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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Fluiddrucks bei
einem hydrostatischen Fahrantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1, sowie einen hydrostatischen Fahrantrieb, der eine solche Regelung
aufweist.
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Die
Erfindung kommt vorzugsweise bei Arbeitsfahrzeugen zur Anwendung,
wie bei Radladern, Baggern und Gabelstaplern. Solche Arbeitsfahrzeuge
besitzen neben einer Arbeitshydraulik häufig ein hydrostatisches
Getriebe, auch hydraulischer Fahrantrieb oder hydraulisches Antriebssystem
genannt. Die Leistung für die Arbeitshydraulik und den
Fahrantrieb zum Bewegen des Fahrzeugs wird üblicherweise
von einem Verbrennungsmotor aufgebracht. Hierfür haben
sich Dieselmotoren durchgesetzt.
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Ein
hydrostatisches Getriebe ist die Kombination einer Pumpe und eines
Hydraulikmotors, wie sie beispielsweise aus
DE 39 35 068 C2 bekannt
ist. Die Arbeitsleistung des Dieselmotors wird von der Pumpe über
einen hydraulischen Kreis auf den Hydromotor übertragen.
Einer der beiden Anschlüsse für das Druckfluid, üblicherweise
Hydrauliköl, am Hydromotor wird mit Hochdruck beaufschlagt,
auch Arbeitsdruck oder Betriebsdruck genannt. Unter dem Begriff
Hochdruck versteht man also im vorliegenden Zusammenhang den hydraulischen
Systemdruck zwischen der Pumpe und dem Hydromotor. Am anderen Anschluss
des Hydromotors steht das Hydrauliköl unter einem wesentlich
niedrigeren Druck, dem sogenannten Fülldruck oder Speisedruck,
der innerhalb der Pumpe gesondert erzeugt wird.
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Bei
der Pumpe handelt es sich um eine Verstellpumpe, also eine Hydraulikpumpe
mit veränderlichem Fördervolumen. Die Verstellpumpe
wird mit Hilfe eines Steuerblocks verstellt, wie er beispielsweise
aus den
DE 199 34
782 C2 und
DE
199 30 997 B4 bekannt ist. Durch den Einsatz eines solchen
Getriebes mit Fahrautomatik wird ein autokonformes oder automotives
Fahren des Arbeitsfahrzeugs erreicht. Autokonformes Fahren heißt,
dass die gewünschte Fahrgeschwindigkeit durch die Fahrpedalbetätigung des
Dieselmotors vorgegeben wird. Die Fahrge schwindigkeit stellt sich
proportional zur Fahrpedalverstellung ein, solange der Hochdruck
80 bar nicht übersteigt. Bei weiter steigendem Hochdruck
(Drückung des Antriebsmotors, beispielsweise des Dieselmotors)
wird der feste Zusammenhang zwischen Fahrpedalstellung und Fahrgeschwindigkeit
aufgelöst. Abhängig von der zur Verfügung
stehenden Antriebsleistung des Dieselmotors und dem Fahrwiderstand
wird die Fahrgeschwindigkeit so beeinflusst, dass der Antriebsmotor
nicht unzulässig gedrückt und damit überlastet
wird. Infolge der internen Rückstellkräfte wird
der Förderstrom im Arbeitskreis bei steigendem Betriebsdruck
verringert.
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Der
Förderstrom der Pumpe wird im Wesentlichen durch die Druckdifferenz
zwischen einem Steuerdruck und dem bereits erwähnten Fülldruck bestimmt,
der gewissermaßen als Bezugsdruck herangezogen wird. Diese
Druckdifferenz bewirkt über einen oder mehrere Verstellzylinder
die Verstellung einer Schwenkscheibe in der Pumpe. Die Differenz zwischen
Steuerdruck und Speisedruck hängt von der Drehzahl der
Welle ab, die den Dieselmotor mit der Versteilpumpe verbindet. Die
Druckdifferenz beträgt etwa 2 bar für das Anfahren
und etwa 15 bar für den maximalen Förderstrom
der Pumpe, der bei einer mittleren Drehzahl erreicht wird. Ein richtig
eingestellter Antrieb setzt das Fahrzeug bei einer Dieseldrehzahl
von 1000 bis 1200 Umdrehungen pro Minute in Bewegung. Die Pumpe
wird dann durch den wachsenden Steuerdruck zum maximalen Fördervolumen
verstellt, wobei dieses bei noch relativ geringer Drehzahl passiert
sein muss (1500 bis 1700 Umdrehungen pro Minute).
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Der
von der Pumpe erzeugte Förderstrom wird über den
Hochdruckanschluss in den Hydromotor gedrückt und im geschlossenen
Kreislauf zur Pumpe zurückgeführt. Als Hydromotor
wird im Allgemeinen kein Konstantmotor, sondern ein Verstellmotor
verwendet, also ein Hydraulikmotor mit veränderlichem Schluckvolumen.
Ein derartiger Versteilmotor ist beispielsweise aus den
DE 199 34 782 C2 und
DE 199 30 997 B4 bekannt.
Unter dem Schluckvolumen ist diejenige Menge Öl in cm3
zu verstehen, die der Verstellmotor bei einer Umdrehung seiner Welle
aufnimmt. Die Verstellung des Schluckvolumens zwischen einem Minimalwert
und einem Maximalwert geschieht mit Hilfe eines in einem Stellzylinder
beweglichen Stellkolbens, der den Winkel zwischen dem Arbeitskolben
und der Welle zwischen einer Minimalposition und einer Maximalposition
verschwenkt. Der minimale Schwenkwinkel kann beispielsweise 8° betragen,
während der maximale Schwenkwinkel 40° beträgt.
Als Verstellbereich lässt sich beispielsweise der Faktor
4,6 zwischen dem maximalen und dem minimalen Schluckvolumen erreichen.
Die Verstellung kann unter Last und mit kurzen Verstellzeiten vorgenommen
werden.
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Der
Verstellmotor kann mit Regel- und Verstelleinrichtungen vielfältiger
Art ausgestattet sein. Als Basisverstellung, auf der die Erfindung
aufbaut, wird ein Verstellprinzip mit der Abkürzung RDM
herangezogen, das auf einem Leistungsvergleich basiert. Mit RDM
wird ein Konstant druckregler bezeichnet, bei dem das Schluckvolumen
durch eine hydraulische Proportionalverstellung stufenlos einstellbar ist.
Der Arbeitsdruck am Verstellmotor, also der Hochdruck, liefert nicht
nur den Stelldruck intern an den Stellzylinder, sondern bestimmt
auch das Ausmaß der Verstellung. Der Regler wird werkseitig
auf einen Regelbeginn und ein minimales Schluckvolumen eingestellt.
Ab Regelbeginn, also sobald der Hochdruck den eingestellten Regeldruck
erreicht, sorgt der Regelkreis dafür, dass der eingestellte Druck
konstant am Motor anliegt.
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Im
Unterschied dazu wird unter einer VMA-Regelung eine steuerdruck-
und hochdruckabhängige Zweipunktverstellung des Schluckvolurnens bei
variablem Hochdruck verstanden. Der Regelbeginn ist derselbe wie
bei der RDM-Regelung, d. h. der Regeldruck bewegt sich in der Praxis
zwischen 170 und 250 bar je nach Anwendungsfall. Im Unterschied zu
dem rein druckgeregelten Motor (RDM) wird bei VMA jedoch die Verstellung
des Schluckvolumens zu kleineren Werten hin von einem externen Steuerdruck
ausgelöst, und zwar von demjenigen Steuerdruck, der von
der Verstellpumpe mit Fahrautomatik bereitgestellt wird. Dieser
Steuerdruck wird von einer Füll- und Steuerpumpe erzeugt,
die zusammen mit der Verstellpumpe auf der Antriebswelle des Dieselmotors
sitzt. Die VMA-Verstellung bietet Vorteile beim Fahrkomfort und
erlaubt feinfühliges Fahren sowie leichtes Rangieren. Die
Hauptfaktoren, die hierzu beitragen, sind das Anfahren, das grundsätzlich
auf großem Winkel des Hydraulikmotors geschieht, und die
Umschaltung, die bei einer gewissen Drehzahl erfolgt.
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Die
Erfindung geht also von einem Verstellmotor in einem hydrostatischen
Getriebe aus, bei dem der Steuerdruck, welcher in der Fahrautomatik der
Verstellpumpe erzeugt wird und ein Maß für die Drehzahl
n darstellt, auch zur Beeinflussung des Hochdrucks im Verstellmotor
herangezogen wird.
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Ein
derartiges Getriebe und ein Verfahren zur Regelung des Fluiddrucks
in dessen hydraulischen Fahrantrieb ist beispielsweise in der
DE 39 35 068 C2 beschrieben.
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Bei
solchen Fahrantrieben ergibt sich das Problem, dass bei Schiebebetrieb
des Antriebs, also bei negativer Last etwa beim Bergabrollen, eine
Umkehrung der Druckverhältnisse im Leitungssystem erfolgt.
Dies bedeutet, dass die Hochdruckseiten im Hochdruckkreis wechseln,
d. h. die Antriebsseite wird zur Bremsseite und umgekehrt. Die Druckregelung würde
dies als Richtungsumkehr- und somit als Bremssignal auffassen und
mit starker Bremswirkung auf den Fahrantrieb einwirken, was unerwünscht
ist. Um diese Wirkung zu verhindern ist in den Hydraulikkreislauf üblicherweise
ein Fahrtrichtungserkennungsventil eingebaut, das auf englisch als
Brake-Pressure-Defeat-Valve (wörtlich Bremsdruckverhinderungsventil)
bezeichnet wird. Dieses Ventil hat die Aufgabe das Hochrucksignal
nur aus der vorgewählten Fahrtrichtung durchzulassen.
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Hierdurch
wird vermieden, dass im Schiebebetrieb der Konstantdruckregler aktiv
wird und das Schluckvolumen des hydraulischen Motors vergrößert
wird. Dieses würde zu einer starken unerwünschten
Abbremsung des Fahrzeugs führen. Der Einsatz eines Fahrtrichtungserkennungsventils
in hydraulischen Fahrantrieben ist Stand der Technik.
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Im
Hinblick auf immer strenger werdende Abgasnormen und auf eine Verringerung
des Treibstoffverbrauchs bei Verbrennungsmotoren haben sich insbesondere
bei neueren Dieselmotoren elektronisch gesteuerte Einspritzsysteme
durchgesetzt. Der Steuerrechner dieser Einspritzsysteme erfasst
unter anderem auch die aktuelle Drehzahl und den dazu gehörigen,
lastabhängigen Auslastungsgrad des Verbrennungsmotors.
Als Auslastungsgrad ist das Verhältnis von aktuellem Drehmoment
bei der gegebenen Drehzahl zu dem maximal möglichen Drehmoment
bei derselben Drehzahl definiert. Dieser Wert wird von dem Motorsteuergerät
des Dieselmotors anhand von vorgegebenen Kennfeldern des Motors
und der über einen Drehzahlsensor ermittelten Drehzahl bestimmt.
Er wird üblicherweise als Prozentwert angegeben.
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Die
Drehzahl und der Auslastungsgrad eines Dieselmotors neuerer Bauart
werden also serienmäßig und kontinuierlich erfasst
und sind über eine Schnittstelle der des Motorsteuergeräts
abgreifbar. Die Schnittstelle kann hierbei als Steckverbindung eines
Signalbusses, etwa eines CAN-Busses (Controller Area Network) ausgebildet
sein. Hiervon geht die Erfindung aus.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung
des Fluiddrucks in einem hydrostatischen Fahrantrieb, dessen Hydropumpe von
einem Dieselmotor mit elektronische Einspritzung betrieben wird,
vorzuschlagen, das eine Reduzierung von Bauteilen erlaubt und eine
flexible, sichere und zuverlässige Betriebsweise des Fahrantriebs gewährleistet
und einen hydrostatischen Fahrantrieb anzugeben, bei dem ein derartiges
Verfahren eingesetzt ist.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch, dass der Auslastungsgrad
des Verbrennungsmotors ermittelt wird, wobei der Auslastungsgrad
aus dem Verhältnis eines maximalen Drehmoments des Verbrennungsmotors
bei einer vorgegebenen Drehzahl zu einem aktuell ermittelten Drehmoment
bei dieser Drehzahl bestimmt wird und dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors
in Abhängigkeit von dem Auslastungsgrad des Verbrennungsmotors
geführt wird.
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Die
Erfindung macht sich zu Nutze, das bei modernen Dieselmotoren mit
elektronisch gesteuerten Einspritzung ein Motorsteuergerät
vorhanden ist, welches über einen CAN (Controler Area Network) Bus
die Ausgabe von Signalen ermöglicht, die der aktuellen
Motordrehzahl und dem aktuellen Auslastungsgrad entsprechen. Diese
Daten werden ständig von der Motorsteuerung ermittelt und
sind über eine Schnittstelle des CAN-Busses, etwa in Form
einer Steckverbindung; an weitere elektronische Steuer- oder Regelungssysteme übermittelbar.
Damit ist die Möglichkeit gegeben, diese ständig
bereitgestellten und routinemäßig ermittelten
Daten für die Regelung der Drehzahl heranzuziehen, ohne
dass weitere Sensoren oder Einrichtungen erforderlich sind.
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Der
CAN-Bus ist auch dazu geeignet, externe Signale oder Daten dem Motorsteuergerät
des Dieselmotors zu übermitteln. Hierdurch ist ein Einwirken
von derartigen Signalen, die beispielsweise im Fahrantriebsrechner
eines nachgeordneten Hydrogetriebes erzeugt werden, auf das Motorsteuergerät möglich.
Dieses kann somit dazu veranlasst werden, die Einspritzung von Kraftstoff
zur Erzielung einer gewünschten Drehzahl des Motors zu
steuern, wobei zur Optimierung auch Daten über den Wirkungsgrad des
Dieselmotors und des hydraulischen Getriebes sowie über
Abgas- und Geräuschemissionen des Dieselmotors herangezogen
werden können. Diese Daten können nach der Erfindung
aus Motorkennfeldern entnommen werden, die in dem jeweiligen Rechner
des Motorsteuergeräts und/oder der Fahrelektronik des Nutzfahrzeugs
gespeichert sind.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch, dass von der elektronischen
Steuerung/Regelung des Verbrennungsmotors ein dessen Auslastung
entsprechendes Auslastungssignal erzeugt wird, wobei das Auslastungssignal
des Verbrennungsmotors, der bevorzugt als Dieselmotor ausgebildet
ist, bei einer gegebenen Drehzahl aus dem Verhältnis des
aktuellen Drehmoments zu dem bei der selben Drehzahl möglichen
maximalen Drehmoment ermittelt wird, das Auslastungssignal an die Fahrelektronik übermittel
wird und die Fahrelektronik den Hochdruckwert im Hochdruckkreis
des hydrostatischen Fahrantriebs nach Maßgabe des Auslastungssignals
einstellt.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens kann darin bestehen, dass
die Hydropumpe in einem weiten Betriebsbereich auf maximalen Schwenkwinkel
betrieben wird und der hydraulische Motor in seinem Schluckvolumen über
den Hochdruck geregelt wird, wobei die Vorgabe des Drucksignals
aus dem Auslastungsgrad des Dieselmotors ermittelt wird.
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Hierbei
kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung
die Hydropumpe in einem weiten Betriebsbereich auf maximalen Schwenkwinkel
betrieben werden und der hydraulische Motor in seinem Schluckvolumen
nach Maßgabe des Fahrgeschwindigkeitwunsches und des Auslastungsgrades
des Dieselmotors über eine elektrisch proportionale Verstellung
verstellt werden.
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Zur
Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird im Hinblick
auf die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 6 ein Antriebssystem mit einem
Dieselmotor und einem hydrostatischen Getriebe nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 7 vorgesehen, dass die elektronische Regelung/Steuerung
des Verbrennungsmotors ein Auslastungssignal erzeugt, dass das Auslastungssignal über
eine Datenleitung an die Fahrelektronik übermittelbar ist
und dass die Fahrelektronik die Druckregeleinrichtung der Konstantdruckregelung nach
Maßgabe des Auslastungssignals einstellt.
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Durch
die erfindungsgemäße Steuerung des Einstelldrucks
des Hydrogetriebes unter Berücksichtigung des Auslastungsgrads
des die Verstellpumpe antreibenden Dieselmotors ist es möglich
gemäß Anspruch 3 auf ein Fahrtrichtungserkennungsventil (Brake-Pressure-Defeat-Valve)
völlig zu verzichten, ohne dass die Sicherheit und Zuverlässigkeit
des Fahrbetriebs gefährdet ist. Der Einsatz eines solchen Ventils
mit zugehörigen Leitungen und Anschlüssen ist
ein erheblicher Kostenfaktor, der einen nicht unerheblichen Teil
der Gesamtkosten der Bauteile des Hydrogetriebes betragen kann.
Dieser Posten entfällt bei Anwendung des Verfahrens nach
der Erfindung, was folglich als Ersatz von Hardware durch Software gesehen
werden kann.
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Im
Schiebebetrieb, der beispielsweise beim Ausrollen des Fahrzeugs öder
bei einem Gefälle des Fahrwegs auftreten kann, verringert
sich die Last am Hydromotor und damit auch die Last an der Hydropumpe,
was sich wiederum als Entlastung des antreibenden Dieselmotors äußert.
Diese Entlastung führt zu einer entsprechenden Änderung
des Auslastungsgrades des Dieselmotors, der im Schiebebetrieb sehr klein
oder gleich null ist. Dieser geringe Wert wird von dem Motorsteuergerät
erfasst wird und in geeigneter Form an der hierfür vorgesehenen
Schnittstelle zur Verfügung gestellt. Dieses Auslastungssignal
wird über eine Datenleitung, die beispielsweise/bevorzugt als
Teil eines CAN-Busses ausgebildet ist, an den Fahrbetriebsrechner
des Hydrogetriebes übermittelt. Dieser Rechner erkennt
anhand des niedrigen Auslastungsgrades, dass ein Schiebebetrieb
vorliegt und steuert demgemäß die Druckeinstellung
des Konstantdruckreglers. Der hierbei eingestellte Druckwert ist
so gewählt, dass er höher ist, als der im System
erreichbare. Damit ist sichergestellt, dass der Konstantdruckregler
nicht anspricht und somit auch keine unerwünschte Bremswirkung
hervorruft.
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Die
Erfindung wird anschließend an Hand von Ausführungsbeispielen,
die in den Figuren dargestellt sind, noch näher erläutert.
Es zeigen:
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1 Eine
schematische Darstellung eines Antriebssystems für Nutzfahrzeugs
mit Dieselmotor und Hydrogetriebe, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren
anwendbar ist,
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2 eine
schematische Darstellung eines Hydrogetriebes nach dem Stand der
Technik,
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3 eine
schematische Darstellung eines Hydrogetriebes nach der Erfindung,
gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel
-
4 eine
schematische Darstellung eines Hydrogetriebes nach der Erfindung,
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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Die 1 zeigt
in schematischer Darstellung ein Antriebssystem 1 für
eine fahrbare Arbeitsmaschine mit einem Dieselmotor 2 und
einem Hydrogetriebe, hier als hydrostatischer Fahrantrieb 10 mit weiterem
Arbeitsgerät 13 dargestellt, bei dem das erfindungsgemäße
Verfahren anwendbar ist. Der Dieselmotor 2 ist mit einem
elektronischen Einspritzsystem versehen, das eine Einspritzpumpe 3 für
den Kraftstoff aufweist, die von einem Motorsteuergerät 4 angesteuert
wird. Das Motorsteuergerät 4 ist über elektrische
Leitungen 6, 6a mit dem Einspritzsystem sowie
mit einem Drehzahlsensor 5 verbunden, der hier an der Abtriebswelle 9 des
Dieselmotors 2 angeordnet ist. Das Motorsteuergerät 4 ist
zudem mit einem bidirektionalen Datenbus 7 verbunden, wobei die
Leitungen 6 und 6a ebenfalls Teil des Datenbusses 7 sein
können. Als Datenbus 7 ist bevorzugt ein CAN-Bus
(Controller Area Network) einsetzbar. Der zum üblichen
Lieferumfang eines Dieselmotors 2 moderner Bauart gehörende
Datenbus 7 des Motorsteuergeräts 4 verfügt über
eine Schnittstelle 8, die bevorzugt als Steckverbindung
ausgeführt ist. An dieser Schnittstelle 8 sind
bestimmte Signale und Daten, die von dem Motorsteuergerät 4 ermittelt
werden, an weitere Steuereinheiten, wie den Fahrantriebsrechner 15 des
hydrostatischen Fahrantriebs 10 ausgebbar. Sie sind über
zugehörige Leitungen 7a, die ebenfalls als Teil
des Datenbusses 7 sein können, an den Fahrantriebsrechner 15 übermittelbar.
Nach der Erfindung betreffen die über die Schnittstelle 8 bzw.
einen Datenbus 7 übermittelten Daten die Drehzahl
und den Auslastungsgrad des Dieselmotors 2. Über
den Datenbus 7 und die Leitungen 7a kann der Fahrantriebsrechner 15 auch
mit dem Motorsteuergerät 4 kommunizieren und bei
Bedarf auf dieses einwirken, wie noch erläutert wird.
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Die
von dem Dieselmotor 2 mittels dessen Abtriebswelle 9 angetriebene
hydrostatische Fahrantrieb 10 weist eine Verstellpumpe 11 auf,
deren Fördervolumen über eine elektrisch ansteuerbare
Pumpenverstelleinrichtung 20 einstellbar ist. Die Verstellpumpe 11 fördert
das Druckfluid über Leitungen 18, 18a zu
bzw. von einem Hydromotor, der hier als Verstellmotor 12 ausgebildet
ist. Im Rahmen der Erfindung ist jedoch auch ein nicht verstellbarer
Hydromotor einsetzbar, wobei dann die Steuerung der Druckverhältnisse
im Hochdruckkreis allein über die Verstellpumpe erfolgt.
Die Verstellung des Verstellmotors 12 erfolgt hierbei über
eine elektrisch ansteuerbare Motorverstelleinrichtung 21,
welche das Schluckvolumen des Verstellmotors 12 nach Maßgabe
von Steuersignalen des Fahrantriebsrechners 15 steuert.
Der Fahrantriebsrechner 15 ist zu diesem Zweck programmiert
und über elektrische Leitungen 19 bzw. 19a mit
der Pumpenverstelleinrichtung 20 und der Motorverstelleinrichtung 21 verbunden.
Die Abtriebswelle des Verstell motors 12 ist mit der hier als
Antriebswelle 14 eines Arbeitsgeräts 13 dargestellten
Verbrauchers gekoppelt. Bei dem Verbraucher kann es sich im Rahmen
der Erfindung sowohl um ein Getriebe handeln, welches die Räder
eines Fahrantriebs antreibt, als auch um Arbeitsgeräte 13 im
eigentlichen Sinne, wie Seiltrommeln von Kränen oder Baggern.
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Der
Fahrantriebsrechner 15 weist mehrere Eingänge
auf, die zum einen von den Bedienelementen 16 der Hydromaschine 10 ausgehen
und hier als verschwenkbarer Fahrhebel 17 dargestellt sind.
Die Bedienelemente können ein hier nicht gezeigtes Fahrpedal
umfassen und sind über eine oder mehrere Leitungen 7b, 19b mit
dem Fahrantriebsrechner 15 verbunden. Auch diese Leitungen 7b,
von denen nur eine in 1 angedeutet ist, können
bevorzugt Teil des Datenbusses 7 sein.
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Die
2 zeigt
eine schematische Darstellung eines von einem Dieselmotor
2 angetriebenes Hydrogetriebes
nach dem Stand der Technik, bei dem ein Fahrtrichtungserkennungsventil
25 vorhanden
ist. Ein solches Hydrogetriebe und die Funktion des hier „Druckregelventil
13” bezeichneten
Fahrtrichtungserkennungsventils ist beispielsweise in der
DE 199 30 997 B4 beschrieben.
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Die
Bedeutung der Bezugszeichen in der 2, sowie
in allen weiteren Figuren stimmen mit derjenigen von 1 überein,
genauso wie die Funktionen der zugehörigen Bauteile oder
Systeme. Aus diesem Grund und um Wiederholungen zu vermeiden beschränken
sich die folgenden Figurenbeschreibungen zum großen Teil
auf die wesentlichen Unterschiede.
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Als
Zusatz zu der in 1 gezeigten Anordnung der Hydromaschine
weist der in 2 gezeigte Hydromaschine, d.
h. der hydrostatische Fahrantrieb 10, ein Fahrrichtungserkennungsventil 25 auf,
welches zwischen den Leitungen 18 und 18a für
das Druckfluid liegt. Seine Funktion ist die folgende: Bei Schiebebetrieb
der über den Verstellmotor 12 angetriebenen hydrostatischen
Fahrantrieb 10 wird dem Verstellmotor 12 über
die Antriebswelle 14 mechanische Leistung zugeführt.
Der Verstellmotor 12 arbeitet somit als Pumpe, wodurch
sich die Druckverhältnisse in den Leitungen 18 und 18a umdrehen.
Das Fahrtrichtungserkennungsventil 25 leitet den für
den Zugbetrieb vorhandenen Druck, den höheren der beiden
Drücke in den Leitungen 18 bzw. 18a für
das Druckfluid, an die Motorverstelleinrichtung 21. Ohne Fahrtrichtungserkennung,
die nur die Zugbetriebsseite auf die Motorverstelleinrichtung 21 leitet,
würde der sich aufbauende Hochdruck im Schiebebetrieb auf
die Motorverstelleinrichtung 21 wirken und das Fördervolumen
des Verstellmotors 12 in Richtung auf den Maximalwert verstellen.
Dies führt zu einer ungewollt hohen Verzögerung
oder Abbremsung des vom hydrostatischen Fahrantrieb 10 angetriebenen
Fahrzeugs. Die Durchfluss bzw. die Sperrichtung für den Druck
in den Leitungen 18, 18a zur Versteileinrichtung 21 des
Fahrtrichtungserkennungsventils 25 wird durch die Fahrelektronik,
hier den Fahrantriebsrechner 15, vorgegeben.
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Die 3 eine
schematische Darstellung eines Hydrogetriebes nach der Erfindung
in einer weiteren Ausführungsform, bei der das Fahrtrichtungserkennungsventil 25 nicht
vorhanden ist, da dessen Funktion von der Fahrelektronik 15 unter
Auswertung des vom Motorsteuergerät 4 bereitgestellten
Auslastungsgradsignals übernommen ist. Hierbei ist davon ausgegangen,
dass der hydrostatische Fahrantrieb 10 eine Konstantdruckregelung
aufweist, deren Druckregeleinrichtung einen Einstellwert für
den Druck im Hochdruckzweig vorgibt, d. h. bei dem eingestellten
Hochdruck beginnt der Verstellmotor 12 sein Schluckvolumen
zu verändern. Bei normalem Fahrbetrieb werden die Pumpenverstelleinrichtung 20 und
die Motorverstelleinrichtung 21 derart angesteuert, dass
dieser Einstellwert erreicht wird. Ein einsetzender Schiebebetrieb
des vom hydrostatischen Fahrantrieb 10 angetriebenen Fahrzeugs äußert
sich in einem Absinken des Auslastungsgrads des Dieselmotors 2,
da die an dessen Abtriebswelle abgenommene Leistung geringer ist.
Dies wird von dem Motorsteuergerät 4 erfasst und über
den Bus 7, 7a und ggfs. über die Schnittstelle 8 an
den Fahrantriebsrechner 15 übermittelt. Dieser
erkennt anhand des niedrigen Werts des Auslastungsgrads den Schiebebetrieb
und wirkt auf den Konstantdruckregler derart ein, dass der sich
einstellende Hochdruck den vorgegebenen Wert nicht erreicht. Damit
ist die unerwünschte Auswirkung des Schiebebetriebs neutralisiert.
Für diese Funktion sind keine weiteren Sensoren, Leitungen
oder konstruktive Maßnahmen erforderlich. Hier ist lediglich
ein einfaches Wechselventil erforderlich, welches immer nur den
Hochdruck auf die Verstellung wirken lässt.
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Die 4 zeigt
eine schematische Darstellung eines hydrostatischen Fahrantriebs 10 nach
der Erfindung in einer wiederum anderen Ausführungsform,
bei welcher der Fahrantriebsrechner 15 unmittelbar auf
die proportionale Verstelleinrichtung, hier eine Schwenkwinkelverstelleinrichtung 22 mit
elektromechanischen Aktoren 23 des Verstellmotors 12 einwirkt.
Bei dieser konstruktiven Ausbildung des Antriebssystems 1 wirken
von der Fahrelektronik 15 erzeugte Steuersignale auf die
Aktoren 23 der Schwenkwinkelverstelleinrichtung 22 des
Verstellmotors 12 ein. Der Betrieb derartiger proportionaler
Verstelleinrichtungen ist dem Fachmann geläufig und muss
deshalb hier nicht weiter erläutert werden.
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Zu
beachten ist, dass bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen
der Erfindung auf ein Fahrtrichtungserkennungsventil 25 oder
ein Bauteil mit ähnlicher Funktion, wie es beim Stand der
Technik zwingend vorhanden sein muss, verzichtet ist, da dessen
Funktion nach der Erfindung von der Fahrelektronik 15 übernommen
ist. Diese ermittelt anhand des von dem Motorsteuergerät 4 ausgegebenen Ausnutzungsgradsignals
ob ein normaler Fahrbetrieb oder ob ein Schiebebetrieb vorliegt
und steuert entsprechend die Verstellung der Verstellpumpe 11 und des
Verstellmotors 12. Hierdurch ergibt sich eine deutliche
Reduktion von Bauteilen des Antriebs der Hydromaschine 10 gegenüber
dem Stand der Technik, ohne dass die Funktion, Sicherheit und Zuverlässigkeit
der Hydromaschine 10 beeinträchtigt sind.
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- 1
- Antriebssystem
- 2
- Dieselmotor
- 3
- Einspritzpumpe
- 4
- Motorsteuergerät
- 5
- Drehzahlsensor
- 6,
6a
- elektrische
Leitungen
- 7,
7a, 7b
- Datenbus
- 8
- Schnittstelle
- 9
- Abtriebswelle
des Dieselmotors
- 10
- hydrostatischer
Fahrantrieb
- 11
- Verstellpumpe
- 12
- Verstellmotor
- 13
- Arbeitsgerät
- 14
- Antriebswelle
des Arbeitsgeräts
- 15
- Fahrantriebsrechner
- 16
- Bedienelemente
- 17
- Fahrhebel
- 18,
18a
- Leitungen
für Druckfluid
- 19,
19a
- elektrische
Leitungen
- 20
- Pumpenverstelleinrichtung
- 21
- Motorverstelleinrichtung
- 22
- Schwenkwinkelverstelleinrichtung
- 23
- Aktor
- 25
- Fahrtrichtungserkennungsventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3935068
C2 [0003, 0010]
- - DE 19934782 C2 [0004, 0006]
- - DE 19930997 B4 [0004, 0006, 0033]