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Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Derartige hydraulische Antriebe werden beispielsweise als Fahrantrieb von mobilen Arbeitsgeräten verwendet und hat üblicher Weise eine in Axialkolbenbauweise ausgeführte Verstellpumpe, über die ein Hydromotor angetrieben wird, dessen Schluckvolumen ebenfalls verstellbar ausgeführt ist. Die Ansteuerung der Verstellpumpe und des Verstellmotors erfolgt jeweils über ein Steuergerät. Zur Begrenzung des Drucks im Zulauf zum Hydromotor ist ein Druckabschneideventil vorgesehen, wie es beispielsweise in der
DE 38 44 403 A1 beschrieben ist. Dieses Druckabschneideventil bewirkt, dass bei Überschreiten eines voreingestellten Abschneidedrucks eine Schwenkwiege der Verstellpumpe zurückschwenkt, so dass der Fördervolumenstrom verringert wird.
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Zum schnellen Abbremsen des mobilen Arbeitsgerätes (Hochleistungsbremsen) wird die Bremswirkung des Antriebsmotors (Diesel) zusätzlich dadurch unterstützt, dass der Hydromotor in Richtung seines minimalen Schluckvolumens auf null zurück geschwenkt wird, so dass nicht nur eine Abstützung auf den Diesel erfolgt sondern sekundär auch über den Hydromotor gebremst wird. Bei einem Zurückverschwenken des Hydromotors des Fahrantriebes steigt der Druck im Hochdruckzweig entsprechend stark an, so dass Sekundär-Druckbegrenzungsventile des Fahrantriebs öffnen und somit der gesamte Volumenstrom des Verstellmotors über die Sekundär-Druckbegrenzungsventile zum Niederdruckzweig gefördert wird. Dabei liegt der an den Sekundär-Druckbegrenzungsventilen eingestellte Druck um eine vorbestimmte Druckdifferenz oberhalb des vorbeschriebenen Abschneidedrucks, so dass das Druckabschneideventil normaler Weise vor Erreichen dieses Drucks öffnet und entsprechend die Verstellpumpe zurückschwenken würde. Dieses Zurückschwenken ist jedoch unerwünscht, so dass üblicher Weise die hochdruckseitige Druckabschneidung blockiert wird. Diese dauerhaft blockierte Druckabschneidung auf der Hochdruckseite stellt jedoch beispielsweise bei der Rückwärtsfahrt ein erhebliches Problem dar, da beispielsweise dann, wenn das Fahrzeug gegen ein Hindernis fährt, die Axialkolbenverstellpumpe über die Druckabschneidung nicht mehr in die Null-Lage gebracht werden kann. Die gesamte Fördermenge würde dann über die vorbeschriebenen Sekundär-Hochdruckventile im Kreis gepumpt werden, was zu einem sehr schnellen Ausfall der Einheit führen könnte.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydrostatischen Antrieb mit erhöhter Betriebssicherheit zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch einen hydrostatischen Antrieb mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß hat der hydrostatische/hydraulische Antrieb einen verstellbaren Hydromotor und eine Verstellpumpe, die vorzugsweise in einem geschlossenen Kreislauf angeordnet sind, wobei das Fördervolumen der Verstellpumpe über ein Regelventil einstellbar ist. Der Verstellpumpe ist ein Druckabschneideventil zugeordnet, das bei Überschreiten eines Abschneidedrucks eine das Steueröl zur Verstellung der Verstellpumpe führende Steuerleitung des Regelventils mit einem im Sinne einer Verringerung des Fördervolumens wirksamen Steuerdruck beaufschlagt. Der Antrieb ist des Weiteren mit zwei einem Hochdruckzweig und einem Niederdruckzweig zugeordneten Sekundär-Druckbegrenzungsventilen ausgeführt, die bei Überschreiten eines vorbestimmten Maximaldrucks im Hochdruckzweig, der oberhalb des Abschneidedrucks liegt, eine Druckmittelverbindung zum jeweiligen Niederdruckzweig aufsteuern. Erfindungsgemäß ist dem Druckabschneideventil ein Hochleistungsbremsventil zugeordnet, das in einer Position die Steuerölverbindung zwischen der Steuerleitung und dem Eingang des Druckabschneideventils sperrt und in einer anderen Position öffnet. In der Sperrstellung ist die Druckabschneidefunktion des Druckabschneideventils somit nicht wirksam. Diese Position wird dann beispielsweise beim Hochleistungsbremsen eingestellt, so dass ein unerwünschtes Ansprechen des Druckabschneideventils verhindert wird. Im Normalbetrieb wird das Hochleistungsbremsventil in seine Grundposition geschaltet, in der die reguläre Druckabschneidefunktion ermöglicht ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Antrieb mit einer Steuereinheit ausgeführt, die derart ausgelegt ist, dass sie das Druckabschneideventil beim Hochleistungsbremsen in die eine Position verstellt.
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Das Druckabschneideventil kann als elektrisch oder elektrohydraulisch umschaltbares 3/2-Wegeventil ausgeführt sein.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das Druckabschneideventil einen Eingangsanschluss, der mit der Steuerleitung verbunden ist, einen mit einem Tank verbundenen Tankanschluss und einen Ausgangsanschluss, der mit dem Eingang des Druckabschneideventils verbindbar ist.
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In einer federvorgespannten Grundposition kann das Druckabschneideventil den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss verbinden und den Tankanschluss absperren. In einer Schaltstellung sperrt das Druckabschneideventil dann den Eingangsanschluss ab und verbindet den Ausgangsanschluss mit dem Tankanschluss.
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Das Druckabschneideventil kann als externes Anbauventil ausgeführt sein. Alternativ kann es jedoch auch in den Steuerblock des Fahrantriebs integriert werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Druckabschneideventil in Öffnungsrichtung vom Druck am Ausgang eines Wechselventils beaufschlagt, dessen Eingänge mit dem Hochdruckzweig bzw. dem Niederdruckzweig verbunden sind.
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Besonders bevorzugt wird es, wenn die Verstellpumpe elektroproportional geregelt ist.
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Die Verstellpumpe ist vorzugsweise als Axialkolbenpumpe ausgeführt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der hydrostatische Antrieb als geschlossener Kreislauf ausgeführt.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 ein Schaltschema eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs,
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2 eine Darstellung einer Motoreinheit des Antriebs gemäß 1,
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3 eine Darstellung einer Pumpeneinheit des Antriebs gemäß 1 und
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4 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 1.
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Der in 1 dargestellte hydraulische Antrieb kann beispielsweise bei Fahrantrieben verwendet werden. Im Prinzip hat ein derartiger hydraulischer Antrieb 1 eine Pumpeneinheit 2 und eine Motoreinheit 4, die über Arbeitsleitungen 6, 8 als geschlossener hydraulischer Kreislauf miteinander in Fluidverbindung stehen. Bei den folgenden Betrachtungen sei angenommen, dass die Pumpeneinheit 2 Druckmittel über die Arbeitsleitung 8 zur Motoreinheit fördert und das Druckmittel von dieser über die Arbeitsleitung 6 zurückströmt. Dementsprechend liegt die Arbeitsleitung 8 im Hochdruckzweig (HD-Zweig) und die Arbeitsleitung 6 im Niederdruckzweig (ND-Zweig).
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In 2 ist die Motoreinheit 4 aus 1 in Einzeldarstellung gezeigt. Demgemäß hat diese Motoreinheit 4 einen Hydromotor 10, beispielsweise einen Axialkolben-Verstellmotor, dessen Schwenkwiege über einen Stellzylinder 12 verstellbar ist. Ein bodenseitiger Druckraum 14 des Stellzylinders 12 wird über ein auf ein Gehäuse aufgesetztes Motor-Steuergerät 16 mit Steueröl versorgt. Ein kolbenstangenseitiger Ringraum 18 ist über das Steuergerät 16 mit der jeweiligen Druckseite des Hydromotors 10 verbunden, so dass hierin stets der Systemdruck wirkt und den Stellzylinder 12 in Richtung des minimalen Schluckvolumens beaufschlagt. In dieser Ausgangsposition ist der bodenseitige Druckraum 14 über das Steuergerät 16 mit einem Tank T verbunden. Die Verstellung des Stellzylinders 12 erfolgt über ein Motorregelventil 20, über das zum Ausfahren des Stellzylinders 12 und damit zum Ausschwenken des Verstellmotors 10 eine Steuerölverbindung mit der Hochdruckseite des Hydromotors 10 aufgesteuert werden kann, so dass in beiden Druckräumen 14, 18 des Stellzylinders 12 der gleiche Druck wirkt und dieser aufgrund seiner Flächendifferenz ausfährt. Dem Motorregelventil 20 ist ein Richtungsventil 22 zugeordnet, das in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Hydromotors 10 umgeschaltet wird.
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Der Aufbau derartiger Steuergeräte 16 ist bekannt, so dass hier nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Bauelemente erläutert werden. Das Motorregelventil 20 ist als stetig verstellbares Wegeventil ausgebildet, wobei ein Eingangsanschluss P mit einer zum Ringraum 18 führenden Steuerleitung verbunden ist. Ein Tankanschluss T ist mit einem Tank T verbunden, während ein Arbeitsanschluss A über eine weitere Steuerleitung mit dem bodenseitigen Druckraum 14 verbunden ist. Das zugeordnete Richtungsventil 22 ist als 3/2-Wegeschaltventil ausgeführt, wobei ein erster Druckanschluss P über ein Rückschlagventil 24 mit der Arbeitsleitung 6 und ein weiterer Druckanschluss P' über ein Rückschlagventil 26 mit der Arbeitsleitung 8 verbunden ist. Ein Arbeitsanschluss B des Richtungsventils 22 ist mit dem Eingangsanschluss P des Motorregelventils 22 und somit mit derjenigen Steuerleitung verbunden, die zum Ringraum 18 des Stellzylinders 12 führt. In der dargestellten federvorgespannten Grundposition verbindet das Motorregelventil 20 die Anschlüsse A, T, so dass entsprechend der bodenseitige Druckraum 14 zum Tank T hin entlastet ist. Über das Richtungsventil 22 ist die im Hochdruckzweig gelegene Arbeitsleitung 8 mit dem Ringraum 18 verbunden – der Stellzylinder ist, wie vorstehend erwähnt, eingefahren und somit das minimale Schluckvolumen des Hydromotors 10 eingestellt.
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Die Verstellung des Motorregelventils 20 erfolgt über einen Proportionalmagneten 28, wobei die Verstellung des Schwenkwinkels in etwa proportional zur Magnetkraft erfolgt. Das Umschalten des Richtungsventils 22 erfolgt über einen Schaltmagneten 30. Bei dessen Bestromung wird das Richtungsventil 22 in eine Position umgeschaltet, in der der Druckanschluss P mit dem Arbeitsanschluss B verbunden ist, so dass entsprechend der Druck in der anderen Arbeitsleitung 8 im Ringraum 18 wirksam ist. Durch Verstellen des Motorregelventils 28 wird, wie eingangs erläutert, Steueröl in den Ringraum 18 geleitet, so dass der Stellzylinder 12 ausfährt bis ein Kräftegleichgewicht zwischen der vom Proportionalmagneten aufgebrachten Kraft und der auf den Stellzylinder wirksamen Kraft hergestellt ist, dabei ist der Stellzylinder über einen nicht dargestellten Mechanismus mechanisch mit dem Motorregelventil 28 gekoppelt. Es handelt sich somit um eine elektroproportionale Regelung des Schluckvolumens des Hydromotors 10 (EP-Regelung).
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Die Druckmittelversorgung des Hydromotors 10 erfolgt über die vorgenannte Pumpeneinheit 2. Diese hat eine in Axialkolbenbauweise ausgeführte, über Null verschwenkbare Verstellpumpe 32. Das Fördervolumen wird durch Verstellen einer Schwenkwiege der Verstellpumpe 32 verstellt, wobei dies über einen Stellzylinder 34 erfolgt. Der Antrieb der Verstellpumpe 32 erfolgt beispielsweise über einen Verbrennungsmotor des Arbeitsgerätes. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stellzylinder 34 als Gleichgangzylinder ausgeführt, der über eine Federanordnung in eine Grundposition mit minimalem Fördervolumen eingestellt ist, wobei über ein Steuergerät 36 der Stellzylinder 34 zum Ausschwenken der Schwenkwiege im Sinne einer Vergrößerung des Fördervolumenstroms in der einen oder anderen Richtung über ein Steuergerät 36 verstellbar ist. Dieses hat in an sich bekannter Weise ein Pumpenregelventil 38, das als stetig verstellbares Wegeventil ausgeführt ist und über eine Federanordnung in eine Mittelstellung vorgespannt ist, in der die beiden Druckräume 41, 43 des Stellzylinders mit einem Tank verbunden sind. Das Pumpenregelventil 38 hat einen Druckanschluss P, der an eine Steuerleitung 40 angeschlossen ist. Ein Tankanschluss T ist mit dem Tank T verbunden. Ein Arbeitsanschluss A ist mit dem Druckraum 41 und ein weiterer Arbeitsanschluss B mit dem Druckraum 43 verbunden. Die Pumpeneinheit 2 hat des Weiteren zwei Steueranschlüsse X1, X2, die mit den Druckraum 40 bzw. 42 verbunden sind.
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Die Verstellung des Pumpenregelventils 38 erfolgt mittels zweier Proportionalmagneten 44, 45 wobei bei Bestromung des Proportionalmagneten 44 der Druckanschluss P mit dem Arbeitsanschluss A und der andere Arbeitsanschluss B mit dem Tankanschluss T verbunden ist. Bei Bestromung des Proportionalmagneten 45 wird in umgekehrter Weise die Druckmittelverbindung zwischen dem Druckanschluss P und dem Arbeitsanschluss B aufgesteuert, während die Druckmittelverbindung des anderen Arbeitsanschlusses A zum Tankanschluss T geöffnet wird. Wie in 3 angedeutet, sind der Regelkolben des Pumpenregelventils 38 und der Kolben des Stellzylinders 34 mechanisch gekoppelt, so dass die Regelposition dann erreicht wird, wenn die über die Proportionalmagneten 44 oder 45 aufgebrachte Magnetkraft im Kräftegleichgewicht steht mit der vom Stellzylinder 34 in Gegenrichtung auf das Pumpenregelventil 38 übertragenen Kraft.
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Die Antriebswelle der Verstellpumpe 32 treibt auch eine Ladepumpe 47 und eine gestrichelt angedeutete Speisepumpe 49 an. Die Ladepumpe 47 fördert Druckmittel aus dem Tank T in den geschlossenen Kreislauf. Sie kann beispielsweise als Kreiselpumpe ausgeführt sein, die auch bei höheren Drehzahlen wirksam ist. Diese Ladepumpe 47 erleichtert auch den Kaltstart bei niedrigen Temperaturen und entsprechender hoher Viskosität des Druckmittels.
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Zwischen den beiden Arbeitsleitungen 6, 8 sind in an sich bekannter Weise zwei gegenläufig angeordnete Sekundär-Druckbegrenzungsventile 46, 48 angeordnet, die jeweils mit einer Nachsaugfunktion ausgeführt sind, so dass über die vorgenannte Ladepumpe 47 Druckmittel in die Arbeitsleitungen 6, 8 gefördert werden kann. Über die beiden Sekundär-Druckbegrenzungsventile 46, 48 ist der Druck in der jeweils zugeordneten Arbeitsleitung 6, 8 auf einen Maximalwert begrenzt. Bei Ansprechen eines der Sekundär-Druckbegrenzungsventile 46, 48 kann das Druckmittel aus dem jeweiligen HD-Zweig über das dann stromabwärts liegende andere Sekundär-Druckbegrenzungsventil zum ND-Zweig hin abströmen. Der Maximaldruck des gesamten Systems wird über ein Druckbegrenzungsventil 50 begrenzt, wobei der vom Druckbegrenzungsventil 50 begrenzte Druck oberhalb des Drucks der Sekundär-Druckbegrenzungsventile 46, 48 liegt. Die dargestellte Pumpeneinheit 2 hat des Weiteren eine Druckabschneideventileinheit 52, über die bei Überschreiten eines Abschneidedrucks, der beispielsweise um 30 bar unterhalb des an dem Sekundär-Druckbegrenzungsventil 46, 48 eingestellten Drucks liegt, die vorbeschriebene Steuerleitung 40 zum Tank T hin entlastet wird, so dass der Stellzylinder 34 in Richtung seiner federvorgespannten Grundposition zurückbewegt wird und die Schwenkwiege im Sinne einer Verringerung des Fördervolumenstroms verstellt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuerleitung 40 mit einer Ladeleitung 54 verbunden, die einerseits an den Druckanschluss der Ladepumpe 47 angeschlossen ist und andererseits sich hin zu den beiden Sekundär-Druckbegrenzungsventilen 46, 48 verzweigt. Der am Stellzylinder 34 wirksame Steuerdruck entspricht somit dem Ladedruck der Ladepumpe 47. Die Druckabschneideventileinheit 52 besteht im Prinzip aus dem eigentlichen Druckabschneideventil 56, das über eine Feder in Richtung einer Schließposition vorgespannt ist und in Öffnungsrichtung vom Druck am Ausgang eines Wechselventils 58 beaufschlagt ist, an dessen beiden Eingangsanschlüssen der Druck in der Arbeitsleitung 6 bzw. 8 anliegt, so dass der größere dieser Drücke das Druckabschneideventil 56 in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Bei Überschreiten des Abschneidedrucks öffnet das Druckabschneideventil 56 eine Druckmittelverbindung zum Tank T, so dass entsprechend die Steuerleitung 40 druckentlastet wird.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 3 ist ein Eingangsanschluss P der Druckabschneideventileinheit 52 an eine Druckabschneideleitung 60 angeschlossen, die zum Ausgang A eines Hochleistungsbremsventils 62 führt, dessen Eingangsanschluss P an die Steuerleitung 40 angeschlossen ist. Das Hochleistungsbremsventil 62 ist als 3/2-Wegeventil ausgeführt und wird über einen Schaltmagneten 64 aus seiner dargestellten federvorgespannten Durchgangsposition, in der die Druckabschneideleitung 60 mit der Steuerleitung 40 verbunden ist, in eine Position verstellt, in der die Druckmittelverbindung zur Steuerleitung 40 abgesperrt ist und die Druckabschneideleitung 60 mit dem Tank T verbunden ist. D. h. bei umgeschaltetem Hochleistungsbremsventil 62 wird der Druck in der Steuerleitung 40 auch bei ansprechendem Druckabschneideventil 56 nicht abgesenkt, so dass die Verstellpumpe 32 nicht, wie beim Stand der Technik, zurückschwenkt. Diese Schaltposition wird, wie erläutert, beim Hochleistungsbremsen über eine in 3 angedeutete Steuereinheit 66 angesteuert, über die der Schaltmagnet 64 bestromt wird. Parallel wird der Hydromotor 10 zurückgeschwenkt, wobei dieses Verschwenken in etwa proportional zum Bremspedalweg des mobilen Arbeitsgerätes erfolgt. In einer derartigen Situation wird dann primär durch eine Abstützung auf dem Diesel und sekundär über den Fahrantrieb abgebremst, wobei das Druckmittel über die beiden Sekundär-Druckbegrenzungsventile 46, 48 strömt, über die eine Druckmittelverbindung vom Hochdruckzweig zum Niederdruckzweig aufgesteuert wird. Der über den Hydromotor 10 aufgebaute Druck im hydrostatischen System wird somit für die Verzögerung des Fahrantriebs genutzt, wobei die gesamte Bremsleistung deutlich über der Antriebsleistung des Fahrantriebs liegt.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Hochleistungsbremsventil 62 in den Steuerblock der Pumpeneinheit 2 integriert. 4 zeigt eine Lösung, bei der das Hochleistungsbremsventil 62 als externes Anbauventil an die Pumpeneinheit 2 angebaut wird, wobei diese mit zwei zusätzlichen Anschlüssen D1, D2 ausgeführt ist, an die die beiden Anschlüsse P, A des Hochleistungsbremsventils 62 angeschlossen sind. Dabei steht die Druckabschneideleitung 60 in Druckmittelverbindung mit dem Anschluss D2, während der Anschluss D1 mit der Steuerleitung 40 verbunden ist. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 4 demjenigen aus 3, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
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Prinzipiell kann der Fahrantrieb auch mit einem offenen hydraulischen Kreislauf ausgeführt sein.
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Offenbart ist ein hydrostatischer Antrieb mit zumindest einem verstellbaren Hydromotor und einer Verstellpumpe. Letzterer ist ein Hochleistungsbremsventil zugeordnet, das beim Hochleistungsbremsen ein Druckabschneideventil außer Funktion setzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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