DE102010031817A1

DE102010031817A1 - Hydraulisches Getriebe

Info

Publication number: DE102010031817A1
Application number: DE201010031817
Authority: DE
Inventors: Rupert Kinzler; Dr. Gaumnitz Michael
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-01-26
Also published as: CN102401127A; US20120018010A1

Abstract

Offenbart ist ein hydraulisches Getriebe mit einer Primäreinheit und mit einer Sekundäreinheit, die in einem geschlossenen Kreislauf über eine erste und eine zweite Arbeitsleitung miteinander verbunden sind. Die Primäreinheit und/oder die Sekundäreinheit hat mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten, die jeweils über ein erstes Ventil und ein zweites Ventil aktivierbar oder deaktivierbar sind. Dies dient zur Einstellung eines zeitgemittelten Volumenstromes der Einheit. Dabei sind beide Ventile jeder Zylinder-Kolben-Einheit als Hochdruckventile ausgelegt. Eine Drehrichtungsumkehr, z. B. Fahrtrichtungsumkehr, und eine Änderung von Antrieb zu Schub, z. B. beim regenerativen Bremsen, erfolgt im geschlossenen Kreislauf des erfindungsgemäßen Getriebes ohne Förderrichtungsumkehr über einen Wechsel zwischen Niederdruck und Hochdruck.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Getriebe mit einer Verdrängermaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei hydraulischen Getrieben mit einer herkömmlichen Verdrängerpumpe und mit einem herkömmlichen Verdrängermotor, die z. B. als Radialkolben- oder als Axialkolbenmaschinen ausgeführt sein können, erfolgt die Steuerung des Zulaufes und des Ablaufes bzw. die Steuerung der Verbindungen zum Hoch- und zum Niederdruck der einzelnen Zylinder-Kolben-Einheiten mechanisch. Im Falle einer Axialkolbenpumpe z. B. werden zwei Drucknieren eingesetzt, über die die Verbindungen zur Hochdruckseite und zur Niederdruckseite während eines gewissen Bereiches der Kreisbahn und somit während eines gewissen Hubabschnitts der Zylinder-Kolben-Einheiten geöffnet sind. Bei Radialkolbenpumpen sind pro Einheit ein mechanisches Hochdruck- und eine mechanisches Niederdruckventil vorgesehen. Die Hochdruckventile öffnen immer bei Überschreiten eines gewissen Drucks im jeweiligen Zylinder, so dass das druckerhöhte Druckmittel zur Hochdruckseite der Pumpe abströmen kann.
Nachteilig an hydrostatischen Getrieben mit derartigen Verdrängermaschinen ist, dass immer alle Zylinder-Kolben-Einheiten aktiv sind.
Die Druckschrift WO 2008/012577 A2 offenbart ein hydraulisches Getriebe mit zwei ventilgesteuerten Verdrängermaschinen, die über einen offenen Kreislauf miteinander verbunden sind.
Bei derartigen ventilgesteuerten Verdrängermaschinen sind jeder Zylinder-Kolben-Einheit ein elektrisch betätigtes Niederdruckventil und ein elektrisch betätigtes Hochdruckventil zugeordnet. Damit können die Zylinder-Kolben-Einheiten getrennt im Pumpenmodus, Motormodus und in einem so genannten Idle-Modus angesteuert werden. Durch den Idle-Modus können einzelne Einheiten durch dauerhaftes Öffnen ihres Niederdruckventils und durch dauerhaftes Schließen ihres Hochdruckventils deaktiviert bzw. kraftlos geschaltet werden. So kann der Volumenstrom bzw. die Drehzahl der Verdrängermaschine reduziert werden. Im Partial-Modus wird das zur Verfügung stehende Volumen bzw. der Arbeitshub der betroffenen Einheit nur zu einem Teil genutzt, der andere Teil wird durch Öffnen des Niederdruckventils im Wesentlichen kraftlos geschaltet.
Nachteilig an derartigen hydraulischen Getrieben, die z. B. als Fahrantrieb dienen, ist, dass bei einer Änderung von Antrieb zu Schub, z. B. beim regenerativen Bremsen, in der Hochdruckleitung des offenen Kreislaufs eine Strömungsumkehr erfolgen muss. Dabei bestehen Schwierigkeiten bei der Steuerung des Neu-Anlaufs derjenigen ventilgesteuerten Verdrängermaschine, die vom Pumpbetrieb in den Motorbetrieb geschaltet wird.
Die Druckschrift WO 2008/012558 A2 offenbart ein hydraulisches Getriebe mit zwei ventilgesteuerten Verdrängermaschinen, die über zwei Arbeitsleitungen zu einem geschlossen Kreislauf verbunden sind.
Nachteilig an derartigen hydraulischen Getrieben ist, dass eine Drehrichtungsumkehr nur unter Beibehaltung einer vorbestimmten Hochdruckleitung vorgesehen ist. Dabei bestehen die o. g. Schwierigkeiten bei der Umsteuerung bzw. dem Neu-Anlauf der als Motor betriebenen ventilgesteuerten Verdrängermaschine.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein hydraulisches Getriebe mit zumindest einer ventilgesteuerten Verdrängermaschine bzw. digital-variable-radial-piston-machine (DVR) zu schaffen, deren Drehrichtung einfach und sicher umgekehrt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein hydraulisches Getriebe nach Patentanspruch 1.
Das erfindungsgemäße hydraulische Getriebe hat eine Primäreinheit und eine Sekundäreinheit, die in einem geschlossenen Kreislauf über eine erste und eine zweite Arbeitsleitung miteinander verbunden sind. Die Primäreinheit und/oder die Sekundäreinheit ist als DVR mit mehreren Zylinder-Kolben-Einheiten ausgelegt, die jeweils über ein erstes Ventil und ein zweites Ventil aktivierbar oder deaktivierbar sind. Dies dient zur Einstellung eines zeitgemittelten Volumenstromes der Primär- und/oder Sekundäreinheit. Dabei sind beide Ventile jeder Zylinder-Kolben-Einheit als Hochdruckventile ausgelegt. Eine Drehrichtungsumkehr, z. B. Fahrtrichtungsumkehr, und eine Änderung von Antrieb zu Schub, z. B. beim regenerativen Bremsen, erfolgt im geschlossenen Kreislauf des erfindungsgemäßen Getriebes ohne Förderrichtungsumkehr über einen Wechsel zwischen Niederdruck und Hochdruck. Dafür sind beide Ventile dadurch geeignet, dass sie als Hochdruckventile ausgelegt sind. Damit ist ein hydraulisches Getriebe mit einer ventilgesteuerten Verdrängermaschine (DVR) geschaffen, dessen Drehrichtung einfach und sicher umgekehrt werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind beide Arbeitsleitungen als Hochdruckleitungen ausgelegt. Eine Drehrichtungsumkehr und eine Änderung von Antrieb zu Schub erfolgt über einen Wechsel zwischen Niederdruck und Hochdruck. Dafür sind beide Arbeitsleitungen dadurch geeignet, dass sie als Hochdruckleitungen ausgelegt sind.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind das erste und das zweite Ventil jeder Zylinder-Kolben-Einheit identisch. Durch diese Gleichteile ist die Teilevielfalt des erfindungsgemäßen Getriebes reduziert.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante mit hoher Dichtheit der Ventile und kurzen Hüben ihrer Schließkörper sind beide Ventile Sitzventile mit einer hydraulischen Vorsteuerung.
Dabei wird es bevorzugt, wenn beide Ventile jeweils einen Differenzialzylinder haben, dessen Betätigungskolben mit einem Schließkörper des Ventils verbunden ist. Dabei hat der Betätigungskolben einen in Schließrichtung des Ventils mit Druck beaufschlagbaren Bodenraum und einen in Öffnungsrichtung des Ventils mit Druck beaufschlagbaren Ringraum.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind der Bodenraum des ersten Ventils und der Ringraum des zweiten Ventils hydraulisch gekoppelt, während der Ringraum des ersten Ventils und der Bodenraum des zweiten Ventils ebenfalls hydraulisch gekoppelt sind. Damit ist eine gleichzeitige und wechselweise Betätigung der beiden Ventile gewährleistet.
Dabei wird es bevorzugt, wenn der Bodenraum des ersten Ventils und der Ringraum des zweiten Ventils über eine erste gemeinsame Verbindungsleitung und über ein erstes Wegeventil mit der ersten oder zweiten Arbeitsleitung verbindbar sind, während der Ringraum des ersten Ventils und der Bodenraum des zweiten Ventils über eine zweite gemeinsame Verbindungsleitung und über ein zweites Wegeventil mit der zweiten oder ersten Arbeitsleitung verbindbar sind.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel sind der Bodenraum und der Ringraum des ersten Ventils an ein erstes Wegeventil angeschlossen, während der Bodenraum und der Ringraum des zweiten Ventils an ein zweites Wegeventil angeschlossen sind.
Dabei wird es bevorzugt, wenn über das erste Wegeventil entweder der Bodenraum des ersten Ventils mit der ersten Arbeitsleitung und der Ringraum des ersten Ventils mit der zweiten Arbeitsleitung verbunden sind, oder der Bodenraum des ersten Ventils mit der zweiten Arbeitsleitung und der Ringraum des ersten Ventils mit der ersten Arbeitsleitung verbunden sind.
Dabei wird es weiterhin bevorzugt, wenn über das zweite Wegeventil entweder der Bodenraum des zweiten Ventils mit der zweiten Arbeitsleitung und der Ringraum des zweiten Ventils mit der ersten Arbeitsleitung verbunden sind, oder der Bodenraum des zweiten Ventils mit der ersten Arbeitsleitung und der Ringraum des zweiten Ventils mit der zweiten Arbeitsleitung verbunden sind.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind das erste und das zweite Ventil Schieberventile mit einem Ventilschieber, der von einem Aktor gegen die Kraft einer am Ventilschieber angreifenden Feder verschiebbar ist. Dabei sind in Verschieberichtung des Ventilschiebers beaufschlagte Wirkflächen teilweise oder vollständig druckkraftkompensiert. Dadurch sind nur geringe Schaltkräfte nötig, wodurch ein schnelles Schalten der Ventile ermöglicht wird. Der Aktor kann ein Differenzialzylinder sein.
Dabei wird es bevorzugt, wenn ein Bodenraum und ein Ringraum jedes Differenzialzylinders über ein jeweiliges 4/2-Wegeventil wechselweise mit den beiden Arbeitsleitungen verbunden sind.
Der Aktor kann ein Hubmagnet sein.
Dabei wird es bevorzugt, wenn ein jeweiliges Ventilgehäuse des ersten und des zweiten Ventils eine Ventilbohrung mit zwei entlang der Verschieberichtung beabstandeten Druckräumen hat, von denen der eine mit der jeweiligen Arbeitsleitung und der andere mit dem Zylinder der jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheit verbunden ist. Dabei ist eine Verbindung der Druckräume über einen radial zurückgestuften Bereich des Ventilschiebers steuerbar, der von zwei ringförmigen Wirkflächen begrenzt ist, die im Wesentlichen senkrecht zur Verschieberichtung angeordnet und im Wesentlichen gleich groß sind. Dadurch werden die beiden Wirkflächen entweder zusammen vom Druck des einen Druckraums oder vom Druck des anderen Druckraums oder vom Druck der beiden verbundenen Druckräume beaufschlagt und sind damit insbesondere auch unter Hochdruck kraftausgeglichen.
Zur Absicherung der Zylinder-Kolben-Einheiten gegen unzulässig hohe Drücke wird es bevorzugt, wenn ihre Zylinder über eine Entlastungsleitung mit einem Wechselventil verbunden sind, das über je eine Verzweigungsleitung mit den beiden Arbeitsleitungen verbunden ist. Dabei ist in der Entlastungsleitung ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen, das von einem durch eine Feder in Schließrichtung vorgespannten Rückschlagventil gebildet ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind beide Ventile Sitz-Schieberventile mit einem Ventilschieber, wobei in Verschieberichtungen des Ventilschiebers beaufschlagte Wirkflächen teilweise oder vollständig druckkraftkompensiert sind. Diese Ventile haben einen geringen Hub, benötigen geringe Schaltkräfte und bieten eine hohe Dichtheit.
Es wird bevorzugt, wenn die Sekundäreinheit eine Schrägachs- oder Schrägscheibeneinheit ist. Diese kann verstellbar sein.
Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiede Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
1 ein Schaltschema eines erfindungsgemäßen hydraulischen Getriebes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 ein Schaltschema einer Zylinder-Kolben-Einheit einer ventilgesteuerten Verdrängermaschine eines erfindungsgemäßen hydraulischen Getriebes mit zwei hydraulisch vorgesteuerten Sitzventilen gemäß einer ersten Variante;
3 ein Schaltschema mit zwei hydraulisch vorgesteuerten Sitzventilen gemäß einer zweiten Variante;
4 ein Schaltschema einer Zylinder-Kolben-Einheit einer ventilgesteuerten Verdrängermaschine eines erfindungsgemäßen hydraulischen Getriebes mit zwei Schieberventilen gemäß einer dritten Variante; und
5 ein Schaltschema mit zwei Schieberventilen gemäß einer vierten Variante.
1 zeigt ein Schaltschema eines erfindungsgemäßen hydraulischen Getriebes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Ein hydraulischer Kreislauf umfasst eine Einheit 2 mit einer ventilgesteuerten Primäreinheit 3 (DVR) und mit einer Hilfspumpe 4, wobei die Hilfspumpe 4 und die Primäreinheit 3 in einem ersten im Folgenden beschriebenen Betriebszustand gemeinsam über eine Welle 5 angetrieben werden. Die Welle 5 ist mit einer Antriebsmaschine verbunden, welche in der 1 nicht dargestellt ist. Die Primäreinheit 3 ist für den ersten Betriebszustand zur Förderung von Druckmittel in zwei Richtungen ausgelegt und über Full-Modus, Partial-Modus und Idle-Modus ihrer Zylinder-Kolben-Einheiten in ihrem Fördervolumen einstellbar. An die Primäreinheit 3 ist eine erste Arbeitsleitung 6 und eine zweite Arbeitsleitung 7 angeschossen, so dass bei einer Förderung von Druckmittel in die erste Arbeitsleitung 6 die erste Arbeitsleitung 6 zur Hochdruckseite und die zweite Arbeitsleitung 7 zur Niederdruckseite des hydraulischen Kreislaufs wird.
Das beispielsweise von der Primäreinheit 3 in die erste Arbeitsleitung 6 geförderte Druckmittel treibt eine in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls ventilgesteuerte Sekundäreinheit 8 (DVR) an. Die Sekundäreinheit 8 ist dem entsprechend über Full-Modus, Partial-Modus und Idle-Modus ihrer Zylinder-Kolben-Einheiten ebenfalls in ihrem Schluckvolumen veränderlich.
Zum Befüllen des hydraulischen Kreislaufs mit einem Druckmittel dient die Hilfspumpe 4. Die Hilfspumpe 4 saugt hierzu über eine Saugleitung 9 aus einem Tank 10 Druckmittel an. An dem tankseitigen Ende der Saugleitung 9 ist vorzugsweise ein Filter 11 angeordnet, welches aus dem angesaugten Druckmittel Schmutzpartikel herausfiltert und damit den hydraulischen Kreislauf und vor allem die darin angeordneten empfindlichen Komponenten wie beispielsweise Ventile vor Verschmutzung schützt.
Die Hilfspumpe 4 fördert das angesaugte Druckmittel in einen Speisekanal 12, der über einen ersten Speisekanalabschnitt 13 mit der ersten Arbeitsleitung 6 verbunden ist. Über einen zweiten Speisekanalabschnitt 14 ist die zweite Arbeitsleitung 7 mit dem Speisekanal 12 verbunden. In dem ersten Speisekanalabschnitt 13 ist eine Speiseventileinheit 15 angeordnet, welche ein Rückschlagventil 16 umfasst, das in Richtung der ersten Arbeitsleitung 6 öffnet. Sinkt der Druck in der ersten Arbeitsleitung 6 unter das Druckniveau des Speisekanals 12, so öffnet das Rückschlagventil 16 und das von der Hilfspumpe 4 geförderte Druckmittel wird der ersten Arbeitsleitung 6 zugeführt. Parallel zu dem Rückschlagventil 16 ist in der Speiseventileinheit 15 ein Druckbegrenzungsventil 17 vorgesehen, welches bei Überschreiten eines durch eine Feder 18 festgelegten Grenzwerts für den Arbeitsleitungsdruck in der ersten Arbeitsleitung 6 eine in Schließrichtung des Rückschlagventils 16 durchströmbare Verbindung des ersten Speisekanalabschnitts 13 erzeugt.
In dem zweiten Speisekanalabschnitt 14 ist eine zweite Speiseventileinheit 19 angeordnet, welche entsprechend der ersten Speiseventileinheit 15 aufgebaut ist, wobei das in der zweiten Speiseventileinheit 19 angeordnete Rückschlagventil in Richtung der zweiten Arbeitsleitung 7 öffnet und das Druckbegrenzungsventil wiederum in Schließrichtung des Rückschlagventils eine durchströmbare Verbindung erzeugt.
Durch die beiden Speiseventileinheiten 15 und 19 wird erreicht, dass jeweils diejenige Arbeitsleitung 6 oder 7 mit dem Speisekanal 12 verbunden wird, in der der Arbeitsleitungsdruck unterhalb des Druckniveaus des Speisekanals 12 sinkt. Gleichzeitig wird sicher gestellt, dass ein kritischer Druckanstieg in der den Hochdruck führenden Arbeitsleitung 6 oder 7 in Richtung der Niederdruckseite entspannt wird, da auf der Hochdruckseite das Druckbegrenzungsventil öffnet und infolge der so erzeugten Verbindung das Rückschlagventil der jeweils anderen Speiseventileinheit ebenfalls öffnet. Durch ein solches Kurzschließen der ersten Arbeitsleitung 6 und der zweiten Arbeitsleitung 7 werden Druckspitzen, welche die Einheit 2 oder die daran angeschlossene Leitungen beschädigen könnten, vermieden. Zur Vermeidung eines zu großen Drucks in dem Speisekanal 12 ist ferner ein Druckbegrenzungsventil 60 vorgesehen, das bei Überschreiten eines kritischen Drucks den Speisekanal 12 mit einem internen Tankvolumen 10' verbindet. Das interne Tankvolumen 10' nimmt auch das Leckagefluid der Primäreinheit 3 und der Hilfspumpe 4 auf.
Die Einheit 2 ist über eine Leckageleitung 20 mit dem Tank 10 verbunden, wobei das in der Einheit 2 anfallende Leckagefluid zunächst in dem Gehäuse der Einheit 2 gesammelt wird und bei Erreichen einer gewissen Leckagemenge in Richtung des Tanks 10 abfließt. Entsprechend ist der Sekundäreinheit 8 über eine Leckageleitung 21 mit dem Tank 10 verbunden.
In dem hydraulischen Kreislauf ist weiterhin eine Spülvorrichtung 22 angeordnet. Die Spülvorrichtung 22 hat die Aufgabe, aus der ersten Arbeitsleitung 6 bzw. der zweiten Arbeitsleitung 7 eine definierte Menge an Druckmittel zu entnehmen, sofern der Druck in derjenigen Arbeitsleitung 6 oder 7, aus der das Druckmittel entnommen wird, innerhalb eines bestimmten Druckbereichs liegt. Die Spülvorrichtung 22 umfasst hierzu ein Verbindungsventil 23 und eine Spülventileinheit 24, die dem Verbindungsventil 23 nachgeschaltet ist.
Das Verbindungsventil 23 weist einen ersten Eingangsanschluss 25 und einen zweiten Eingangsanschluss 26 auf. Der erste Eingangsanschluss 25 ist über einen Verbindungskanal mit der ersten Arbeitsleitung 6 verbunden. Der zweite Eingangsanschluss 26 ist entsprechend über einen weiteren Verbindungskanal mit der zweiten Arbeitsleitung 7 verbunden. Das Verbindungsventil 23 ist im dargestellten Ausführungsbeispiels als 3/3-Wegeventil ausgeführt, wobei es zum Auslenken aus seiner Ruheposition über eine erste Messleitung 27 mit dem Druck der ersten Arbeitsleitung 6 bzw. in entgegen gesetzter Richtung über eine zweite Messleitung 28 mit dem Druck der zweiten Arbeitsleitung 7 beaufschlagt ist. Die erste Messleitung 27 und die zweite Messleitung 28 weisen jeweils eine Drosselstelle auf. Liegen an den Messflächen, die mit der ersten Messleitung 27 bzw. der zweiten Messleitung 28 verbunden sind, näherungsweise gleiche Drücke an, so wird das Verbindungsventil 23 mittels einer ersten Zentrierfeder 29 und einer zweiten Zentrierfeder 30 in seine Ruheposition gebracht.
In der Ruheposition des Verbindungsventils 23 sind der erste Eingangsanschluss 25, der zweite Eingangsanschluss 26 sowie ein Ausgangsanschluss 31 voneinander getrennt. Wird dagegen auf Grund eines Druckunterschieds zwischen der ersten Arbeitsleitung 6 und der zweiten Arbeitsleitung 7 die mit der ersten Messleitung 27 verbundene Messfläche beispielsweise mit einem höheren Druck beaufschlagt als die entgegengesetzt orientierte Messfläche, die über die zweite Messleitung 28 mit der zweiten Arbeitsleitung 7 verbunden ist, so wird das Verbindungsventil 23 in Richtung einer ersten Endposition 32 ausgelenkt. In der ersten Endposition 32 ist über das Verbindungsventil 23 der zweite Eingangsanschluss 26 mit dem Ausgangsanschluss 31 verbunden. Umgekehrt wird bei Übersteigen des Drucks in der zweiten Arbeitsleitung 7 gegenüber der ersten Arbeitsleitung 6 das Verbindungsventil 23 in Richtung seiner zweiten Endposition 33 ausgelenkt, in der der erste Eingangsanschluss 25 mit dem Ausgangsanschluss 31 verbunden ist. Das bedeutet, dass jeweils derjenige Eingangsanschluss 25 bzw. 26 mit dem Ausgangsanschluss 31 verbunden wird, an dem der Druck derjenigen Arbeitsleitung 6 oder 7 anliegt, der im Vergleich zu der anderen Arbeitsleitung 7 oder 6 niedriger ist.
Die Spülventileinheit 24 ist eingangsseitig über einen Verbindungskanal 40 mit dem Ausgangsanschluss 31 des Verbindungsventils 23 verbunden. In dem dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die Spülventileinheit 24 als Spüldruckhalteventil 35 ausgebildet. Das Spüldruckhalteventil 35 wird durch die Kraft einer Druckfeder 36 in seiner Ausgangsposition gehalten, in der die Verbindung zwischen einem Eingang des Spüldruckhalteventils 35 und einem Ausgang des Spüldruckhalteventils 35 unterbrochen ist.
Entgegengesetzt zu der Kraft der Druckfeder 36 wird eine hydraulische Kraft an einer Messfläche des Spüldruckhalteventils 35 erzeugt, wobei die Messfläche über eine dritte Messleitung 39 mit dem Verbindungskanal 40 verbunden ist. Übersteigt die an der Messfläche des Spüldruckhalteventils 35 angreifende hydraulische Kraft die Kraft der entgegengesetzt wirkenden Druckfeder 36, so wird ein Eingang 37 des Spüldruckhalteventils 35 mit dem Ausgang des Spüldruckhalteventils 38 verbunden. Über die Druckfeder 36 wird damit ein Druckschwellwert festgelegt.
Liegt der niedrigere der in der ersten Arbeitsleitung 6 bzw. der zweiten Arbeitsleitung 7 herrschenden Drücke innerhalb dieses Bereichs, so wird über das Verbindungsventil 23 und die nachgeschaltete Spülventileinheit 24 Druckmittel aus der entsprechenden Arbeitsleitung 6 oder 7 entnommen. Dieses entnommene Druckmittel strömt über eine Tankleitung 45 in den Tank 10. Um eine definierte Spülölmenge aus dem hydraulischen Kreislauf zu entnehmen, ist eine Drosselstelle 47 vorgesehen, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in dem Verbindungskanal 40 angeordnet ist. Die Drossel liegt dabei stromabwärts der Verbindungsstelle der Messleitung 39 mit dem Verbindungskanal 40. Es ist auch die Anordnung der Drosselstelle 47 stromabwärts des Spüldruckhalteventils 35 möglich.
Das über die Tankanschlussleitung 45 in das Tankvolumen geförderte Druckmittel wird gekühlt und anschließend über das Filter 11 und die Saugleitung 9 von der Hilfspumpe 4 angesaugt und dem hydraulischen Kreislauf wieder zugeführt.
Das erfindungsgemäße hydraulische Getriebe gemäße 1 ist auch derart betreibbar, dass die Sekundäreinheit 8 als Motor und die Primäreinheit 3 als Pumpe betreiben werden. In beiden Betriebsarten können die Drehrichtungen der Einheiten 3, 8 beide denkbare Richtungen haben. Die beiden Arbeitsleitungen 6, 7 können beide als Hochdruck- und als Niederdruckleitung betrieben werden.
An den beiden Arbeitsleitungen 6, 7 ist jeweils ein Drucksensor 48, 49 angeordnet. Diese dienen zur Ermittlung der Hochdruck- und der Niederdruckseite des erfindungsgemäßen hydraulischen Getriebes in seien verschieden möglichen Betriebszuständen. Somit ist ein korrektes Umschalten der Zylinder-Kolben-Einheiten (vgl. folgende Figuren) der beiden Maschinen 3, 8 im Pumpen- und Motorbetrieb zwischen Full-, Partial- und Idle-Modus möglich.
Das hydraulische Getriebe kann als Fahrantrieb dienen, wobei die Primäreinheit 3 von einem (nicht gezeigten) Verbrennungsmotor über die Welle 5 angetrieben ist und im Fahrbetrieb des Getriebes als Pumpe eingesetzt ist.
2 zeigt eine erste Variante eines Schaltschemas einer Zylinder-Kolben-Einheit 101, 102 einer Primäreinheit 3 und/oder einer Sekundäreinheit 8, die als in einem hydraulischen Getriebe gemäß 1 eingesetzt ist.
Die Primäreinheit 3 und/oder die Sekundäreinheit 8 kann eine Radialkolbenmaschine sein, bei der zum Beispiel sechs Zylinder-Kolben-Einheiten 101, 102 sternförmig angeordnet sind. Dabei weist die Maschine 3, 8 die in 2 gezeigte Anordnung entsprechend sechs Mal auf.
Jeder Zylinder 101 hat einen ersten Arbeitsanschluss, der durch ein erstes hydraulisch vorgesteuertes Sitzventil 104 gesteuert ist. Weiterhin hat jeder Zylinder 101 einen zweiten Arbeitsanschluss, der von einem zweiten hydraulisch vorgesteuerten Sitzventil 106 gesteuert wird. Bei einer vorbestimmten Förderrichtung im hydraulischen Getriebe wird der zweite Arbeitsanschluss als Ausgangsanschluss bzw. Hochdruckanschluss HP angenommen, während der erste Arbeitsanschluss als Eingangsanschluss bzw. Niederdruckanschluss LP angenommen wird.
Die beiden Sitzventile 104, 106 sind identisch aufgebaut. Sie haben eine etwa kegelstumpfförmigen Schließkörper 108, 110, der zum Verschließen des entsprechenden Arbeitsanschlusses LP, HP über einen Betätigungskolben 112, 114 gegen den im Zylinder 101 herrschenden Druck in einen entsprechenden Ventilsitz gepresst wird.
Der Betätigungskolben 112, 114 ist in einem Differenzialzylinder 116, 118 geführt, wobei ein Druck in dessen Bodenraum 120, 122 in Schließrichtung des entsprechenden Sitzventils 104, 106 wirkt, während ein Druck in dessen Ringraum 124, 126 in Öffnungsrichtung des Sitzventils 104, 106 wirkt. Weiterhin ist im Bodenraum 120, 122 eine Feder vorgesehen, die sich am Differenzialzylinder 116, 118 abstützt und den Schließkörper 108, 110 über den Betätigungskolben 112, 114 in Schließrichtung des Sitzventils 104, 106 vorspannt.
Eine in Schließrichtung wirksame und im Bodenraum 120, 122 angeordnete Fläche des Betätigungskolbens 112, 114 ist etwas größer als eine wirksame Dichtfläche des Schließkörpers 108, 110. Dadurch ist eine Sicherheitsfunktion gegeben, bei der das Sitzventil 104, 106 bei unzulässig hohem Druck im Zylinder 101 öffnet. Dabei ist die in Schließrichtung wirksame Fläche des Betätigungskolbens 112, 114 groß genug, um ein sicheres Abdichten der Sitzventile 104, 106 zu gewährleisten.
Zur Steuerung der Sitzventile 104, 106 sind ein erstes 3/2-Wegeventil 128 und ein zweites 3/2-Wegeventil 130 vorgesehen. Das erste 3/2-Wegeventil 128 verbindet wechselweise einen der beiden Arbeitsanschlüsse LP, HP der ventilgesteuerten Verdrängermaschine mit einer ersten Verbindungsleitung 132, während das zweite 3/2-Wegeventil 130 einen der beiden Arbeitsanschlüsse LP, HP wechselweise mit einer zweiten Verbindungsleitung 134 verbindet. Die erste Verbindungsleitung 132 verzweigt einerseits zum Bodenraum 120 des ersten Differenzialzylinders 116 und andererseits zum Ringraum 126 des zweiten Differenzialzylinders 118, während die zweite Verbindungsleitung 134 einerseits zum Ringraum 124 des ersten Differenzialzylinders 116 und andererseits zum Bodenraum 122 des zweiten Differenzialzylinders 118 verzweigt.
2 zeigt die beiden 3/2-Wegeventile 128, 130 in ihren jeweiligen bestromten Schaltstellungen, bei denen ein (nicht gezeigter) Ventilkörper gegen die Kraft einer Feder verschoben ist. Dabei sind der Bodenraum 120 des ersten Differenzialzylinders 116 und der Ringraum 126 des zweiten Differenzialzylinders 118 mit dem Hochdruckanschluss HP der Verdrängermaschine verbunden, so dass das erste Sitzventil 104 geschlossen ist, während das zweite Sitzventil 106 geöffnet ist. Da der Kolben 102 (gemäß dem Pfeil) in 2 einen Verdrängungshub im Zylinder 101 ausführt, ist der geöffnete zweite Arbeitsanschluss des Zylinders 101 der Hochdruckanschluss HP, während der erste geschlossene Arbeitsanschluss der Niederdruckanschluss LP ist.
Bei einem Ansaughub des Kolbens 102, der auf den in 2 gezeigten Betriebszustand folgt, werden beide 3/2-Wegeventile 128, 130 stromlos geschaltet, so dass das erste Sitzventil 104 öffnet, während das zweite Sitzventil 106 schließt. Damit ist die Zylinder-Kolben-Einheit 101, 102 entsprechend mit Niederdruck LP verbunden.
3 zeigt ein Schaltschema der Zylinder-Kolben-Einheit 101, 102 mit den beiden hydraulisch vorgesteuerten Sitzventilen 104, 106 gemäß 2, wobei bei dieser zweiten Variante die Vorsteuerventile und ihre Verbindung zu den Differenzialzylindern 116, 118 geändert sind. Statt den beiden 3/2-Wegeventilen 128, 130 sind ein erstes 4/2-Wegeventil 228 und ein zweites 4/2-Wegeventil 230 vorgesehen. Diese sind (auf die gleiche Weise wie bei der ersten Variante) jeweils mit dem Hochdruckanschluss HP und dem Niederdruckanschluss LP der Verdrängermaschine verbunden. Das erste 4/2-Wegeventil 228 ist gemäß der zweiten Variante über zwei getrennte Verbindungsleitungen 232, 233 mit den beiden Druckräumen 120, 124 des ersten Differenzialzylinders 116 verbunden, während das zweite 4/2-Wegeventil 230 über zwei getrennte Verbindungsleitungen 234, 235 mit den beiden Druckräumen 122, 126 des zweiten Differenzialzylinders 118 verbunden ist. Damit ist das erste 4/2-Wegeventil 228 eindeutig dem ersten Arbeitsanschluss LP und das zweite 4/2-Wegeventil 230 eindeutig dem zweiten Arbeitsanschluss HP der Zylinder-Kolben-Einheit 101, 102 zugeordnet. Über die in 3 jeweils dargestellten bestromten Schaltstellungen der 4/2-Wegeventile 228, 230 ist der Bodenraum 120 des ersten Differenzialzylinders 116 mit Hochdruck beaufschlagt, so dass das erste Sitzventil 104 geschlossen ist, während der Ringraum 126 des zweiten Differenzialzylinder 118 mit Hochdruck beaufschlagt ist, so dass das zweite Sitzventil 106 geöffnet ist. „Parallel” dazu sind der Ringraum 124 des ersten Differenzialzylinders 116 und der Bodenraum 122 des zweiten Differenzialzylinders 118 über das jeweilige Wegeventil 228, 230 mit dem Niederdruckanschluss LP der Verdrängermaschine verbunden. Damit ist in 3 der gleiche Betriebszustand der Zylinder-Kolben-Einheit 101, 102 wie in 2 gezeigt, bei dem der Kolben 102 einen Verdrängerhub ausführt.
4 zeigt ein Schaltschema der Zylinder-Kolben-Einheit 101, 102 einer Primäreinheit 3 und/oder einer Sekundäreinheit 8 eines erfindungsgemäßen hydraulischen Getriebes gemäß 1. Dabei sind zur Steuerung der beiden. Arbeitsanschlüsse LP, HP des Zylinders 101 zwei baugleiche Schieberventile 304, 306 vorgesehen. Jedes Schieberventil 304, 306 hat ein Ventilgehäuse, in dem eine Ventilbohrung vorgesehen ist. Durch radiale Erweiterung der Ventilbohrung sind zwei zueinander beabstandete Druckräume 336, 338 bzw. 340, 342 am Außenumfang der Ventilbohrung gebildet. Der Druckraum 336 des ersten Schieberventils 304 und der Druckraum 342 des zweiten Schieberventils 306 sind mit dem Zylinder 101 verbunden. Der Druckraum 338 des ersten Schieberventils 304 ist mit dem Niederdruckanschluss LP der Verdrängermaschine verbunden, während der Druckraum 340 des zweiten Schieberventils 306 mit dem Hochdruckanschluss HP der Verdrängermaschine verbunden ist.
Zur Steuerung der jeweiligen Druckmittelverbindung zwischen den Druckräumen 336 und 338 bzw. 340 und 342 ist jeweils ein Ventilschieber 208, 310 verschiebbar im Ventilgehäuse geführt. Der Ventilschieber 208, 310 hat einen radial zurückgestuften Bereich 344, 346, wobei über den über den radial zurückgestuften Bereich 344 des ersten Schieberventils 304 Druckmittel vom Niederdruckanschluss LP der Verdrängermaschine zum Zylinder 101 strömen kann, während über den radial zurückgestuften Bereich 346 des zweiten Schieberventils 306 Druckmittel vom Zylinder 101 zum Hochdruckanschluss HP der Verdrängermaschine strömen kann. Dazu wird der jeweilige Ventilschieber 208, 310 in die in 4 gezeigte durch eine jeweilige Feder vorgespannte Grundstellung gestellt. Am Ventilschieber 208, 310 ist ein Hubmagnet 316, 318 angeordnet, über den bei Bestromung das Schieberventil 304, 306 geschlossen werden kann.
Bei dem in 4 gezeigten Verdrängerhub des Kolbens 102, bei dem sich dieser (in 4) nach oben bewegt, wird der erste Hubmagnet 316 aktiviert bzw. bestromt, so dass der Ventilschieber 208 gegen die Kraft der Feder (in 4) nach rechts bewegt wird und das erste Schieberventil 304 somit schließt.
Zur Absicherung der Zylinder-Kolben-Einheit 101, 102 gegen unzulässig hohe Drücke ist am Zylinder 101 eine Entlastungsleitung 348 und ein Wechselventil 350 vorgesehen, über das der im jeweiligen Betriebszustand der Verdrängermaschine unter Hochdruck stehende Arbeitsanschluss (in 4 der rechte Arbeitsanschluss) mit der Entlastungsleitung 348 verbunden ist. In der Entlastungsleitung 348 ist ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen, das von einem durch eine Feder vorgespannten Rückschlagventil 352 gebildet ist. Dieses öffnet, wenn der Druck im Zylinder 101 über den des unter Hochdruck stehenden Arbeitsanschlusses der Verdrängermaschine zuzüglich den Äquivalent der Federkraft steigt.
5 zeigt eine vierte Variante eines Schaltschemas mit einer Zylinder-Kolben-Einheit 101, 102 und mit zwei baugleichen Schieberventilen 304, 306 und mit einer Druckbegrenzungsschaltung 348, 350, 352 gemäß der vorbeschriebenen dritten Variante. Dabei erfolgt abweichend von der dritten Variante die Betätigung der Ventilschieber 208, 210 über jeweilige Differenzialzylinder 416, 418, die wegen der druckausgeglichenen Ausführung der Ventilschieber 308, 210 kleiner ausgelegt sind als die Differenzialzylinder 116, 118 der ersten beiden Varianten. Jeder Differenzialzylinder 416, 418 hat einen mit dem Ventilschieber 308, 210 verbundenen Betätigungskolben 412, 414, der einen Bodenraum 420, 422 von einem Ringraum 424, 426 trennt. Dabei wirkt der Druck des Bodenraums 420, 422 in Schließrichtung und der Druck des Ringraums 424, 426 in Öffnungsrichtung des Schieberventils 304, 306.
Die Druckbeaufschlagung der beiden Druckräume 422, 426 des zweiten Differenzialzylinders 418 erfolgt über das zweite 4/2-Wegeventil 230 auf die gleiche Weise wie mit Bezug zu 3 beschrieben. Die Druckbeaufschlagung der beiden Druckräume 420, 424 des ersten Differenzialzylinders 416 über das erste 4/2-Wegeventil 228 erfolgt gegenüber der in 3 gezeigten Variante in umgekehrter Weise: In seiner (in 5 dargestellten) bestromten Schaltstellung verbindet das erste 4/2-Wegeventil 228 den Hochdruckanschluss HP der Verdrängermaschine mit dem Ringraum 424 des ersten Differenzialzylinders 416, so dass das erste Schieberventil 304 geöffnet ist. Dabei ist „parallel” der Niederdruckanschluss LP der Verdrängermaschine mit dem Bodenraum 420 des ersten Differenzialzylinders 416 verbunden. In seiner durch eine Feder vorgespannten Grundstellung sind die Verbindungen „über Kreuz” ausgewechselt, so dass der Hochdruckanschluss HP der Verdrängermaschine mit dem Bodenraum 420 verbunden ist und das erste Schieberventil 304 schließt.
Offenbart ist ein hydraulisches Getriebe mit einer Primäreinheit und mit einer Sekundäreinheit, die in einem geschlossenen Kreislauf über eine erste und eine zweite Arbeitsleitung miteinander verbünden sind. Die Primäreinheit und/oder die Sekundäreinheit hat mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten, die jeweils über ein erstes Ventil und ein zweites Ventil aktivierbar oder deaktivierbar sind. Dies dient zur Einstellung eines zeitgemittelten Volumenstromes der Einheit. Dabei sind beide Ventile jeder Zylinder-Kolben-Einheit als Hochdruckventile ausgelegt. Eine Drehrichtungsumkehr, z. B. Fahrtrichtungsumkehr, und eine Änderung von Antrieb zu Schub, z. B. beim regenerativen Bremsen, erfolgt im geschlossenen Kreislauf des erfindungsgemäßen Getriebes ohne Förderrichtungsumkehr über einen Wechsel zwischen Niederdruck und Hochdruck.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/012577 A2 [0004]
WO 2008/012558 A2 [0007]

Claims

Hydraulisches Getriebe mit einer Primäreinheit (3) und mit einer Sekundäreinheit (8), die in einem geschlossenen Kreislauf über eine erste und eine zweite Arbeitsleitung (6, 7) miteinander verbunden sind, wobei die Primäreinheit (3) und/oder die Sekundäreinheit (8) mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten (101, 102) hat, die jeweils über ein erstes Ventil (104; 304) und ein zweites Ventil (106; 306) zur Einstellung eines Volumenstromes der Primäreinheit (3) und/oder Sekundäreinheit (8) aktivierbar oder deaktivierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass beide Ventile (104, 106; 304, 306) als Hochdruckventile ausgelegt sind.
Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 1, wobei die erste Arbeitsleitung (6) und die zweite Arbeitsleitung (7) als Hochdruckleitungen ausgelegt sind.
Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Ventil (104; 304) und das zweite Ventil (106; 306) jeder Zylinder-Kolben-Einheit (101, 102) baugleich sind.
Hydraulisches Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Ventil (104) und das zweite Ventil (106) Sitzventile (104, 106) mit einer hydraulischen Vorsteuerung sind.
Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 4, wobei das erste Ventil (104) und das zweite Ventil (106) jeweils einen Differenzialzylinder (116, 118) haben, dessen Betätigungskolben (112, 114) mit einem Schließkörper (108, 110) des Ventils (104, 106) verbunden ist, und wobei der Betätigungskolben (112, 114) einen in Schließrichtung des Ventils (104, 106) mit Druck beaufschlagbaren Bodenraum (120, 122) und einen in Öffnungsrichtung des Ventils (104, 106) mit Druck beaufschlagbaren Ringraum (124, 126) hat.
Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 5, wobei der Bodenraum (120) des ersten Ventils (104) und der Ringraum (126) des zweiten Ventils (106) hydraulisch gekoppelt sind, und wobei der Ringraum (124) des ersten Ventils (104) und der Bodenraum (122) des zweiten Ventils (106) hydraulisch gekoppelt sind.
Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 6, wobei der Bodenraum (120) des ersten Ventils (104) und der Ringraum (126) des zweiten Ventils (106) über eine erste Verbindungsleitung (132) und über ein erstes Wegeventil (128) mit der ersten oder zweiten Arbeitsleitung (6, 7) verbindbar sind, und wobei der Ringraum (124) des ersten Ventils (104) und der Bodenraum (122) des zweiten Ventils (106) über eine zweite Verbindungsleitung (134) und über ein zweites Wegeventil (130) mit der zweiten oder ersten Arbeitsleitung (7, 6) verbindbar sind.
Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 5, wobei der Bodenraum (120) und der Ringraum (124) des ersten Ventils (104) an ein erstes Wegeventil (228) angeschlossen sind, und wobei der Bodenraum (122) und der Ringraum (126) des zweiten Ventils (106) an ein zweites Wegeventil (230) angeschlossen sind.
Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 8, wobei über das erste Wegeventil (228) entweder der Bodenraum (120) des ersten Ventils (104) mit der ersten Arbeitsleitung (6) und der Ringraum (124) des ersten Ventils (104) mit der zweiten Arbeitsleitung (7) verbunden sind, oder wobei der Bodenraum (120) des ersten Ventils (104) mit der zweiten Arbeitsleitung (7) und den Ringraum (124) des ersten Ventils (104) mit der ersten Arbeitsleitung (6) verbunden sind.
Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 8 oder 9, wobei über das zweite Wegeventil (230) entweder der Bodenraum (122) des zweiten Ventils (106) mit der zweiten Arbeitsleitung (7) und der Ringraum (126) des zweiten Ventils (106) mit der ersten Arbeitsleitung (6) verbunden sind, oder wobei der Bodenraum (122) des zweiten Ventils (106) mit der ersten Arbeitsleitung (6) und der Ringraum (126) des zweiten Ventils (106) mit der zweiten Arbeitsleitung (7) verbunden sind.
Hydraulisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Ventil und das zweite Ventil Schieberventile (304, 306) mit einem Ventilschieber (308, 210) sind, der von einem Aktor (316, 318; 416, 418) gegen die Kraft einer am Ventilschieber (308, 210) angreifenden Feder verschiebbar ist, und wobei in Verschieberichtung des Ventilschiebers (308, 210) beaufschlagte Wirkflächen teilweise oder vollständig druckkraftkompensiert sind.
Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 11, wobei der Aktor ein Differenzialzylinder (416, 418) ist.
Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 12, wobei ein Bodenraum (420, 422) und ein Ringraum (424, 426) jedes Differenzialzylinders (416, 418) über ein jeweiliges 4/2-Wegeventil (228, 230) wechselweise mit den beiden Arbeitsleitungen (6, 7) verbunden sind.
Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 11, wobei der Aktor ein Hubmagnet (316, 318) ist.
Hydraulisches Getriebe nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei ein jeweiliges Ventilgehäuse des ersten und des zweiten Ventils (304, 306) eine Ventilbohrung mit zwei entlang der Verschieberichtung beabstandeten Druckräumen (336, 338, 340, 342) hat, von denen der eine mit der jeweiligen Arbeitsleitung (6, 7) und der andere mit dem Zylinder (101) der jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheit (101, 102) verbunden ist, und wobei eine Verbindung der Druckräume (336, 338, 340, 342) über einen radial zurückgestuften Bereich (344, 346) des Ventilschiebers (308, 210) steuerbar ist, der von zwei ringförmigen Wirkflächen begrenzt ist, die im Wesentlichen senkrecht zur Verschieberichtung angeordnet und im Wesentlichen gleich groß sind.
Hydraulisches Getriebe nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Zylinder (101) der Zylinder-Kolben-Einheiten (101, 102) über eine jeweilige Entlastungsleitung (348) mit einem jeweiligen Wechselventil (350) verbunden sind, das über Verzweigungsleitungen mit den beiden Arbeitsleitungen (6, 7) verbunden ist, und wobei in der Entlastungsleitung (348) ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen ist, das von einem durch eine Feder in Schleißrichtung vorgespannten Rückschlagventil (352) gebildet ist.
Hydraulisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Ventil und das zweite Ventil Sitz-Schieberventile mit einem Ventilschieber sind, und wobei in Verschieberichtungen des Ventilschiebers beaufschlagte Wirkflächen teilweise oder vollständig druckkraftkompensiert sind.
Hydraulisches Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sekundäreinheit eine Schrägachs- oder Schrägscheibeneinheit ist.