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Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein damit ausgeführtes Nutzfahrzeug.
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Derartige hydrostatische Antriebe werden beispielsweise bei Nutzfahrzeugen als Zusatzantrieb für eine Achse, beispielsweise die Vorderräder, verwendet, während die Hinterachse über einen konventionellen mechanischen Antriebsstrang angetrieben ist (HTA „Hydraulic Traction Assistant“).
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Ein derartiges Nutzfahrzeug mit konventionellem und hydraulischen Antriebsstrang ist beispielsweise in der
DE 42 12 983 C2 erläutert. Bei dieser Lösung kann der hydraulische Antriebsstrang bei Bedarf über eine Ventilanordnung zugeschaltet werden, wobei jedem Rad der Vorderachse ein Hydromotor zugeordnet ist. Die Druckmittelversorgung erfolgt über eine Verstellpumpe. Das bekannte System ist darüber hinaus mit einem Retarder ausgeführt, über den die Bremsanlage des Nutzfahrzeugs beim Bremsen hydraulisch unterstützt ist.
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In der
EP 0 993 982 B1 ist ein Fahrzeug mit einem konventionellen mechanischen Antriebsstrang und einen gattungsgemäßen hydrostatischen Antrieb erläutert. Dabei ist ein Hydromotor beiden Rädern der Vorderachse zugeordnet und in Radialkolbenbauweise ausgeführt. Eine derartige Radialkolbenmaschine hat eine Vielzahl von an einem Hubring abgestützten Kolben, die jeweils einen Arbeitsraum begrenzen, wobei die Arbeitsräume aufeinander folgend mit Hochdruck- und Niederdruck verbunden werden, um den Hydromotor anzutreiben. Beim Abschalten des hydraulischen Antriebsstrangs wird dieser in einen „Free-Wheel-Modus“ verstellt, bei dem die Arbeitsräume mit Tankdruck oder einen vergleichsweise niedrigen Druck beaufschlagt sind, während Hubring- oder gehäuseseitig ein Speisedruck oder ein sonstiger Druck wirkt, der größer als der Tankdruck ist. Der aus dem höheren Gehäusedruck resultierende Differenzdruck bewirkt ein „Einfahren“ der Kolben, so dass diese vom Hubring abheben und somit die Reibung bei abgeschaltetem hydraulischem Antriebsstrang verringert wird. Bei der Einstellung der Druckdifferenz über den Kolben ist darauf zu achten, dass die in Abheberichtung wirksame Druckdifferenz so groß ist, dass sie die Kolben gegen die bei der Rotation wirkenden Kräfte in der Abhebestellung hält.
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In der
US 3,811,525 ist ein hydrostatischer Antrieb gezeigt, bei dem jedem Rad ein Hydromotor zugeordnet ist. Auch diese Hydromotoren lassen sich über eine Ventilanordnung in den „Free-Wheel-Modus“ umschalten, wobei dann gehäuseseitig der von einer Speisepumpe aufgebrachte Speisedruck und in den Arbeitsräumen der Tankdruck anliegt, so dass die Kolben zur Minimierung der Reibung vom Hubring abheben.
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Die
DE 10 2010 053 105 A1 offenbart einen hydrostatischen Antrieb, bei dem ebenfalls im „Free-Wheel-Modus“ über ein Steuerventil und ein zugeordnetes Aktivierungsventil ein Druckmittelströmungspfad zwischen dem Gehäuse der Hydromaschine und dem Druckanschluss der Speispumpe aufgesteuert wird. In diesem Druckmittelströmungspfad ist eine Drossel angeordnet, die dafür sorgt, dass speisedruckpumpenseitig eine Druckdifferenz zum Tank bestehen bleibt.
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Im normalen Betriebsmodus wird dieser Druckmittelströmungspfad zugesteuert und eine Druckmittelverbindung des Gehäuses zum Tank geöffnet, so dass die Kolben einerseits vom Tankdruck beaufschlagt sind.
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Nachteilig bei diesen bekannten Lösungen ist, dass ein erheblicher vorrichtungstechnischer Aufwand erforderlich ist, um den hydrostatischen Antrieb im Free-Wheel-Modus und im Normalbetriebsmodus zu betreiben.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydrostatischen Antrieb und ein damit ausgeführtes Nutzfahrzeug zu schaffen, bei denen verschiedene Betriebsmodi mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand einstellbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch einen hydrostatischen Antrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. Durch ein Nutzfahrzeug mit einem derartigen Antrieb gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Der erfindungsgemäße hydrostatische Antrieb hat einen Hydromotor, dessen Arbeitsanschlüsse (Zulaufanschluss, Ablaufanschluss) mittels einer Ventilanordnung in einem geschlossenen Hydraulikkreislauf mit einer Verstellpumpe verbunden sind. Die Kolben des Hydromotors sind einerseits vom Druck in einem Gehäuse des Hydromotors und andererseits mit Hochdruck oder Niederdruck beaufschlagt. Der Antrieb hat des Weiteren eine Speisepumpe zum Nachfördern von Druckmittel aus einem Tank in Richtung zum Niederdruckzweig des geschlossenen hydraulischen Kreislaufs. Die erfindungsgemäße Ventilanordnung hat ein Steuerventil, das in einem Normalbetriebsmodus die Arbeitsanschlüsse des Hydromotors mit Hochdruck oder Niederdruck und in einem Free-Wheel-Modus die Arbeitsanschlüsse des Hydromotors mit dem Tank verbindet. Das Steuerventil ist in eine Position verstellbar, in der im Free-Wheel-Modus eine Druckmittelverbindung zwischen dem gehäuseseitigen Anschluss der Hydromaschine und dem Druckanschluss der Speisepumpe angedrosselt ist und die beiden Arbeitsanschlüsse der Hydromaschine mit dem Tank verbunden sind. Das Steuerventil ist mit einer weiteren Position ausgeführt, durch die im Normalbetriebsmodus die Druckmittelverbindung zwischen dem gehäuseseitigen Anschluss der Hydromaschine und dem Druckanschluss der Speisepumpe abgesperrt ist und im Gehäuse der Tankdruck wirksam ist.
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Erfindungsgemäß sind somit die Funktionen der gesonderten Drossel und des Aktivierungsventils in das Schaltventil integriert, so dass der vorrichtungstechnische Aufwand gegenüber den eingangs beschriebenen Lösungen, insbesondere der
DE 10 2010 053 105 A1 bei verbesserter Funktion deutlich verringert ist.
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Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass in einem Aufwärmmodus, beispielsweise beim Inbetriebnehmen des hydrostatischen Antriebs, die Arbeitsanschlüsse der Hydromaschine und die hochdruck- und niederdruckseitigen Arbeitsleitungen mit dem Tank verbunden sind, wobei der hochdruckseitige Druckmittelströmungspfad angedrosselt ist, so dass von der Verstellpumpe Druckmittel gegen einen vorbestimmten hydraulischen Widerstand gefördert und zum Tank zurückgeführt wird.
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Dabei wird es bevorzugt, wenn der hydrostatische Antrieb mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung der Verstellpumpe ausgeführt ist, wobei diese im Aufwärmmodus auf ein Fördervolumen eingestellt wird, das im Wesentlichen demjenigen der Speisepumpe entspricht. D. h., das von der Speispumpe geförderte Druckmittel wird über die Verstellpumpe in den Hochdruckzweig gefördert.
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Bei einer Variante der Erfindung ist zum Einstellen eines Stand-By-Modus ein Kupplungsventil vorgesehen, das die beiden pumpenseitigen Arbeitsleitungen miteinander verbindet, so dass am Hydromotor kein Druck aufgebaut werden kann.
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Das Steuerventil wird vorzugsweise als Schieberventil ausgeführt. Dabei kann es pumpenseitig mit zwei Arbeitsanschlüssen, einem Tankanschluss und einem Speiseanschluss ausgeführt sein. Hydromotorseitig können ein Gehäuseanschluss, ein Zulaufanschluss und ein Rücklaufanschluss realisiert sein.
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Das Steuerventil kann so ausgebildet werden, dass es in Richtung einer Grundposition vorgespannt ist, in der der Free-Wheel-Modus eingestellt ist.
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Der Aufbau des Steuerventils ist besonders einfach, wenn dieses als Schaltventil mit zwei Schaltmagneten ausgeführt ist, und in eine Grundstellung vorgespannt ist.
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Der hydrostatische Antrieb kann zusätzlich mit einem konventionellen Antriebsstrang ausgeführt sein.
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Dem entsprechend hat das Nutzfahrzeug eine Achse, die durch einen erfindungsgemäßen hydrostatischen Antrieb angetrieben ist. Mindestens eine weitere Achse kann dann konventionell angetrieben sein. Der hydrostatische Antrieb ist wahlweise zuschaltbar. Prinzipiell ist auch ein Betriebsmodus einstellbar, in dem das Fahrzeug nur über den hydrostatischen Antrieb angetrieben wird.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs einer Fahrzeugachse,
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2 eine vergrößerte Darstellung eines Pumpenaggregats der Schaltung gemäß 1,
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3 eine vergrößerte Darstellung eines Ventilblocks der Schaltung gemäß 1,
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4 eine vergrößerte Darstellung einer Hydromotoreinheit des hydrostatischen Antriebs gemäß 1 und
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5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ventilblocks.
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Der erfindungsgemäße hydrostatische Antrieb kann beispielsweise bei einem Lastkraftwagen angewendet werden, dessen Hinterräder über einen konventionellen mechanischen Antriebsstrang mit Verbrennungsmotor, Getriebe, Kardanwelle sowie Differential angetrieben wird. Zusätzlich ist ein hydrostatischer Antrieb vorgesehen, der beispielsweise in schwerem Gelände zugeschaltet werden kann. Gemäß dem in 1 dargestellten Schaltplan hat der hydrostatische Antrieb 1 ein Pumpenaggregat 2, das vom Verbrennungsmotor angetrieben wird. Dieses Pumpenaggregat 2 versorgt über eine Ventilanordnung im Folgenden Ventilblock 4 genannt, zwei Hydromotoreinheiten 6a, 6b, über die jeweils ein Vorderrad 8a, 8b angetrieben wird. Der in 1 dargestellte hydrostatische Antrieb 1 ist als geschlossener Kreislauf ausgeführt. Die vorgenannten Bauelemente des hydrostatischen Antrieb 1 gemäß 1 werden anhand der 2 bis 4 näher erläutert. Über die Hydromotoreinheiten kann eine zusätzliche Antriebsleistung bis zu 50 KW und ein Drehmoment von bis zu 6.000 NM bereitgestellt werden.
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2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Pumpenaggregats 2 aus 1. Das Pumpenaggregat 2 hat eine über Null verschwenkbare Verstellpumpe 10, die vom Verbrennungsmotor angetrieben wird. Der Antrieb erfolgt über eine Antriebswelle 12, die auch eine Speisepumpe 14 antreibt. Über diese wird Druckmittel aus einem Tank T (siehe auch 1) angesaugt und mit einem Speisedruck von beispielsweise 20 bis 30 bar in einen Niederdruckzweig des hydrostatischen Antriebs 1 eingespeist. Bei den folgenden Erläuterungen sei angenommen, dass eine in 2 oben liegende Druckleitung eine Niederdruckleitung 16 ist, während eine mit dem anderen Anschluss der Verstellpumpe 10 verbundene Druckleitung die Hochdruckleitung 18 sein soll. Je nach Förderrichtung der Verstellpumpe 10 können jedoch der Hochdruckzweig und der Niederdruckzweig wechseln.
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Die Verstellung des Schwenkwinkels der Verstellpumpe
10 erfolgt mittels eines Stellzylinders
20, der über ein Pumpenregelventil
22 angesteuert wird, das als über eine Regelelektronik einer Steuereinheit
23 angesteuertes Proportionalventil ausgeführt ist. Derartige Druck- und Förderstromregelventile für Verstellpumpen sind aus dem Stand der Technik bekannt, so dass auf eine ausführliche Erläuterung verzichtet werden kann. Dem Pumpenregelventil
22 wird ein Sollwert als elektrische Größe vorgegeben und in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Pumpenregelventils
22 ein Stellkolben des Stellzylinders
42 verstellt, wobei dieser mit einer mechanischen oder elektrischen Rückführung ausgeführt ist. Die Lage des Stellkolbens wird über die Regelelektronik mit dem vorgegebenen Soll-Wert verglichen, der einem bestimmten Fördervolumenstrom entspricht und der Stellkolben wird so lange verstellt, bis der Soll- und Ist-Wert übereinstimmen und somit der geforderte Fördervolumenstrom eingestellt ist. Gemäß der angenommenen Förderrichtung der Verstellpumpe
10 wird das Druckmittel in die Hochdruckleitung
18 gefördert und strömt zum Verbraucher, im vorliegenden Fall zu den Hydromotoreinheiten
6a,
6b und in einem geschlossenen Kreislauf über die Niederdruckleitung
16 zum Niederdruckanschluss der Verstellpumpe
10 zurück. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten einer derartigen Pumpensteuerung sei beispielsweise auf die
DE 10 2004 061 861 B4 verwiesen.
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Das Pumpenaggregat
2 hat des Weiteren zwei Speiseventile
24,
26, über die Druckmittel in den jeweiligen Niederdruckzweig eingespeist werden kann. Jedes dieser Speiseventile
24,
26 hat in an sich bekannter Weise jeweils ein zu einer Leitung
16,
18 hin öffnendes Rückschlagventil
28, zu dem ein Druckbegrenzungsventil
30 parallel geschaltet ist, das bei Überschreiten eines vorbestimmten Drucks in der zugeordneten Druckleitung (hier
18) eine Druckmittelverbindung zu jeweils anderen Druckleitung (hier
16) aufsteuert. Hinsichtlich des konkreten Aufbaus derartige Speiseventile
24,
26 kann ebenfalls auf die
DE 10 2004 061 861 B4 verwiesen werden.
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Die beiden Eingangsanschlüsse der Speiseventile 24, 26 sind an einen Speisekanal 32 angeschlossen, der mit einer Filtereinheit 34 verbunden ist, deren Eingangsanschluss mit dem Druckanschluss der Speisepumpe 14 verbunden ist. Ein Sauganschluss der Speisepumpe 14 ist über einen Tankanschluss T und eine Saugleitung 36 mit dem Tank T verbunden. Über die Speisepumpe 14 wird Druckmittel mit dem Speisedruck (20 bis 30 bar) beaufschlagt und über die Filtereinheit 34 und den Speisekanal 32 zum Eingang der beiden Speiseventile 24, 26 gefördert. Das niederdruckseitige Rückschlagventil 28 öffnet dann, so dass Druckmittel in den entsprechenden Niederdruckzweig gefördert wird. Der Druck im Hochdruckzweig wird über das jeweilige Druckbegrenzungsventil 30 des Speiseventils 24, 26 begrenzt, so dass bei Überschreiten dieses Maximaldrucks der Druck zur Niederdruckseite hin abgebaut werden kann.
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Gemäß der Darstellung in 2 ist die Filtereinheit 34 mit einem Differenzdruckventil 38 ausgeführt, das vom Druck stromaufwärts eines Filters 40 in Öffnungsrichtung und von Druck stromabwärts des Filters 40 in Schließrichtung beaufschlagt ist. In Schließrichtung wirkt des Weiteren noch eine Feder. Im Falle eines Verstopfens steigt der Druckabfall über dem Filter 40 an, so dass das Differenzdruckventil 38 durch diese Druckdifferenz aufgesteuert wird und eine Bypass-Leitung 42 zur Saugleitung 36 aufgesteuert wird. Stromabwärts des Filters 40 ist im Speisekanal 32 ein Speisedruckbegrenzungsventil 48 vorgesehen, das erfindungsgemäß bei einem höheren Druck (beispielsweise 30 bar) öffnet als das Differenzdruckventil 38 in der vorbeschriebenen Druckbegrenzungsfunktion.
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Das Pumpenaggregat hat des Weiteren eine Druckabschneideventileinheit
50, über die der Druck im Hochdruckzweig mittels eines Wechselventils
52 abgegriffen und in einen Steuerraum eines Druckabschneideventils
54 geführt wird, das bei Überschreiten eines vorbestimmten Maximaldrucks eine Steuerleitung
56 mit Tankdruck verbindet, so dass die Verstellpumpe
10 in Richtung eines geringeren Fördervolumenstroms verstellt wird. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten einer derartigen Druckabschneideventileinheit
50 kann ebenfalls auf die
DE 10 2004 061 861 B4 verwiesen werden.
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Das Pumpenaggregat 16 hat zwei Arbeitsanschlüsse A, B, die über Arbeitsleitungen 58, 60 mit dem im Folgenden noch näher erläuterten Ventilblock 4 verbunden sind. Das Pumpenaggregat 16 hat des Weiteren einen Speiseanschluss G, der über einen internen Kanal mit dem Speisekanal 32 verbunden ist und an den eine Speiseleitung 62 angeschlossen ist. Die Saugleitung 36 ist über einen Tankanschluss T mit dem Tank T verbunden. Eine an den Ausgang des Speisedrucksteuerventils 46 angeschlossene Leckage-Leitung 64 ist über eine in 1 dargestellte Kühl-/Filtereinheit 66 mit dem Tank T verbunden, so dass aus dem geschlossenen Kreislauf abgezogenes Druckmittel gekühlt und gefiltert wird und dann wieder über die Speisepumpe 14 in den geschlossenen Kreislauf zurück gefördert werden kann.
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Das Pumpenaggregat 2 ist des Weiteren mit einem Drainagekanal 44 ausgebildet, über den eine Leckage des Pumpengehäuses zum Tank T abführbar ist. Dieser Drainagekanal 44 ist an einen Anschluss T1 des Pumpenaggregats 2 angeschlossen.
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Gemäß der Darstellung in 3 hat der Ventilblock 4 Anschlüsse A, B, G und T1, die mit den entsprechenden Anschlüssen des Pumpenaggregats 2 verbunden sind. An die beiden Arbeitsanschlüsse A, B sind die vorbeschriebenen Arbeitsleitungen 58, 60 angeschlossen, während der Speiseanschluss G mit der Speiseleitung 62 in Druckmittelverbindung steht. Der Leckage-Anschluss T1 ist mit dem Drainagekanal 44 verbunden.
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Im Folgenden werden der Einfachheit halber die an die Ventilblock-Anschlüsse A, B und T1 angeschlossenen Leitungsabschnitte pumpenaggregatseitig und ventilblockseitig mit den gleichen Bezeichnungen und Bezugszeichen versehen.
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Der Ventilblock 4 besteht im Prinzip aus einem Steuerventil 76, einem Kupplungsventil 78 und einem Aufwärmventil 80, die miteinander verschaltet sind. Das Steuerventil 76 ist beim in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel als Schieberventil ausgeführt und hat drei Anschlüsse „1“, „2“, „3“ und „4“ an die die Arbeitsleitung 58, die Arbeitsleitung 60, der Drainagekanal 44 bzw. die Speiseleitung 62 angeschlossen sind.
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Das als Schalt-/Schieberventil ausgeführte Steuerventil 76 hat des Weiteren hydromotorseitig zwei Anschlüsse „5“ und „6“, die jeweils an einen Anschlusskanal 82, 84 angeschlossen sind. Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, liegen diese Anschlusskanäle 82, 84 somit im Zulauf oder im Rücklauf des Hydromotors. Ein weiterer Anschluss „7“ des Steuerventils 76 ist mit einem Kanalabschnitt 86 verbunden.
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In der dargestellten federvorgespannten Grundposition des Steuerventils 76 sind die beiden Anschlüsse „5“ und „6“ mit dem Anschluss „3“ verbunden. Die beiden Anschlüsse „1“ und „2“ sind abgesperrt. Die beiden verbleibenden Anschlüsse „4“ und „7“ sind über eine Düse 88 miteinander verbunden. Das Steuerventil 76 lässt sich mittels eines Elektromagneten 91 in eine Position umschalten, in der die Anschlüsse „1“ und „5“, „2“ und „6“ sowie „3“ und „7“ miteinander verbunden sind. Der Anschluss „4“ ist dann abgesperrt.
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Das Kupplungsventil 78 ist als Zweiwegeschaltventil ausgeführt und in eine Durchgangsstellung vorgespannt, in der die beiden Arbeitsleitungen 58, 60 über eine Kupplungsleitung 90 miteinander verbunden sind. Das Kupplungsventil 78 kann über einen Schaltmagneten in eine Sperrstellung gebracht werden, in der die Kupplungsleitung 90 abgesperrt ist, so dass keine direkte Druckmittelverbindung zwischen den beiden Arbeitsleitungen 58, 60 besteht. Zur Vermeidung einer Leckage ist das Kupplungsventil 78 als Sitzventil ausgeführt.
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Das Aufwärmventil 80 ist ebenfalls als Sitzventil vorgeführt und über eine Feder in eine Grundposition vorgespannt, in der eine Aufwärmleitung 92 abgesperrt ist, die sich von der Arbeitsleitung 58 zu einem Verbindungskanal 94 erstreckt, der an zwei Arbeitsanschlüsse AM1 und AM2 des Ventilblocks 4 angeschlossen ist und in den der Anschlusskanal 82 einmündet. In der Aufwärmleitung 92 ist eine Aufwärmdüse 96 vorgesehen. Das Aufwärmventil 92 lässt sich mittels eines Schaltmagneten in eine Durchgangsstellung verstellen, in der die Aufwärmleitung 92 geöffnet ist und somit eine gedrosselte Druckmittelverbindung zwischen der Arbeitsleitung 58 und dem Verbindungskanal 94 hergestellt ist. Der Druck im Verbindungskanal 94 kann über einen Drucksensor 98 erfasst werden.
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Der Anschlusskanal 84 mündet in einem Verbindungskanal 100, der an zwei Arbeitsanschlüsse BM1 und BM2 angeschlossen ist. In entsprechender Weise mündet der Kanalabschnitt 86 in einem gestrichelten Verbindungskanal 102, der an Anschlüsse GM1 und GM2 des Ventilblocks 4 angeschlossen ist. Zur Ermittlung des Druckes im Verbindungskanal 100 ist ein weiterer Drucksensor 104 vorgesehen.
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Die Druckmittelversorgung der Hydromotoreinheiten 6a, 6b erfolgt über die Anschlüsse AM1, BM1, GM1 bzw. AM2, BM2, GM2 des Ventilblocks 4.
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Die Funktion der Hydromotoreinheiten 6a, 6b wird beispielhaft anhand 4 erläutert, die die in 1 unten liegende Hydromotoreinheit 6b zeigt.
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Die Hydromotoreinheit 6a hat einen Hydromotor 130, der als verstellbare Hydromaschine ausgeführt ist und – dieses Ausführungsbeispiel ist nicht dargestellt – auch im Bremsbetrieb zur Rückgewinnung der Bremsenergie als Pumpe wirken könnte.
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Wie erläutert, ist der Hydromotor beispielsweise als Radialkolbenmaschine, mit inversen Radialkolbentriebwerk ausgeführt, wobei eine Vielzahl von Kolben an einem außen liegenden Hubring abgestützt sind. Die Radialkolbenmaschine kann auch mit einem innen liegenden Hubring ausgeführt sein. Da der Aufbau derartiger Radialkolbenmaschinen hinlänglich bekannt ist, kann unter Verweis auf den Stand der Technik auf weitere Erläuterungen verzichtet werden. Die vorbeschriebenen Arbeitsanschlüsse AM1, BM1 sind über Anschlussleitungen 132, 134 mit den entsprechenden Anschlüssen A, B der Hydromotoreinheit 6b verbunden. Diese hat des Weiteren einen Anschluss G, der über eine Free-Wheel-Leitung 136 mit dem Anschluss GM1 des Ventilblocks 4 verbunden ist. Wie bereits vorstehend erläutert, ist an diesen Anschluss G ein Free-Wheel-Kanal 138 angeschlossen, der auch in Druckmittelverbindung mit dem gehäuseseitigen Anschluss S des Hydromotors 130 steht. Diese gehäuseseitige Verbindung zum Free-Wheel-Kanal 138 ist in der Darstellung gemäß 4 angedeutet. Das heißt, die Kolben des Radialkolbentriebwerks sind durch den Druck im Free-Wheel-Kanal 138 in Richtung eines Abhebens vom Hubring beaufschlagt. Je nach Einstellung des Steuerventils 76 kann dieser Druck dem Tankdruck oder dem jeweiligen Speisedruck entsprechen. Die beiden Anschlüsse des Hydromotors 130 sind über einen Arbeitskanal 140, 142 mit den Anschlüssen A, B der Hydromotoreinheit 6a verbunden.
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Vom Free-Wheel-Kanal 138 zweigen Free-Wheel-Leitungen 144, 145 ab, die den Free-Wheel-Kanal 138 innerhalb des Pumpengehäuses mit dem Arbeitskanal 142 bzw. 140 verbinden. In den Free-Wheel-Leitungen 144, 145 ist jeweils ein federvorgespanntes Rückschlagventil 146, 147 vorgesehen, dessen Feder einem Druckäquivalent von etwa 3bar entspricht und das zum Arbeitskanal 142, bzw. 140 hin öffnet. Zum Öffnen dieses Rückschlagventils 146 muss der stromaufwärts des Rückschlagventils wirksame Druck um etwa 3 bar höher als der an der Rückseite des Rückschlagventils 146 wirkende Druck sein.
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Von den beiden Arbeitskanälen 140, 142 zweigt jeweils ein Kanal 148, 150 ab, die zu zwei Eingangsanschlüssen eines Spülventils 152 geführt sind.
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Dieses ist als 3/3-Wegeventil ausgeführt und hat einen Ausgangsanschluss C, an den ein Verbindungskanal 154 angeschlossen ist, der stromaufwärts des Rückschlagventils 146 in den Free-Wheel-Kanal 144 einmündet.
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Das Spülventil 152 hat eine federzentrierte Mittelstellung, in der die drei Anschlüsse gegeneinander abgesperrt sind. Der Druck in den Kanälen 148, 150 wird jeweils über Steuerkanäle 156, 158 abgegriffen und zu zwei entgegengesetzt liegenden Steuerflächen des Spülventils geführt, so dass das Spülventil durch die in den Arbeitskanälen 140, 142 wirksame Druckdifferenz in Richtung einer Schaltstellung a oder b verstellt wird. Im Verbindungskanal 154 ist eine Drossel 160 angeordnet. Stromabwärts dieser Drossel 160 ist ein Druckhalteventil 162 vorgesehen, das über eine Feder in eine Sperrstellung vorgespannt ist und das durch den Druck stromaufwärts der Drossel 160 in Richtung einer Öffnungsstellung beaufschlagt ist.
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Dieses Druckhalteventil
162 öffnet erst dann, wenn der Druck im Verbindungskanal
154 und somit die Druckdifferenz in den beiden Arbeitskanälen
140,
142 einen der Feder des Druckhalteventils
162 entsprechenden Schwellwert überschritten hat. Der prinzipielle Aufbau eines derartigen Spülventils ist in der
EP 1 443 220 B1 erläutert, wobei bei dieser Variante noch ein Druckabschaltventil vorgesehen ist.
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Bei einem Kaltstart des hydrostatischen Fahrantriebs wird zum Erwärmen des Druckmittels die Verstellpumpe 10 über die Steuereinheit 23 auf einen Schwenkwinkel eingestellt, der einem Fördervolumen entspricht, das von der Speisepumpe 14 bereitgestellt werden kann, wobei der Speisedruck hoch genug sein muss, um die Pumpe verstellen zu können.
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Im Folgenden werden einige Betriebsmodi erläutert, wobei zunächst der Aufwärmmodus beschrieben wird.
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Das Steuerventil 76 ist dabei in seine Grundposition (0) vorgespannt, die der „Free-Wheel-Position“ entspricht. Das Kupplungsventil 78 ist in seine Sperrstellung umgeschaltet, so dass der Bypass zwischen den Arbeitsleitungen 58, 60 abgesperrt ist. Das Aufwärmventil 80 im Aufwärmmodus wird über die Steuereinheit 23 in seine Durchgangsstellung umgeschaltet, so dass die Arbeitsleitung 58 mit dem Verbindungskanal 94 verbunden ist. Das Druckmittel kann dann von der Verstellpumpe 10 über die Arbeitsleitung 58, die Aufwärmleitung 92 und die einen hydraulischen Widerstand bildenden Düse 96 zu den Anschlüssen A der beiden Hydromotoreinheiten 6a, 6b strömen und von deren Ablaufanschlüssen über die Anschlüsse BM1, BM2, den Verbindungskanal 100, den Anschlusskanal 84 und das Schieberventil (dort Anschlüsse „6“ und „3“), den Anschluss T1 und den Drainagekanal 44 zurück zum Tank T abströmen. Dieser Druckmittelverlust wird dann durch die Speisepumpe 14 ausgeglichen, die das Druckmittel wieder zur Druckseite der Verstellpumpe 10 fördert. Dadurch ist eine kontinuierliche Druckmittelzirkulation gewährleistet, so dass sowohl die Pumpen als auch der Ventilblock 4 erwärmt werden.
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Zum Einstellen des Free-Wheel-Modus steht das Steuerventil 76 in seiner Grundposition (0). Das Kupplungsventil 78 ist in seine Schließstellung gebracht, so dass die Kupplungsleitung 90 abgesperrt ist. Entsprechend ist auch das Aufwärmventil 80 in seine Sperrposition umgeschaltet, so dass das Druckmittel über das Steuerventil 76 strömen muss. Wie erläutert, sind in dieser Free-Wheel-Position 76 die Anschlüsse G der beiden Hydromotoreinheiten 6a, 6b über die Düse 88 mit der Speiseleitung 62 verbunden, so dass im Free-Wheel-Kanal 138 der Druck am Druckanschluss der Speisepumpe 14 herrscht. Durch diesen Druck werden die Kolben der beiden Hydromotoren 130 somit mit Bezug zum Hubring in Abheberichtung beaufschlagt. Des Weiteren sind die Arbeitskanäle 140, 142 der Hydromotoren 130 über die Anschlussleitung 132, 134, die beiden Verbindungskanäle 94, 100, die Anschlusskanäle 82, 84, die Anschlüsse „5“, „6“ und „3“ und den Drainagekanal 44 mit dem Tank T verbunden, so dass entsprechend auch an der Rückseite der beiden Rückschlagventile 146, 147 der Tankdruck anliegt. Der Druck stromaufwärts der Rückschlagventile 146, 147 wird dem entsprechend auf einen Druck begrenzt, der dem Druckäquivalent der Federn der Rückschlagventile 146, 147 entspricht – dieser Druck ist hinreichend, um die Kolben der jeweiligen Hydromotoren 130 gegen die Fliehkraft in ihrer eingefahrenen Position zu halten. In diesem „Free-Wheel-Modus“ ist die Antriebswelle 12 angetrieben, so dass entsprechend auch der Speisedruck zur Verfügung steht. Die Verstellpumpe 10 kann dabei zurückgeschwenkt werden.
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Zum Einstellen eines Standby-Modus wird das Kupplungsventil 78 in seine Grundstellung umgeschaltet, d. h., die beiden Arbeitsleitungen 58, 60 sind über die Kupplungsleitung 90 miteinander verbunden. Das Aufwärmventil 80 ist dann in seine Sperrstellung umgeschaltet und das Steuerventil 76 kann in der Free-Wheel-Position (0) verbleiben. Dem entsprechend ist das System bereit zum Fahren, es ist jedoch noch kein Druckaufbau in den Leitungen zu den Hydromotoreinheiten 6a, 6b möglich.
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Im Normalbetrieb-Modus wird das Steuerventil 76 in seine Schaltposition (b) umgeschaltet, in der dann wie erläutert, die Arbeitsleitungen 58, 60 je nach Förderrichtung der Verstellpumpe mit den Anschlüssen A, B der Hydromotoreinheiten 6a, 6b verbunden sind. Über das Steuerventil 76 ist des Weiteren die Free-Wheel-Leitung über die Anschlüsse GM1, GM2, den Verbindungskanal 102, den Kanalabschnitt 86, die Anschlüsse „7“ und „3“ mit dem Drainagekanal 44 verbunden, so dass entsprechend im Gehäuse und somit auch im Free-Wheel-Kanal 138 der Tankdruck wirkt und die Kolben durch den Hochdruck im jeweiligen Zulauf gegen den Hubring gedrückt werden. Die Hydromotoren sind somit an das hydraulische Netz der Pumpe angeschlossen und es erfolgt die Leistungsübertragung zwischen der Verstellpumpe und den Hydromotoren.
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Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sind eine Vielzahl von Funktionen in das Steuerventil 76 integriert. Diese Integration wird beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 noch weiter getrieben, da bei dieser Variante auch die Funktion des Aufwärmventils 80 in 3 in den Schieber des Steuerventils 76 integriert ist. Dieses ist durch eine Zentrierfederanordnung 106 in eine Grundposition (0) vorgespannt, die der Free-Wheel-Position aus 3 entspricht. Durch Bestromen des Schaltmagneten 91 lässt sich das Steuerventil 76 in die Schaltposition (b) umschalten, die derjenigen aus 3 entspricht. Diese Schaltposition (b) wird im Normalbetriebsmodus angesteuert. Durch Bestromen eines entgegengesetzt wirksamen Schaltmagneten 108 kann das Steuerventil 76 in eine weitere Schaltposition (c) umgeschaltet werden, um den Aufwärmmodus einzustellen. In dieser Position (c) des Steuerventils 76 sind die Anschlüsse „5“, „6“ und „7“ mit dem Anschluss „3“ verbunden, so dass die Anschlüsse der Hydromotoreinheiten 6a, 6b ebenfalls mit dem Tank verbunden sind. Die Anschlüsse „2“ und „4“ sind abgesperrt. Der Anschluss „1“ ist über die Düse 96 mit dem Anschluss „5“ verbunden, so dass im Aufwärmmodus (siehe vorherige Ausführungen) das von der Verstellpumpe 10 geförderte Druckmittel über die Düse 96 zum Tank T geführt wird und von dort wieder über die Speisepumpe 14 zum Niederdruckanschluss der Verstellpumpe 10 gefördert wird. Im Übrigen entsprechen die Funktion und auch der Aufbau des Ausführungsbeispiels gemäß 5 demjenigen aus 3, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
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Durch die Integration einer Vielzahl von Funktionen in den Ventilschieber des Steuerventils 76 sind Fehlermöglichkeiten durch Fehlschaltungen gegenüber den Lösungen minimiert, bei denen jeder Funktion ein eigenes Ventilelement zugeordnet ist. Des Weiteren ist durch den erfindungsgemäßen Aufbau ein sehr schnelles Aufwärmen des Systems ermöglicht.
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Offenbart sind ein hydrostatischer Antrieb und ein Nutzfahrzeug mit einem derartigen hydrostatischen Antrieb, bei dem die Druckmittelverbindung zwischen einer Verstellpumpe und einem Hydromotor über ein Steuerventil gesteuert wird, über das zumindest ein Free-Wheel-Modus und ein Normalbetriebsmodus einstellbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4212983 C2 [0003]
- EP 0993982 B1 [0004]
- US 3811525 [0005]
- DE 102010053105 A1 [0006, 0012]
- DE 102004061861 B4 [0030, 0031, 0034]
- EP 1443220 B1 [0053]
