DE10134789C2 - Fahrantrieb für ein Kettenfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrantrieb für ein Kettenfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor und mit einer durch den Verbrennungsmotor beaufschlagten Antriebshydraulik für Fahrkettenlaufwerke des Kettenfahrzeugs sowie mit einer Arbeitshydraulik, die eine durch den Verbrennungsmotor betätigte Pumpeinrichtung aufweist, und mit einer elektronischen Steuereinheit, die eine Drehzahl des Verbrennungsmotors und einen Förderstrom der Pumpeinrichtung steuert, wobei die Arbeitshydraulik einen Überlastkreis mit einem Druckbegrenzungsventil aufweist.

Ein Fahrantrieb für ein Kettenfahrzeug, das für den Einsatz auf Skipisten vorgesehen ist, ist allgemein bekannt. Ein solches Kettenfahrzeug wird durch Hydromotoren angetrieben, die für jede Fahrzeugseite von jeweils einer Pumpeinrichtung gespeist werden. Die beiden Pumpeinrichtungen werden über ein Verteilergetriebe von einem Verbrennungsmotor in Form eines Dieselmotors angetrieben. Je nach Hubraum des Dieselmo­ tors kann dieser bei einer Bergabfahrt des Kettenfahrzeugs auf Schnee­ pisten keine ausreichende Motorbremsleistung zur Verfügung stellen. Um ein Beschleunigen bei der Bergabfahrt zu vermeiden, muss der Fah­ rer des Kettenfahrzeugs seine Fahrpedalstellung zurücknehmen.

Um Fahrzeuge mit hydrostatischem Antrieb über die von einem Schleppmoment des Verbrennungsmotors bestimmte Bremswirkung hinaus verzögern zu können, sind aus dem Stand der Technik verschie­ dene Lösungen bekannt.

Die Patentschrift US 5,145,238 stellt ein Verfahren zur Bremsung eines Fahrzeuges mit hydrostatischem Antrieb durch eine Verstellpumpe unter Schutz. Dazu wird bei einem hydrostatischen Antrieb eine dem Verbren­ nungsmotor zugeordnete Pumpeinrichtung so verstellt, dass sie nur noch von einem geringeren Ölstrom durchflossen wird. Dadurch kann die vom Verbrennungsmotor aufzunehmende Last solange reduziert werden, bis dessen maximales Schleppmoment erreicht ist und sich somit die Motordrehzahl nicht mehr erhöht. Der durch die Verstellung der Pumpe gesteigerte Druck im hydraulischen System wird während­ dessen über ein Druckbegrenzungsventil abgebaut. Dabei wird unter hohem Druck stehendes Hydrauliköl in einen nahezu drucklosen Öltank des Fahrzeuges abgeführt. Die durch die hohe Druckdifferenz freige­ setzte kinetische Energie des Hydrauliköls wird im Tank in Wärme um­ gewandelt, wodurch es zu einer Erwärmung des Öles kommt. Darüber hinaus beschreibt die US 5,145,238, dass parallel zur Bremswirkung durch Verstellung der dem Verbrennungsmotor zugeordneten Pumpein­ richtung ein zweiter hydraulischer Antrieb für Bremszwecke eingesetzt werden kann. Die Pumpeinrichtung dieses zweiten hydraulischen An­ triebes, der insbesondere für den Betrieb von Arbeitsgeräten genutzt wird, ist ebenfalls mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt. Das im Fahr­ betrieb normalerweise auf Null gestellte Fördervolumen dieser Pumpein­ richtung wird zur Erzeugung eines zusätzlichen Bremsmomentes auf ein größeres Fördervolumen eingestellt und der dadurch aufgebaute Druck wird ebenfalls über ein Druckbegrenzungsventil abgebaut. Dadurch wird ohne Belastung des hydrostatischen Antriebes eine Bremswirkung er­ zielt, die eine Überlastung des Antriebsmotors verhindert.

Die japanische Patentschrift JP 2000266181 beschreibt eine Vorrichtung zur Speicherung von kinetischer Energie während eines Bremsvorgan­ ges bei einem Fahrzeug mit hydrostatischem Antrieb. Die gespeicherte Energie kann bei einem nachfolgenden Anfahrvorgang wieder an das hydrostatische Antriebssystem abgegeben werden und soll so zu einer Energie- und damit zu einer Kraftstoffeinsparung führen. Dazu ist vorge­ sehen, die kinetische Energie in einem Schwungrad, einem mittelbar oder unmittelbar gespeisten hydraulischen Druckspeicher oder einer e­ lektrischen Batterie zu speichern. Für die unmittelbare Speicherung der Energie in einem hydraulischen Druckspeicher ist eine Entnahme von Hydrauliköl aus dem hydrostatischen Antriebskreis beschrieben. Die mit­ telbare Speicherung von kinetischer Energie in einem hydraulischen Druckspeicher wird durch eine an das Differentialgetriebe des Fahrzeu­ ges gekoppelte Hydraulikpumpe verwirklicht. Diese Hydraulikpumpe wird während des Bremsvorganges über Kupplungsmittel eingekuppelt und pumpt Hydrauliköl in den Druckspeicher.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fahrantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, der über eine erhöhte Bremsleistung verfügt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Druckbegrenzungsventil mit einer oberen Schaltschwelle oberhalb eines maximalen Arbeits­ drucks der Arbeitshydraulik sowie mit einer unteren Schaltschwelle un­ terhalb des maximalen Arbeitsdrucks versehen ist, und dass die Schalt­ schwelle des Druckbegrenzungsventils mittels der elektronischen Steu­ ereinheit zwischen der oberen Schaltschwelle und der unteren Schalt­ schwelle verstellbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die Arbeitshydraulik als hyd­ raulische Bremse eingesetzt, wodurch sich für den Verbrennungsmotor eine zusätzliche Bremsleistung ergibt. In der Arbeitshydraulik wird durch den Überlastkreis Energie verbraucht, die die zusätzliche Motorbremswirkung erzielt. Als Überlastkreis kann vorzugsweise ein durch das Druckbegrenzungsventil beaufschlagter Überlastkreis vorgesehen sein, der eine Rücklaufleitung für das Hydrauliköl in einen Hydrauliktank auf­ weist. Dafür weist der Überlastkreis ein Druckbegrenzungsventil auf, dessen untere Schaltschwelle unter einem maximalen Arbeitsdruck der Arbeitshydraulik liegt. Dadurch ist gewährleistet, dass eine Pumpeinrich­ tung der Arbeitshydraulik maximal aussteuert, da sie versucht, den Ar­ beitsdruck der Arbeitshydraulik zu erreichen. Hierdurch wird die ge­ wünschte Bremsleistung erzielt. Dadurch kann der Überlastkreis eine Doppelfunktion übernehmen, so dass kein separater Hydrauliklastzweig benötigt wird. Je nach Stellung des Druckbegrenzungsventils wird ent­ weder die eine oder die andere Lastfunktion eingestellt. Bei der ersten Lastfunktion ist eine Sekundärdruckabsicherung vorgesehen, wobei eine Druckbegrenzung oberhalb des Arbeitsdruckes der Arbeitshydraulik vor­ gesehen ist. Die zweite Lastfunktion entspricht vorzugsweise dem oben beschriebenen Überlastkreis. Bei einem in einem Kettenfahrzeug für Skipisten eingesetzten Fahrantrieb kann die Arbeitshydraulik vorzugs­ weise mit einem Ölvolumen von 120 Litern und einem maximalen Ar­ beitsdruck von 200 bar betrieben werden. Die zusätzliche Bremsleistung wird vorzugsweise durch eine Druckabsicherung bei 170 bar mit einem Wert von ca. 35 kW erzielt. Die Sekundärdruckabsicherung erfolgt vor­ zugsweise durch eine Druckbegrenzung auf 230 bar.

In Ausgestaltung der Erfindung ist das Druckbegrenzungsventil durch die elektronische Steuereinheit aktivierbar, sobald eine erfasste Ist- Drehzahl des Verbrennungsmotors über einen Toleranzbereich einer eingestellten Soll-Drehzahl hinausgeht. Die jeweilige Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotors wird erfasst und mit der durch ein Fahrpedal je­ weils eingestellten Soll-Drehzahl verglichen. Die Soll-Drehzahl, die je­ weils eingestellt ist, weist einen Toleranzbereich auf, innerhalb dessen die sich tatsächlich jeweils einstellende Ist-Drehzahl verbleibt, ohne dass ein elektronischer Eingriff erfolgt. Sobald die Ist-Drehzahl jedoch nach oben über die jeweils eingestellte Soll-Drehzahl über den Toleranzbe­ reich hinausgeht, erfolgt die Aktivierung des Druckbegrenzungsventiles für den Überlastkreis, wodurch die hydraulische Bremse automatisch zugeschaltet wird. Vorteilhaft liegt der Toleranzbereich bei ca. 300 Um­ drehungen pro Minute für den Einsatz des erfindungsgemäßen Fahran­ triebs bei einem Kettenfahrzeug für Schneepisten und bei einem Die­ selmotor mit entsprechend geringem Hubraum. Durch den Einsatz der Arbeitshydraulik für die zusätzliche Erzielung einer Bremsleistung sind entsprechende Maßnahmen am Verbrennungsmotor entbehrlich. Das Vorsehen eines entsprechenden Überlastkreises mit ansteuerbarem Druckbegrenzungsventil ist mit einfachen Mitteln realisierbar und kann insbesondere auch durch eine Nachrüstung einer bereits bestehenden Arbeitshydraulik erfolgen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel wird in der nachfolgenden Be­ schreibung der Fig. 1 und 2 erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Arbeitshydraulik einer nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform eines Fahran­ triebs und

Fig. 2 in einem weiteren Blockschaltbild eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Arbeitshydraulik.

Ein nicht näher dargestellter Fahrantrieb ist für den Einsatz in einem Kettenfahrzeug vorgesehen, das bevorzugt auf Schneepisten eingesetzt wird. Ein solches Kettenfahrzeug weist einen als Dieselmotor gestalteten Verbrennungsmotor auf, der für jede Fahrzeugseite, d. h. für jedes Ket­ tenfahrwerk, jeweils eine Pumpeinrichtung antreibt. Hierzu ist zwischen dem Dieselmotor und der jeweiligen Pumpeinrichtung ein nicht darge­ stelltes Verteilergetriebe vorgesehen. Jede Pumpeinrichtung speist einen oder mehrere Hydromotoren, die Antriebsrädern des jeweiligen Ket­ tenlaufwerks zugeordnet sind. Ein derartiger Fahrantrieb ist grundsätz­ lich bekannt, so dass an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen werden muss. Ein derartiges Kettenfahrzeug weist zudem eine Arbeitshydraulik auf, die nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 näher beschrieben wird.

Die Arbeitshydraulik versorgt verschiedene hydraulische Arbeitsfunktio­ nen, insbesondere im Bereich front- und heckseitiger Anbaugeräte. Auch diese sind grundsätzlich bekannt, so dass hierauf nicht näher ein­ gegangen werden muss. Die Arbeitshydraulik weist eine Pumpvorrich­ tung 2 auf, die von einem als Dieselmotor 1 gestalteten Verbrennungs­ motor angetrieben ist.

Die Ansteuerung des Dieselmotors 1 und der Arbeitshydraulik erfolgt über eine elektronische Steuereinheit S, die in der nicht zur Erfindung gehörigen Fig. 1 und der erfindungsgemäßen Fig. 2 angedeutet ist. Die elektronische Steuereinheit S ist mit einem Fahrpedal verbunden, das von dem Fahrer des Kettenfahrzeugs bedient wird. Die elektronische Steuereinheit erfasst die jeweilige Stellung des Fahrpedals und ordnet dieser aus einem Datenkennfeld eine entsprechende Soll-Drehzahl für den Dieselmotor 1 zu. Die Ist-Drehzahl des Dieselmotors wird laufend erfasst.

Beim Fahren auf ebener Strecke entspricht die Stellung des Fahrpedals und damit die gewünschte Soll-Drehzahl auch der tatsächlich am Die­ selmotor erzielten Ist-Drehzahl. Bei einer Bergabfahrt des Kettenfahr­ zeugs muss das Bremsmoment des Dieselmotors die entsprechende Bremsleistung gegenüber dem zusätzlich nach vorne ziehenden Schwerkraftteil des Kettenfahrzeugs aufbringen. Falls der Hubraum des Dieselmotors nicht ausreicht, um ein entsprechendes Gegenmoment aufzubringen, erhöht sich die Drehzahl des Dieselmotors, obwohl die Fahrpedalstellung nicht verändert wird. Eine Reduzierung der Drehzahl müsste dann durch den Fahrer vorgenommen werden, indem dieser die Fahrpedalstellung zurücknimmt.

Um auch bei Dieselmotoren oder anderen Verbrennungsmotoren mit nicht ausreichendem Hubraum bei Bergabfahrt eine erhöhte Bremsleis­ tung zu erzielen, ist die Arbeitshydraulik gemäß der nicht zur Erfindung gehörenden Fig. 1 mit einem zusätzlichen Hydrauliklastzweig 3, 4, 5 versehen. Dieser weist ein Druckbegrenzungsventil 5 und ein Magnet­ ventil 4 auf, wobei das Magnetventil 4 je nach Stellung eine Rücklauflei­ tung 9 zu einem Tank 11 der Arbeitshydraulik freigibt. Die Pumpeinrich­ tung 2 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel auf einen maximalen Arbeitsdruck von 200 bar eingestellt. Das Druckbegrenzungsventil bietet eine Druckabsicherung bei 170 bar. Zusätzlich ist als Überlastkreis noch eine Sekundärdruckbegrenzung 8 auf 230 bar vorgesehen. Auch diese führt über eine Zweigleitung 10 bei entsprechender Schaltung in den Tank 11. Lediglich vereinfacht dargestellt ist beispielhaft für die Arbeits­ hydraulik ein Stellglied 6, das die Betätigung eines Arbeitszylinders für einen frontseitigen Räumschild darstellt. Beim Ausführungsbeispiel nach der nicht zur Erfindung gehörenden Fig. 1 ist der Hydrauliklastzweig als separater Kreis vorgesehen.

Die Steuereinheit S überwacht den Soll-Ist-Wertvergleich der Drehzahl des Dieselmotors 1. Sobald die Ist-Drehzahl des Dieselmotors 1 um mehr als 300 Umdrehungen pro Minute über dem durch das Fahrpedal eingestellten Soll-Drehzahlwert liegt, was dem maximalen Toleranzbe­ reich der Soll-Drehzahl entspricht, wird der Hydrauliklastzweig durch entsprechende Betätigung des Magnetventils 4 und des Druckbegren­ zungsventils 5 freigegeben, wodurch der Dieselmotor 1 über diese zu­ sätzliche Last der Arbeitshydraulik belastet wird. Durch die Druckbe­ grenzung mittels des Druckbegrenzungsventils 5 auf einen Wert unter­ halb des maximalen Arbeitsdruckes schwenkt die Pumpeinrichtung 2 auf ihren maximalen Schwenkwinkel aus, da die Steuereinheit versucht, die Pumpeinrichtung 2 auf den eingestellten Arbeitsdruck von 200 bar zu bringen. Da die Druckbegrenzung auf 170 bar vorhanden ist, ergibt sich ein erhöhtes Bremsmoment, das in der zusätzlichen Bremsleistung von ca. 35 kW resultiert. Die Sekundärdruckabsicherung 8 arbeitet beim vor­ liegenden Ausführungsbeispiel mit einer Druckbegrenzung von 230 bar.

In der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach Fig. 2 sind der Über­ lastkreis mit einer Sekundärdruckabsicherung von 230 bar und der Hyd­ rauliklastzweig mit einer Druckbegrenzung von 170 bar in einem ge­ meinsamen Hydraulikkreis integriert. Hierzu ist einer Hydraulikleitung 12 ein bestrombares Steuerglied in Form eines zweistufigen Druckbegren­ zungsventils 13 zugeordnet, das von der Steuerleitung S angesteuert ist. Das Druckbegrenzungsventil 13 weist im stromlosen Zustand eine Schaltschwelle von 230 bar und im bestromten Zustand eine Schalt­ schwelle von 170 bar auf. Aufgrund der Überwachung der Ist-Drehzahl des Dieselmotors 1 und dem Vergleich mit der jeweils durch das Fahr­ pedal eingestellten Soll-Drehzahl kann die Steuereinheit S nun je nach Bedarf das Druckbegrenzungsventil 13 stromlos halten oder bestromen. Bei der zuvor beschriebenen Abweichung zwischen Soll- und Ist- Drehzahl von mehr als 300 Umdrehungen pro Minute, die beim vorlie­ genden Ausführungsbeispiel dem Toleranzbereich der Soll-Drehzahl entspricht, wird der Hydrauliklastzweig zugeschaltet, wodurch die ent­ sprechende zusätzliche Bremsleistung analog dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erzielbar ist.

Claims (2)

1. Fahrantrieb für Kettenfahr­ zeug mit einem Verbrennungsmotor (1) und mit einer durch den Verbrennungsmotor (1) beaufschlagten Antriebshydraulik für Fahrkettenlaufwerke des Kettenfahrzeugs sowie mit einer Arbeits­ hydraulik (6, 7), die eine durch den Verbrennungsmotor (1) betä­ tigte Pumpeinrichtung (2) aufweist, und mit einer elektronischen Steuereinheit (S), die eine Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) und einen Förderstrom der Pumpeinrichtung (2) steuert, wo­ bei die Arbeitshydraulik einen Überlastkreis (12) mit einem Druckbegrenzungsventil (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (13) mit einer oberen Schalt­ schwelle oberhalb eines maximalen Arbeitsdrucks der Arbeits­ hydraulik sowie mit einer unteren Schaltschwelle unterhalb des maximalen Arbeitsdrucks versehen ist, und dass die Schalt­ schwelle des Druckbegrenzungsventils (13) mittels der elektroni­ schen Steuereinheit (S) zwischen der oberen Schaltschwelle und der unteren Schaltschwelle verstellbar ist.

2. Fahrantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (13) durch die elektronische Steu­ ereinheit (S) aktivierbar ist, sobald eine erfasste Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) über einen Toleranzbereich einer ein­ gestellten Soll-Drehzahl hinausgeht.