-
Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Antrieb mit geschlossenem Hydraulikkreis gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Hydrostatische Antriebe mit geschlossenem Hydraulikkreis sind vielfach aus dem Stand der Technik bekannt. In einem geschlossenen Hydraulikkreis sind eine Hydraulikpumpe und zumindest ein Hydraulikmotor angeordnet. Häufig werden Axialkolbenpumpen mit verstellbarem Hubvolumen und zwei Förderrichtungen verwendet. Zur Verstellung des Hubvolumens werden vorwiegend elektrische Hubvolumen-Verstelleinrichtungen verwendet. Diese Verstelleinrichtung weist einen Regelkolben, welcher als Schiebeventil mit Steuerkanten ausgeführt ist, zur Steuerung eines Öldrucks auf, über welchen ein Servokolben verstellbar ist. Der Servokolben ist beispielsweise mit einer Schrägscheibe oder einem verschwenkbaren Joch verbunden, über welche das Hubvolumen der Axialkolbenmaschine verstellbar ist. Der Regelkolben wird dabei beidseitig mit der Kraft von Proportionalmagneten sowie von Schraubenfedern beaufschlagt. Die Hubvolumen-Verstelleinrichtung ist dabei derart symmetrisch aufgebaut, dass der Regelkolben bei Ausfall der Proportionalmagnete über die Federkräfte in seine Neutralposition zurückgeführt wird. Zudem wird über eine Rückführeinrichtung das Fördervolumen der Axialkolbenmaschine auf Null reduziert. Solche hydrostatischen Antriebe werden beispielsweise in Fahrzeugen, insbesondere in mobilen Arbeitsmaschinen, als Fahrantrieb oder zum Antrieb von Nebenaggregaten oder Zusatzfunktionen eingesetzt.
-
Für besondere Anwendungen, insbesondere bei sicherheitsrelevanten Funktionen, ist es jedoch häufig notwendig, dass das Fördervolumen nicht auf Null reduziert wird, sondern bei Ausfall der Hubvolumen-Verstelleinrichtung weiterhin konstant bleibt oder auf einen bestimmten Wert, insbesondere einen Maximalwert, verstellt wird. Bei Verwendung einer oben beschriebenen Hubvolumen-Verstelleinrichtung muss bei einer solchen Anwendung die Funktion der Hubvolumen-Verstelleinrichtung kontinuierlich überwacht werden, und bei Ausfall der Hubvolumen-Verstelleinrichtung muss der hydrostatische Antrieb oder die gesamte Maschine sofort abgeschaltet werden.
-
Demzufolge stellt sich der hier vorliegenden Erfindung die Aufgabe, einen hydrostatischen Antrieb bereitzustellen, welcher die Nachteile aus dem Stand der Technik beseitigt.
-
Die Aufgabe wird durch einen hydrostatischen Antrieb mit geschlossenem Hydraulikkreis gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
-
In einem erfindungsgemäßen hydrostatischen Antrieb sind in einem geschlossenen Hydraulikkreis eine Axialkolbenpumpe und zumindest ein Axialkolbenmotor angeordnet. Die Axialkolbenpumpe ist als Verstellpumpe ausgeführt, beispielsweise in Form einer Schrägscheiben- oder Schrägachsenpumpe. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, Radialkolbenpumpen zu verwenden. Der zumindest eine Motor ist als Konstant- oder Verstellmotor ausführbar. Weiter vorzugsweise ist der Motor als Konstantmotor mit zwei Drehrichtungen ausgeführt.
-
Die Axialkolbenpumpe weist eine Hubvolumen-Verstelleinrichtung auf. Die Hubvolumen-Verstelleinrichtung beinhaltet einen Regelkolben mit Steuerkanten, über welche durch Verschiebung des Regelkolbens Leitungen zu einem Servokolben verschlossen oder freigegeben werden. Der Servokolben ist Teil einer Servoverstelleinrichtung, welche über eine Verschwenkvorrichtung das Hubvolumen der Axialkolbenpumpe verstellt. Als Verschwenkvorrichtung wird je nach Bauart der Axialkolbenmaschine eine Schrägscheibe oder ein verschwenkbares Joch angesehen. Das Hubvolumen der Axialkolbenpumpe ist dabei von einer Minimalstellung der Verschwenkvorrichtung über eine Neutralstellung in deren Maximalstellung veränderbar. Bei symmetrisch aufgebauten Pumpen ist das Hubvolumen sowohl in der Minimalstellung als auch in der Maximalstellung der Verschwenkvorrichtung gleichermaßen maximal. Zwischen der Neutralstellung und der Maximalstellung wird das Medium im hydrostatischen Kreis in Arbeitsrichtung und zwischen der Neutralstellung und der Minimalstellung entgegen der Arbeitsrichtung in reversierter Richtung gefördert.
-
Der Regelkolben ist von einer Neutralstellung längs einer Bewegungsrichtung in beide Richtungen verschiebbar. In seiner Neutralstellung wird der Regelkolben und somit das Hubvolumen der Axialkolbenpumpe nicht verstellt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Leitungen zu einer ersten und einer zweiten Seite des Regelkolbens verschlossen werden. Ferner können beide Seiten des Servokolbens über den Regelkolben kurzgeschlossen werden, sodass ein Druckausgleich zwischen den beiden Seiten stattfindet und sich auf beiden Seiten des Servokolbens der gleiche Druck einstellt, oder beide Seiten werden mit dem gleichen Druck beaufschlagt. Somit verbleibt der Servokolben erst dann in seiner Stellung, wenn sich auf beiden Seiten des Servokolbens der gleiche Druck eingestellt hat bzw. sich die Kräfte auf den Servokolben im Gleichgewicht befinden. In einer aus der Neutralstellung ausgelenkten Stellung des Regelkolbens wird eine der beiden Seiten des Servokolbens derart mit Druckflüssigkeit beaufschlagt, dass sich der Servolkolben längs seiner Bewegungsrichtung hin zu einer Seite bewegt und sich somit das Hubvolumen der Axialkolbenpumpe verändert.
-
Der Regelkolben ist auf einer ersten Seite mit einem elastischen Vorspannelement vorgespannt. Über eine Regelkolbenverstelleinrichtung wird eine Kraft auf den Regelkolben ausgeübt. Diese Kraft wirkt der Kraft des elastischen Vorspannelements entgegen und kann über die Regelkolbenverstelleinrichtung variiert bzw. eingestellt werden. Somit ist die Position des Regelkolbens über die Kraft der Regelkolbenverstelleinrichtung veränderbar. Die Regelkolbenverstelleinrichtung ist vorzugsweise auf einer zweiten Seite des Regelkolbens angeordnet. Wird durch die Regelkolbenverstelleinrichtung keine Kraft auf den Regelkolben ausgeübt, so wirkt allein die Kraft des elastischen Vorspannelements auf den Regelkolben. Dies geschieht beispielsweise bei Ausfall der Regelkolbenverstelleinrichtung. Ein Ausfall der Regelkolbenverstelleinrichtung kann beispielsweise durch ein fehlendes Eingangssignal, je nach Art der Hubvolumen-Verstelleinrichtung beispielsweise infolge eines defekten Elektrokabels, einer Leckage in einer Druckleitung oder eines Bruchs einer mechanischen Verbindung, hervorgerufen werden. Unter einem Ausfall ist auch ein Abschalten des hydrostatischen Antriebs, beispielsweise durch Abziehen eines Zündschlüssels, zu verstehen. In einem solchen Fall wird der Regelkolben in eine ausgelenkte Stellung in Richtung der Regelkolbenverstelleinrichtung verbracht. Diese ausgelenkte Stellung befindet sich je nach Auslegung des elastischen Elements bezüglich seiner Länge und seiner Kennlinie zwischen der Neutralstellung und einer maximal ausgelenkten Stellung bzw. in der maximal ausgelenkten Stellung des Regelkolbens selbst. In der maximal ausgelenkten Stellung schlägt der Regelkolben beispielsweise an einem Gehäuse an.
-
Vorzugsweise weist eine Pumpeneinheit, bestehend aus Axialkolbenpumpe und Verstelleinrichtung, eine mechanische Rückführeinrichtung auf. Die Rückführeinrichtung steht mit dem Regelkolben und der Verschwenkvorrichtung in Verbindung. Über die Rückführeinrichtung wird beispielsweise durch eine Schraubenfeder eine rückstellende Kraft auf den Regelkolben entsprechend der Auslenkung der Verschwenkvorrichtung sowie des Regelkolbens aus ihrer Neutralstellung ausgeübt. Dadurch wird bei Erreichen einer über die Servoverstelleinrichtung angeforderten Verschwenkung der Verschwenkvorrichtung, welche einem angeforderten Hubvolumens entspricht, der Regelkolben in seine Neutralposition zurückgeführt, sodass der Servokolben und damit die Verschwenkvorrichtung nicht weiter verstellt wird. Über das Verhältnis der rückführenden Kraft der Rückführeinrichtung und der Kraft des elastischen Vorspannelements lässt sich jede beliebige Verschwenkung zwischen der Minimal- und Maximalstellung der Verschwenkvorrichtung einstellen, welche bei Ausfall der Regelkolbenverstelleinrichtung eingestellt werden soll.
-
Weiter vorzugsweise weist die Pumpeneinheit eine hydraulische Rückführeinrichtung auf. Bei einer hydraulischen Rückführeinrichtung weist jede der beiden Leitungen zwischen dem Regelkolben und der ersten bzw. zweiten Seite des Servokolbens eine hydraulische Verbindung zu einem niedrigeren Druckniveau auf, welches beispielsweise in einem Tank herrscht. Zwischen den Leitungen und dem Tank ist zumindest eine Blende oder Düse angeordnet. Vorzugsweise ist eine kaskadenförmige Anordnung von zwei Blenden angeordnet. Der Druck, welcher nach der ersten Blende herrscht und somit proportional zum Druck in einer der Leitungen ist, beaufschlagt jeweils eine andere Seite des Regelkolbens.
-
In einer alternativen Ausgestaltung ist die hydraulische Rückführeinrichtung nicht mit den Leitungen zwischen dem Regelkolben und dem Servokolben, sondern mit einer Hochdruck- und einer Niederdruckseite des geschlossenen Hydraulikkreises verbunden. Bei einer solchen Ausgestaltung wird der Schwenkwinkel bei konstanter Kraft durch die Regelkolbenverstelleinrichtung in Abhängigkeit vom herrschenden Hochdruck bzw. vom Verhältnis zwischen Hoch- und Tiefdruck im geschlossenen Hydraulikkreis verstellt. Somit ist der Schwenkwinkel der Verschwenkvorrichtung abhängig, vorzugsweise proportional abhängig, von den Druckverhältnissen im geschlossenen Hydraulikkreis. Eine solche Rückführeinrichtung ist bevorzugt bei Axialkolbenmotoren mit verbundenem Lüfter einsetzbar, da die Drehzahl des Lüfters und der dazu erforderliche Hochdruck in einem festen Verhältnis stehen. Somit ergibt sich eine Drehzahlregelung des Lüfters, bei welcher mit dem Proportionalmagneten die gewünschte Drehzahl vorgegeben wird. Das ist insbesondere bei nicht konstanten Drehzahlen des Pumpenantriebs von großem Vorteil, da die Lüfterdrehzahl solange konstant gehalten wird, solange dies durch Änderung des Hubvolumens der Pumpe kompensierbar ist. Hydraulische Rückführeinrichtungen sind ferner mit mechanischen Rückführeinrichtungen in einer einzigen Axialkolbeneinheit zur Regelung des Hubvolumens kombinierbar.
-
Vorzugsweise ist die Rückführeinrichtung derart ausgestaltet, dass beispielsweise die Verschwenkvorrichtung von der Neutralstellung zur Maximalstellung proportional verschwenkt wird, wohingegen die Verschwenkung von der Neutralstellung zur Minimalstellung schaltbar ist. Eine solche Rückführeinrichtung wird dadurch realisiert, dass der Regelkolben aus einer Auslenkungsrichtung durch die Rückführeinrichtung nicht vollständig in die Neutralstellung zurückgeführt wird.
-
Das elastische Vorspannelement ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass bei Ausfall der Regelkolbenverstelleinrichtung die Axialkolbenpumpe auf maximales Hubvolumen verstellt wird. Dazu wird der Regelkolben zumindest solange ausgelenkt, bis die Verschwenkvorrichtung eine maximale Stellung eingenommen hat. Je nach Anwendungsfall kann es sich dabei um maximales Hubvolumen in Arbeitsrichtung oder reversierter Richtung handeln. Vorzugsweise ist bei einer Verstelleinrichtung mit Rückführeinrichtung die Kraft des elastischen Elements stets größer als die von der Rückführeinrichtung auf den Regelkolben aufgebrachte Kraft, wodurch der Regelkolben bei Ausfall der Regelkolbenverstelleinrichtung ständig in einer ausgelenkten Stellung verbleibt. Somit wird gewährleistet, dass die Axialkolbenpumpe auf maximales Hubvolumen eingestellt bleibt und nicht ständig nachgeregelt werden muss, beispielsweise bei Druckverlust durch Leckage.
-
Weiter vorzugsweise ist die Kraft des elastischen Vorspannelements einstellbar. Eine solche Einstellbarkeit ist vorzugsweise bei der Erstinbetriebnahme oder bei Wartungsarbeiten an der Axialkolbenmaschine vorteilhaft. Durch die Anpassbarkeit der Kraftkennlinie des elastischen Vorspannelements ist ein optimaler Betrieb in Verbindung mit der Regelkolbenverstelleinrichtung gewährleistet. Das elastische Vorspannelement ist vorzugsweise als Feder ausgeführt. Dabei ist insbesondere zumindest eine Schraubenfeder als Druckfeder vorteilhaft. Eine Schraubenfeder ist einfach in der Herstellung und bietet hohe Standzeiten bei nahezu gleichbleibender Federkennlinie. Zudem ist die Kraft der Schraubenfeder in einfacher Art und Weise, beispielsweise durch Veränderung der Vorspannung oder durch Austausch der Feder, einstellbar. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Schraubenfeder als Zugfeder auszuführen oder andere Arten von elastischen Elementen wie beispielsweise Tellerfedern oder Elastomere einzusetzen.
-
Die Regelkolbenverstelleinrichtung ist vorzugsweise elektromagnetisch ausgeführt. Bei einer elektromagnetischen Regelkolbenverstelleinrichtung wird über eine stromdurchflossene Spule eine magnetische Kraft auf den Regelkolben aufgebracht. Die Kraft ist dabei vorzugsweise proportional zum Strom. Die Kraft der elektromagnetischen Regelkolbenverstelleinrichtung wirkt zumindest entgegen der Kraft des elastischen Vorspannelements. Zur Beschleunigung einer Verschiebung des Regelkolbens hin zur zweiten Seite kann die Kraft der Regelkolbenverstelleinrichtung auch gleichgerichtet mit der Kraft der Schraubenfeder wirken. Eine solche Ausführung ist beispielsweise auch bei einer hydraulischen Regelkolbenverstelleinrichtung möglich. Anstatt der Verwendung einer einzigen elektromagnetischen Regelkolbenverstelleinrichtung besteht auch die Möglichkeit, an beiden Enden des Regelkolbens eine elektromagnetische Regelkolbenverstelleinrichtung vorzusehen, wobei die Kräfte auf den Regelkolben von beiden Regelkolbenverstelleinrichtungen in gleicher Richtung wirken. Dies kann beispielsweise durch eine Reihen- oder Parallelschaltung der beiden Spulen erfolgen. Eine solche Ausgestaltung kann beispielsweise hinsichtlich des Bauraums Vorteile aufweisen. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, eine hydraulische oder mechanische Regelkolben-Verstellung zu verwenden.
-
Die Axialkolbenpumpe ist vorzugsweise in Schrägscheibenbauweise ausgebildet. Somit ist aufgrund der Verschwenkung der Schrägscheibe durch den Servokolben das Hubvolumen der einzelnen Hubkolben und somit das Fördervolumen der Axialkolbenpumpe verstellbar.
-
Vorzugsweise ist eine Abtriebswelle des Axialkolbenmotors mit einem Lüfter verbunden. Der Lüfter sitzt weiter vorzugsweise direkt auf der Abtriebswelle des Axialkolbenmotors. Alternativ ist der Lüfter auch beispielsweise über ein Getriebe mit dem Axialkolbenmotor verbindbar. Der Lüfter ist beispielsweise zur Kühlung eines Antriebsaggregats, insbesondere eines Verbrennungsmotors, der Hydraulikflüssigkeit oder sonstiger Bauteile in einer mobilen Arbeitsmaschine verwendbar. Vorzugsweise ist der Lüfterantrieb in mobilen Fahrzeugen derart verwendbar, dass über die Steuerung des Hubvolumens der Axialkolbenpumpe eine variable Lüfterdrehzahl bzw. Kühlleistung erzeugbar ist, über welche eine Temperatur eines Kühlmittels geregelt wird. Über die vorzugsweise elektromagnetische Regelkolbenverstelleinrichtung, welche proportional zu einem Eingangssignal verstellbar ist, ist zudem eine gute Steuerung oder Regelung der Lüfterdrehzahl und damit der Kühlleistung des Lüfters erreichbar.
-
Vorzugsweise ist der hydrostatische Antrieb mit dem Lüfter derart ausgestaltet, dass bei Ausfall der Regelkolbenverstelleinrichtung der Lüfter auf maximale Kühlleistung verstellt wird. Dies wird dadurch erzielt, dass der Regelkolben aus der Neutralposition ausgelenkt und der Servokolben einseitig mit Druck beaufschlagt wird, sodass die Axialkolbenpumpe auf maximales Hubvolumen verstellt wird. Somit besteht bei Ausfall der Regelkolbenverstelleinrichtung keine Gefahr, dass beispielsweise das Kühlmittel des mobilen Fahrzeugs überhitzt und es deshalb zu einer Abschaltung oder einem Ausfall beispielsweise des Antriebsaggregats, des hydrostatischen Antriebs oder sonstiger Aggregate führt.
-
Bei maximaler Ansteuerung der Regelkolbenverstelleinrichtung, beispielsweise durch Anlegen eines maximalen Stroms bei einer elektromagnetischen Regelkolbenverstelleinrichtung, wird der Lüfter auf eine maximale Ausblasleistung verstellt. In einem solchen Ausblasmodus ist der Lüfter ebenfalls vorzugsweise proportional zum Eingangssignal einstellbar, was zu einer guten Einstellbarkeit der Lüfterdrehzahl führt. Alternativ besteht für den Ausblasmodus auch die Möglichkeit, diesen beispielsweise schaltbar auszugestalten, sodass eine vordefinierte Lüfterdrehzahl, beispielsweise die maximale Lüfterdrehzahl, zur Verfügung steht. Dabei wird die Förderrichtung im Hydraulikkreis und damit die Drehrichtung des Axialkolbenmotors bzw. des Lüfters umgekehrt, wobei das Fördervolumen auf ein Maximum in reversierter Förderrichtung eingestellt wird. Ein solcher Ausblasmodus ist besonders dann vorteilhaft, wenn vor dem Lüfter Filter angeordnet sind, durch welche der Lüfter im Kühlmodus seine Luft anzieht. Im Ausblasmodus werden diese Filter von Verunreinigungen freigeblasen. Ein solcher Ausblasmodus wird in der Regel nur kurzzeitig verwendet.
-
Der Servokolben zum Verstellen der Verschwenkvorrichtung der Axialkolbenpumpe ist vorzugsweise mit elastischen Elementen, beispielsweise mit Schraubenfedern, derart beaufschlagt, dass der Servokolben bei Nichtbeaufschlagung mit Servoflüssigkeit in seine Neutralstellung zurückgeführt wird. In dieser Neutralstellung befindet sich die Verschwenkvorrichtung ebenfalls in ihrer Neutralstellung, in welcher das Hubvolumen der Axialkolbenmaschine gleich Null ist. Dieses Zurückführen des Regelkolbens und damit der Verschwenkvorrichtung führt dazu, dass bei Abstellen des hydrostatischen Antriebs bzw. eines Fahrzeugs mit einem hydrostatischen Antrieb die Verschwenkvorrichtung in die Neutralstellung verbracht wird. Dies weist insbesondere dahingehend Vorteile auf, dass bei Wiederinbetriebnahme des hydrostatischen Antriebs das Antriebsaggregat der Axialkolbenpumpe gegen einen geringen Widerstand gestartet wird. Es kann zudem von Vorteil sein, die Regelkolbenverstelleinrichtung bei Wiederinbetriebnahme derart gegen die Kraft des elastischen Vorspannelements anzusteuern, dass die Verschwenkvorrichtung in ihrer Neutralstellung verbleibt.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren. Dabei zeigt:
-
1: einen erfindungsgemäßen hydrostatischen Antrieb in einer ersten Ausführungsform mit einer hydraulischen Rückführeinrichtung;
-
2: einen erfindungsgemäßen hydrostatischen Antrieb in einer zweiten Ausführungsform mit einer mechanischen Rückführeinrichtung;
-
3: eine erfindungsgemäße Hubvolumen-Verstelleinrichtung mit mechanischer Rückführeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
-
4: eine erfindungsgemäße Hubvolumen-Verstelleinrichtung mit mechanischer Rückführeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
-
5: eine Detailansicht einer mechanischen Rückführeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
-
In 1 ist ein hydrostatischer Antrieb 2 mit einem geschlossenen Hydraulikkreis 4 gezeigt. In dem geschlossenen Hydraulikkreis 4 ist eine Axialkolbenpumpe 8 in Schrägscheibenbauweise mit kontinuierlich verstellbarem Hubvolumen dargestellt. Das Hubvolumen der Axialkolbenpumpe 8 ist über eine Schrägscheibe 36 als Verschwenkvorrichtung kontinuierlich von deren Minimalstellung über deren Neutralstellung zu deren Maximalstellung verstellbar. In der Maximalstellung ist das Hubvolumen der Axialkolbenmaschine 8 maximal, und die Axialkolbenmaschine 8 fördert in einer Arbeitsrichtung. In der Neutralstellung ist das Hubvolumen der Axialkolbenmaschine 8 gleich Null, und dementsprechend fördert die Axialkolbenpumpe 8 in dieser Nullhubstellung kein Hydraulikfluid im geschlossenen Hydraulikkreis 4. In der Minimalstellung ist das Hubvolumen der Axialkolbenmaschine 8 ebenfalls maximal, jedoch wird das Hydraulikfluid in einer reversierten Richtung entgegen der Arbeitsrichtung gefördert. Die Axialkolbenpumpe 8 wird dabei von einem Antriebsaggregat, einem Verbrennungsmotor, angetrieben. Von dem Antriebsaggregat wird ebenfalls eine Speisepumpe 60 zur Versorgung eines Speisekreises angetrieben. Ferner ist im Speisekreis ein Speisedruckbegrenzungsventil 62 angeordnet, mit welchen der im Speisekreis vorhandene Speisedruck begrenzt bzw. eingestellt wird.
-
Ferner ist in dem geschlossenen Hydraulikkreis 4 ein Axialkolbenmotor 6 in Schrägachsenbauweise mit kontinuierlich verstellbarem Hubvolumen dargestellt, wobei für die nachfolgende Betrachtung das Hubvolumen als konstant eingestellt angenommen wird.
-
Das Hubvolumen der Axialkolbenpumpe 8 ist über eine Hubvolumen-Verstelleinrichtung 10 und eine Servoverstelleinrichtung 30 verstellbar. Die Hubvolumen-Verstelleinrichtung 10 weist einen Regelkolben 12 auf. Der Regelkolben 12 ist auf einer ersten Seite mit einem als Schraubenfeder 16 ausgeführten elastischen Vorspannelement beaufschlagt. An einer zweiten Seite des Regelkolbens 12 ist eine elektromagnetische Regelkolbenverstelleinrichtung 14 angeordnet. Der Regelkolben 12 ist über zwei Leitungen 20 mit einer ersten und einer zweiten Seite 31, 33 eines Servokolbens 32 verbunden, über welchen die Verschwenkung der Schrägscheibe 36 eingestellt wird. Zudem weist die Axialkolbenpumpe 8 eine hydraulische Rückführeinrichtung 40 auf. Die beiden Leitungen 20 zwischen dem Regelkolben 12 und dem Servokolben 32 sind jeweils mit einem Tank 43 verbunden. In diese Verbindungsleitungen ist eine Blendenkaskade 41 mit zwei Blenden angeordnet. Der Druck in den Leitungen 20 ist höher als der Druck im Tank 43. Daraus ergibt sich ein Druckabfall von den Leitungen 20 über die Blendenkaskaden 41 zum Tank 43, sodass sich jeweils nach der ersten Blende ein Druck proportional zum Druck in den jeweiligen Leitungen 20 einstellt. Diese Drücke werden jeweils auf eine der gegenüberliegenden Stirnflächen des Regelkolbens 12 zurückgeführt. Der Druck zwischen den Blendenkaskaden, welcher proportional zum Druck in der Leitung 20 zu einer ersten Seite 31 des Servokolbens 32 ist, wirkt gleichgerichtet mit der elektrischen Verstelleinrichtung 14 auf den Regelkolben 12, und der Druck, welcher proportional zum Druck in der Leitung 20 zu einer zweiten Seite 33 des Servokolbens 32 ist, wirkt gleichgerichtet mit der Schraubenfeder 16 auf den Regelkolben 12. Dabei sind die entsprechenden Drücke auf einer der beiden Seiten 31, 33 des Servokolbens 32 im Allgemeinen umso höher, je größer das Hubvolumen der Axialkolbenpumpe 8 ist. Mit der hydraulischen Rückführung der Drücke am Servokolben 32 auf den Regelkolben 12 wird eine rückstellende Kraft auf den Regelkolben 12 und somit eine Proportionalverstellung des Hubvolumens der Axialkolbenmaschine 8 realisiert.
-
In einer Neutralstellung des Regelkolbens 12 sind die zwei Seiten 31, 33 des Servokolbens 32 über Leitungen 20 über Drosseln sowohl mit dem Speisekreis als auch dem Tank 43 verbunden. Somit herrscht auf beiden Seiten 31, 33 des Servokolbens 32 ein zum Speisekreis und zum Tankdruck proportionaler Druck, sodass der Servokolben 32 in seiner Stellung verbleibt. Folglich verbleibt auch die Schrägscheibe 36, welche mit dem Servokolben 32 verbunden ist, in ihrer Position, und dementsprechend bleibt auch das Hubvolumen der Schrägscheibenpumpe 8 konstant.
-
Wird in der Neutralstellung des Regelkolbens 12 die Kraft, welche von der elektromagnetischen Regelkolbenverstelleinrichtung 14 auf den Regelkolben 12 aufgebracht wird, auf einen Minimalwert reduziert, so bewegt sich der Regelkolben 12 in Richtung der Regelkolbenverstelleinrichtung 14. Dadurch wird die erste Seite 31 des Servokolbens 32 mit dem im Speisekreis herrschenden Druck beaufschlagt, wohingegen die zweite Seite 33 des Servokolbens 32 mit dem Tank verbunden ist. Der auf der ersten Seite 31 des Servokolbens anliegende Speisedruck ist höher als der auf der zweiten Seite 33 anliegende Tankdruck. Somit entsteht eine rückführende Kraft auf den Regelkolben 12, welche entgegen der Kraft der Schraubenfeder 16 wirkt. Da die elektromagnetische Regelkolbenverstelleinrichtung 14 eine minimale Kraft aufbringt, ist die Kraft der Schraubenfeder 12 stets größer als die Kraft der Regelkolbenverstelleinrichtung 14 und die rückführende hydraulische Kraft der Rückführeinrichtung 40. Durch die Verschiebung des Regelkolbens 12 wird der Servokolben 32 zur zweiten Seite 33 hinbewegt, bis der Servokolben 32 an einem Endanschlag an der zweiten Seite 33 anschlägt. Durch die Verschiebung des Servokolbens 32 hin zur zweiten Seite 33 wird über die damit verbundene Schrägscheibe 36 das Hubvolumen der Axialkolbenpumpe 8 entsprechend der Auslenkung des Servokolbens 32 hin zu einer Maximalstellung verändert. Es wird eine stabile Maximalstellung des Servokolbens 32 und somit der Schrägscheibe 36 geschaffen. Bei Ausfall der Regelkolbenverstelleinrichtung 14, bei welchem die Regelkolbenverstelleinrichtung keine Kraft auf den Regelkolben 12 ausübt, wird das Hubvolumen der Axialkolbenpumpe 8 auf ein maximales Hubvolumen eingestellt.
-
Wird die Kraft der Regelkolbenverstelleinrichtung 14 von seinem Minimalwert entsprechend erhöht, bewegt sich der Regelkolben 12 über seine Neutralstellung hinaus in Richtung der Schraubenfeder 16. Dabei wirken bis zu seiner Neutralstellung die Kraft der Regelkolbenverstelleinrichtung 14 und die hydraulische Kraft aus der Rückführeinrichtung 40 gemeinsam gegen die Kraft der Schraubenfeder 16. Bewegt sich der Regelkolben 12 über seine Neutralstellung hinaus zur Schraubenfeder 16, wirkt die Kraft der Regelkolbenverstelleinrichtung 14 gegen die hydraulische Kraft aus der Rückführeinrichtung 40 und die Kraft der Schraubenfeder 16. Dabei entsteht ein kontinuierlicher Übergang der resultierenden hydraulischen Kraft von der einen Seite des Regelkolbens 12 auf die andere. Der Regelkolben wird solange verschoben, bis die resultierende Kraft auf den Regelkolben 12 gleich Null ist. Durch die Verschiebung des Regelkolbens wird der Servokolben 32 auf der zweiten Seite 33 derart mit Druckflüssigkeit beaufschlagt, dass er hin zur ersten Seite 31 verschoben wird. Somit wird die Schrägscheibe 36 der Axialkolbenpumpe hin zu ihrer Minimalstellung verstellt, bis eine dem elektrischen Eingangssignal an der Regelkolbenverstelleinrichtung 14 entsprechende Stellung erreicht ist. Über die hydraulische Rückführeinrichtung 40 wird die Schrägscheibe auf diese Stellung eingeregelt, solange sich die magnetische Kraft der Regelkolbenverstelleinrichtung 14 nicht ändert. In einer Stellung der Schrägscheibe 36 zwischen der Minimal- und der Neutralstellung wird der geschlossene Hydraulikkreis 4 reversierend von dem Druckfluid durchströmt, wodurch sich die Drehrichtung des Axialkolbenmotors 6 umkehrt.
-
Der Servokolben 32 ist ferner derart symmetrisch mit elastischen Elementen 34 vorgespannt, dass der Servokolben 32 bei Nichtbeaufschlagung seiner ersten und zweiten Seite 31, 33 mit Druckflüssigkeit in der Nullhubstellung zentriert wird. Dies geschieht beispielsweise bei Abschaltung des hydraulischen Antriebs 2.
-
In einem Gehäuse der Axialkolbenpumpe 8 und somit in einer Axialkolbenpumpeneinheit sind zwei Nullhubdruckregelventile 64 angeordnet, welche bei Überschreiten eines Schwellendrucks im geschlossenen Hydraulikkreis 4 das Hubvolumen der Axialkolbenpumpe 8 entsprechend reduzieren. Zudem weist die Axialkolbenpumpeneinheit zwei Überdruckbegrenzungsventile 66 auf, welche bei einem Druck oberhalb des Schwellendrucks der Nullhubregelventile öffnen und somit den Hochdruck im geschlossenen Hydraulikkreis 4 abbauen. Zudem beinhalten die Überdruckbegrenzungsventile 66 eine Bypassfunkion.
-
In 2 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs 2 mit geschlossenem Hydraulikkreis 4 dargestellt. Abweichend von dem in 1 dargstellten hydrostatischen Antrieb 2 weist der geschlossene Kreislauf 4 einen Axialkolbenmotor 6 mit konstantem Schluckvolumen und zwei Drehrichtungen auf. Auf der Abtriebswelle des Axialkolbenmotors 6 ist ein Lüfter 50 zur Kühlung von Hydraulikflüssigkeit mittels Wärmetauscher angeordnet. Somit ist die Drehzahl des Lüfters 50 und somit seine Kühlleistung von der Drehzahl des Antriebsaggregats bzw. der Axialkolbenpumpe 8 sowie dem Hubvolumen der Axialkolbenpumpe 8 abhängig. Ferner ist die Flussrichtung im geschlossenen Hydraulikkreis 4 durch Verstellung der Axialkolbenpumpe 8 reversierbar, was eine Drehrichtungsumkehr des Lüfters 50 zur Folge hat. Im normalen Betrieb wird dabei von einem Kühlmodus und im reversierten Betrieb von einem Ausblasmodus gesprochen. Im Kühlmodus wird vom Lüfter 50 Luft über Filter aus der Umgebung angesaugt und über den Wärmetauscher geblasen, wohingegen im Ausblasmodus Luft vom Lüfter 50 durch die Filter nach außen geblasen wird, um die Filter von Schmutz zu befreien.
-
Ferner weist die zweite Ausführungsform, abweichend von der ersten Ausführungsform, eine mechanische Rückführeinrichtung 40 von der Schrägscheibe 36 auf den Regelkolben 12 auf. Über eine solche Rückführeinrichtung 40 wird bei Erreichen der gewünschten Auslenkung der Schrägscheibe 36 der Regelkolben 12 in seine Neutralstellung zurückgeführt. Dies wird über eine von der Rückführeinrichtung 40 durch ein Federelement 46 auf den Regelkolben 12 aufgebrachte Federkraft bewerkstelligt, welche proportional zur Auslenkung der Verschwenkvorrichtung 36 und des Regelkolbens 12 ist. Die Federkraft der auf den Regelkolben 12 wirkenden Schraubenfeder 16 ist stets größer als die Federkraft der Rückführeinrichtung 40. Somit wird gewährleistet, dass bei Ausfall der elektromagnetischen Regelkolbenverstelleinrichtung 14 der Regelkolben 12 in eine maximal ausgelenkte Stellung in Richtung seiner zweiten Seite verschoben wird und in dieser Stellung verbleibt, sodass die erste Seite 31 des Servokolbens 32 mit Speisedruck beaufschlagt und die zweite Seite 33 mit dem Tank verbunden ist. Dadurch wird die Schrägscheibe 36 in eine Maximalstellung verbracht, in welcher die Kühlleistung des Lüfters 50 maximal ist.
-
Bei Aufbringen einer maximalen Kraft durch die elektromagnetische Regelkolbenverstelleinrichtung 14 auf den Regelkolben 12 wird der Regelkolben 12 in eine maximale Stellung in Richtung der Schraubenfeder 16 verbracht. In dieser Stellung wird die Schrägscheibe 36 in eine Minimalstellung verbracht, in welcher das Fördervolumen der Axialkolbenmaschine 8 maximal entgegen der Arbeitsrichtung ist. Somit ist die Leistung des Lüfters 50 im Ausblasmodus maximal. Die aus der Kraft der Schraubenfeder 16 und der Regelkolbenverstelleinrichtung 14 resultierende Kraft ist dabei größer als die rückstellende Kraft der Rückführeinrichtung 40, sodass der Regelkolben 12 in seiner maximal ausgelenkten Stellung verbleibt. Somit ist gewährleistet, dass die Ausblasleistung konstant maximal bleibt, solange die maximale Kraft der elektromagnetischen Regelkolbenverstelleinrichtung 14 auf den Regelkolben 12 aufgebracht wird.
-
In 3 ist die Hubvolumen-Verstelleinrichtung 10 mit der Rückführeinrichtung 40 in einer ersten Ausführungsform gezeigt. Mit einer solchen Rückführeinrichtung 40 wird eine proportionale Verstellung von der Minimal- zur Maximalstellung erreicht. Der Regelkolben 12 ist dabei von der ersten Seite mit der Kraft der Schraubenfeder 16 beaufschlagt. Die Kraft der Schraubenfeder ist durch Veränderung der Vorspannung einstellbar. Auf der zweiten Seite ist eine elektromagnetische Regelkolbenverstelleinrichtung 14 angeordnet. Über eine stromdurchflossene Spule der Regelkolbenverstelleinrichtung 14 wird elektromagnetisch eine Kraft auf den Regelkolben 12 aufgebracht, welche entgegen der Kraft der Schraubenfeder 16 wirkt. Bei Auslenkung der Schrägscheibe 36 und/oder des Regelkolbens 12 werden zwei Federhebel 42, zwischen welchen zwei Schraubenfedern als Federelement 46 abgeordnet sind, gespreizt. Die Position des einen Federhebels 42 wird dabei über einen zweiarmigen Zeiger 44 vom Regelkolben 12 bestimmt, wohingegen die Position des anderen Federhebels 42 von der Schrägscheibe 36 bestimmt wird. Bei Verdrehung der Federhebel 42 zueinander wird das Federelement 46 vorgespannt, woraus sich eine rückstellende Kraft auf den Regelkolben 12 ergibt. Entspricht die rückstellende Kraft der negativen Summe der Kräfte aus der Schraubenfeder 16 und der elektromagnetischen Regelkolbenverstelleinrichtung 14, so befindet sich der Regelkolben 12 in seiner Neutralstellung, in welcher der Servokolben 32 und damit das Hubvolumen der Axialkolbenpumpe 8 nicht verstellt wird. Bei einer solchen Rückführeinrichtung 40 wird das Hubvolumen der Axialkolbenpumpe 8 sowohl zwischen Minimal- und Neutralstellung als auch zwischen Neutral- und Maximalstellung proportional zum Eingangssignal an der elektrischen Regelkolbenverstelleinrichtung 14 verstellt.
-
Durch die Vorspannung des Federelements 46 ist eine Schwellenkraft definierbar, welche überwunden werden muss, um den Regelkolben 12 aus der Neutralstellung, in welchem das Hubvolumen der Axialkolbenpumpe 8 nicht verändert wird, zu bewegenen. Je höher die Vorspannung des Federelements 46 ist, desto höher muss die resultierende Kraft auf den Regelkolben 12 aus der Kraft der Schraubenfeder 16 und der Regelkolbenverstelleinrichtung 14 sein, um das Hubvolumen zu verändern. Somit ist wird eine robuste Neutrallage des Regelkolbens 12 geschaffen.
-
In den 4 und 5 ist eine zweite Ausführungsform einer mechanischen Rückführeinrichtung 40 gezeigt. Die zweite Ausführungsform weist abweichend von der ersten Ausführungsform eine einzige Schraubenfeder als Federelement 46 auf, welche zwischen den beiden Federhebeln 42 angeordnet ist. Ferner ist die Beweglichkeit einer der beiden Federhebel 42 derart eingeschränkt, dass er kurz vor Neutralstellung an einem Anschlag 48 anschlägt. Somit entsteht in der Neutralstellung des Regelkolbens 12 ein kleiner Spalt 49 zwischen dem zweiarmigen Zeiger 44 und dem am Anschlag anliegenden Federhebel 42. Bewegt sich der Regelkolben 12 aus der Neutralstellung in Richtung der Schraubenfeder 16, tritt aufgrund des Abstandes zwischen dem Federhebel 42 und dem zweiarmigen Zeiger 44 kein Widerstand durch die Rückführeinrichtung 40 auf. Im Ausblasmodus ist somit eine freie Beweglichkeit des zweiarmigen Zeigers 44 zwischen den beiden Federhebeln 42 gewährleistet. Die Verstellung arbeitet in dieser Förderrichtung, welche in dem Ausführungsbeispiel den Ausblasmodus darstellt, nicht mehr proportional, sondern schaltet bei Überwindung der Kraft der Schraubenfeder 16 in den Ausblasmodus. Der Ausblasmodus wird beendet, wenn die Kraft der Regelkolbenverstelleinrichtung 14 wieder reduziert wird. Demnach ist bei einer solchen Rückführeinrichtung 40 das Hubvolumen der Axialkolbenpumpe 8 zwischen Minimal- und Neutralstellung schaltbar und zwischen Neutral- und Maximalstellung proportional zum Eingangssignal an der elektrischen Regelkolbenverstelleinrichtung verstellbar. Durch die Vorspannung des Federelements 46 ist ebenfalls eine Schwellenkraft definierbar, welche überwunden werden muss, um den Regelkolben 12 aus der Neutralstellung in Richtung der elektrischen Regelkolbenverstelleinrichtung 14 zu bewegenen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- hydrostatischer Antrieb
- 4
- geschlossener Hydraulikkreis
- 6
- Axialkolbenmotor
- 8
- Axialkolbenpumpe
- 10
- Hubvolumen-Verstelleinrichtung
- 12
- Regelkolben
- 14
- Regelkolbenverstelleinrichtung
- 16
- Schraubenfeder
- 20
- Leitungen
- 30
- Servoverstelleinrichtung
- 32
- Servokolben
- 34
- elastisches Element
- 36
- Schrägscheibe
- 40
- Rückführeinrichtung
- 41
- Blendenkaskade
- 42
- Federhebel
- 43
- Tank
- 44
- zweiarmiger Zeiger
- 46
- Federelement
- 48
- Anschlag
- 49
- Spalt
- 50
- Lüfter
- 60
- Speisepumpe
- 62
- Speisedruckbegrenzungsventil
- 64
- Nullhubregelventil
- 66
- Überdruckbegrenzungsventil
