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Die
Erfindung betrifft ein hydrostatisches Getriebe gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Unter
einem hydrostatischem Getriebe versteht man die Kombination einer
Hydropumpe (Primärteil)
mit einem Hydromotor (Sekundärteil),
im einfachsten Fall mit einem Hydrozylinder, dessen Verdrängerräume im Betrieb
idealer Weise strömungswiderstandsfrei
verbunden sind. Derartige hydrostatische Getriebe bedürfen aufgrund
der externen Leckagen der hydraulisch-mechanischen Wandler einer Einrichtung,
die die Zuführung
von Druckmittel in das Getriebe realisiert, um diese Verluste auszugleichen und
die Funktionsfähigkeit
des Getriebes zu erhalten. Durch diese Einrichtung muß insbesondere
verhindert werden, dass sich in den Druckräumen Kavitationserscheinungen
ausbilden. Als besonders vorteilhaft erweist sich ein Getriebe mit
beidseitiger Einspannung des Abtriebsmotors (Sekundäreinheit), wobei
durch eine derartige Einspannung sowohl die Antriebsdynamik als
auch die Laststeifigkeit gegenüber
herkömmlichen
Getrieben mit offenen Hydraulikkreisläufen wesentlich verbessert
ist.
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In
der
DE 40 08 792 A1 ist
ein hydrostatisches Getriebe offenbart, bei dem ein Differentialzylinder über zwei
Verstellpumpen mit Druckmittel versorgt wird. Die Verstellpumpen
sind unabhängig
voneinander verstellbar und werden von einem gemeinsamen Motor angetrieben,
wobei über
eine der Verstellpumpen ein Ringraum des Differentialzylinders mit
einem bodenseitigen Zylinderraum verbunden ist, während die
andere Verstellpumpe den Zylinderraum aus einem Tank mit Druckmittel
versorgt.
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Die
beiden Verstellpumpen werden über
eine Steuereinheit derart angesteuert, dass beispielswiese beim
Ausfahren des Hydrozylinders der Zylinderraum mit etwas mehr Druckmittel
versorgt wird als zur Ausfahrbewegung erforderlich ist, während beim Einfahren
des Zylinders der Ringraum mit einer Überschußmenge versorgt wird. Durch
diese Steuerung wird im jeweils anderen Druckraum ein Gegenhaltedruck
aufgebaut, so dass der Kolben des Differentialzylinders beidseitig
eingespannt ist. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die Ansteuerung
der beiden Verstellpumpen einen erheblichen vorrichtungstechnischen
Aufwand erfordert.
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Aus
der
CA 605 046 ist ein
hydrostatisches Getriebe bekannt, bei der die Sekundäreinheit über zwei
von einem gemeinsamen Motor angetriebene Konstantpumpen mit Druckmittel
versorgt wird. Über eine
der Konstantpumpen kann Druckmittel aus einem der Druckräume des
Hydrozylinders in den jeweils anderen Pumpenraum gefördert werden,
während
die zweite Pumpe des Primärteils
den bodenseitigen Zylinderraum mit Druckmittel aus einem hydrostatischen
Speicher versorgt. Dieser Speicher ist auch direkt mit den Druckräumen des
Hydrozylinders verbindbar, um Leckageverluste auszugleichen und den
Hydrozylinder beidseitig einzuspannen.
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Auch
bei dieser Lösung
ist ein erheblicher vorrichtungstechnischer Aufwand zum Ansteuern
der beiden Pumpen und zum Vorspannen des Hydrozylinders erforderlich.
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In
der
DE 103 42 102
A1 der Anmelderin ist ein hydrostatisches Getriebe offenbart,
bei dem die Vorspannung des Hydrozylinders über eine zusätzliche
Ladeeinrichtung mit zwei von einem gemeinsamen Lademotor angetriebenen
Ladepumpen erfolgt, wobei das zum Ein- oder Ausfahren des Hydrozylinders
erforderliche Druckmittel über
zwei gekoppelte, von einem gemeinsamen Motor angetriebene Konstantpumpen
gefördert
wird.
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Auch
bei dieser Lösung
ist ein hoher vorrichtungstechnischer Aufwand zum Vorspannen und
Betätigen
des Abtriebsmotors (Hydrozylinders) erfoderlich.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisches Getriebe
zu schaffen, bei dem eine Vorspannung eines Abtriebsmotors mit geringem
vorrichtungstechnischen und regelungstechnischen Aufwand ermöglicht ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein hydrostatisches Getriebe mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß hat das
hydrostatische Getriebe einen Abtriebsmotor, beispielsweise einen Differentialzylinder,
dessen Vorlauf- und Rücklaufanschluß mit einer
Pumpenanordnung verbunden ist, die zwei Druck- und zwei Sauganschlüsse hat. Über diese
Pumpenanordnung kann Druckmittel aus einem sich verkleinernden Druckraum
des Abtriebsmotors oder aus einem Druckmittelspeicher in einen sich vergrößernden
Druckraum des Abtriebsmotors gefördert
werden, wobei das Fördervolumen
so gewählt ist,
dass der Abtriebsmotor hydraulisch vorgepannt ist. Erfindungsgemäß ist im
Rücklauf
des sich verkleinernden Druckraums (je nach Wirkrichtung des Abtriebsmotors)
eine Vorspannventileinrichtung vorgesehen, über die ein Drosselquerschnitt
zu dem Druckmittelspeicher aufsteuerbar ist und entsprechend der
Vorspanndruck einstellbar ist. Das Fördervolumen der Pumpenanordnung
ist so eingestellt, dass der dieser zugeführten Druckmittelstrom stets kleiner
als der aus dem sich verkleinernden Druckraum verdrängte Druckmittelvolumenstrom
ist – der überschüssige Druckmittelvolumenstromanteil
wird dann über
den Drosselquerschnitt zum Druckmittelspeicher abgeführt.
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Bei
einer besonders einfach aufgebauten Lösung werden über die
beiden Druckanschlüsse
der Pumpenanordnung gleich große
Fördervolumina
geführt.
Dabei ist es bevorzugt, wenn der Antriebsmotor als Differentialzylinder
ausgeführt
ist, wobei dessen Flächenverhältnis zur
Einhaltung der im Anspruch 1 definierten Druckmittelvolumenstromverhältnisse kleiner
als 2 gewählt
ist.
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Die
Vorspannventileinrichtung ist vorzugsweise über den Druck im Vorlauf des
Abtriebsmotors in Öffnungsrichtung
und von einer Vorspannfeder in Schließrichtung vorgespannt, so dass
der Öffnungsquerschnitt
des Vorspannventils vom Druck im Vorlauf abhängt.
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In
dem Fall, in dem der Abtriebsmotor als Differentialzylinder ausgeführt ist,
sind zwei Anschlüsse der
Pumpenanordnung über
eine Druckleitung mit einem bodenseitigen Zylinderraum verbunden,
wobei in die Druckleitung eine Förderleitung
einmündet,
die an einen mit dem Druckmittelspeicher verbindbaren weiteren Anschluß der Pumpenanordnung
angeschlossen ist und in der ein zum Zylinderraum hin öffnendes
Rückschlagventil
vorgesehen ist, so dass bei einer Vergrößerung des bodenseitigen Zylinderraums
Druckmittel aus dem Druckspeicher angesaugt und über die Pumpenanordnung zum
Zylinderraum gefördert
werden kann.
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Bei
einem hydrostatischen Getriebe mit einem Differentialylinder ist
vorzugsweise jedem der Druckräume
ein Vorspannventil zugeordnet.
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Die
Pumpenanordnung ist besonders einfach aufgebaut, wenn diese zwei
synchron verstellbare Pumpen hat. Alternativ können auch eine Split-Flow-Verstellpumpe,
eine Split-Flow-Konstantpumpe mit variabler Drehzahl und umkehrbarer
Förderrichtung,
eine sogenannte Floating-Cup-Verstellpumpe mit Synchronverstellung
(siehe hierzu
DE 10 2006
003 122 ) oder eine Floating-Cup-Konstantpumpe mit variabler
Drehzahl und umkehrbarer Förderrichtung
oder ähnliche
Pumpenkonstruktionen eingesetzt werden.
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Der
Druckspeicher kann als Tank oder als vorgespannter Niederdruckspeicher
ausgeführt
sein.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Schaubild eines ersten Ausführungsbeispiels
eines hydrostatischen Getriebes mit Differentialzylinder und zwei
synchron verstellbaren Pumpen und
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2 ein
Ausführungsbeispiel
mit einer Split-Flow-Verstellpumpe.
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In 1 ist
ein hydrostatisches Getriebe 1 mit einem Primärteil 2 und
einem Sekundärteil 4 dargestellt.
Letzteres ist durch einen Differentialzylinder 6 gebildet,
dessen Differentialkolben 8 die Wirkflächen A1 und
A2 hat. Der Differentialkolben 8 unterteilt den
Differentialzylinder in einen bodenseitigen Zylinderraum 10 mit
der Querschnittsflache A1 und einen kolbenstangenseitigen
Ringraum 12 mit der Ringfläche A2.
Das Sekundärteil 4 ist
bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
durch zwei synchron verstellbare Verstellpumpen 14, 16 ausgebildet,
die von einem gemeinsamen Motor 18 angetrieben werden.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
sei angenommen, dass die Verstellpumpen 14, 16 das gleiche
Fördervolumen
haben. Erfindungsgemäß ist der
Differentialkolben 8 dann so ausgelegt, dass das Stirnflächenverhältnis A1/A2 < 2 ist. Dadurch
ist sichergestellt, dass die aus dem Differentialzylinder 6 verdrängte Druckmittelmenge
stets größer ist
als die den beiden Pumpen 14, 16 zugeführte Durckmittelvolumenmenge
ist. Die Überschußmenge wird – wie im
Folgenden noch näher
erläutert – zu einem
Tank 20 hin abgeführt.
Der Zylinderraum 10 ist über eine sich verzweigende
Druckleitung 22 mit den beiden in 1 oben liegenden
Anschlüssen
P1 und P2 der beiden
Verstellpumpen 14, 16 verbunden. Diese Anschlüsse werden
im Folgenden als Druckanschlüsse bezeichnet
obwohl sie beim Einfahren des Differentialkolbens 8 als
Sauganschlüsse
wirken, wobei entsprechend dann auch die Druckleitung 22 eine
Saugleitung ist.
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Der
Ringraum 12 des Differentialzylinders 6 ist über eine
Rücklaufleitung 24 mit
einem Sauganschluß S2 der Verstellpumpe 14 verbunden.
Ein Sauganschluß S1 der weiteren Verstellpumpe 16 ist über eine
Saugleitung 26 und ein in Richtung zum Tank 20 sperrendes
Rückschlagventil 28 mit
dem Tank 20 verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist desweiteren die Saugleitung 26 über eine Förderleitung 30 und
ein weiteres in Richtung zum Tank 20 sperrendes Rückschlagventil 32 mit
der Druckleitung 22 verbunden. Von der Rücklaufleitung 24 zweigt
eine Tankleitung 34 ab, in der ein Vorspannventil 36 angeordnet
ist, über
das ein Drosselquerschnitt zum Tank 20 hin einstellbar
ist. Das Vorspannventil 36 hat einen Schieber 38,
der in Richtung seiner Schließstellung
durch die Kraft einer Vorspannfeder 40 und in Richtung
einer Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts
durch einen Steuerdruck beaufschlagt ist, der über eine Vorspannsteuerleitung 42 von
der Druckleitung 22 abgegriffen ist. Sobald der in der
Vorspannsteuerleitung 42 und damit in der Druckleitung 22 wirkende
Druck so groß ist, dass
die in Öffnungsrichtung
auf den Schieber 38 wirksame Kraft größer ist als die Kraft der Vorspannfeder 40,
wird der Schieber 38 aus seiner dargestellten Schließposition
herausbewegt und über
eine Steuerkante 44 ein Drosselquerschnitt zum Tank hin aufgesteuert.
Dieser Drosselquerschnitt hängt – wie gesagt – vom Druck
in der Druckleitung 22 ab und ist somit variabel.
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In
entsprechender Weise zweigt von der Saugleitung 26 eine
weitere Tankleitung 46 ab, in der ein weiteres Vorspannventil 48 angeordnet
ist, dessen Aufbau gleich demjenigen des Vorspannventils 36 ist.
Dementsprechend hat das weitere Vorspannventil 48 einen
Schieber 50 mit einer Steuerkante 52, der durch
eine Vorspannfeder 54 in seine dargestellte Schließposition
vorgespannt ist und in Richtung einer Vergrößerung des Drosselquerschnitts
vom Steuerdruck in einer Steuerleitung 56 beaufschlagt
ist, die von der Rücklaufleitung 24 abzweigt.
Dementsprechend ist der Drosselquerschnitt des Vorspannventils 48 vom
Druck in der Rücklaufleitung 24 bestimmt.
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Zum
Ausfahren des Differentialzylinders 6 wird der Motor 18 über eine
nicht dargestellte Pumpensteuerung derart angesteuert, dass beide
Verstellpumpen 14, 16 Druckmittel über die
Druckleitung 22 in den Zylinderraum 10 fördern. Dabei
wird aus dem Ringraum 12 verdrängtes Druckmittel über die Rücklaufleitung 24 zum
Sauganschluß S2 der Verstellpumpe 14 geführt. Die
zusätzliche,
zum Füllen des
Zylinderraums 10 erforderliche Druckmittelmenge wird von
der Verstellpumpe 16 über
den Sauganschluß S1, die Saugleitung 26, das sich öffnende Rückschlagventil 28 aus
dem Tank 20 angesaugt. Zu Beginn der Verfahrbewegung ist
das Vorspannventil 36 noch geschlossen und der Druck im
Zylinderraum 10 steigt relativ schnell an. Durch diesen
ansteigenden Druck in der Druckleitung 22 wird dann gegen
die Kraft der Vorspannfeder 40 der Drosselquerschnitt des
Vorspannventils 36 aufgesteuert, so dass die überschüssige Druckmittelmenge
zum Tank 20 gefördert
wird und der Differentialzylinder 6 entsprechend des Drosselquerschnitts
vorgespannt ist. Dieser Vorspanndruck nimmt mit zunehmenden Druck
in der Druckleitung 22 ab. Während dieser Ausfahrbewegung
bleibt das weitere Vorspannventil 48 geschlossen, da der
Druck in der Rücklaufleitung 24 nicht
ausreicht, um dieses gegen die Kraft der Vorspannfeder 54 zu öffnen. Die
Ausfahrgeschwindigkeit wird über
das synchrone Schwenken der beiden Verstellpumpen 14, 16 eingestellt.
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Zum
Einfahren des Differentialzylinders 6 werden die Verstellpumpen
so verschwenkt, dass die Förderrichtung
umgekehrt wird, so dass über
die Verstellpumpe 14 Druckmittel in den Ringraum 12 gefördert wird.
Die beiden "Druckanschlüsse" P1 und
P2 der beiden Verstellpumpen 14, 16 wirken
dann als Sauganschlüsse, über die
das Druckmittel aus dem Zylinderraum 10 den beiden Verstellpumpen 14, 16 zugeführt wird.
Die Verstellpumpe 16 fördert
dann über
den als Druckanschluß wirkenden
Anschluß S1 Druckmittel in die Saugleitung 26 und
von dort über das
sich öffnende
weitere Rückschlagventil 32 und die
Förderleitung 30 zurück zur Saugleitung 22.
Der aufgrund der vorgeschriebenen Flächenverhältnisse vorhandene überschüssige Anteil
des Druckmittels wird über
die weitere Tankleitung 46 und das sich bei einem Druckaufbau
in der Rücklaufleitung 24 öffnende
weitere Vorspannventil 48 zum Tank 20 hin abgeführt. Genau
wie beim vorbeschriebenen Ausfahren des Differentialzylinders 6 hängt der
eingestellte Drosselquerschnitt und damit die Vorspannung des Differentialzylinders 6 vom
Druck in der Rücklaufleitung 24 ab,
so dass der Drosselquerschnitt mit zunehmenden Druck im Ringraum 12 vergrößert wird und
somit die Vorspannung abnimmt.
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Das
Ausführungsbeispiel
ist nicht darauf beschränkt,
dass beide Pumpen 14, 16 mit dem gleichem Fördervolumen
fördern.
Prinzipiell ist auch keine synchrone Ansteuerung erforderlich, diese
Pumpen 14, 16 könnten auch unabhängig voneinander ansteuerbar
sein. Bei ungleichen Fördermengen
sollte auch der verdrängte
Druckmittelvolumenstrom stets etwas größer als der den Pumpen zugeführte Druckmittelvolumenstrom
sein, so dass die Überschußmenge über zumindest
ein Vorspannventil zum Tank hin abgeführt werden kann und entsprechend der
Einstellung des Drosselquerschnitts eine Vorspannung erfolgt.
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Anstelle
der vorbeschriebenen Verstellpumpen 14, 16 können auch
andere Pumpenkonstruktionen eingesetzt werden. 2 zeigt
ein entsprechendes Ausführungsbeispiel,
bei dem anstelle der beiden von einer gemeinsamen Motorwelle angetriebenen
Verstellpumpen 14, 16 eine sogenannte Split-Flow-Verstellpumpe 58 verwendet
werden kann. Derartige Split-Flow-Verstellpumpen 58 können beispielsweise
in Axialkolbenbauweise ausgeführt
sein, wobei die Vielzahl von Axialkolben in zwei gleiche Teile aufgeteilt
ist, um zwei getrennte Druckmittelvolumenströme gleicher Größe bereit
zu stellen. Bei dem in 2 verwendeten Symbol einer derartigen
Pumpe würde
dann ein Teil der Axialkolben (je nach Förderrichtung) beispielsweise
Druckmittel über
die Sauganschlüsse
S1 bzw. S2 ansaugen
und dann über
die beiden getrennten Druckanschlüsse P1 bzw.
P2 in die Druckleitung 22 fördern. Im übrigen ist der
Aufbau des hydrostatischen Getriebes identisch zu denjenigen aus 1,
so dass weitere Erläuterungen
entbehrlich sind.
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Anstelle
der in
1 verwendeten Verstellpumpen können selbstverständlich auch ähnlich wie beim
Stand der Technik gemäß der
DE 103 42 102 A1 zwei
von einem gemeinsamen Motor angetriebene Konstantpumpen verwendet
werden, wobei dann entsprechend der Motor in seiner Drehrichtung
umkehrbar und hinsichtlich seiner Drehzahl verstellbar ausgeführt sein
muß. Als
besonders gut geeignet haben sich desweiteren noch sogenannte "Floating-Cup-Pumpen" herausgestellt,
die auf eine Entwicklung der Anmelderin zurückgehen und die als Verstellpumpe
mit Synchronverstellung oder als Konstantpumpe mit variabler und
umkehrbarer Drehzahl ausgeführt
sein können.
Derartige Floating-Cup-Pumpen sind beispielsweise in der
DE 10 2006 003 122 der
Anmelderin beschrieben.
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Offenbart
ist ein hydrostatisches Getriebe mit einem Antriebsmotor, dessen
Vorlauf- und Rücklaufanschluß mit einer
Pumpenanordnung verbunden ist, über
die Druckmittel aus einen sich verkleinernden Druckraum des Abtriebsmotors
oder aus einem Druckmittelspeicher in einen sich vergrößernden Druckraum
derart förderbar
ist, dass der Abtriebsmotor hydraulisch vorgespannt ist. Im Rücklauf aus
dem sich verkleinernden Druckraum ist eine Vorspannventileinrichtung
vorgesehen, über
die ein Drosselquerschnitt zum Druckspeicher aufsteuerbar ist. Das Fördervolumen
der Pumpenanordnung ist dabei so eingestellte, dass der der Pumpenanordnung
zugeführte
Druckmittelvolumenstrom kleiner ist als der aus dem sich verkleinernden
Druckraum verdrängte Druckmittelvolumenstrom.
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- 1
- Hydrostatisches
Getriebe
- 2
- Primärteil
- 4
- Sekundärteil
- 6
- Differentialzylinder
- 8
- Differentialkolben
- 10
- Zylinderraum
- 12
- Ringraum
- 14
- Verstellpumpe
- 16
- Verstellpumpe
- 18
- Motor
- 20
- Tank
- 22
- Druckleitung
- 24
- Rücklaufleitung
- 26
- Saugleitung
- 28
- Rückschlagventil
- 30
- Förderleitung
- 32
- weiteres
Rückschlagventil
- 34
- Tankleitung
- 36
- Vorspannventil
- 38
- Schieber
- 40
- Vorspannfeder
- 42
- Vorspannsteuerleitung
- 44
- Steuerkante
- 46
- weitere
Tankleitung
- 48
- weiteres
Vorspannventil
- 50
- Schieber
- 52
- Steuerkante
- 54
- Vorspannfeder
- 56
- Steuerleitung