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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ansteuern einer Hydraulikmaschine, bei der zumindest ein erster Verstelldruck und ein zweiter Verstelldruck zum Verstellen des Verdrängungsvolumens oder des Schluckvolumens bei der Hydraulikmaschine ausgegeben werden.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2004 043 897 A1 ist ein Antriebssystem mit gemeinsamen Steuerdruckanschluss bekannt. Das Antriebssystem umfasst eine hydrostatische Kolbenmaschine, die als Pumpe oder auch als Motor betrieben werden kann. Zum Einstellen des Verdrängungsvolumens im Pumpenbetrieb oder zum Einstellen des Schluckvolumens q bei Motorbetrieb ist eine Verstelleinrichtung mit einer ersten Stelldruckkammer und einer zweiten Stelldruckkammer vorgesehen. Zum Verstellen der hydrostatischen Kolbenmaschine dient die Verstelleinrichtung, die abhängig von einem durch ein Regelventil geregelten Stelldruck das Verdrängungsvolumen bzw. das Schluckvolumen der hydrostatischen Kolbenmaschine regelt.
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Es hat sich gezeigt, dass aufgrund der Vielzahl der vorgesehenen Steuerkanten bei dem Regelventil erhöhte Anforderungen an die Fertigung bezüglich der Toleranzmaße erforderlich sind. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der Fertigung und hat in Grenzfällen ein Aufschwingen des Systems zur Folge. In nachteiliger Weise ist das Niveau der Verstelldrücke bei der bekannten Anordnung von der Geometrie der Steuerkanten abhängig. Infolge dessen kann das Niveau der Verstelldrücke nicht in Abhängigkeit des Arbeitsdruckes an den jeweiligen Betriebspunkt angepasst werden. Ferner ist keine voneinander unabhängige Regelung der Verstelldrücke möglich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welche möglichst kostengünstig ist und zugleich eine optimierte Ansteuerung der Hydraulikmaschine ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen ergeben.
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Somit wird eine Anordnung zum Ansteuern einer Hydraulikmaschine, die als Pumpe oder auch als Motor betrieben werden kann, vorgeschlagen, wobei ein mit Hochdruck versorgtes Regelventil zum Einstellen eines Arbeitsdruckes und zum Ausgeben zumindest eines ersten Verstelldruckes und eines zweiten Verstelldruckes zum Verstellen des Verdrängungsvolumens bzw. des Schluckvolumens bei der Hydraulikmaschine vorgesehen ist. Zum voneinander unabhängigen Regeln der Verstelldrücke sind jeweils separat zugeordnete Proportionalventile oder dergleichen vorgesehen.
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Auf diese Weise wird das bei der bekannten Anordnung bisher vorgesehene Regelventil mit Druck- und Tankanschluss aufgelöst, indem nun für das Regeln jedes Verstelldruckes ein separates Proportionalventil vorgesehen ist, so dass die erforderlichen Funktionssteuerkanten reduziert werden, so dass keine Wechselwirkung zwischen den Drucksteuerkanten und den Tanksteuerkanten auftritt.
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Infolge dessen kann das Niveau der Verstelldrücke in Abhängigkeit des anliegenden Arbeitsdruckes je nach vorliegendem Betriebspunkt angepasst werden. Durch den Einsatz eines vorgeschalteten und steuerbaren Druckregelventils wird der Arbeitsdruck entsprechend eingestellt, so dass beispielsweise bei geringer Verschwenkdynamik das Verstelldruckniveau auf ein erforderliches Minimum reduziert wird. Somit werden die Dichtungen an der Verstelleinrichtung bzw. an dem Verstellzylinder geschont und die Leckageströme minimiert, so dass eine bedarfsorientierte Einstellung des Verstelldruckniveaus mit der erfindungsgemäßen Anordnung ermöglicht wird.
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Als mögliche Variante kann auch ein lastabhängiges Stromteilerventil oder dergleichen eingesetzt werden. Bei dieser Variante wird der maximale Blendendurchmesser in der jeweiligen Verstellkammer des Ventils minimiert oder im Bedarfsfall zum maximalen Querschnitt verschoben. Um die unabhängige Ansteuerung der Verstelldrücke ohne Abhängigkeit von den Drucksteuerkanten und Tanksteuerkanten zu ermöglichen, kann das Stromteilerventil als schwarz-weiß Ventil ausgeführt sein.
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Vorzugsweise kann die vorgeschlagene Anordnung bei einem hydraulischmechanisch leistungsverzweigten Getriebe eines Fahrzeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges eingesetzt werden.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsvariante einer Anordnung zum Ansteuern einer Hydraulikmaschine als Pumpe oder Motor zum Abbremsen und Beschleunigen eines Nutzfahrzeuges; und
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2 ein Diagramm mit den Verläufen eines anliegendem Hochdruckes sowie eines ersten und zweiten Verstelldruckes zum Einstellen des Verdrängungs- bzw. Schluckvolumens.
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Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine mit Hochdruck versorgte hydrostatische Kompakteinheit mit einer Hydraulikmaschine 1 zum Antrieb eines Fahrzeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges.
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An einem vorgeschalteten Druckregelventil 2 liegt Hochdruck HD an, der je nach Betriebspunkt auf einen Arbeitsdruck reduziert wird. Das Druckregelventil 2 wird über eine erste Verstelldruckleitung 3 zum Regeln eines ersten Verstelldruckes V1 mit einem ersten Proportionalventil 5 verbunden. Ferner wird das Druckregelventil 1 über eine zweite Verstelldruckleitung 4 zum Regeln des zweiten Verstelldruckes V2 mit einem zweiten Proportionalventil 6 verbunden.
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Der ersten Verstelldruckleitung 3 und der zweiten Verstelldruckleitung 4 ist jeweils ein nicht verstellbares Blendenelement 7, 8 zugeordnet. Durch den Einsatz des vorgeschalteten und steuerbaren Druckregelventil 1 wird der gewünschte Arbeitsdruck bzw. Steuerdruck eingestellt und durch die beiden Blendenelemente 7, 8 wird der Arbeitsdruck in den ersten Verstelldruck V1 und den zweiten Verstelldruck V2 aufgeteilt.
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Die beiden Verstelldruckleitungen 3, 4 sind zudem mit Verstellkammern 9, 10 eines Verstellzylinders 11 als Verstelleinrichtung zum Einstellen eines gewünschten Verdrängungs- bzw. Schluckvolumens q bei der Hydraulikmaschine 1 verbunden, je nach dem, ob die Hydraulikmaschine 1 als Pumpe oder Motor betrieben wird.
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Sowohl das erste Proportionalventil 5 als auch das zweite Proportionalventil 6 sind somit mit den Verstellkammern 9 und 10 des Verstellzylinders 11 verbunden. Die beiden Proportionalventile 5, 6 sind jeweils ablaufseitig mit einem Tank 12 verbunden. Als Proportionalventile 5, 6 werden vorzugsweise proportionale 2/2-Wegeventile mit einer Steuerkante zur unabhängigen Ansteuerung des jeweiligen Verstelldruckes V1 und V2 eingesetzt.
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Um eine Rückmeldung zwischen dem Verstellzylinder 11 und den das jeweilige Verstelldruckniveau regelnden Proportionalventilen 5, 6 zu erhalten, ist eine mechanische Rückmeldeverbindung 14 vorgesehen, die den Proportionalventilen 5, 6 die jeweilige Position des Verstellkolbens in dem Verstellzylinder 11 meldet.
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Zum Einstellen eines minimalen Verdrängungs- bzw. Schluckvolumens qNull und einem maximalen Verdrängungs- bzw. Schluckvolumens qMax ist eine mechanische Verbindung 13 zwischen dem Verstellzylinder 11 und der Hydraulikmaschine 1 vorgesehen.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine von Steuerkanten unabhängige Regelung des ersten Verstelldruckes V1 und des zweiten Verstelldruckes V2 vorgesehen, aus der sich die Möglichkeit der individuellen Einstellungen der beiden Verstelldrücke ergibt. Infolge dessen können nicht nur die Herstellungskosten reduziert werden, sondern auch die Betriebsweise optimiert werden, indem beispielsweise auch ein Aufschwingen des Systems verhindert wird.
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Durch den Einsatz des vorgeschalteten Druckregelventils 2 kann das Druckniveau in den Verstellkammern 9, 10 des Verstellzylinders 11 in quasistatischen Betriebspunkten auf ein Minimum reduziert werden. In diesem Betriebspunkten, zum Beispiel bei Transportfahrten des Fahrzeuges, werden keine erhöhten Dynamikanforderungen an die Verstellung gestellt. Infolgedessen können die Verstelldrücke V1, V2 in den Verstellkammern 9, 10 reduziert werden, so dass Dichtungen am Verstellzylinder 11 geschont werden und der Leckagestrom reduziert wird. Der Verstelldruck V1, V2 kann in quasistatischen Betriebszuständen in der nicht belasteten Verstellkammer 9, 10 gegen den Umgebungsdruck reduziert werden. Somit entstehen in der gegenüberliegenden Verstellkammer 9, 10 maximale Drücke von 80 bar.
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Bei gewünschter schnellen Verschwenkung bzw. Einstellung des Verstellzylinders 11 kann das Druckniveau bei den Verstelldrücken V1, V2 mithilfe des Druckregelventils 2 wieder erhöht werden und die gewünschten dynamischen Eigenschaften realisiert werden. Die Auswahl der Blendenelemente 3, 4 bei der Volumenstromaufteilung nach dem Druckregelventil 2 bestimmt die maximale Dynamik der Anordnung bzw. des Verstellsystems.
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Die jeweils vor den Proportionalventilen 5, 6 in den jeweiligen Verstelldruckleitungen 3, 4 angeordneten Blendenelemente 7, 8 sind derart bemessen, dass deren Querschnitt kleiner als der maximale Tanköffnungsquerschnitt bei jedem Proportionalventil 5, 6 ist. Jedoch sollte eine minimale Querschnittsfläche bei jedem Blendenelement 7, 8 nicht unterschritten werden, da ansonsten kein ausreichender Volumenstrom von Hydraulikmittel in die Verstellkammern 9, 10 des Verstellzylinders 11 gelangen kann, um die geforderte Verstelldynamik zu erreichen. Mit der bedarfsorientierten Verstelldruckeinstellung kann der Leckagestrom minimiert werden.
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In 2 ist ein Diagramm mit dem an dem Druckregelventil 2 anliegenden Hochdruck HD über die Zeit dargestellt. Bei der gezeigten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung liegt der Hochdruck HD zwischen 220 bis 240 bar. Ferner ist der erste Verstelldruck V1 über die Zeit dargestellt, der etwa bei dem dargestellten Betriebspunkt bei 200 bar liegt. Schließlich ist der zweite Verstelldruck V2 über die Zeit dargestellt, der bei dem ausgewählten Betriebspunkt etwa bei 180 bar liegt. Je nach gewünschter Verstelldynamik kann der anliegenden Hochdruck HD durch das Druckregelventil 2 als entsprechender Arbeitsdruck eingestellt werden. Durch die unabhängige Einstellung des ersten Verstelldruckes V1 und des zweiten Verstelldruckes V2 ergibt sich die entsprechende Aufteilung des ersten Verstelldruckniveaus des zweiten Verstelldruckniveaus zum Einstellen eines gewünschten Verdrängung- bzw. Schluckvolumens q bei der Hydraulikmaschine 1.
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Aus der Druckdifferenz zwischen dem ersten Verstelldruck V1 und dem zweiten Verstelldruck V2 ergibt sich das abzustützende Moment der Hydraulikmaschine 1. Die Druckdifferenz ergibt eine Funktion in Abhängigkeit des anliegenden Hochdruckes HD, der Drehzahl, des Schwenkwinkels, der Umsteuergeometrie der Ventilplatte. Das Niveau des abzustützenden Moments der Hydraulikmaschine 1 wird mithilfe des vorgeschalteten Druckregelventils 2 an die erforderliche Verstelldynamik angepasst.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulikmaschine
- 2
- Druckregelventil
- 3
- erste Verstelldruckleitung
- 4
- zweite Verstelldruckleitung
- 5
- erstes Proportionalventil
- 6
- zweites Proportionalventil
- 7
- Blendenelement
- 8
- Blendenelement
- 9
- erste Verstellkammer
- 10
- zweite Verstellkammer
- 11
- Verstellzylinder
- 12
- Tank
- 13
- mechanische Verbindung
- 14
- Rückmeldeverbindung
- q
- Verdrängungs- bzw. Schluckvolumen
- qNull
- minimales Verdrängungs- bzw. Schluckvolumen
- qMax
- maximales Verdrängungs- bzw. Schluckvolumen
- HD
- Hochdruck
- V1
- erster Verstelldruck
- V2
- zweiter Verstelldruck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004043897 A1 [0002]
