DE102009053031A1

DE102009053031A1 - Hydrostatisches Getriebe

Info

Publication number: DE102009053031A1
Application number: DE200910053031
Authority: DE
Inventors: Bernward Dr. Welschof; Thomas LÖFFLER; Alfred Dr. Langen
Original assignee: Linde Material Handling GmbH
Current assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-05-19
Also published as: ITMI20102046A1; IT1402859B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Getriebe zum Antrieb einer Eingangswelle eines zwischen mindestens zwei Übersetzungsstufen schaltbaren Schaltgetriebes, insbesondere eines Fahrantriebs einer mobilen Arbeitsmaschine, wobei das hydrostatische Getriebe eine mittels einer Stelleinrichtung im Fördervolumen verstellbare Pumpe und einen mittels einer Stelleinrichtung im Schluckvolumen verstellbaren Hydromotor im geschlossenen Kreislauf umfasst, der mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes trieblich verbunden ist. Um bei einem derartigen Getriebe mit geringem Bauaufwand einen Gangwechsel während der Fahrt im Fahrbetrieb zu ermöglichen und die Bremsfähigkeit des hydrostatischen Getriebes zu gewährleisten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zu einem Gangwechsel zwischen den Übersetzungsstufen (G1; G2) des Schaltgetriebes (S) durch eine Ansteuerung der Stelleinrichtung (6) des Hydromotors (4) eine Drehzahlsynchronisierung zwischen der Drehzahl des Hydromotors (4) und einer Abtriebswelle (9) des Schaltgetriebes (S) erzielbar ist und durch eine Ansteuerung der Stelleinrichtung (5) der Pumpe (2) ein Kleinmomentenbetrieb des hydrostatischen Getriebes (H) erzielbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Getriebe zum Antrieb einer Eingangswelle eines zwischen mindestens zwei Übersetzungsstufen schaltbaren Schaltgetriebes, insbesondere eines Fahrantriebs einer mobilen Arbeitsmaschine, wobei das hydrostatische Getriebe eine mittels einer Stelleinrichtung im Fördervolumen verstellbare Pumpe und einen mittels einer Stelleinrichtung im Schluckvolumen verstellbaren Hydromotor im geschlossenen Kreislauf umfasst, der mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes trieblich verbunden ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines hydrostatischen Getriebes eines Fahrantriebs einer mobilen Arbeitsmaschine.
Mobile selbstfahrende Arbeitsmaschinen, insbesondere Landmaschinen, Forstmaschinen und Baumaschinen, beispielsweise Rad- und Teleskoplader, Forstmaschinen, Schlepper, Mähdrescher, Feldhäcksler, Zuckerrüben- oder Kartoffelroder, erfordern einen Fahrantrieb, der hohe Zugkräften aufbringen kann und zur Überwindung größerer Strecken eine hohe Fahrgeschwindigkeit ermöglicht. In jüngster Zeit werden zunehmender Fahrgeschwindigkeiten im Bereich von 40 km/h bis 60 km/h für mobile Arbeitsmaschinen gefordert.
Bei einem Fahrantrieb mit einem hydrostatischen Getriebe, bestehend aus einer Pumpe und einem oder mehrerer an die Pumpe bevorzugt im geschlossenen Kreislauf angeschlossener Hydromotoren, als Antriebsstrang kann die Zunahme der Fahrgeschwindigkeit durch eine Drehzahlerhöhung erzielt werden. Eine derartige Drehzahlerhöhung, beispielsweise durch die Verwendung von Schrägachsenmotoren, insbesondere in Jochbauweise, in dem hydrostatischen Getriebe, führt jedoch zu überproportional ansteigender Verlustleistung. Möglich ist auch durch eine Druckerhöhung des hydrostatischen Getriebes und ein entsprechende angepasstes, nachgeschaltetes Getriebe die erhöhten Fahrgeschwindigkeiten zu erzielen.
Bei Fahrantrieben mit einem hydrostatischen Getriebe als Antriebsstrang ist es zudem bereits bekannt, das hydrostatische Getriebe mit zwei Hydromotoren als Doppelmotorgetriebe auszubilden, die an die Pumpe im geschlossenen Kreislauf angeschlossen sind, wobei durch Zu- bzw. Abschalten eines Hydromotors eine Drehzahlspreizung und somit eine erhöhte Endgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine erzielbar ist.
Um die erforderlichen erhöhten Endgeschwindigkeiten zu erzielen, ist darüber hinaus bereits bekannt, im Antriebsstrang dem hydrostatischen Getriebe ein Schaltgetriebe nachzuschalten. Das Schaltgetriebe kann als Stillstandsgetriebe ausgebildet sein, das im Stillstand der Arbeitsmaschine in die verschiedenen Getriebestufen schaltbar ist.
Um auch während der Fahrt im Betrieb des Fahrantriebs ein Schalten des Schaltgetriebes zu ermöglichen, ist es bekannt, das Schaltgetriebe als Lastschaltgetriebe auszubilden, das einen zugkraftfreien Schaltvorgang ohne Zugkraftunterbrechung ermöglicht. Derartige Lastschaltgetriebe weisen in der Regel als Lamellenkupplungen ausgebildete Schaltelemente für die verschiedenen Gangstufen auf, wodurch derartige Lastschaltgetriebe einen hohen Bauaufwand verursachen.
Darüber hinaus ist bereits bekannt, bei Fahrantrieben mobiler Arbeitsmaschinen Leistungsverzweigungsgetriebe einzusetzen, die im Gegensatz zu Schaltgetrieben ein stufenloses Verhalten aufweisen. Derartige Leistungsverzweigungsgetriebe weisen jedoch einen aufwändigen Aufbau mit einem hohen Herstellaufwand auf.
Um bei einem Fahrantrieb mit einem hydrostatischen Getriebe und einem nachgeschalteten Schaltgetriebe als Antriebsstrang einen Gangwechsel während der Fahrt im Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine zu ermöglichen, ist bereits eine Lösung bekannt, ein Schaltgetriebe mit Synchronisierungsringen zu versehen und den Hydromotor des hydrostatischen Getriebes zum Gangwechsel des Schaltgetriebes während des Schaltvorganges auf Schwenkwinkel 0° und somit eine Einstellung mit einem Schluckvolumen Null zu verstellen. Durch das Verstellendes Hydromotors auf Schluckvolumen Null läuft der Hydromotor des hydrostatischen Getriebes drehmomentfrei, sodass am Schaltgetriebe der Gangwechsel durchgeführt werden kann, da sich das Schaltgetriebe an der Eingangswelle auf die Drehzahl nach dem Schaltvorgang einstellen kann.
Ein derartiger Antriebsstrang weist jedoch einen hohen Bauaufwand auf, da Hydromotoren mit verstellbarem Schluckvolumen normalerweise zwischen einer Stellung mit minimalen Schluckvolumen und einer Stellung mit maximalem Schluckvolumen verstellbar sind und somit ein spezieller Hydromotor mit einer Stellung für Schluckvolumen Null erforderlich ist. Zudem ermöglicht ein derartiges Getriebe keinen zugkraftfreien Gangwechsel. Zudem treten während des Gangwechsels durch die Verstellung des Hydromotors auf Schluckvolumen Null eine hydraulische Entkupplung und ein Verlust der kraftschlüssigen Verbindung im Antriebsstrang auf, der in Verbindung mit einem hydrostatischen Getriebe im geschlossenen Kreislauf zum Verlust der hydrostatischen Bremsfähigkeit führt. Sofern nach dem Schaltvorgang kein Ausschwenken des Hydromotors auf ein Schluckvolumen erfolgt, ist die Bremsfähigkeit des hydrostatischen Getriebes nicht gewährleistet. Bei bekannten Antriebssträngen ist daher zusätzlich zu dem hydrostatischen Bremssystem durch den geschlossenen Kreislauf des hydrostatischen Getriebes ein zusätzliches redundantes Bremssystem erforderlich, um die Arbeitsmaschine im Fahrbetrieb abzubremsen, beispielsweise eine konventionelle mechanische Scheibenbremsanlage oder Lamellenbremsanlage.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisches Getriebe der eingangs genannten Gattung und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen hydrostatischen Getriebes zur Verfügung zu stellen, bei dem mit geringem Bauaufwand einen Gangwechsel während der Fahrt im Fahrbetrieb ermöglicht wird und bei dem die Bremsfähigkeit des hydrostatischen Getriebes gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zu einem Gangwechsel zwischen den Übersetzungsstufen des Schaltgetriebes durch eine Ansteuerung der Stelleinrichtung des Hydromotors eine Drehzahlsynchronisierung zwischen der Drehzahl des Hydromotors und der Abtriebswelle des Schaltgetriebes erzielbar ist und durch eine Ansteuerung der Stelleinrichtung der Pumpe ein Kleinmomentenbetrieb des hydrostatischen Getriebes erzielbar ist. Dabei wird die Drehzahl des Hydromotors durch die Verstellung der Stelleinrichtung so an die Drehzahl der Abtriebswelle des Schaltgetriebes gesteuert bzw. geregelt angepasst, dass an einer Schalteinrichtung für den einzulegenden Gang zwischen umlaufenden Kuppelelementen, insbesondere formschlüssigen Kuppelelementen, beispielsweise Klauenkupplungen, Gleichlauf oder annähernd Gleichlauf eintritt und durch Betätigen der Schalteinrichtung die neu gewählte Übersetzungsstufe eingelegt werden kann. Der erfindungsgemäße Gedanke besteht somit darin, während des Schaltvorgangs und somit beim Gangwechsel zwischen den Übersetzungsstufen des Schaltgetriebes die Drehzahlsynchronisierung des Schaltgetriebes beim Gangwechsel durch ein Verstellen des Hydromotors zu erzielen und durch eine entsprechende Ansteuerung der Pumpe einen Kleinmomentenbetrieb des hydrostatischen Getriebes zu erzielen, so dass für den Schaltvorgang während der Fahrt ein Kleinmomentenbetrieb erzielt wird und das für den Schaltvorgang maximal zulässige Restmoment nicht überschritten wird Gemäß der Erfindung wird somit die Drehzahldifferenz zwischen der Eingangswelle des Schaltgetriebes und der Ausgangswelle des Schaltgetriebes beim Gangwechsel durch eine Verstellung des Hydromotors gesteuert bzw. geregelt unabhängig von dem für den Schaltvorgang des Schaltgetriebes notwendigen bzw. maximal zulässigen Restmoment. Durch den Kleinmomentenbetrieb des hydrostatischen Getriebes durch Verstellung der Pumpe wird während des Schaltvorgangs ein Kleinmomentbetrieb und somit eine Reduzierung des Restmoments auf einen für den Schaltvorgang zulässigen Wert erzielt. Im Gegensatz zu einem Antriebsstrang mit einem hydrostatischen Getriebe des Standes der Technik, bei dem während des Schaltvorgangs der Kleinmomentenbetrieb durch einen Schwenkwinkel 0° und somit eine Einstellung mit einem Schluckvolumen Null am Hydromotor erzielt wird, kann beim erfindungsgemäßen hydrostatischen Getriebe ein üblicher Hydromotor verwendet werden, der zwischen einer Stellung mit minimalem Schluckvolumen und einer Stellung mit maximalem Schluckvolumen verstellbar ist, so dass das erfindungsgemäße Getriebe einen geringen Bauaufwand mit üblichen Komponenten aufweist. Zudem ist bei dem erfindungsgemäßen Getriebe die Bremsfähigkeit des hydrostatischen Getriebes gewährleistet, da der Hydromotor beim Schaltvorgang des Schaltgetriebes auf ein bestimmtes Schluckvolumen ausgeschwenkt ist, um die Drehzahlsynchronisierung zu erzielen. Der Hydromotor des erfindungsgemäßen Getriebes steuert zum Gangwechsel die erforderliche Solldrehzahl der Eingangswelle des Schaltgetriebes aktiv an und wird nicht wie bei einem hydrostatischen Getriebe des Standes Technik, bei dem der Hydromotor zum Gangwechsel auf Schwenkwinkel 0° verstell wird, durch Synchroneinrichtungen des Schaltgetriebes passiv auf die Solldrehzahl gebracht. Das von dem erfindungsgemäßen hydrostatischen Getriebe angetriebene Schaltgetriebe kann somit als einfach aufgebautes schaltbares Stillstandsgetriebe ausgebildet werden, das ohne Synchronisierungsringe aufgebaut sein kann.
Der Kleinmomentenbetrieb des hydrostatischen Getriebes ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch einen Gleichdruckbetrieb der Pumpe erzielbar. Durch einen Gleichdruckbetrieb bzw. den Betrieb der Pumpe mit einer geringen Druckdifferenz wird während des Schaltvorgangs ein Kleinmomentbetrieb und somit eine Reduzierung des Restmoments auf einen für den Schaltvorgang zulässigen Wert auf einfache Weise erzielt. Im Gleichdruckbetrieb bzw. im Betrieb der Pumpe mit einer geringen Druckdifferenz herrschen in den Druckmittelleitungen des geschlossenen Kreislaufs annähernd gleiche Drücke, so dass der Hydromotor annähernd drehmomentfrei mitläuft und sich nur unter Überwindung seines Eigenwiderstandes schnell der für die Drehzahlsynchronisation anzustrebenden Drehzahl anpasst. Insbesondere kann in diesem Gleichdruckbetrieb der Pumpe die Drehzahl des Hydromotors zur Drehzahlsynchronisation gut eingestellt werden und die Drehzahldifferenz an dem Schaltgetriebe durch die Verstellung des Hydromotors gesteuert bzw. geregelt werden.
Mit besonderem Vorteil ist die Drehzahl der mit dem Hydromotor verbundenen Eingangswelle durch eine Ansteuerung der Stelleinrichtung des Hydromotors an die nach dem Gangwechsel erforderliche Drehzahl einer Abtriebswelle des Schaltgetriebes anpassbar. Während des Schaltvorgangs wird somit auf einfache Weise eine Drehzahlsynchronisierung der Eingangswelle und der Ausgangswelle des Schaltgetriebes erzielt, da der Hydromotor durch die Stelleinrichtung auf die nach dem Schaltvorgang erforderlich Solldrehzahlposition verstellt wird und der Hydromotor seine Drehzahl und somit die Drehzahl der Eingangswelle des Schaltgetriebes an die nach dem Gangwechsel notwenige Drehzahl der Ausgangswelle anpasst.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist zum Betrieb der Pumpe im Gleichdruckbetrieb die Pumpe mit einer Stelleinrichtung versehen, die mit einer zuschaltbaren Druckregelung versehen ist. Mit einer zuschaltbaren Druckregelung an der Pumpe des hydrostatischen Getriebes, die im normalen Betrieb der Pumpe ausgeschaltet ist und die während des Schaltvorgangs des Schaltgetriebes beim Gangwechsel zugeschaltet wird, kann mit geringem Bauaufwand an der Pumpe während des Schaltvorgangs ein Gleichdruckbetrieb erzielt werden, in dem der Hydromotor in einem Kleinmomentenbetrieb betrieben wird, um das Restmoment während des Schaltvorgangs auf einen zulässigen Wert zu verringern. Insbesondere ermöglicht eine derartige, zuschaltbare Druckregelung ein schnelles Erreichen des Gleichdruckbetriebes und somit schnelle Schaltzeiten des Schaltgetriebes mit kurzen Schaltunterbrechungen.
Hinsichtlich eines einfachen Bauaufwandes für die zuschaltbare Druckregelung der Stelleinrichtung der Pumpe ergeben sich besondere Vorteile, wenn die Druckregelung der Stelleinrichtung von Zusatzkolben gebildet ist, die ein Zurückschwenken der Pumpe bewirken, wobei die Zusatzkolben jeweils mit einer Druckmittelleitung des hydrostatischen Getriebes in Verbindung bringbar sind. Derartige mit den Druckmittelleitungen des hydrostatischen Kreislaufs verbindbare Zusatzkolben an der Stelleinrichtung der Pumpe werden zur Erzielung einer Hochdruckaufschaltung bereits bei Pumpen eingesetzt, so dass die zuschaltbare Druckregelung an der Pumpe für den Gleichdruckbetrieb während des Schaltvorgangs mit üblichen und bewährten Bauteilen erfolgen kann und somit mit geringem Herstellaufwand erzielbar ist.
Um die Zu- und Abschaltbarkeit der von den Zusatzkolben gebildeten Druckregelung an der Stelleinrichtung der Pumpe mit geringem Bauaufwand zu realisieren, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Verbindung der jeweiligen Druckmittelleitung mit dem entsprechenden Zusatzkolben von einer Ventileinrichtung steuerbar, wobei im normalen Betrieb des Fahrantriebs die Verbindung der Druckmittelleitungen mit den Zusatzkolben von der Ventileinrichtung abgesperrt ist und zum Gangwechsel des Schaltgetriebes die Verbindung der Druckmittelleitungen mit den Zusatzkolben von der Ventileinrichtung hergestellt ist. Mit einer derartigen Ventileinrichtung kann somit auf einfache Weise die Verbindung der Zusatzkolben mit der entsprechenden Druckmittelleitung des geschlossenen Kreislauf abgesperrt bzw. geöffnet werden, um die Druckregelung im normalen Betrieb und abgesperrter Verbindung abzuschalten und zum Gangwechsel bei geöffneter Verbindung zuzuschalten.
Bevorzugt ist die Ventileinrichtung von einem Steuerventil, insbesondere einem Schaltventil, gebildet, das mittels einer Feder in eine die Verbindung absperrende Sperrstellung und mittels einer elektrischen Ansteuereinrichtung, insbesondere einem Schaltmagnet, in eine die Verbindung freigebende Durchflussstellung beaufschlagt ist.
Mit einem derartigen Schaltventil, das eine Sperrstellung und eine Durchflussstellung aufweist, kann die Druckregelung auf einfache Weise in der Sperrstellung des Schaltventils abgeschalten werden und durch eine Ansteuerung des Schaltventils in die Durchflussstellung während des Schaltvorgangs zugeschalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine elektronische. Steuereinrichtung vorgesehen, die mit einer die Antriebsdrehzahl der Pumpe erfassenden Sensoreinrichtung, einer die Abtriebsdrehzahl des Schaltgetriebes erfassenden Sensoreinrichtung, einer die Gangwahl erfassenden Sensoreinrichtung, einer Stelleinrichtung des Hydromotors und der zuschaltbaren Druckregelung der Pumpe in Wirkverbindung steht, wobei zum Gangwechsel zwischen den Übersetzungsstufen des Schaltgetriebes von der elektronischen Steuereinrichtung die Abtriebsdrehzahl des Hydromotors durch eine Ansteuerung der Stelleinreinrichtung an die nach dem Gangwechsel erforderliche Abtriebsdrehzahl des Schaltgetriebes angepasst wird und durch Zuschalten der Druckregelung der Pumpe die Pumpe im Gleichdruckbetrieb betrieben wird. Mit einer derartigen elektronischen Steuereinrichtung kann auf einfache Weise während des Schaltvorgangs der Hydromotor auf die nach dem Schaltvorgang erforderliche Solldrehzahlposition eingestellt werden, um die Drehzahlsynchronisierung und Anpassung der Drehzahl des Hydromotors an die nach dem Gangwechsel erforderliche Drehzahl zu erzielen, und durch das Zuschalten der Druckregelung die Pumpe im Gleichdruck betrieben werden, um einen Kleinmomentenbetrieb und eine Reduzierung des Restmoments während des Schaltvorgang zu erzielen.
Die Aufgabe wird auch durch einen Fahrantrieb und eine mobile Arbeitsmaschine mit einem Fahrantrieb gelöst, bei dem ein bereits beschriebenes hydrostatisches Getriebe mit einer Eingangswelle eines zwischen mindestens zwei Übersetzungsstufen schaltbaren Schaltgetriebes verbunden ist, wobei die Drehzahl der mit dem Hydromotor verbundenen Eingangswelle durch eine Ansteuerung der Stelleinrichtung des Hydromotors an die nach dem Gangwechsel erforderliche Drehzahl einer Abtriebswelle des Schaltgetriebes anpassbar ist. Während des Schaltvorgangs wird somit auf einfache Weise eine Drehzahlsynchronisierung der Eingangswelle und der Ausgangswelle des Schaltgetriebes erzielt, da der Hydromotor durch die Stelleinrichtung auf die nach dem Schaltvorgang erforderlich Solldrehzahlposition verstellt wird und der Hydromotor seine Drehzahl und somit die Drehzahl der Eingangswelle des Schaltgetriebes an die nach dem Gangwechsel notwenige Drehzahl der Ausgangswelle anpasst.
Die Aufgabe wird hinsichtlich eines Verfahrens zum Betrieb eines hydrostatischen Getriebe eines Fahrantriebs einer mobilen Arbeitsmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum Gangwechsel zwischen den Übersetzungsstufen des Schaltgetriebes die Drehzahlsynchronisierung durch eine Verstellung des Schluckvolumens des Hydromotors und eine Anpassung der Drehzahl des Hydromotors an die nach dem Gangwechsel erforderliche Getriebeabtriebsdrehzahl durchgeführt wird und die Pumpe während der Drehzahlsynchronisierung zur Drehmomentenreduzierung im hydrostatischen Getriebe im Gleichdruckbetrieb betrieben wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit beim Gangwechsel des Schaltgetriebes der Hydromotor auf die nach dem Schaltvorgang erforderliche Solldrehzahlposition verstellt, wobei der Kleinmomentenbetrieb mit der Reduzierung des Restmoment für den Gangwechsel durch den Gleichdruckbetrieb der Pumpe erzielt wird. Mit einem derartigen Verfahren wird ein schneller Gangwechsel mit einem schnellen Schaltvorgang und ein betriebspunktabhängiges Schalten zwischen den Übersetzungsstufen erzielt.
Die Pumpe ist zur Dehmomentreduzierung im hydrostatischen Getriebe mit einer zuschaltbaren Druckregelung versehen, wobei zum Gangwechsel zwischen den Übersetzungsstufen die Druckregelung zeitgleich mit der Verstellung des Hydromotors zugeschalten wird. Die Druckregelung der Pumpe ist somit nur während des Synchronisiervorgangs beim Gangwechsel zugeschalten, um die Reduzierung des Restmoment auf einen gewünschten Wert für den Schaltvorgang zu erzielen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
1 einen Schaltplan eines Fahrantriebs mit einem erfindungsgemäßen hydrostatischen Getriebe und
2 den Schaltplan der Pumpe eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Getriebes des Fahrantriebs.
In der 1 ist ein Fahrantriebe F einer mobilen Arbeitsmaschine dargestellt. Eine von einem Verbrennungsmotor, beispielsweise einem Dieselmotor, gebildete Antriebsmaschine 1 steht über einen Antriebsstrang, der ein hydrostatisches Getriebe H und ein nachgeschaltetes Schaltgetriebe S umfasst, mit einer Antriebsachse A in trieblicher Verbindung.
Das erfindungsgemäße hydrostatische Getriebe H besteht aus einer im Fördervolumen verstellbaren Pumpe 2, die zum Antrieb mit einer Antriebswelle 3 der Antriebsmaschine 1 in trieblicher Verbindung steht, und einen im Schluckvolumen verstellbaren Hydromotor 4, der im geschlossenen Kreislauf an die Pumpe 2 angeschlossen ist. Das Fördervolumen der Pumpe 2 ist mittels einer Stelleinrichtung 5 einstellbar. Zur Steuerung des Schluckvolumens des Hydromotors 4 ist eine Stelleinrichtung 6 vorgesehen.
Der Hydromotor 4 des hydrostatischen Getriebes H steht mit einer Eingangswelle 7 des Schaltgetriebes S in trieblicher Verbindung, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Übersetzungsstufen G1 („erster Gang”) und G2 („zweiter Gang”) aufweist, die jeweils von einem Zahnradpaar gebildet sind. Das Schaltgetriebe S kann als einfach aufgebautes schaltbares Stillstandsgetriebe ausgebildet sein. Zum Schalten des Schaltgetriebes S zwischen den Übersetzungsstufen G1, G2 ist eine Schalteinrichtung 8 vorgesehen. Die ausgangsseitige Abtriebswelle 9 des Schaltgetriebes S steht mit den angetriebenen Rädern 10 über ein Differentialgetriebe 11 der Antriebsachse A in Verbindung.
Zur Erfassung der Antriebsdrehzahl der Pumpe 2 ist eine Sensoreinrichtung 15 vorgesehen, beispielsweise ein Drehzahlsensor 16 an der Antriebswelle 3, die über eine Signalleitung 17 mit einer elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung steht. Zur Erfassung der Abtriebsdrehzahl des Schaltgetriebes S ist eine Sensoreinrichtung 19 vorgesehen, beispielsweise ein Drehzahlsensor 20 an der Abtriebswelle 9, die über eine Signalleitung 21 mit der elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung steht.
Mittels einer weiteren Sensoreinrichtung 22, die über eine Signalleitung 23 mit der elektronischen Steuereinrichtung 18 verbunden ist, liegt der Steuereinrichtung 18 ein Gangwahlsignal vor, das bei einem Gangwechsel und somit einem Schaltvorgang des Schaltgetriebes S der neu einzulegenden Übersetzungsstufe G1 bzw. G2 entspricht. Von der elektronischen Steuereinrichtung 18 kann weiterhin beim Gangwechsel die Schalteinrichtung 8 angesteuert und betätigt werden.
Die Steuereinrichtung 18 dient weiterhin zur Ansteuerung der Stelleinrichtung 5 der Pumpe 2 und ist hierzu mittels einer Steuerleitung 24 mit einer elektrischen Ansteuerung 25 der Stelleinrichtung 5 der Pumpe 2 verbunden. Weiterhin dient die Steuereinrichtung 18 zur Ansteuerung der Stelleinrichtung 6 des Hydromotors 4 und ist hierzu mittels einer Steuerleitung 26 mit einer elektrischen Ansteuerung 27 der Stelleinrichtung 6 des Hydromotors 4 verbunden.
Die Stelleinrichtung 5 der Pumpe 2 ist mit einer zuschaltbaren Druckregelung 30 versehen, die einen Gleichdruckbetrieb der Pumpe 2 und somit einen Kleinmomentenbetrieb des hydrostatischen Getriebes H ermöglicht. Die Druckregelung 30 ist von zwei Zusatzkolben 31a, 31b gebildet, die bei einer Druckbeaufschlagung im Sinne einer Hochdruckaufschaltung ein Zurückschwenken der Pumpe 2 in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens bewirken. Die Zusatzkolben 31a, 31b sind hierzu mit den Druckmittelleitungen 32a, 32b des geschlossenen Kreislaufs verbindbar, wobei der Zusatzkolben 31a an eine Verbindungsleitung 33a angeschlossen ist, die von der Druckmittelleitung 32a abzweigt und der Zusatzkolben 31b an eine Verbindungsleitung 33b angeschlossen ist, die von der Druckmittelleitung 32b abzweigt.
Zum Zu- bzw. Abschalten der Druckregelung 30 ist eine als Schaltventil 34 ausgebildete Ventileinrichtung 35 vorgesehen, die in einer Sperrstellung 34a die Verbindungsleitungen 33a, 33b absperrt und somit die Druckregelung 30 ausschaltet und in einer Durchflussstellung 34b die Verbindungsleitung 33a, 33b zum Zuschalten der Druckregelung 30 öffnet. Das Schaltventil 34 ist mittels einer Feder 36 in die Sperrstellung 34a beaufschlagt und zur Beaufschlagung in die Durchflussstellung mit einer elektrischen Ansteuereinrichtung 37, beispielsweise einem Schaltmagneten versehen. Die Ansteuereinrichtung 37 steht mittels einer Steuerleitung 38 zur Betätigung des Schaltventils 34 mit der elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung.
In der 2 ist die Stelleinrichtung 5 der Pumpe 1 mit der zuschaltbaren Druckregelung in einer Ausführungsform dargestellt. Die als Verstellpumpe mit einstellbarem Fördervolumen ausgebildete Pumpe 2 weist eine Fördervolumenstelleinrichtung 40 auf, beispielsweise eine als Wiege ausgebildete Schrägscheibe, die mit der Stelleinrichtung 5 in Wirkverbindung steht.
Die Stelleinrichtung 5 weist einen mit der Fördervolumenstelleinrichtung 40 in Wirkverbindung stehenden, federzentrierten Stellkolben 41 auf, der mit zwei entgegengesetzt wirkenden Steuerdruckräumen versehen ist.
Zur Steuerung der Beaufschlagung des Stellkolbens 41 ist ein lagegeregeltes, als Pilotventil ausgebildetes Stellventil 42 vorgesehen. Das Stellventil 42 steht mit einer Steuerdruckversorgungsleitung 43 einer nicht mehr dargestellten, beispielsweise als Steuerdruckpumpe ausgebildeten Steuerdruckquelle und einem Behälter in Verbindung und steuert die Beaufschlagung des Stellkolbens 41 mit einem Stelldruck in dem entsprechenden Steuerdruckraum. Der Stellkolben 41 und somit die Fördervolumenstelleinrichtung 40 steht mittels eines mechanischen Gestänges 44 mit dem Gehäuse des Stellventils 42 in Wirkverbindung.
Der Steuerschieber des Stellventils 42 steht zur Ansteuerung mittels eines mechanischen Gestänges 45 mit einer als Nehmerkolben 46 ausgebildeten Vorsteuereinrichtung in Wirkverbindung. Der Nehmerkolben 46 ist in einem Nehmerzylinder längsverschiebbar angeordnet und weist einen von einem ersten Vorsteuerdruck Z beaufschlagbaren ersten Steuerdruckraum 46a und einen von einem zweiten Vorsteuerdruck Y beaufschlagbaren zweiten Steuerdruckraum 46b auf. In den. Steuerdruckräumen 46a, 46b ist zur Federzentrierung des Nehmerkolbens 46 jeweils eine Feder angeordnet. Mit der elektrischen Ansteuerung 25, die beispielsweise von entsprechenden elektrisch betätigten Druckminderventilen gebildet ist, können die den Nehmerkolben 46 beaufschlagenden Steuerdrücke Y, Z erzeugt werden.
An dem Nehmerkolben 46 ist die von den Zusatzkolben 31a, 31b ausgebildete Druckregelung 30 angeordnet. Der Zusatzkolben 31a, der mittels der Verbindungsleitung 33a mit der Druckmittelleitung 32a verbindbar ist, wirkt dem im ersten Steuerdruckraum 46a anstehenden Vorsteuerdruck Z entgegen. Der Zusatzkolben 31b, der mittels der Verbindungsleitung 33b mit der Druckmittelleitung 32b verbindbar ist, wirkt dem im zweiten Steuerdruckraum 46b anstehenden Vorsteuerdruck Y entgegen.
Die Ventileinrichtung 35 zum Zu- bzw. Abschalten der Druckregelung 30 ist hierbei von zwei als Schaltventilen 34 ausgebildeten Steuerventilen in den Verbindungsleitungen 33a, 33b ausgebildet, die jeweils eine Verbindungsleitung 33a bzw. 33b ansteuern.
Die Zusatzkolben 31a, 31b bilden eine Hochdruckaufschaltung an der Stelleinrichtung 5, die bei in die Durchflussstellung betätigten Schaltventilen 34 ein Zurückschwenken der Fördervolumenstelleinrichtung 40 der Pumpe 2 und somit eine Verringerung des Fördervolumens der Pumpe 2 bewirken.
Im normalen Betrieb des Fahrantriebs F bei eingelegter Übersetzungsstufe G1 bzw. G2 ist das Schaltventil 34 nicht angesteuert und befindet sich in der Sperrstellung 34a, so dass die von den Zusatzkolben 31a, 31b gebildete Hochdruckaufschaltung und somit Druckregelung 30 abgeschaltet ist.
Zum Gangwechsel zwischen den Übersetzungsstufen G1 bzw. G2 des Schaltgetriebes S liegen in der elektronischen Steuerung 18 mittels der Sensoreinrichtung 15 Daten der Antriebsdrehzahl der Pumpe 2 und mittels der Sensoreinrichtung 19 Daten der Abtriebsdrehzahl des Schaltgetriebes S vor sowie mittels der Sensoreinrichtung 22 ein Gangwahlsignal der neu einzulegenden Übersetzungsstufe G1 bzw. G2.
Anhand der in der Steuereinrichtung 18 abgespeicherten Untersetzungsverhältnisse der Übersetzungsstufen G1 bzw. G2 steuert die Steuereinrichtung 18 die Stelleinrichtung 6 des Hydromotors 4 zum Gangwechsel derart an, dass mittels des Hydromotors 4 eine Drehzahlsynchronisierung erzielt wird und der Hydromotor 4 eine Schluckvolumeneinstellung einnimmt, die der Solldrehzahlposition für die einzulegenden Untersetzungsstufe G1 bzw. G2 entspricht, so dass der Hydromotor 4 die Drehzahl der Eingangswelle 7 an die nach dem Gangwechsel notwenige Drehzahl der Abtriebswelle 9 anpasst.
Gleichzeitig wird zum Gangwechsel von der Steuereinrichtung 18 das Schaltventil 34 in die Durchflussstellung 34b angesteuert und die als Hochdruckaufschaltung, ausgebildete Druckregelung 30 eingeschaltet. Der entsprechende, in der Druckmittelleitung 32a bzw. 32b anstehende Hochdruck beaufschlagt somit die Stelleinrichtung der Pumpe 2 in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens, so dass ein Gleichdruckbetrieb der Pumpe 2 bzw. ein Betrieb mit einer geringen Druckdifferenz und somit ein Kleinmomentenbetrieb des hydrostatischen Getriebes H erzielt wird. In diesem Kleinmomentenbetrieb des hydrostatischen Getriebes H und somit des Hydromotors 4 wird das Restmoment auf einen für den Schaltvorgang erlaubten Betrag verringert, so dass durch eine Ansteuerung der Schalteinrichtung 8 der gewählte Gangwechsel durchgeführt werden und die neue Untersetzungsstufe G1 bzw. G2 eingelegt werden.
Das Schaltventil 34 wird hierbei nur während des Synchronisierungsvorgangs in die Durchflussstellung 34b angesteuert, um den Kleinmomentenbetrieb des hydrostatischen Getriebes durch die eingeschaltete Druckregelung 30 und den Gleichdruckbetrieb der Pumpe 2 beim Gangwechsel zu erzielen.
Nach durchgeführtem Gangwechsel und abgeschlossenem Schaltvorgang können die Pumpe 2 und der Hydromotor 4 wieder durch eine elektrische Ansteuerung der Stelleinrichtung 5, 6 betrieben werden, um die gewünschte Fahrgeschwindigkeit zu erzielen.
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrantrieb werden eine Reihe von Vorteilen erzielt. Durch die Verstellung des Hydromotors 4 wird die Drehzahldifferenz zwischen der Eingangswelle 7 und der Ausgangswelle 9 des Schaltgetriebes S unabgängig von dem für den Schaltvorgang zulässigen Restmoment gesteuert bzw. geregelt. Die Reduzierung des Restmoments auf den für den Schaltvorgang zulässigen Wert erfolgt durch Zuschalten der Druckregelung 30 und den Gleichdruckbetrieb der Pumpe 2, wodurch ein Kleinmomentenbetrieb des Hydromotors 4 erzielt wird. Die zuschaltbare Druckregelung 30 der Pumpe 2 kann hierbei von gängigen und bewährten Bauteilen und einer Hochdruckaufschaltung an dem Nehmerkolben 46 mit den Zusatzkolben 31a, 31b erzielt werden. Zudem werden bei dem erfindungsgemäßen Fahrantrieb ein schneller Schaltvorgang beim Gangwechsel und ein betriebspunktabhängiger Schaltvorgang im Fahrbetrieb erzielt, mit einem eine Stufenlosigkeit und eine Unterbrechungslosigkeit bzw. eine definierte Schaltunterbrechung von weniger als 0,5 Sekunden sichergestellt werden kann. Durch die Einstellung des Hydromotors 4 auf die nach dem Gangwechsel erforderliche Solldrehzahlposition wird zudem die Bremsfähigkeit des hydrostatischen Getriebes sichergestellt.
Ein Gangwechsel im Fahrbetrieb der mobilen Arbeitsmaschine kann hierbei mit einem üblichen zwischen einer Stellung mit minimalem Schluckvolumen und einer Stellung mit maximalem Schluckvolumen verstellbaren Hydromotor und einem einfach aufgebauten Schaltgetriebe, bevorzugt einem Stillstandgetriebe, ermöglicht werden.

Claims

Hydrostatisches Getriebe zum Antrieb einer Eingangswelle eines zwischen mindestens zwei Übersetzungsstufen schaltbaren Schaltgetriebes, insbesondere eines Fahrantriebs einer mobilen Arbeitsmaschine, wobei das hydrostatische Getriebe eine mittels einer Stelleinrichtung im Fördervolumen verstellbare Pumpe und einen mittels einer Stelleinrichtung im Schluckvolumen verstellbaren Hydromotor im geschlossenen Kreislauf umfasst, der mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes trieblich verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Gangwechsel zwischen den Übersetzungsstufen (G1; G2) des Schaltgetriebes (S) durch eine Ansteuerung der Stelleinrichtung (6) des Hydromotors (4) eine Drehzahlsynchronisierung zwischen der Drehzahl des Hydromotors (4) und einer Abtriebswelle (9) des Schaltgetriebes (S) erzielbar ist und durch eine Ansteuerung der Stelleinrichtung (5) der Pumpe (2) ein Kleinmomentenbetrieb des hydrostatischen Getriebes (H) erzielbar ist.
Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleinmomentenbetrieb des hydrostatischen Getriebes (H) durch einen Gleichdruckbetrieb der Pumpe (2) erzielbar ist.
Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der mit dem Hydromotor (4) verbundenen Eingangswelle (7) durch eine Ansteuerung der Stelleinrichtung (6) des Hydromotors (4) an die nach dem Gangwechsel erforderliche Drehzahl der Abtriebswelle (9) des Schaltgetriebes (S) anpassbar ist.
Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Betrieb der Pumpe (2) im Gleichdruckbetrieb die Pumpe (2) mit einer Stelleinrichtung (5) versehen ist, die eine zuschaltbare Druckregelung (30) aufweist.
Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelung (30) der Stelleinrichtung (5) von Zusatzkolben (31a; 31b) gebildet ist, die ein Zurückschwenken der Pumpe (2) bewirken, wobei die Zusatzkolben (31a; 31b) jeweils mit einer Druckmittelleitung (32a; 32b) des hydrostatischen Getriebes (H) in Verbindung bring bar sind.
Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der jeweiligen Druckmittelleitung (32a; 32b) mit dem entsprechenden Zusatzkolben (36a; 46b) von einer Ventileinrichtung (35) steuerbar ist, wobei im normalen Betrieb des Fahrantriebs (F) die Verbindung der Druckmittelleitungen (32a; 32b) mit den Zusatzkolben (31a; 31b) von der Ventileinrichtung (34) abgesperrt ist und zum Gangwechsel des Schaltgetriebes (S) die Verbindung der Druckmittelleitungen (32a; 32b) mit den Zusatzkolben (31a; 31b) von der Ventileinrichtung (35) hergestellt ist.
Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (35) von einem Steuerventil, insbesondere einem Schaltventil (34), gebildet ist, das mittels einer Feder (36) in eine die Verbindung absperrende Sperrstellung (34a) und mittels einer elektrischen Ansteuereinrichtung (37), insbesondere einem Schaltmagnet, in eine die Verbindung freigebende Durchflussstellung (34b) beaufschlagt ist.
Hydrostatisches Getriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuereinrichtung (18) vorgesehen ist, die mit einer die Antriebsdrehzahl der Pumpe (2) erfassenden Sensoreinrichtung (15), einer die Abtriebsdrehzahl des Schaltgetriebes (S) erfassenden Sensoreinrichtung (20), einer die Gangwahl erfassenden Sensoreinrichtung (22), einer Stelleinrichtung (6) des Hydromotors (4) und der zuschaltbaren Druckregelung (30) der Pumpe (2) in Wirkverbindung steht, wobei zum Gangwechsel zwischen den Übersetzungsstufen (G1; G2) des Schaltgetriebes (S) die Drehzahl des Hydromotors (4) durch eine Ansteuerung der Stelleinreinrichtung (6) an die nach dem Gangwechsel erforderliche Abtriebsdrehzahl des Schaltgetriebes (S) angepasst wird und durch Zuschalten der Druckregelung (30) der Pumpe (2) die Pumpe (2) im Gleichdruckbetrieb betrieben wird.
Fahrantrieb mit einem hydrostatischen Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Mobile Arbeitsmaschine mit einem Fahrantrieb nach Anspruch 9.
Verfahren zum Betrieb eines hydrostatischen Getriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Gangwechsel zwischen den Übersetzungsstufen (G1; G2) des Schaltgetriebes (S) die Drehzahlsynchronisierung durch eine Verstellung des Schluckvolumens des Hydromotors (4) und eine Anpassung der Drehzahl des Hydromotors (4) an die nach dem Gangwechsel erforderliche Abtriebsdrehzahl des Schaltgetriebes (S) durchgeführt wird und die Pumpe (2) während der Drehzahlsynchronisierung zur Drehmomentenreduzierung im hydrostatischen Getriebe (H) im Gleichdruckbetrieb betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) zur Dehmomentreduzierung im hydrostatischen Getriebe (H) mit einer zuschaltbaren Druckregelung (30) versehen ist, wobei zum Gangwechsel zwischen den Übersetzungsstufen (G1; G2) die Druckregelung (30) zeitgleich mit der Verstellung des Hydromotors (4) zugeschalten wird.