegenden Leitungen 6 und 7 beaufschlagt. Von dem Motor 5 werden überdas aus den Kegelrädern
8 und 9 bestehende Kegelradgetriebe, das Ausgleichsgetriebe 10, die beiden Halbachsen 11 und 12 die beiden Treibräder 13 und 14 angetrieben. Die Fördermenge der Pumpe 4 ist durch den Hebel 15 von Null nach beiden Seiten bis zu einem Höchstwert stufenlos regelbar. Durch die Forderrichtung der Pumpe 4 er- gibt sich die Drehrichtung der Treibräder 13 und 14. Durch eine Differentialsperre 16 können die beiden
Halbachsen 11 und 12 starr miteinander verbunden werden.
Der Schlepper ist mit einer Zapfwelle 17 aus- gerüste, die entweder mittels der Kupplung 18 und der Zahnräder 19 und 20 von der Brennkraftmaschine 1 unmittelbar oder mittels der Kupplung 21 und der Zahnräder 22 und 23 vom Motor 5 in bekannter Weise wegabhängig antreibbar ist. Mit dem Zahnrad 2 kämmt ausserdem ein Zahnrad 24, durch das eine Pumpe 25 an- getrieben ist. Diese Pumpe 25 ist über Leitungen 26 und 27 mit einem Umschaltorgan 28 verbunden, an das verschiedene Arbeitsgeräte sowie der hydrostatische Motor 5 angeschlossen sind. Als Arbeitsantriebe sind dargestellt eine Kraftheberanlage 29, ein Mähwerksantrieb 30, der mit den Leitungen 31 und 32 mit dem Umschaltorgan 28 verbunden ist, und ein Seilwindenantrieb 33, zu dem vom Umschaltorgan 28 die
Leitungen 34 und 35 führen. Mit dem Hebel 36 ist das Steuerorgan 28 zu betätigen.
Ein Hebel 37 dient zum Ausschwenken, also zur Fördermengenregelung der Pumpe 25. An der Pumpe 25 greift erfinaungsgemäss eine Einstellkrafteinrichtung an, die aus einem Korb 38 mit einem Anlenkpunkt 39, einer Schubstange 40 mit einem Angriffspunkt 41 an dem Hebel 37, einer Schubstange 42 mit einem Angriffspimkt 43 und einer zwischen den beiden Schubstangen 40 und 42 liegenden Feder 44 besteht.
Ausserdem ist eine Gegenkrafteinrichtung vorgesehen, die aus einem hydraulischen Zylinder 45, einer Zuleitung 46 und einem Angriffspunkt 47 besteht, der in einer Kulisse des Hebels 37 verschiebbar und festlegbar ist, derart, dass sich die Übersetzung durch Veränderung der wirksamen Hebellänge einstellen lässt. Die Zuleitung 46 ist mit der, Druckleitung 26 verbunden.
Um die Pumpe 25 mit dem Antrieb eines Arbeitsgerätes, beispielsweise der Kraftheberanlage 29, dem Mähwerkantrieb 30 oder dem Windwerkantrieb 33 zu verbinden, ist mittels des Hebels 36 das Steuerorgan 28 in die entsprechende Stellung zu bringen. Zweckmässig und einfach ist es, wenn mit dem Hebel 36 über eine (in der Zeichnung nicht dargestellte) Verbindung zum Anlenkpunkt 39 oder zum Angriffspunkt 43 auch der Korb 44 oder die Schubstange 42 derartig in Pfeilrichtung 48 bewegt werden, dass durch die Schubstange 40 die Pumpe 25 auf die für das jeweilige Arbeitsgerät vorgesehene Fördermenge ausgeschwenkt wird. Dabei wird die Fördermenge von der Pumpe 25 durch die Leitung 26 zum Antrieb strömen und vom Antrieb durch die Leitung 27 zur Pumpe 25 zurückgelangen.
In der Leitung 26 herrscht also der Förderdruck, der sich auch durch die Leitung 46 in den hydraulischen Zylinder 45 fortpflanzt, wo er eine Gegenkraft erzeugt.
Solange der Förderdruck den vorgesehenen Arbeitsdruck nicht überschreitet, kann die Gegenkraft die Spannung der Feder 44 nicht überwinden und die Fördermengeneinstellung der Pumpe 25 bleibt unverändert. Übersteigt jedoch aus einem der bekannten Gründe der Förderdruck den vorgesehenen zulässigen Arbeitsdruck um ein gewisses einstellbares Mass, dann überwindet die Gegenkraft die Spannung der Feder 44 und der Hebel 37 für die Einstellung der Fördermenge wird ohne Veränderung der Lage des Korbes 38 derartig zurückgestellt, dass sich die Fördermenge verringert, wodurch der Druck bis etwa auf den Arbeitsdruck abnehmen wird, wenn der Antriebsmotor weiterhin Flüssigkeit aufnimmt.
Bleibt, beispielsweise bei einem Mähwerkantrieb, der Antriebsmotor durch Blockieren des Mähwerkes stehen, wird allerdings der Überdruck so lange bestehen bleiben, bis die Fördermenge der Pumpe Null wird, d. h. bis der Hebel 37 ganz zurückgestellt ist. Beide Vorgänge werden durch die gezeigte Anordnung durchgeführt. Auch die Krafteinwirkung der Gegenkrafteinrichtung mit dem hydraulischen Zylinder 45 auf die Regelpumpe 25 ist durch die Verschiebbarkeit des Angriffspunktes 47 in der Kulisse des Hebels 37 variabel. So gibt es den verschiedenen Zwecken entsprechend für die Kraftheberanlage 29 verschiedene Fördermengen und Arbeitsdrücke.
Soll der Kraftheber zum verhältnismässig schnellen Anheben von Arbeitsgeräten verwendet
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das Steuerorgan 28 entsprechend weit die Pumpe 25 ausschwenken, es muss aber auch die Vorspannung der Feder 44 innerhalb des verhältnismässig weit in Pfeilrichtung 48 bewegten Korbes 38 entsprechend gross sein. In der oberen Endlage des Krafthebers muss die Pumpe 25 auf Nullförderung geregelt werden ; dies geschieht durch den Überdruck, der sich in der Förderleitung aufbaut und der über die Gegenkrafteinrichtung die Pumpe 25 zurückschwenkt.
Soll jedoch die Kraftheberanlage wie bekannt als Raddruckverstärkung der Treibräder eingesetzt werden, so ist es lediglich notwendig, das Gewicht der Arbeitsgeräte nur teilweise auf den Kraftheber und damit auf die Hinterachse zu verlagern, so dass in diesem Falle der Kraftheber nur auf einen niedrigeren Druck mit unter Umständen sehr geringem Ausschlag eingestellt werden soll. Dies wird durch Veränderung der Lage des Korbes 38 und der Vorspannung der Feder 44 durch relatives Zurückziehen der Schubstange in entsprechender Weise erreicht. Solange diese neue Stellung des Steuerorganes beibehalten wird, ist die Raddruckverstärkung wirksam.
In einem ändern Falle kann im Mähwerkantrieb 30 durch Fremdkörper ein Hemmen oder Blockieren des Mähbalkens eintreten, was zu einem Druckanstieg in der Leitung 26 führt, der sich auf die Gegenkrafteinrichtung auswirkt und im (bereits beschriebenen) Zusammenwirken mit der Einstellkrafteinrichtung die Förderung der Pumpe abstellt, so dass damit ein Schutz gegen Bruch des Mähwerkes und seines Antriebes bewirkt ist. Das Um-
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einrichtung jeweils eine stufenlose Geschwindigkeitsregulierung in diesem Bereich abhängig vom Fahrwiderstand, so dass eine Überlastung der Brennkraftmaschine vermieden ist. Ganz allgemein gestattet die erfindungsgemässe Einrichtung die bestmögliche Ausnutzung der Brennkraftmaschine.
Die aufgezeigte Einrichtung lässt sich sinngemäss auch auf Arbeitsmaschinen und Fahrzeuge mit hydraulischen Kraftübertragungseinrichtungen, wie sie vorzugsweise im Baugewerbe und in der Industrie Verwendung finden, anwenden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hydrostatischer Antrieb für ein Kraftfahrzeug mit Nebentrieben, beispielsweise für einen Schlepper mit Zapfwellenantrieb und/oder Mähwerkantrieb oder für einen selbstfahrenden Kran od. dgl., wobei ein Antriebsmotor zwei regelbare hydrostatische Pumpen antreibt und ein hydrostatischer Motor für den Fahrantrieb und mindestens ein weiterer hydrostatischer Motor für mindestens einen Nebentrieb vorhanden sind und wobei ein Umschaltorgan vorgesehen ist, durch das wahlweise eine oder beide der hydrostatischen Pumpen mit einem oder mehreren der hydrostatischen Motoren verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der hydrostatischen Pumpen (4,25) mit einem an sich bekannten, aus einem auf die Fördermengenregelung der Pumpe (25) einwirkenden Hebel (37) und einem auf diesen einwirkenden, in einem von dem von der Pumpe (25)
erzeugten Druck beaufschlagten Zylinder (45) verschiebbaren Kolben bestehenden Steuerorgan versehen ist, welches in Abhängigkeit von dem Druck in der Förderleitung (26)
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