DE102014110900A1

DE102014110900A1 - Hydrostatisches Antriebssystem einer mobilen Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102014110900A1
Application number: DE102014110900.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Magsaam
Original assignee: Linde Material Handling GmbH
Current assignee: Linde Material Handling GmbH
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2016-02-04
Also published as: DE102014110900A9

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Antriebssystem (1) einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere eines Flurförderzeugs, mit einem Antriebsmotor (46) und einem von dem Antriebsmotor (46) angetriebenen Arbeitshydrauliksystem (2), wobei das Arbeitshydrauliksystem (2) mindestens eine von dem Antriebsmotor (46) angetriebene Hydraulikpumpe (45) aufweist, wobei das Antriebssystem (1) einen hydraulischen Speisekreis (100) aufweist, wobei zur Versorgung des Speisekreises (100) mit Druckmittel eine von dem Antriebsmotor (46) angetriebene Speisepumpe (47) vorgesehen ist. Das Fördervolumen der Speisepumpe (47) ist auf eine Grundmenge des Speisekreises (100) ausgelegt. Bei einem die Grundmenge übersteigenden Speisemengenbedarf des Speisekreises (100) ist eine zusätzliche Speisemenge von der Hydraulikpumpe (45) des Arbeitshydrauliksystems (2) in den Speisekreis (100) einspeisbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Antriebssystem einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere eines Flurförderzeugs, mit einem Antriebsmotor und einem von dem Antriebsmotor angetriebenen Arbeitshydrauliksystem, wobei das Arbeitshydrauliksystem mindestens eine von dem Antriebsmotor angetriebene Hydraulikpumpe aufweist, wobei das Antriebssystem einen hydraulischen Speisekreis aufweist, wobei zur Versorgung des Speisekreises mit Druckmittel eine von dem Antriebsmotor angetriebene Speisepumpe vorgesehen ist.
Hydrostatische Antriebssysteme von mobilen Arbeitsmaschinen, beispielsweise Flurförderzeuge, mit einem verbrennungsmotorischen oder batterie-elektrischen Antriebssystem weisen einen hydraulischen Speisekreis auf, in dem ein im Wesentlichen konstanter Speisedruck ansteht, um die Verbraucher des Speisekreises mit Druckmittel zu versorgen.
Bei bekannten hydrostatischen Antriebssystemen wird zur Versorgung des Speisekreises mit Druckmittel eine als Konstantpumpe ausgebildete Speisepumpe eingesetzt, die von dem Antriebsmotor, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, der Arbeitsmaschine angetrieben ist. Eine als Konstantpumpe ausgebildete Speisepumpe liefert aufgrund eines festen und konstanten Fördervolumens eine Fördermenge, die sich aus dem konstanten Fördervolumen der Speisepumpe und der Drehzahl des Verbrennungsmotors ergibt. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors wird hierbei von den angeforderten Arbeitsfunktionen des Arbeitshydrauliksystems und/oder des Fahrantriebs der Arbeitsmaschine bestimmt. Bei bekannten hydrostatischen Antriebssystemen folgt somit die von der Speisepumpe gelieferte Fördermenge nicht dem Bedarf des Speisekreises, sondern der sich aus der angeforderten Arbeitsfunktion erforderlichen Drehzahl des Verbrennungsmotors. Das Fördervolumen der als Konstantpumpe ausgebildeten Speisepumpe wird bei bekannten Antriebssystemen derart ausgelegt, dass bei minimaler Drehzahl des Verbrennungsmotors die Speisepumpe den maximalen möglichen Speisemengenbedarf des Speisekreises zur Verfügung stellt. Durch diese Auslegung der als Konstantpumpe ausgebildeten Speisepumpe entstehen bei höheren Drehzahlen des Verbrennungsmotors Überkapazitäten, wobei die über den Speisemengenbedarf des Speisekreises hinausgehende Fördermenge der Speisepumpe an einem Druckbegrenzungsventil, das auf den maximalen Speisedruck eingestellt wird, abgedrosselt wird. Durch das Abdrosseln der über den Speisemengenbedarf des Speisekreises hinausgehenden Fördermenge der als Konstantpumpe ausgebildeten Speisepumpe bei bekannten Antriebssystemen ergibt sich ein hoher Energieverbrauch und somit ein erhöhter Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors sowie ein erhöhter Wärmeeintrag in das Druckmittel des Antriebssystems.
Bekannte Arbeitsmaschinen der eingangs genannten Art sind weiterhin mit einer hydraulischen Lenkungseinrichtung versehen. Hierzu ist es bekannt, die Hydraulikpumpe, die das Arbeitshydrauliksystem der Arbeitsmaschine mit Druckmittel versorgt, weiterhin zur Versorgung der hydraulischen Lenkungseinrichtung einzusetzen. Die Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems ist hierzu in der Regel zusammen mit der Speisepumpe auf dem von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Antriebsstrang angeordnet. Zur Versorgung der hydraulischen Lenkungseinrichtung wird der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems ein Prioritätsventil zugeordnet, das die bevorzugte Versorgung der Lenkungshydraulik sicherstellt und der Lenkungshydraulik die angeforderte Druckmittelvolumenstrom zuteilt. Bei nicht angesteuerter Lenkungshydraulik stellt sich hierbei ein Systemgegendruck ein, der aus den Durchflusswiderständen der Leitungen und den Vorspannungen des Prioritätsventils sowie einer Umlaufdruckwaage resultieren, mittels der ein von der Hydraulikpumpe geförderter Überschussvolumenstrom zu einem Behälter abgeführt wird.
Bei einer schnellen Lenkbewegung steigt der von der Lenkungshydraulik angeforderte Druckmittelvolumenstrom schnell an. Aufgrund der Totzeiten in der Signalverarbeitung und der Massenträgheit der Hydraulikpumpe und des Verbrennungsmotors ist das Antriebssystem so träge, dass der Druckmittelvolumenstrom der Hydraulikpumpe nicht den hohen dynamischen Lenkanforderungen durch eine Bedienperson folgen kann. Um einen ausreichenden Druck und Druckmittelvolumenstrom zur Versorgung der Lenkungshydraulik bereitzustellen, wird bei einer als Verstellpumpe ausgebildeten Hydraulikpumpe durch einen mechanischen Anschlag für das minimale Verdrängervolumen der Hydraulikpumpe und einer entsprechenden Drehzahl des Verbrennungsmotors ein Mindestvolumenstrom der Hydraulikpumpe vorgehalten. Dieser von der Hydraulikpumpe zu jeder Zeit vorgehaltene Mindestvolumenstrom ermöglicht es, eine schnelle Lenkbewegung komfortabel und mit hydraulischer Unterstützung zu jedem Zeitpunkt durchführen zu können. Bei einer Lenkanforderung erhöht sich der Druckmittelbedarf der Lenkungshydraulik, wodurch die Hydraulikpumpe stärker belastet wird, um den nötigen Druck und den nötigen Volumenstrom zu liefern. Die Anpassung der Hydraulikpumpe bei einer Lenkanforderung an die höheren Druck- und Volumenstromanforderungen nimmt jedoch eine bestimmte Zeitspanne in Anspruch. Dem wird mit dem permanent von der Hydraulikpumpe geförderten Mindestvolumenstrom für die Lenkungshydraulik begegnet. Der von der Hydraulikpumpe gelieferte Mindestvolumenstrom wird bei bekannten Antriebssystemen überdimensioniert, um für schnelle Lenkvorgänge eine ausreichende Initialdruckmittelmenge zur Verfügung zu stellen und die Zeit bis zur entsprechenden Erhöhung des Verdrängervolumens der als Verstellpumpe ausgebildeten Hydraulikpumpe und/oder einer Drehzahlerhöhung des Verbrennungsmotors zu überbrücken. Die zur Bereitstellung des Mindestvolumenstroms der Hydraulikpumpe erforderliche Leistung wird in denjenigen Betriebspunkten, in denen keine Lenkbewegung der Lenkungshydraulik angefordert wird oder bei einer Geradeausfahrt, bei der nur geringe Lenkkorrekturen erforderlich sind, über die Umlaufdruckwaage in Wärme umgesetzt. Durch das Vorhalten des Mindestvolumenstroms der Hydraulikpumpe für die hydraulische Lenkungseinrichtung ergeben sich ein hoher Energieverbrauch mit einem entsprechend erhöhten Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors und ein erhöhter Wärmeeintrag in das Druckmittel des Antriebssystems.
Ein gattungsgemäßes Antriebssystem mit einer als Konstantpumpe ausgebildeten Speisepumpe und einer Versorgung der hydraulischen Lenkungseinrichtung über ein Prioritätsventil von der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems ist aus der DE 10 2011 104 919 A1 bekannt. Bei dem aus der DE 10 2011 104 919 A1 bekannten Antriebssystem ist weiterhin ein Druckmittelspeicher vorgesehen, der einen zusätzlichen, im Antriebsstrang angeordneten Hydromotor des Antriebssystems antreibt, um über den Hydromotor einen hydraulischen Starter zum Starten des laufenden Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stellen und/oder über den Hydromotor einen Booster-Antrieb zur Verfügung zu stellen, der bei laufendem Verbrennungsmotor ein zusätzliches Drehmoment in den Antriebsstrang einleitet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, das hinsichtlich des Energieverbrauchs verbessert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Fördervolumen der Speisepumpe auf eine Grundmenge des Speisekreises ausgelegt ist und bei einem die Grundmenge übersteigenden Speisemengenbedarf des Speisekreises eine zusätzliche Speisemenge von der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems in den Speisekreis einspeisbar ist. Bei der Erfindung kann somit die Fördermenge und die Baugröße der Speisepumpe gegenüber Antriebssystemen des Standes der Technik verringert werden, wodurch sich ein verringerter Bauaufwand und ein verringerter Bauraumbedarf des Antriebssystems ergeben. Durch die erfindungsgemäße Auslegung des Fördervolumens der Speisepumpe auf die Grundmenge des Speisekreises wird zudem erzielt, dass im Betrieb des Antriebssystems eine bedarfsgerechtere Versorgung des Speisekreises ermöglicht wird und die an dem Druckbegrenzungsventil des Speisekreis abgedrosselte Druckmittelmenge verringert werden kann, wodurch sich eine Energieeinsparung bei der Versorgung des Speisekreises ergibt und der Wärmeintrag in das Druckmittel des Antriebssystems verringert werden kann.
Der Speisekreis weist vorteilhafterweise einen oder mehrere der folgenden Verbraucher auf:

• eine Einspeisevorrichtung eines hydrostatischen Fahrantriebs,
• eine hydraulische Bremseinrichtung der Arbeitsmaschine,
• Vorsteuerventile für Steuerwegeventile des Arbeitshydrauliksystems,
• eine Kühlereinrichtung zum Kühlen des Druckmittels des Antriebssystems,

Der Speisekreis weist gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung zumindest einen Zusatzverbraucher auf, wobei bei einem Bedarf des Zusatzverbrauchers eine zusätzliche Speisemenge von der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems in den Speisekreis einspeisbar ist. Ein Zusatzbedarf des Zusatzverbrauchers des Speisekreises, der im Betrieb des Antriebssystems einen schwankenden Druckmittelbedarf aufweist, kann von der zusätzlichen Speisemenge, die von der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems in den Speisekreis eingespeist wird, mit geringem zusätzlichen Bauaufwand und in energetisch günstiger Weise abgedeckt werden.
Der Zusatzerbraucher ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung von einer Verstelleinrichtung zur Verstellung des Verdrängervolumens einer hydrostatischen Verstellpumpe und/oder eine Verstelleinrichtung eines hydrostatischen Verstellmotors eines hydrostatischen Fahrantriebs des Antriebssystems gebildet. Eine Verstelleinrichtung einer Verstellpumpe bzw. eines Verstellmotors eines hydrostatischen Fahrantriebs weist in relativ kurzen Zeitspannen, in denen die Verdrängermenge verändert wird, einen zusätzlichen Druckmittelbedarf auf, der von der zusätzlichen Speisemenge, die von der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems in den Speisekreis eingespeist wird, in energetisch günstiger Weise abgedeckt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Antriebssystem einen Druckmittelspeicher zur Versorgung eines Verbrauchers auf und ist der Druckmittelspeicher mittels einer Ladeschaltung von der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems mit Druckmittel aufladbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung weist das Antriebssystem eine hydraulische Lenkungseinrichtung auf und ist der Druckmittelspeicher zur Versorgung der hydraulischen Lenkungseinrichtung mit Druckmittel vorgesehen. Hierdurch wird eine energetisch günstige Versorgung der hydraulischen Lenkungseinrichtung möglich ohne mit der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems einen Mindestvolumenstrom für die Versorgung der Lenkungseinrichtung vorhalten zu müssen. Durch den Entfall des vorzuhaltenden Mindestvolumenstroms der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems für die Lenkungseinrichtung wird somit eine weitere Verringerung des Energieverbrauchs erzielt. Durch den Entfall des vorzuhaltenden Mindestvolumenstroms der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems wird weiterhin die Erwärmung des Druckmittels des Antriebssystems verringert, wodurch weiterhin der Kühlbedarf zum Abkühlen des erwärmten Druckmittels verringert wird. Zudem ist zur Versorgung der hydraulischen Lenkungseinrichtung kein zusätzliches Prioritätsventil erforderlich, wodurch der Bauaufwand verringert werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Ladeschaltung eine mit einer Förderleitung der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems verbindbare Ladeleitung auf, in der ein elektrisch ansteuerbares Ladeventil und ein Sperrventil, insbesondere ein in Richtung zum Druckmittelspeicher öffnendes Rückschlagventil, angeordnet ist. Mit einer derartigen Ladeleitung und einem in der Ladeleitung angeordneten Ladeventil kann auf einfache Weise der Ladebetrieb des Druckmittelspeichers gesteuert werden, bei dem der Druckmittelspeicher mittels der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems aufgeladen wird. Das Sperrventil verhindert auf einfache Weise, dass sich der Druckmittelspeicher in Richtung zum Ladeventil entladen kann.
Mit besonderem Vorteil ist in der Ladeleitung stromab des Sperrventils eine Drosseleinrichtung angeordnet. In einem Ladebetrieb, bei dem der Druckmittelspeicher über die Hydraulikpumpe aufgeladen wird, kann mit der Drosseleinrichtung, beispielsweise eine Blende, in der Ladeleitung eine Mengenbegrenzung der zum Druckmittelspeicher geförderten Druckmittelmenge erzielt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Versorgungsleitung der Lenkungseinrichtung mit der Ladeleitung zwischen dem Druckmittelspeicher und dem Sperrventil verbunden. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Versorgung der hydraulischen Lenkungseinrichtung mit Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher erzielt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Speisedruckversorgungsleitung des Speisekreises, die mit der Speisepumpe verbunden ist, mittels einer Verbindungsleitung mit der Ladeleitung des Druckmittelspeichers zwischen dem Ladeventil und dem Sperrventil verbunden, wobei in der Verbindungsleitung ein Absperrventil angeordnet ist, mit dem die Verbindung der Speisedruckversorgungsleitung mit der Ladeleitung steuerbar ist. Mit einer derartigen Verbindungsleitung und dem in der Verbindungsleitung angeordneten Absperrventil kann auf einfache Weise im Bedarfsfall durch entsprechende Ansteuerung des Absperrventils eine zusätzliche Speisemenge von der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems in die Speisedruckversorgungsleitung eingespeist werden. Durch den Anschluss der Verbindungsleitung an die Ladeleitung zwischen dem zwischen dem Ladeventil und dem Sperrventil wird ermöglicht, dass über das Ladeventil die zusätzliche Speisemenge mit einem passenden Druckniveau in den Speisekreis eingespeist wird, so dass Energieverluste vermieden werden.
Zweckmäßigerweise ist in der Verbindungsleitung eine Drosseleinrichtung angeordnet. Mit eine derartigen in der Verbindungsleitung angeordneten Drosseleinrichtung, beispielsweise einer Blende, kann auf einfache Weise eine Mengenbegrenzung der von der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems in den Speisekreis eingespeisten Zusatzmenge erzielt werden.
Mit besonderem Vorteil ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Absperrventil als elektrisch ansteuerbares Schaltventil mit einer Sperrstellung und einer Durchflussstellung ausgebildet, das zur Ansteuerung mit einer elektronischen Steuereinrichtung in Verbindung steht. Hierdurch kann auf einfache Weise mittels der elektronischen Steuereinrichtung der Bedarf einer zusätzlichen Speisemenge des Speisekreises ermittelt werden und das Absperrventil entsprechend angesteuert werden.
Vorteilhafterweise ist das Ladeventil elektrisch ansteuerbar und steht zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung in Verbindung. Mit einem elektrisch ansteuerbaren Ladeventil, beispielsweise einem Proportional-Druckminderventil, wird es auf einfache Weise ermöglicht, die zusätzliche Speisemenge von der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems mit einem passenden Druckniveau in den Speisekreis einzuspeisen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist zur Erfassung des in dem Druckmittelspeicher vorhandenen Druckes ein Drucksensor vorgesehen, der mit einer elektronischen Steuereinrichtung in Verbindung steht. Mit einem Drucksensor kann auf einfache Weise der Ladedruck in dem Druckmittelspeicher erfasst und der Ladebetrieb des Druckmittelspeichers gesteuert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Ladeventil als Retarderventil ausgebildet, das im Bremsbetrieb des Fahrantriebs den Aufbau eines Bremsmoments ermöglicht. Sofern im Bremsbetrieb der Arbeitsmaschine ein Schubbetrieb auftritt, bei dem die Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems angetrieben wird und die Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems einen Druckmittelstrom fördert, kann mit dem als Retarderventil ausgebildeten Ladeventil mit geringem Bauaufwand ein Bremsmoment und Stützmoment zur Abbremsung der Arbeitsmaschine erzeugt werden. Weiterhin kann hierbei der Druckmittelspeicher mit freiwerdender Energie im Schubbetrieb aufgeladen werden. Mit einem als Retarderventil ausgebildeten Ladeventil kann somit auf einfache Weise durch Laden des Druckmittelspeichers im Bremsbetrieb eine Rekuperation von Bremsenergie erfolgen. Die im Druckmittelspeicher während eines Bremsbetriebs rekuperierte Menge an Druckmittel steht anschließend für die Versorgung der Lenkungseinrichtung zur Verfügung. Mit einer derartigen Rekuperation von Bremsenergie kann der Energieverbrauch des Antriebssystems weiter verringert werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist in einer Förderleitung der Hydraulikpumpe ein Vorspannventil zur bevorzugten Versorgung des Druckmittelspeichers mit Druckmittel angeordnet, wobei das Vorspannventil eingangsseitig mit der Förderleitung der Hydraulikpumpe und ausgangsseitig mit einer zu dem Arbeitshydrauliksystem geführten Zulaufleitung sowie mit der zu dem Druckmittelspeicher geführten Ladeleitung verbunden ist. Mit einem derartigen Vorspannventil kann auf einfache Weise die Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems zum Laden des Druckmittelspeichers und zur Einspeisung einer zusätzlichen Speisemenge in den Speisekreis verwendet werden.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist der Zulaufleitung des Arbeitshydrauliksystems eine Umlaufdruckwaage zugeordnet. Bei vollständig gefülltem Druckmittelspeicher und weiter anhaltendem Bremsbetrieb kann hierbei ohne zusätzliche Ventile die von der Hydraulikpumpe geförderte Druckmittelmenge über die Umlaufdruckwaage unter Aufrechterhaltung des Bremsmomentes zum Behälter abgeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems als in dem Fördervolumen konstante Konstantpumpe ausgebildet und der Förderleitung der Hydraulikpumpe eine Neutralumlaufeinrichtung zugeordnet. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem kann durch die Versorgung der Lenkungseinrichtung mit Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher eine als Konstantpumpe ausgebildete Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems in bestimmten Betriebszuständen, beispielsweise Betriebszuständen in denen die Verbraucher des Arbeitshydrauliksystems nicht betätigt sind, über eine Neutralumlaufeinrichtung in einem Neutralumlauf mit geringen Druckverlusten und somit geringeren Energieverlusten betrieben werden. Gegenüber einem Umlauf des Druckmittels über die Umlaufdruckwaage des Arbeitshydrauliksystems, wobei sich aufgrund der Durchflusswiderstände der Leitungen und der Vorspannung der Umlaufdruckwaage ein hoher Umlaufdruck einstellt, ist mit einer zusätzlichen Neutralumlaufeinrichtung ein geringer Umlaufdruck erzielbar, der den Energieverbrauch des Antriebssystems weiter verringert.
Die Neutralumlaufeinrichtung weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine die Förderleitung der Hydraulikpumpe mit der Ansaugleitung der Hydraulikpumpe verbindende Umgehungsleitung auf, in der ein aufsteuerbares Sperrventil angeordnet ist. Hierdurch kann ein Neutralumlauf der Konstantpumpe mit kurzen Strömungswegen und somit geringem Umlaufdruck erzielt werden.
Zweckmäßigerweise ist das Sperrventil mittels eines Vorsteuerventils aufsteuerbar, das mit dem Speisekreis verbunden ist. Durch eine Vorsteuerung und Aufsteuerung des Sperrventils durch den Speisedruck können die Umlaufverluste der im Neutralumlauf betriebenen Konstantpumpe weiter verringert werden.
Vorteilhafterweise ist das Vorsteuerventil elektrisch ansteuerbar und steht zur Ansteuerung mit der elektrischen Steuereinrichtung in Verbindung. Mit der elektronischen Steuereinrichtung können Betriebszustände, in denen die Konstantpumpe in dem Neutralumlauf betrieben werden kann, auf einfache Weise ermittelt werden und durch entsprechende Ansteuerung des Vorsteuerventils der Neutralumlauf gesteuert werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt
1 den Schaltplan eines erfindungsgemäßen Antriebssystems und
2 einen Ausschnitt der 1 in einer vergrößerten Darstellung.
In der 1 ist ein Hydraulikschaltplan eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 1 einer mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise eines als Gegengewichtsgabelstapler ausgebildeten Flurförderzeugs, dargestellt.
Das Antriebssystems 1 umfasst eine Arbeitshydraulik 2, eine hydraulische Lenkungseinrichtung 3 und eine hydraulische Bremseinrichtung 4. Das Antriebssystems 1 umfasst weiterhin einen Fahrantrieb 5 des Flurförderzeugs, der in den dargestellten Ausführungsbeispielen als hydrostatischer Fahrantrieb ausgebildet ist.
Der hydrostatische Fahrantrieb 5 umfasst eine Fahrpumpe 6, die im geschlossenen Kreislauf an Fahrmotoren 7a, 7b angeschlossen ist, die mit den angetriebenen Rädern 9a, 9b der Arbeitsmaschine in trieblicher Verbindung stehen. Die Fahrpumpe 6 ist als im Fördervolumen verstellbare Verstellpumpe ausgebildet, zu deren Verstellung des Fördervolumens eine Verstelleinrichtung 10 vorgesehen ist. Der geschlossene Kreislauf des hydrostatischen Fahrantriebs ist weiterhin mit einer Einspeisevorrichtung 11 versehen. Die Verstelleinrichtung 10 und die Einspeisevorrichtung 11 stehen zur Versorgung mit Druckmittel mit einer Versorgungsleitung 12 in Verbindung.
Die hydraulische Lenkungseinrichtung 3 umfasst einen hydraulischen Lenkzylinder 15, der mittels eines Lenkventils 16 betätigbar ist. Das Lenkventil 16 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Lenkorbitrol ausgebildet, das mechanisch betätigbar ist und zur Betätigung mit einem Lenkbetätigungsorgan 17, beispielsweise einem Lenkrad, in mechanischer Wirkverbindung steht. Das Lenkventil 16 steht zur Versorgung mit Druckmittel mit einer Zulaufleitung 18 in Verbindung. Ein Ausgang des Lenkventils 16 ist an eine zu einem Behälter 20 geführte Ablaufleitung 19 angeschlossen.
Die hydraulische Bremseinrichtung 4 weist als Verbraucher eine Bremse 30 auf, beispielsweise eine Federspeicherbremse, die den angetriebenen Rädern 9a, 9b zugeordnet ist und mittels eines Bremsventils 31 betätigbar ist. Das Bremsventil 31 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als mechanisch betätigbares Druckregelventil ausgebildet, das den Bremslüftdruck in einer Bremsleitung 32 steuert, die an einen in Richtung einer Lösestellung wirkenden Druckraum der Federspeicherbremse angeschlossen ist. Das Bremsventil 31 steht zur Betätigung mit einem Bremsbetätigungsorgan 33, beispielsweise einem Bremspedal, in mechanischer Wirkverbindung. Das Bremsventil 31 ist an eine Zulaufleitung 34, an eine zu dem Behälter 20 geführte Ablaufleitung 35 und an die Bremsleitung 32 angeschlossen.
Die Arbeitshydraulik 2 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Hubantrieb 40, einen Neigeantrieb 41 und einen oder mehrere Zusatzverbraucher 42, 43, beispielsweise einen hydraulischen Seitenschieber.
Zur Versorgung des Hubantriebs 40, des Neigeantriebs 41 und der gegebenenfalls vorhandenen Zusatzverbrauchers 42, 43 mit Druckmittel ist eine Hydraulikpumpe 45 des Arbeitshydrauliksystems 2 vorgesehen, die von einem Antriebsmotor 46 angetrieben ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Antriebsmotor 46 als Verbrennungsmotor ausgebildet.
Der Antriebsmotor 46 treibt weiterhin die Fahrpumpe 6 des hydrostatischen Fahrantriebs 5 an.
Der Antriebsmotor 46 dient weiterhin zum Antrieb einer Speisepumpe 47, die zur Versorgung eines Speisekreises 100 mit Druckmittel vorgesehen ist. Die Zusatzpumpe 47 ist im offenen Kreislauf betrieben und saugt Druckmittel über eine Ansaugleitung 48 aus dem Behälter 20 an und fördert das Druckmittel in eine Förderleitung, die eine Speisedruckversorgungsleitung 49 bildet. In der Speisedruckversorgungsleitung 49 ist eine Filtereinrichtung 110 angeordnet.
Die Hydraulikpumpe 45 des Arbeitshydrauliksystems 2 ist im offenen Kreislauf betrieben und saugt Druckmittel über die Ansaugleitung 48 aus dem Behälter 20 an und fördert das Druckmittel in eine Förderleitung 50. In der Förderleitung ist eine Filtereinrichtung 111 angeordnet. Die Förderleitung 50 ist an einen Anschluss P eines Steuerventilblocks 51 der Arbeitshydraulik 2 angeschlossen.
Der Steuerventilblock 51 des Arbeitshydrauliksystems 2 enthält ein Steuerwegeventil 52 zur Steuerung des Hubantriebs 40, ein Steuerwegeventil 53 zur Steuerung des Neigeantriebs 41 und Steuerwegeventile 54, 55 zur Steuerung der gegebenenfalls vorhandenen Zusatzverbraucher 42, 43.
Der Anschluss P ist in dem Steuerventilblock 51 – wie in der 2 näher ersichtlich ist – mit einer Zulaufleitung 60 verbindbar, an die mittels entsprechender Förderzweigleitungen die Steuerwegeventile 52, 53, 54, 55 angeschlossen sind. Ein Anschluss T des Steuerventilblocks 51, an den eine zu dem Behälter 20 geführte Tankleitung 61 angeschlossen ist, steht in dem Steuerventilblock 51 mit einer Behälterleitung 62 in Verbindung, an die mittels Behälterzweigleitungen die Steuerwegeventil 52, 53, 54, 55 angeschlossen sind. Die Steuerwegeventil 52, 53, 54, 55 sind jeweils als Load-Sensing-Wegeventile ausgebildet, wobei bei einer Ansteuerung der Steuerwegeventile 52, 53, 54, 55 und somit einer Betätigung der Verbrauchers 40, 41, 42, 43 der höchste Lastdruck in eine Lastdruckmeldeleitung 63 des Arbeitshydrauliksystems 2 gemeldet wird.
Die Steuerwegeventile 52, 53, 54, 55 sind als vorgesteuerte Steuerwegeventile ausgebildet und jeweils elektro-hydraulisch betätigbar. Hierzu sind zur Betätigung des Steuerwegeventils 52 elektrisch betätigbare Vorsteuerventile 52a, 52b, zur Betätigung des Steuerwegeventils 53 elektrisch betätigbare Vorsteuerventile 53a, 53b, zur Betätigung des Steuerwegeventils 54 elektrisch betätigbare Vorsteuerventile 54a, 54b und zur Betätigung des Steuerwegeventils 55 elektrisch betätigbare Vorsteuerventile 55a, 55b vorgesehen. Die Vorsteuerventile 52a, 52b, 53a, 53b, 54a, 54b, 55a, 55b sind beispielsweise als mittels eines Proportionalmagneten betätigbare Druckminderventile ausgebildet. Die Vorsteuerventile 52a, 52b, 53a, 53b, 54a, 54b, 55a, 55b stehen eingangsseitig zur Versorgung mit einem Steuerdruck mit einer Steuerdruckleitung 68 des Steuerventilblocks 51 in Verbindung, die an einen Anschluss Z des Steuerventilblocks 51 geführt ist. Bei einer elektrischen Ansteuerung und somit einer Betätigung erzeugen die Vorsteuerventile 52a, 52b, 53a, 53b, 54a, 54b, 55a, 55b aus dem in der Steuerdruckleitung 68 anstehenden Steuerdruck einen Betätigungsdruck, der das entsprechende Steuerwegeventil 52, 53, 54, 55 in eine entsprechende Steuerstellung zur Betätigung des Verbrauchers 40, 41, 42, 43 beaufschlagt.
Die Lastdruckmeldeleitung 63 ist an eine Förderstromregeleinrichtung 70 des Steuerventilblocks 51 geführt. Die Förderstromregeleinrichtung 70 ist als Umlaufdruckwaage ausgebildet, die in einer die Zulaufleitung 60 mit der Behälterleitung 62 verbindenden Verbindungsleitung 71 angeordnet ist. Die Umlaufdruckwaage ist hierbei in Richtung einer Sperrstellung von dem in der Lastdruckmeldeleitung 63 anstehenden Lastdruck der Verbraucher 40, 41, 42, 43 und einer Feder 72 beaufschlagbar. In Richtung einer Durchflussstellung ist die Umlaufdruckwaage 70 von dem in der Zulaufleitung 60 anstehenden Förderdruck beaufschlagbar.
Der Steuerventilblock 51 weist zur Freigabe der Steuerwegeventile 52, 53, 54, 55 und der entsprechenden Bewegungen der Verbraucher 40, 41, 42, 43 ein Freigabeventil 73 auf. Das Freigabeventil 73 steuert die Steuerdruckleitung 68 und die Lastdruckmeldeleitung 63 an und ist elektrisch betätigbar.
Der Speisekreis 100 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Verbraucher die Verstelleinrichtung 10 der als Verstellpumpe ausgebildeten Fahrpumpe 6 des Fahrantriebs 5, die Bremseinrichtung 4 und die Einspeisevorrichtung 11 des hydrostatischen Fahrantriebs 5. Weiterhin bildet der Speisekreis 100 die Steuerdruckquelle für die Vorsteuerventile 52a, 52b, 53a, 53b, 54a, 54b, 55a, 55b der Steuerwegeventil 52, 53, 54, 55 des Arbeitshydrauliksystems 2.
Die Verbraucher des Speisekreises 100 sind hierzu an die Speisedruckversorgungsleitung 49 angeschlossen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind an die Speisedruckversorgungsleitung 49 die Zulaufleitung 34 der Bremseinrichtung 4, die Versorgungsleitung 12 der Verstelleinrichtung 10 und der Einspeisevorrichtung 11 sowie mittels einer Verbindungsleitung 69 die Steuerdruckleitung 68 des Steuerventilblocks 51angeschlossen. Der Speisekreis 100 ist mittels einer Druckabsicherungseinrichtung 103 abgesichert, die in den dargestellten Ausführungsbeispielen von einem Druckbegrenzungsventil gebildet ist, das der Speisedruckversorgungsleitung 49 zugeordnet ist. Die Druckabsicherungseinrichtung 103 steht ausgangsseitig mit einem Gehäuse 6a der Fahrpumpe 6 in Verbindung. Das Gehäuse 6a steht mit dem Behälter 20 mittels einer Kühlerleitung 105, in der eine Kühlereinrichtung 106 zum Kühlen des Druckmittels des Antriebssystems 1 angeordnet ist, und mittels einer Kühlerumgehungsleitung 107 in Verbindung. In der Kühlerumgehungsleitung 107 ist ein in Richtung zum Behälter 20 öffnendes Vorspannventil 108, beispielsweise ein vorgespanntes Rückschlagventil, angeordnet. Die Kühlereinrichtung 107 bildet somit einen weiteren Verbraucher des Speisekreises 100.
Das Antriebssystem 1 umfasst weiterhin einen Druckmittelspeicher 80, beispielsweise einen Membranspeicher, der bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 zur Versorgung der hydraulischen Lenkungseinrichtung 3 mit Druckmittel vorgesehen ist. Zum Laden mit Druckmittel ist der Druckmittelspeicher 80 mit der Hydraulikpumpe 45 des Arbeitshydrauliksystems 2 verbindbar.
Zum Laden des Druckmittelspeichers 50 ist eine Ladeschaltung 81 vorgesehen. Die Ladeschaltung 81 ist in einer Speicherladesektion 82 eingebaut, die an den Steuerventilblock 51 der Arbeitshydraulik 2 angebaut ist.
Die Ladeschaltung 81 weist ein Vorspannventil 84 auf, das die bevorzugte Versorgung des Druckmittelspeichers 80 mit Druckmittel der Hydraulikpumpe 45 sicherstellt. Das Vorspannventil 84 steht eingangsseitig mit der Förderleitung 50 der Hydraulikpumpe 45 in Verbindung. Das Vorspannventil 84 ist ausgangsseitig an die zu den Steuerwegeventilen 52, 53, 54, 55 des Arbeitshydrauliksystems 2 geführte Zulaufleitung 60 sowie an eine zu dem Druckmittelspeicher 80 geführte Ladeleitung 83 angeschlossen.
Das Vorspannventil 84 ist als in Zwischenstellungen drosselndes Steuerventil ausgebildet, das – wie in den 2 und 4 näher dargestellt ist – eine erste Steuerstellung 84a aufweist, in der die Förderleitung 50 der Hydraulikpumpe 45 mit der Ladeleitung 83 verbunden ist und die Verbindung der Förderleitung 50 mit der Zulaufleitung 60 des Arbeitshydrauliksystems 2 abgesperrt ist, und eine zweite Steuerstellung 84b aufweist, in der die Förderleitung 50 der Hydraulikpumpe 45 mit der Zulaufleitung 60 des Arbeitshydrauliksystems 2 verbunden ist und die Verbindung der Förderleitung 50 mit der Ladeleitung 83 abgesperrt ist. In einer zwischen den Steuerstellungen 84a, 84b ausgebildeten Zwischenstellung, ist die Förderleitung 50 an die Ladeleitung 83 und an die Zulaufleitung 62 angeschlossen.
Das Vorspannventil 84 ist von dem in der Ladeleitung 83 stromauf eines elektrisch ansteuerbaren Ladeventils 85 der Ladeschaltung 81, das in der Ladeleitung 53 angeordnet ist und den Ladebetrieb des Druckmittelspeichers 80 steuert, anstehenden Druck in Richtung der zweiten Steuerstellung 84b betätigbar. Hierzu ist eine Steuerdruckleitung 86 vorgesehen, die an die Ladeleitung 83 stromauf des Ladeventils 85 angeschlossen ist und zu einer in Richtung der zweiten Steuerstellung 84b wirkenden Steuerfläche des Vorspannventils 84 geführt ist. In Richtung der ersten Steuerstellung 84a ist das Vorspannventil 84 von einer Feder 87 sowie dem in der Ladeleitung 83 stromab des Ladeventils 85 anstehenden Druck betätigbar. Hierzu ist an eine in Richtung der ersten Steuerstellung 84a wirkenden Steuerfläche des Vorspannventils 84 eine Steuerdruckleitung 88 angeschlossen, die mit der Ladeleitung 83 stromab des Ladeventils 85 in Verbindung steht.
Zur Absicherung eines maximalen Ladedruckes des Druckmittelspeichers 80 ist ein Druckabschneideventil 89, insbesondere ein Druckbegrenzungsventil, vorgesehen, das der Steuerdruckleitung 88 zugeordnet ist. Das Druckabschneideventil 89 verbindet im geöffneten Zustand die Steuerdruckleitung 88 mit der Behälterleitung 62 und ist auf einen Ansprechdruck eingestellt, der dem maximalen Ladedruck des Druckmittelspeichers 80 entspricht.
Das Ladeventil 85 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen als elektrisch ansteuerbares Druckminderventil ausgebildet. Das Druckminderventil steht an einem Anschluss mit dem zu dem Vorspannventil 84 geführten Abschnitt der Ladeleitung 83 in Verbindung und an einem weiteren Anschluss mit dem zu dem Druckmittelspeicher 80 geführten Abschnitt der Ladeleitung 83. Ein weiterer Anschluss des Druckminderventils ist mit der Behälterleitung 62 verbunden.
Das Ladeventil 85 steht zur Ansteuerung mit einer elektronischen Steuereinrichtung 90 in Wirkverbindung.
Zur Erfassung des in dem Druckmittelspeicher 80 vorhandenen Druckes ist ein Drucksensor 91 vorgesehen, der mit der elektronischen Steuereinrichtung 90 in Verbindung steht.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ladeventil 85 weiterhin als Retarderventil ausgebildet, das im Bremsbetrieb der Arbeitsmaschine eine Rekuperation der Bremsenergie ermöglicht, indem der Druckmittelspeicher 80 mit Druckmittel aufgeladen wird, das von der Hydraulikpumpe 45 gefördert wird. Im Bremsbetrieb drehen sich die Druckverhältnisse in dem geschlossenen Kreislauf des Fahrantriebs 5 um und die Fahrpumpe 6 arbeitet als Motor, der die Hydraulikpumpe 45 antreibt, die Druckmittel über das als Retarderventil arbeitende Ladeventil 85 in den Druckmittelspeicher 80 fördert.
In der Ladeleitung 83 ist stromab des Ladeventils 85 ein in Richtung zum Druckmittelspeicher 80 öffnenden Sperrventil 89 angeordnet. Das Sperrventil 89 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Rückschlagventil, beispielsweise federvorgespanntes Rückschlagventil, ausgebildet.
Zur Versorgung der Lenkungseinrichtung 3 mit Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher 80 ist die Versorgungsleitung 18 der Lenkungseinrichtung 3 mit der Ladeleitung 83 zwischen dem Sperrventil 95 und dem Druckmittelspeicher 85 verbunden.
Die elektronische Steuereinrichtung 90 dient weiterhin zur Ansteuerung der Vorsteuerventile 52a, 52b, 53a, 53b, 54a, 54b, 55a, 55b der Steuerwegeventile 52–55 und steht hierzu eingangsseitig mit Sollwertgebern 116, beispielsweise Joysticks, in Verbindung.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Ladeleitung 83 stromab des Sperrventils 95 eine Drosseleinrichtung 130, beispielsweise eine Blende, angeordnet. Die Drosseleinrichtung 130 ermöglicht eine Mengenbegrenzung im Ladebetrieb des Druckmittelspeichers 80.
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 ist das Fördervolumen der Speisepumpe 47 auf eine Grundmenge des Speisekreises 100 ausgelegt. Die Grundmenge entspricht bevorzugt dem Speisemengenbedarf der Bremseinrichtung 4, der Einspeisevorrichtung 11 und der Versorgung der Vorsteuerventile 52a, 52b, 53b, 53b, 54a, 54b, 55a, 55b. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 wird bei einem diese Grundmenge übersteigenden Speisemengenbedarf des Speisekreises 100 eine zusätzliche Speisemenge von der Hydraulikpumpe 45 des Arbeitshydrauliksystems 2 in den Speisekreis 100 eingespeist. Ein derartiger zusätzlicher Bedarf liegt vor, wenn ein Zusatzverbraucher des Speisekreises 100 betätigt wird, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise die Verstelleinrichtung 10 der als Verstellpumpe ausgebildeten Fahrpumpe 6 des hydrostatischen Fahrantriebs 5.
Zur Verbindung des Speisekreises 100 mit der Hydraulikpumpe 45 des Arbeitshydrauliksystems 2 ist die Speisedruckversorgungsleitung 49 des Speisekreises 100 mittels einer Verbindungsleitung 120 mit der Ladeleitung 83 des Druckmittelspeichers 80 zwischen dem Ladeventil 85 und dem Sperrventil 95 verbunden. In der Verbindungsleitung ist ein Absperrventil 125 angeordnet, mit dem die Verbindung der Ladeleitung 83 mit der Speisedruckversorgungsleitung 49 steuerbar ist.
Das Absperrventil 125 ist als elektrisch ansteuerbares Schaltventil 126 mit einer Sperrstellung 126a und einer Durchflussstellung 126b ausgebildet, das zur Ansteuerung mit einer elektronischen Steuereinrichtung 90 in Verbindung steht. Das Absperrventil 125 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Feder 127 in die Sperrstellung 126a und mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung 128, beispielsweise einem Schaltmagnet, in die Durchflussstellung 126b betätigbar.
In der Verbindungsleitung 120 ist weiterhin eine Drosseleinrichtung 129 angeordnet, beispielsweise eine Blende. Die Drosseleinrichtung 126 ermöglicht eine Mengenbegrenzung des von der Ladeleitung 83 zu dem Speisekreis 100 strömenden Druckmittelstroms.
Die Hydraulikpumpe 45 des Arbeitshydrauliksystems 2 ist bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 als in dem Fördervolumen konstante Konstantpumpe ausgebildet. Der Förderleitung 50 der Hydraulikpumpe 45 ist eine Neutralumlaufeinrichtung 140 zugeordnet.
Die Neutralumlaufeinrichtung 140 weist eine die Förderleitung 50 der Hydraulikpumpe 45 mit der Ansaugleitung 48 der Hydraulikpumpe 45 verbindende Umgehungsleitung 141 auf, in der ein aufsteuerbares Sperrventil 142 angeordnet ist. Die Umgehungsleitung 141 ist hierbei an die Förderleitung 50 stromauf der Filtereinrichtung 106 angeschlossen. An die Ansaugleitung 48 ist die Umgehungsleitung 141 stromab einer Filtereinrichtung 143 angeschlossen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Umgehungsleitung 141 in einem Gehäuse 45a der Hydraulikpumpe 45 angeordnet und verbindet die Förderseite mit der Saugseite der Hydraulikpumpe 45.
Das Sperrventil 142 ist als ein in Durchflussrichtung von der Förderseite zur Saugseite sperrendes Rückschlagventil, beispielsweise federvorgespanntes Rückschlagventil, ausgebildet, das mittels eines Vorsteuerventils 145 in eine Durchflussstellung aufsteuerbar ist, das mit dem Speisekreis 100 verbunden ist. Das Vorsteuerventil 145 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Dreianschluss-Zweistellungsventil ausgebildet, das an die Speisedruckversorgungsleitung 49, die Ansaugleitung 48 und an eine das Sperrventil 142 in die Durchflussstellung aufsteuernde Steuerleitung 146 angeschlossen. Das Vorsteuerventil 145 weist eine erste Steuerstellung 145a auf, in der die Steuerleitung 146 zu der Ansaugleitung 48 entlastet ist, um das Sperrventil 142 in der Sperrstellung zu halten. Das Vorsteuerventil 145 weist eine zweite Steuerstellung 145a auf, in der die Steuerleitung 146 mit der Speisedruckversorgungsleitung 49 verbunden ist, um das Sperrventil 142 in die Durchflussstellung aufzusteuern.
Das Vorsteuerventil 145 ist elektrisch ansteuerbar und steht zur Ansteuerung mit der elektrischen Steuereinrichtung 90 in Verbindung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Vorsteuerventil 142 mittels einer Feder 147 in die erste Steuerstellung 145a betätigt und mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung 148, beispielsweise einem Schaltmagnet, in die zweite Steuerstellung 145b betätigbar
Das erfindungsgemäße Antriebssystem der 1 und 2 arbeitet wie folgt. Sofern die Hydraulikpumpe 45 nicht benötigt ist, beispielsweise in Betriebszuständen, in denen keine Verbraucher des Arbeitshydrauliksystems 2 betätigt sind, steuert die elektronische Steuereinrichtung 90 das Vorsteuerventil 145 in die zweite Steuerstellung 145b an, um das Sperrventil 142 in die Durchflussstellung aufzusteuern und die Hydraulikpumpe 45 über die Umgehungsleitung 141 in einem nahezu drucklosen Neutralumlauf mit geringen Druckverlusten zu betreiben.
Sofern der Zusatzverbraucher des Speisekreises 100 nicht betätigt ist, ist das Absperrventil 125 in die Sperrstellung 126a betätigt. Die Versorgung des Speisekreises mit Druckmittel erfolgt mittels der Speisepumpe 47, deren Grundmenge an den Speisemengenbedarf der Verbraucher des Speisekreises 100 angepasst ist. Erfolgt eine Betätigung des Zusatzverbrauchers des Speisekreises 100, beispielsweise der Verstelleinrichtung 10 der Fahrpumpe 6, wird von der elektronischen Steuereinrichtung 90 das Absperrventil 125 in die Durchflussstellung 126b betätigt, so dass von der Hydraulikpumpe 45 des Arbeitshydrauliksystems 2 eine zusätzliche Speisemenge in den Speisekreis 100 eingespeist wird. Durch entsprechende Ansteuerung des Ladeventils 85 kann die Einspeisung in den Speisekreis 100 durch die Hydraulikpumpe 45 auf einem passenden Druckniveau erfolgen, um geringe Energieverluste zu erzielen.
Sofern die elektronische Steuereinrichtung 90 anhand des Drucksensors 91 einen unzureichenden Ladezustand des Druckmittelspeichers 80 ermittelt, erfolgt durch Ansteuerung des Ladeventils 85 ein Ladebetrieb des Druckmittelspeichers 80, in dem der Druckmittelspeicher 80 mit Druckmittel aufgeladenen wird, das von der Hydraulikpumpe 45 gefördert wird. Durch die Ansteuerung des Vorspannventils 84 durch den am Ausgang des Ladeventils 85 anstehenden Druck wird hierbei erzielt, dass sich der Förderdruck der Hydraulikpumpe 45 entsprechend erhöht. Das Vorspannventil 84 ermöglicht weiterhin, dass im Ladebetrieb des Druckmittelspeichers 80 und gleichzeitigem Betrieb eines oder mehrere Verbraucher des Arbeitshydrauliksystems 2 die von der Hydraulikpumpe 5 geförderte Überschussmenge, die den Bedarf zum Laden des Druckmittelspeichers 80 übersteigt, in der Zulaufleitung 60 zur Versorgung der Verbraucher des Arbeitshydrauliksystems 2 ansteht.
Die Versorgung der Lenkungseinrichtung 3 erfolgt über die Versorgungsleitung 18 mit Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher 80, der über das Ladeventil 85 und das Vorspannventil 84 von der Hydraulikpumpe 45 mit Druckmittel versorgt und aufgeladen wird.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem 1 ermöglicht weiterhin ein Abbremsen der Arbeitsmaschine über das als Retarderventil ausgebildete Ladeventil 85. Im Bremsbetrieb, wobei die Hydraulikpumpe 45 im Schubbetrieb der Arbeitsmaschine von der als Motor arbeitenden Fahrpumpe 6 angetrieben wird, erfolgt somit die Abbremsung über das als Retarderventil ausgebildete Ladeventil 85, das von der elektronischen Steuereinrichtung 90 entsprechend angesteuert wird. Im Bremsbetrieb fördert die von der als Motor arbeitenden Fahrpumpe 6 angetriebene Hydraulikpumpe 45 Druckmittel über das Vorspannventil 84 und das Ladeventil 85 in die Ladeleitung 83. Hierbei wird ein Bremsmoment und somit ein Stützmoment erzeugt, das für die Abbremsung der Arbeitsmaschine genutzt werden kann.
Beim Abbremsen der Arbeitsmaschine kann weiterhin eine Rekuperation von Bremsenergie (Nutzbremsen) durch einen Ladebetrieb des Druckmittelspeichers 80 erfolgen. Die während des Bremsens in dem Druckmittelspeicher 80 rekuperierte Menge an Druckmittel steht zur Versorgung der Lenkungshydraulik 3 zur Verfügung. Sofern im Bremsbetrieb der Druckmittelspeicher 80 vollständig aufgeladen ist und der Bremsbetrieb weiter anhält, beispielsweise bei einer Gefällefahrt, wird über das Vorspannventil 84 die Förderleitung 50 mit der Zulaufleitung 60 verbunden, so dass die von der Hydraulikpumpe 45 geförderte Druckmittelmenge über die Umlaufdruckwaage 70 zum Behälter 20 abgeführt wird. Das Bremsmoment wird hierbei aufrechterhalten.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem weist eine Reihe von Vorteilen auf.
Mit der Erfindung ist eine energetisch günstige Versorgung der hydraulischen Lenkungseinrichtung 3 und des Speisekreises 100 mit Druckmittel bei geringen Energieverlusten erzielbar sowie ein Neutralumlauf der Hydraulikpumpe 45 mit geringen Umlaufverlusten, so dass das Antriebssystem 1 einen geringen Energieverbrauch aufweist. Bei der Ausführung des Antriebsmotors 46 als Verbrennungsmotor ist ein geringer Kraftstoffverbrauch erzielbar. Weiterhin ergibt sich bei der Erfindung ein geringer Wärmeeintrag in das Druckmittel und somit ein geringer Kühlbedarf für das Druckmittel des Antriebssystems 1.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011104919 A1 [0006, 0006]

Claims

Hydrostatisches Antriebssystem (1) einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere eines Flurförderzeugs, mit einem Antriebsmotor (46) und einem von dem Antriebsmotor (46) angetriebenen Arbeitshydrauliksystem (2), wobei das Arbeitshydrauliksystem (2) mindestens eine von dem Antriebsmotor (46) angetriebene Hydraulikpumpe (45) aufweist, wobei das Antriebssystem (1) einen hydraulischen Speisekreis (100) aufweist, wobei zur Versorgung des Speisekreises (100) mit Druckmittel eine von dem Antriebsmotor (46) angetriebene Speisepumpe (47) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördervolumen der Speisepumpe (47) auf eine Grundmenge des Speisekreises (100) ausgelegt ist und bei einem die Grundmenge übersteigenden Speisemengenbedarf des Speisekreises (100) eine zusätzliche Speisemenge von der Hydraulikpumpe (45) des Arbeitshydrauliksystems (2) in den Speisekreis (100) einspeisbar ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speisekreis (100) einen oder mehrere der folgenden Verbraucher aufweist: • eine Einspeisevorrichtung (11) eines hydrostatischen Fahrantriebs (5), • eine hydraulische Bremseinrichtung (4) der Arbeitsmaschine, • Vorsteuerventile (52a; 52b; 53a; 53b; 54a; 54b; 55a; 55b) für Steuerwegeventile (52; 53; 54; 55) des Arbeitshydrauliksystems (2), • eine Kühlereinrichtung (106) zum Kühlen des Druckmittels des Antriebssystems (1), wobei die Grundmenge dem Bedarf der Verbraucher entspricht.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Speisekreis (100) zumindest einen Zusatzverbraucher aufweist, und bei einem Bedarf des Zusatzverbrauchers eine zusätzliche Speisemenge von der Hydraulikpumpe (45) des Arbeitshydrauliksystems (2) in den Speisekreis (100) einspeisbar ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzerbraucher von einer Verstelleinrichtung (10) zur Verstellung des Verdrängervolumens einer hydrostatischen Verstellpumpe (6) und/oder eine Verstelleinrichtung eines hydrostatischen Verstellmotors (7a; 7b) eines hydrostatischen Fahrantriebs (5) des Antriebssystems (1) gebildet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (1) einen Druckmittelspeicher (80) zur Versorgung eines Verbrauchers aufweist und der Druckmittelspeicher (80) mittels einer Ladeschaltung (81) von der Hydraulikpumpe (45) des Arbeitshydrauliksystems (1) mit Druckmittel aufladbar ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (1) eine hydraulische Lenkungseinrichtung (3) aufweist und der Druckmittelspeicher (80) zur Versorgung der hydraulischen Lenkungseinrichtung (3) mit Druckmittel vorgesehen ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeschaltung (81) eine mit einer Förderleitung (50) der Hydraulikpumpe (45) des Arbeitshydrauliksystems (2) verbindbare Ladeleitung (83) aufweist, in der ein Ladeventil (85) und ein Sperrventil (95), insbesondere ein in Richtung zum Druckmittelspeicher (80) öffnendes Rückschlagventil, angeordnet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ladeleitung (83) stromab des Sperrventils (95) eine Drosseleinrichtung (130) angeordnet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versorgungsleitung (18) der hydraulischen Lenkungseinrichtung (3) mit der Ladeleitung (83) zwischen dem Druckmittelspeicher (80) und dem Sperrventil (95) verbunden ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speisedruckversorgungsleitung (49) des Speisekreises (100), die mit der Speisepumpe (47) verbunden ist, mittels einer Verbindungsleitung (120) mit der Ladeleitung (83) des Druckmittelspeichers (80) zwischen dem Ladeventil (85) und dem Sperrventil (95) verbunden ist, wobei in der Verbindungsleitung ein Absperrventil (125) angeordnet ist, mit dem die Verbindung der Speisedruckversorgungsleitung (49) mit der Ladeleitung steuerbar ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (125) eine Drosseleinrichtung (129) angeordnet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (125) als elektrisch ansteuerbares Schaltventil (126) mit einer Sperrstellung (126a) und einer Durchflussstellung (126b) ausgebildet ist und zur Ansteuerung mit einer elektronischen Steuereinrichtung (90) in Verbindung steht.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladeventil (85) elektrisch ansteuerbar ist und zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung (90) in Verbindung steht.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des in dem Druckmittelspeicher (80) vorhandenen Druckes ein Drucksensor (91) vorgesehen ist, der mit einer elektronischen Steuereinrichtung (90) in Verbindung steht.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladeventil (85) als Retarderventil ausgebildet ist, das im Bremsbetrieb des Fahrantriebs (5) den Aufbau eines Bremsmoments ermöglicht.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Förderleitung (50) der Hydraulikpumpe (45) ein Vorspannventil (84) zur bevorzugten Versorgung des Druckmittelspeichers (80) mit Druckmittel angeordnet ist, wobei das Vorspannventil (84) eingangsseitig mit der Förderleitung (50) der Hydraulikpumpe (45) und ausgangsseitig mit einer zu dem Arbeitshydrauliksystem (2) geführten Zulaufleitung (60) sowie mit der zu dem Druckmittelspeicher (80) geführten Ladeleitung (83) verbunden ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufleitung (60) des Arbeitshydrauliksystems (2) eine Umlaufdruckwaage (70) zugeordnet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (45) des Arbeitshydrauliksystems (2) als in dem Fördervolumen konstante Konstantpumpe ausgebildet ist und der Förderleitung (49) der Hydraulikpumpe (45) eine Neutralumlaufeinrichtung (140) zugeordnet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Neutralumlaufeinrichtung (140) eine die Förderleitung (50) der Hydraulikpumpe (45) mit der Ansaugleitung (48) der Hydraulikpumpe (45) verbindende Umgehungsleitung (141) aufweist, in der ein aufsteuerbares Sperrventil (142) angeordnet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (142) mittels eines Vorsteuerventils (145) aufsteuerbar ist, das mit dem Speisekreis (100) verbunden ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventil (145) elektrisch ansteuerbar ist und zur Ansteuerung mit der elektrischen Steuereinrichtung (90) in Verbindung steht.