DE102014221594A1

DE102014221594A1 - Hydrostatisches Bremskonzept

Info

Publication number: DE102014221594A1
Application number: DE102014221594.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schumacher
Original assignee: Danfoss Power Solutions GmbH and Co OHG
Current assignee: Danfoss Power Solutions GmbH and Co OHG
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2016-04-28
Anticipated expiration: 2034-10-24
Also published as: DE102014221594B4; US20160116060A1; CN105546077B; CN105546077A; US10281034B2

Abstract

Hydrostatischer Antrieb und Verfahren zum Verzögern des Hydrostatischen Antriebs mit einem geschlossenen Hydraulikflüssigkeitskreislauf, in dem eine durch einen Antriebsmotor antreibbare Hydraulikpumpe und ein Hydraulikmotor angeordnet sind. Über zwei Arbeitsleitungen, die fluidisch miteinander verbunden sind, welche wechselweise je nach Betriebsart und Förderrichtung der Hydraulikpumpe eine Niederdruckleitung und die andere Arbeitsleitung eine Hochdruckleitung bilden ist die Hydraulikpumpe als auch der Hydraulikmotor über eine Steuereinheit im jeweiligen Hubvolumen einstellbar sind. Der Hydraulikmotor weist ein Gehäuse (10) auf, in dem ein hydrostatisches Triebwerk mit einem Einlass und einem Auslass angeordnet ist. In einer den Auslass mit dem Einlass verbindende Verbindungsleitung ist ein in Richtung des Einlasses durchströmbares Druckbegrenzungsventil angeordnet, das öffnet, wenn ein am Auslass anliegender Hochdruck einen vorbestimmten Begrenzungsdruck des Druckbegrenzungsventils überschreitet. Im Schiebebetrieb des hydrostatischen Antriebs sind das Hubvolumen der Hydraulikpumpe und/oder das des Hydraulikmotors mittels der Steuereinheit in Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebsmotors oder in Abhängigkeit von der Drehzahl der Hydraulikpumpe einstellbar.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von in ihrem Hubvolumen einstellbares Triebwerken in Hydraulikmaschinen, die in einem hydrostatischen Antrieb mit geschlossenem Hydraulikflüssigkeitskreislauf angeordnet sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben von Triebwerken innerhalb von Hydraulikmaschinen. Speziell betrifft die Anmeldung eine Ausgestaltung und ein Verfahren zum Abbremsen eines hydrostatischen Antriebs bzw. des darin angeordneten Hydraulikmotors. Dabei wird dieser im Antriebsbetrieb, also in einem Arbeitsbetrieb, in dem der Hydraulikmotor Arbeit verrichten soll, von einer in ihrem Hubvolumen verstellbaren Hydraulikpumpe angetrieben, die ihrerseits von einem Antriebsmotor angetrieben wird. Der Antriebsmotor ist bevorzugt ein Verbrennungsmotor, weiter bevorzugt ein Dieselmotor. Jedoch erstreckt sich der Erfindungsgedanke auch auf Elektromotoren oder andere zum Antrieb der Hydraulikpumpe geeignete Antriebsmaschinen.
In Arbeitsmaschinen, insbesondere für die Land- und Forstwirtschaft, als auch in Straßenbaumaschinen oder Flurförderfahrzeugen werden hydrostatische Antriebe aufgrund der großen übertragbaren Kräfte und ihrer Robustheit sowie der Verschleißarmut bevorzugt eingesetzt. Dabei werden die hydrostatischen Antriebe sowohl für den Fahrantrieb als auch für den Antrieb von Arbeitsvorrichtungen eingesetzt. Bevorzugt kommen hierbei in ihrem Hubvolumen einstellbare hydrostatische Triebwerke in Hydraulikpumpen sowie in Hydraulikmotoren zum Einsatz. Weiter bevorzugt kommen hydrostatische Vorrichtungen zum Einsatz, die sowohl einen Vorwärts- als auch einen Rückwärtsbetrieb, einen so genannten reversierten Betrieb des hydrostatischen Antriebs zulassen. Zum Antrieb des hydrostatischen Antriebs wirkt ein Antriebsmotor mechanisch auf eine Hydraulikpumpe und versetzt diese in Drehung. Bevorzugt ist die Hydraulikpumpe in ihrem Fördervolumen einstellbar, so dass der zum Triebwerk des Hydraulikmotors geleitete Hydraulikflüssigkeitsvolumenstrom, der am Hydraulikmotor ankommt, in einer Höhe eingestellt werden kann. Damit ein vorbestimmter Maximaldruck in den Hydraulikleitungen bzw. Arbeitsleitungen, die beispielsweise den Hydraulikmotor mit der Hydraulikpumpe verbinden, nicht überschritten wird, sind in Zweigleitungen, die von den Arbeitsleitungen abzweigen, Druckbegrenzungsventile vorgesehen. Über diese Druckbegrenzungsventile kann ein Teilstrom von Hydraulikflüssigkeit entspannt werden. Mit diesen in Zweigleitungen angeordneten Druckbegrenzungsventilen kann sowohl im Antriebsbetrieb als auch im Schiebebetrieb verhindert werden, dass es zu Beschädigungen am hydrostatischen Antrieb kommt, wenn der Hochdruck einen maximalen Wert übersteigt.
Im Schiebebetrieb, in dem der Hydraulikmotor als Hydraulikpumpe wirkt, wird kinetische Energie des hydrostatischen Antriebs beispielsweise über die Antriebsräder einer mobilen Arbeitsmaschine auf das Triebwerk des Hydraulikmotors übertragen. Das so angetriebene Triebwerk des Hydraulikmotors fördert je nach eingestelltem Hubvolumen (jetzt ein Fördervolumen) Hydraulikflüssigkeit mit Hochdruck zur Hydraulikpumpe, welche dadurch hydraulisch angetrieben wird. Die Hydraulikpumpe ihrerseits stützt sich mechanisch am Antriebsmotor ab, welcher diesem Zwangsantrieb einen Widerstand entgegensetzt, der als Brems-, Schub- oder auch als Schleppmoment des Antriebsmotors bezeichnet wird. Ist der im Schiebebetrieb vom Hydraulikmotor erzeugte Hochdruck höher als ein dem Schubmoment des Antriebsmotors angepasster Öffnungsdruck der Druckbegrenzungsventile, so wird ein Teilstrom der unter Hochdruck stehenden Hydraulikflüssigkeit über die Druckbegrenzungsventile entspannt und über die Zweigleitungen am Triebwerk der Hydraulikpumpe vorbeigeleitet. Somit kann in einem Verzögerungsbetrieb kinetische Energie des hydrostatischen Antriebs über die Druckbegrenzungsventile in Wärme umgesetzt werden.
In DE 10 2006 059 734 A1 ist ein derartiger hydrostatischer Antrieb und ein Verfahren zum Abbremsen des hydrostatischen Antriebs gezeigt. In diesem hydrostatischen Antrieb ist jeder Arbeitsleitung ein Druckbegrenzungsventil zugeordnet, welches, wenn in der zugehörigen Arbeitsleitung Hochdruck herrscht, den Hochdruck zur anderen Arbeitsleitung, in der Niederdruck herrscht, entspannt, wenn der Hochdruck einen vorbestimmten Wert übersteigt. Damit das System für reversierbare Antriebe verwendbar ist, weist das in DE 10 2006 059 734 A1 gezeigte System gegengleich angeordnete Druckbegrenzungsventile auf, die jeweils durch eine Bypassleitung, in der jeweils ein Rückschlagventil angeordnet ist, umgangen werden können. Dabei geben die Rückschlagventile die Bypassleitungen in der entgegengesetzten Durchströmrichtung zu dem Druckbegrenzungsventil frei, dem sie zugeordnet sind. Das in vorgenannter Druckschrift gezeigte System ist bevorzugt in der Hydraulikpumpe angeordnet, wodurch die Zuleitungen vom Hydraulikmotor zu den Druckbegrenzungsventilen sehr lang sind und es daher in der Hochdruckleitung zu Staudrücken kommt. Gleichzeitig kommt es im Schiebebetrieb in der Niederdruck führenden Arbeitsleitung zu einem Mangel an Hydraulikflüssigkeit, was einen sogenannten Niederdruckeinbruch zur Folge hat. Diese Niederdruckeinbrüche entstehen beispielsweise dadurch, dass das Hubvolumen des Hydraulikmotors im Schiebebetrieb in Abhängigkeit der Betätigungsstärke einer Bremsbetätigungseinrichtung verstellt wird, wobei die Hydraulikpumpe einmalig auf ein Bremsfördervolumen eingestellt wird. Wird die Bremsbetätigungseinrichtung stärker betätigt, wird das Hubvolumen des Hydraulikmotors erhöht, was dazu führen kann, dass das Hubvolumen des Hydraulikmotors größer ist als das eingestellte Bremsfördervolumen an der Hydraulikpumpe. Der Hydraulikmotor bekommt dann zu wenig Hydraulikflüssigkeit als er bräuchte. In der Praxis werden diese Niederdruckeinbrüche oftmals durch einen mit der Niederdruckleitung verbundenen Hydraulikflüssigkeitsdruckspeicher ausgeglichen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein System zum hydrostatischen Verzögern/Abbremsen hydrostatischer Antriebe zur Verfügung zu stellen, bei denen Staudrücke und Niederdruckeinbrüche in den Arbeitsleitungen vermieden werden, wobei das System eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit bei Entstehen von Überdrücken bereitstellen soll. Gleichzeitig soll das System robust sowie kostengünstig in seiner Herstellung sein. Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompakt bauendes System bereitzustellen, welches gegebenenfalls in bereits bestehende Systeme eingebaut werden kann, ohne deren Grundstruktur zu verändern.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird mit einem hydrostatischen Antrieb gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei die angegebenen Unteransprüche auf bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs gerichtet sind. Die Aufgabe wird ferner mit einem in einem nebengeordneten Anspruch angegebenen Verfahren gelöst, mit dem der erfindungsgemäße hydrostatische Antrieb gesteuert werden kann. Die jeweiligen Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der dort angegebenen Gegenstände gerichtet.
Der erfindungsgemäße hydrostatische Antrieb weist einen geschlossenen Hydraulikflüssigkeitskreislauf auf, in dem eine durch einen Antriebsmotor antreibbare Hydraulikpumpe und ein Hydraulikmotor angeordnet sind. Die hydrostatischen Triebwerke sind über zwei Arbeitsleitungen fluidisch miteinander verbunden, wobei wechselweise, je nach Betriebsart und Förderrichtung der Hydraulikpumpe, eine der beiden Arbeitsleitungen eine Niederdruckleitung und die andere Arbeitsleitung eine Hochdruckleitung ist. Sowohl die Hydraulikpumpe als auch der Hydraulikmotor sind dabei über eine Steuereinheit in ihrem jeweiligen Hubvolumen einstellbar, wodurch der durch sie hindurchströmende Hydraulikflüssigkeitsstrom einstellbar ist. Die Hydraulikpumpe sowie der Hydraulikmotor weisen jeweils ein hydrostatisches Triebwerk mit einem Einlass und einem Auslass für Hydraulikflüssigkeit auf. Je nach Betriebsrichtung, beispielsweise Vorwärtsbetrieb oder Rückwärtsbetrieb, wechselt am Triebwerk der Einlass mit dem Auslass abhängig von der Förderrichtung im geschlossenen hydraulischen Kreislauf, in dem die Hydraulikpumpe und der Hydraulikmotor betrieben werden.
Folgerichtig liegt im Antriebsbetrieb des Triebwerks des Hydraulikmotors am Einlass Hochdruck an, wobei am Auslass das vom Triebwerk entspannte Druckfluid unter Niederdruck in diejenige Arbeitsleitung, die zur Hydraulikpumpe führt, abströmt. Im Schiebebetrieb ändern sich lediglich die Druckverhältnisse am Einlass und am Auslass, da der Hydraulikmotor, d. h. dessen Triebwerk, im Schiebebetrieb von der mit dem Triebwerk verbundenen Abtriebswelle angetrieben wird. In einem solchen Schiebebetrieb wirkt das im Hydraulikmotor angeordnete Triebwerk als Hydraulikpumpe, wodurch am Einlass des Hydraulikmotortriebwerks Hydraulikfluid unter Niederdruck angesaugt wird und mit Hochdruck zum Auslass gepumpt wird. Damit der Hochdruck auslassseitig einen vorgegebenen Begrenzungsdruck nicht übersteigt, ist eine den Auslass mit dem Einlass verbindende Verbindungsleitung angeordnet, die im Schiebebetrieb Druckfluid in Richtung zur Einlassseite leiten kann. Hierzu ist in der Verbindungsleitung zumindest ein Druckbegrenzungsventil angeordnet, welches in Strömungsrichtung vom Auslass zum Einlass durchströmbar ist. Das Druckbegrenzungsventil ist in seiner geschlossenen Stellung, solange der Druck am Auslass einen vorbestimmten, bzw. vorgebbaren Begrenzungsdruck nicht überschritten hat. Nach Überschreiten des vorgegebenen Grenzdrucks öffnet das Druckbegrenzungsventil und ein Teilstrom der Hydraulikflüssigkeit kann nun über die Verbindungsleitung auf kurzen bevorzugt auf sehr kurzen Weg zum Einlass des Triebwerks des Hydraulikmotors geleitet werden. Wie fachüblich bekannt wird beim Durchströmen von Hydraulikflüssigkeit durch ein Druckbegrenzungsventil hydrostatische Leistung in Wärme umgewandelt, wodurch zu verzögernde kinetische Energie in Form von Wärme beispielsweise an die Umgebung abgegeben werden kann.
Der Teilstrom, der erfindungsgemäß über die Verbindungsleitung mit dem darin angeordneten Druckbegrenzungsventil bei einem Überschreiten des vorgebbaren Begrenzungsdrucks, abgeleitet werden muss, ergibt sich gemäß der Erfindung aus dem Fördervolumenstrom des Triebwerks des Hydraulikmotors im Schiebebetrieb abzüglich des vom Triebwerk der Hydraulikpumpe aufnehmbaren Hydraulikflüssigkeitsstrom. Erfindungsgemäß wird der Hubvolumenstrom durch die Hydraulikpumpe, d. h. durch sein Triebwerks betriebssituationsgerecht so angepasst, dass der Antriebsmotor der Hydraulikpumpe, oder die Hydraulikpumpe selbst, an oder kurz unterhalb ihrer Grenzdrehzahl für den Schiebebetrieb gehalten wird. Dies wird erfindungsgemäß von einer Steuereinheit gesteuert, die beispielsweise die Drehzahl des Antriebsmotors, die Drehzahl der Antriebswelle der Hydraulikpumpe oder auch die Drehzahl der Hydraulikpumpe als Eingangssignal zur Bestimmung des an der Hydraulikpumpe einzustellenden Hubvolumenstroms erhält. Gemäß diesem Signal bestimmt die Steuereinheit, ob des Hubvolumen des Triebwerks der Hydraulikpumpe erhöht, gesenkt oder beibehalten werden soll. Fördert das Triebwerk des Hydraulikmotor, mehr Hydraulikflüssigkeit als die Hydraulikpumpe bei maximalen Hubvolumen bei der maximal zulässigen Schleppdrehzahl aufnehmen kann, so wird über die Verbindungsleitung und das darin angeordnete Druckbegrenzungsventil der überschüssige Hydraulikflüssigkeitsstrom unter Abgabe von Wärme entspannt und derjenigen Arbeitsleitung zugeführt wird, welche die Niederdruckleitung darstellt.
Die Grenzdrehzahl des Antriebsmotors, bzw. die des Triebwerks der Hydraulikpumpe, ist für den Schiebebetrieb üblicherweise vom Hersteller des jeweiligen Aggregats vorgegeben und entspricht der Drehzahl, an der das Aggregat im wiederholten Dauer(schiebe)betrieb nicht beschädigt wird. Oftmals liegt diese maximale Schleppdrehzahl über der maximal Drehzahl im Antriebsbetrieb, da die Belastungen im Schleppbetrieb innerhalb des Antriebsmotors geringer sind als beim Antriebsbetrieb.
Ist der Betrieb des hydrostatischen Antriebs in beide Drehrichtung der Abtriebswelle des Hydraulikmotors vorgesehen, so kann die erfindungsgemäße Anordnung und Steuerung für beide Förderrichtungen durch den geschlossenen Kreislauf eingesetzt werden, indem in der Verbindungsleitung zwei gegengleich durchström bare Druckbegrenzungsventile angeordnet werden, die jeweils von einer Bypassleitung umgangen werden. In den Bypassleitungen ist jeweils ein Rückschlagventil angeordnet, das jeweils entgegengesetzt zum zugehörigen Druckbegrenzungsventil geöffnet werden kann. Mit einer solchen Anordnung wird erreicht, dass nur eine Verbindungsleitung zwischen Auslass und Einlass des Triebwerks eines Hydraulikmotors erforderlich ist, wobei die entsprechende Bypassleitung das „blockierende” Druckbegrenzungsventil, welches nicht in Durchströmungsrichtung öffnet, mittels eines Rückschlagventils geöffnet werden kann, damit der Durchfluss durch die Verbindungsleitung/die Bypassleitung ermöglicht ist.
Durch eine bevorzugte Anordnung des Druckbegrenzungsventils innerhalb oder direkt am Gehäuse des Hydraulikmotors können zudem lange Leitungswege, in denen Staudrücke und/oder Niederdruckeinbrüche auftreten können, wirksam vermieden werden. Weiter wird damit vermieden, dass, wie im Stand der Technik üblich, Hydraulikflüssigkeitsdruckspeicher vorgehalten werden müssen, um eventuelle Niederdruckeinbrüchen auszugleichen, wenn beispielsweise der Fördervolumenstrom des Hydraulikmotors über den maximalen Schluckvolumenstrom der Hydraulikpumpe ansteigt. Je kürzer die Verbindungsleitung zwischen Auslass und Einlass hierbei ausgestaltet wird, desto effektiver können Niederdruckeinbrüche vermieden werden. Weiter reagiert die erfindungsgemäße Anordnung einer Verbindungsleitung mit zumindest einem Druckbegrenzungsventil mit Durchströmrichtung in Förderrichtung in unmittelbarer Nähe des Triebwerks des Hydraulikmotors umso schneller auf sich ändernde Betriebssituationen in einem Schiebebetrieb, je kürzer die Verbindungsleitung ist, insbesondere je kürzer der Leitungsabschnitt zwischen Auslass und Druckbegrenzungsventil ist. Dadurch wird, zumindest im Schiebebetrieb, nicht nur ein steifer, sondern auch exakt steuerbarer hydrostatischer Antrieb, mit kurzen Reaktionszeiten bereitgestellt. Durch die ausgesprochen kurzen Leitungswege wird ferner ein besonders robustes als auch aufgrund der geringen Bauteile kostengünstiges System erreicht, welches zudem äußerst zuverlässig arbeitet. Durch die kurzen Leitungswege vom Auslass zu den Druckbegrenzungsventilen und bevorzugt auch von den Druckbegrenzungsventilen zum Einlass des Triebwerkes wird eine feinfühlige, schnell ansprechende, den Druck in der Niederdruck-führenden Arbeitsleitung im Wesentlichen konstant haltende Vorrichtung bereitgestellt.
Über die bevorzugt unmittelbar am Ausgang des Triebwerks des Hydraulikmotors angeordneten Druckbegrenzungsventile ist der Druck, der in den vom Hydraulikmotor zur Hydraulikpumpe führenden Hydraulikleitungen herrscht, präzise und zuverlässig auf einen bevorzugt einstellbaren, konstanten Maximalwert, d. h. den Begrenzungsdruck vorgebbar, da Staudrücke in den Hydraulikleitungen, wie sie im Stand der Technik in den Hydraulikleitung auftreten, vermieden werden. Zudem kann erfindungsgemäß der über die Druckbegrenzungsventile geleitete Hydraulikflüssigkeitsstrom, im Vergleich zum Stand der Technik, effektiver entspannt werden, da keine aufgrund von langen Leitungswegen entstehenden Staudrücke berücksichtigt werden müssen. In anderen Worten, die Schleppleistung des Antriebsmotors kann im Stand der Technik nicht optimal zur Verzögerung des hydrostatischen Antriebs genutzt werden, da dort bspw. das Schluckvolumen während eines Bremsbetriebes nicht nachgeregelt wird. Zudem kann der Motor genauer geregelt werden, da der Begrenzungsdruck, der an den Druckbegrenzungsventilen einstell- bzw. einjustierbar ist, dem Druck innerhalb des Triebwerks des Hydraulikmotors entspricht. Dies gilt umso mehr, je näher die Druckbegrenzungsventile am Triebwerk des Hydraulikmotors angeordnet sind, was eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Darüber hinaus können durch die Regelung des Hydraulikflüssigkeitsstromes, der zur Hydraulikpumpe geleitet wird, und/oder über die Regelung der Grenzdrehzahl des Antriebsmotors bzw. der Hydraulikpumpe „parasitäre” Verbraucherleistungen im Bremsbetrieb zum Verzögern des hydrostatischen Antriebs herangezogen werden. So wirken sich erfindungsgemäß im Bremsbetrieb drehzahldrückende (Neben-)Verbraucher vorteilhaft aus, da die Drehzahl des Antriebsmotors dennoch auf oder nahe der maximal zulässigen Grenzdrehzahl für den Schiebebetrieb gehalten wird, d. h. das Hubvolumen des Hydraulikmotors und der Hydraulikpumpe werden laufend so angepasst, dass die maximal zulässige Schleppdrehzahl über den gesamten Verzögerungsvorgang im Wesentlichen konstant gehalten wird. Damit wird gleichzeitig erreicht, dass nur eine minimal notwendige Menge kinetischer Energie über das Druckbegrenzungsventil in Wärme umgewandelt werden muss.
Erfindungsgemäß kann über die Einstellung des Fördervolumens an der Hydraulikpumpe das am Antriebsmotor zur Verfügung stehende Bremsmoment jederzeit optimal ausgenutzt werden, da Schwankungen in dem an der Hydraulikpumpe ankommenden Hydraulikflüssigkeitsstrom, wegen nicht vorhandener Staudrücke, weitestgehend inexistent sind. Selbst wenn Schwankungen im Hydraulikflüssigkeitsstrom auftreten, so können diese durch die Verstellbarkeit des Hubvolumens der Hydraulikpumpe mittels der Steuereinheit ausgeglichen werden. Damit können Vorrichtungen zum Überwachen des Hydraulikflüssigkeitsdrucks, der am Triebwerk der Hydraulikpumpe ansteht, einfacher ausgestaltet sein, was ebenfalls zur Vereinfachung der Hydraulikpumpe beiträgt.
Wie oben bereits ausführlich erläutert, wird erfindungsgemäß das zur Verzögerung des hydrostatischen Antriebs im Schiebebetrieb erforderliche Schluckvolumen der Hydraulikpumpe unter Berücksichtigung der maximalen Schleppdrehzahl des Antriebsmotors und/oder der Hydraulikpumpe eingestellt, damit die jeweilige zulässige Grenzdrehzahl einer der beiden Komponenten im Schiebebetrieb nicht überschritten wird. Während des Bremsbetriebs soll die jeweils kritischere der beiden Grenzdrehzahlen erreicht oder nahezu erreicht werden, damit eine möglichst hohe hydrostatische Verzögerung des hydrostatischen Antriebs erzielt werden kann. Insbesondere wenn die Last auf den Hydraulikmotor und somit der Hydraulikflüssigkeitsstrom zur Hydraulikpumpe nicht konstant ist und beispielsweise im Zeitverlauf vom Beginn des Verzögerungsbetriebes bis zu dessen Ende (Stillstand) kontinuierlich abnimmt, soll die Drehzahl des Antriebsmotors bzw. der Hydraulikpumpe konstant an der maximal zulässigen Grenzdrehzahl für den Schleppbetrieb gehalten werden.
Die verwendeten Druckbegrenzungsventile werden erfindungsgemäß bevorzugt auf den im Schiebebetrieb des hydrostatischen Antriebs einlassseitig am Hydraulikmotor anliegenden Niederdruck, d. h. auf den Druck stromaufwärts des Druckbegrenzungsventils in der Verbindungsleitung referenziert. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Druckbegrenzungsventile z. B. auch auf den Fülldruck referenziert sein, der ebenfalls, wie der zuvor angesprochene einlassseitige Niederdruck, druckbegrenzungsventil-schließend wirkt.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Begrenzungsdruck, bei dessen Überschreiten die Begrenzungsventile öffnen, durch eine Begrenzungsventilfeder vorgegeben, die weiter bevorzugt einstellbar ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Federkraft der Druckbegrenzungsventilfeder bei Inbetriebnahme eines hydrostatischen Antriebs einstellbar, womit ein für den Schiebebetrieb fest vorgebbarer Maximaldruck einstellbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kraft, mit welcher das Druckbegrenzungsventil geschlossen gehalten wird, bevorzugt auch während des Betriebs des hydrostatischen Antriebs verstellbar, beispielsweise mittels eines Aktuators. Weiter bevorzugt erfolgt die Verstellung des Begrenzungsdrucks ebenfalls durch die Steuereinheit und abhängig von der Drehzahl der im geschlossenen Hydraulikkreislauf angeordneten Hydraulikpumpe und/oder in Abhängigkeit der Drehzahl des Antriebsmotors, an dem sich die Hydraulikpumpe des hydrostatischen Motors im Schiebebetrieb abstützt. Auch mit einer derartigen drehzahlabhängigen Einstellung der schließenden Kräfte auf das jeweilige Druckbegrenzungsventil können zu- und abschaltbare Verbraucherleistungen, insbesondere Nebenverbraucherleistungen, sowie weitere Antriebe, z. B. Nebenantriebe der Arbeitsmaschine, welche während des Schiebebetriebs Leistung aufnehmen und die Drehzahl des Antriebsmotors bzw. der Hydraulikpumpe drücken, berücksichtigt werden. So kann der Öffnungsdruck der Druckbegrenzungsventile, bei dessen Überschreiten ein Teilstrom der Hydraulikflüssigkeit über die Verbindungsleitung entspannt wird, einstellbar sein und zwar so, dass der Antriebsmotor, bzw. die von ihm angetriebene Hydraulikpumpe, während des Schiebebetriebs konstant an oder kurz unter der zulässigen Grenzdrehzahl laufen. Das Verstellen des Öffnungsdruckes erfolgt dabei bevorzugt durch die Steuereinheit im Zusammenwirken mit der Einstellung des Schluckvolumens bzw. des Hubvolumens der Hydraulikpumpe, beispielsweise über einen von einer Steuereinheit ansteuerbaren Aktuator, der mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils entsprechend eines Steuersignals der Steuereinheit anpasst. Denkbar ist hierbei auch eine manuelle Betätigung beispielsweise durch den Maschinenbediener.
Geeigneterweise kann über die Einstellbarkeit des Öffnungsdrucks der Druckbegrenzungsventile ein eventueller Stillstand beispielsweise der Antriebsräder einer Arbeitsmaschine verhindert werden, wenn die Reibung zwischen den Rädern und dem Untergrund nicht ausreicht um den hydrostatischen Antrieb in den Schiebebetrieb zu versetzen oder dort zu halten. Insbesondere bei Ein- Motor-Antrieben kann so die Bremsleistung an die individuellen Betriebsbedingungen an den Antriebsrädern oder an der Antriebsachse angepasst werden und so beispielsweise die Fahr- bzw. Bremsstabilität verbessert werden.
In geschlossenen Hydraulikkreisläufen für hydrostatische Antriebe werden Druckbegrenzungsventile verwendet – insbesondere auch erfindungsgemäß – um Beschädigungen an der Arbeitsmaschine zu vermeiden. Die hierfür zum Steuern der Druckbegrenzungsventile notwendige Hydraulikflüssigkeit in Form von Vorsteuervolumenstromen wird bei einem Öffnen eines Druckbegrenzungsventils zu einem Tank abgeleitet und geht dem Arbeitskreislauf zur Verrichtung von Arbeit zunächst verloren. Zusätzlich geht einem geschlossen Hydraulikflüssigkeitskreislauf über Leckagen, insbesondere aus den Triebwerken, Hydraulikflüssigkeit verloren. Damit diese meist nur geringen Mengen an Hydraulikflüssigkeit dem Arbeitskreislauf wieder zugeführt werden können, ist in hydrostatischen Antrieben mit geschlossenem Hydraulikflüssigkeitskreislauf fachüblich eine Speisepumpe vorgesehen, welche den Verlust an Hydraulikflüssigkeit kompensiert.
Die Speisepumpe speist über eine Speiseleitung Hydraulikflüssigkeit in die Niederdruckleitung des hydrostatischen Antriebes ein, sofern dies notwendig ist. Herkömmlich werden hierzu Speisepumpen verwendet, welche mechanisch mit der Fahrantriebspumpe bzw. der Haupthydraulikpumpe verbunden sind und oftmals permanent mitlaufen. Da die Verbindungsleitung des erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs im Schiebebetrieb mit der einlassseitigen Niederdruckseite des Hydraulikmotors in Fluidverbindung steht, kann erfindungsgemäß eine Speisedruckleitung direkt mit dem niederdruckseitigen Teil der Verbindungsleitung verbunden werden, ohne dass hierbei, über die fachüblich erforderlichen Komponenten eines Speisekreises hinausgehend, weitere Vorkehrungen zum Einspeisen von Hydraulikfluid mit Speisedruck erforderlich sind. Besonders bevorzugt ist eine solche Anbindung des Speisekreises an die Verbindungsleitung bei reversierbaren hydrostatischen Antrieben, bei denen herkömmlicherweise für jede Arbeitsleitung eine Zuleitung eines Speisekreises mit einem extra Rückschlagventil als Fülldruckventil anzuordnen ist. Erfindungsgemäß sind diese Rückschlagventile jedoch bereits in der Verbindungsleitung für beidseitig betreibbare Hydraulikmotor bevorzugt im bzw. am Hydraulikmotor angeordnet. Eine einzige Speisedruckleitung kann so direkt zwischen die beiden Rückschlagventile an die Verbindungsleitung zwischen Auslass und Einlass des Triebwerks des Hydraulikmotors angebunden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verzögerung eines sich in einem Schiebebetrieb befindlichen hydrostatischen Antriebs regelt das Fördervolumen der Hydraulikpumpe derart, dass weder eine Grenzzahl der Hydraulikpumpe noch eine Grenzzahl eines die Hydraulikpumpe antreibenden Antriebsmotors (maximal zulässige Schleppdrehzahl) überschritten wird. Während das Fördervolumen des Triebwerks des Hydraulikmotors je nach Höhe der erforderlichen Verzögerung verändert wird, wird der Fördervolumenstrom, der zur Hydraulikpumpe geleitet wird, durch die Druckbegrenzungsventile auf einen konstanten Maximalwert limitiert, womit das zum Verzögern des hydrostatischen Antriebs vom Antriebsmotor bereitgestellte drehzahlabhängige Schleppmoment während eines Schiebebetriebs konstant bei der hierfür maximal zulässigen (Antriebsmotor-)Drehzahl optimal ausgenutzt werden kann. Ist die hydraulische Leistung, welche vom Triebwerk des Hydraulikmotors im Schiebebetrieb erzeugt wird, höher als die hydraulische Leistung, welche der Hydraulikpumpe in einem hydrostatischen Antrieb zugeführt werden kann, so wird erfindungsgemäß ein Teilstrom des vom Hydraulikmotor geförderten Hydraulikflüssigkeitsstroms unter Hochdruck durch Öffnen einer zwischen dem Auslass und dem Einlass des Triebwerks angeordneten Verbindungsleitung auf einen eingangsseitigen Niederdruck entspannt. Dabei überschreitet der ausgangsseitige Hochdruck einen Begrenzungs- bzw. Öffnungsdruck eines in der Verbindungsleitung angeordneten Druckbegrenzungsventils.
Während des Betriebs einer Arbeitsmaschine treten oftmals variable Schiebebetriebe auf, so dass erfindungsgemäß der zur Hydraulikpumpe geleitete Hydraulikflüssigkeitsstrom bevorzugt während des Schiebebetriebes einstellbar ist. Erfindungsgemäß ist die Einstellbarkeit des Hydraulikflüssigkeitsstrom an die Drehzahl des Antriebsmotors bzw. an die Drehzahl der Hydraulikpumpe im hydrostatischen Antrieb gekoppelt, damit die Grenzdrehzahlen der beiden Aggregate nicht überschritten werden. Jedoch wird gleichzeitig das Aggregat mit der niedrigeren Grenzdrehzahl an dieser maximal zulässigen Schleppdrehzahl für den Schiebebetrieb gehalten. Bevorzugt hält das erfindungsgemäße Verfahren den Antriebsmotor kurz unterhalb seiner maximalen zulässigen Grenzdrehzahl für den Schleppbetrieb bzw. Schiebebetrieb, damit bei Änderungen der Drehzahl bzw. der auftretenden kinetischen Kräfte auf die Arbeitsmaschine die maximal zulässige Grenzdrehzahl nicht überschritten wird. Hierbei kann beispielsweise an eine Drehzahl im Schiebebetrieb gedacht werden, die den Antriebsmotor bzw. die Hydraulikpumpe im Bereich von ca. 5% bis 15% unterhalb einer maximal zulässigen Grenzdrehzahl für den Schiebebetrieb hält, je nachdem, welches Aggregat die niedrigere Grenzzahl aufweist.
Mit der Erfindung wird eine verbesserte Vorrichtung und ein effizientes Verfahren zum Verzögern eines hydrostatischen Antriebs bereitgestellt, mit dem feinfühlig, ohne großen Regelungsaufwand, zuverlässig und gleichzeitig robust eine maximale hydrostatische Verzögerung erzielt werden kann. Dabei muss durch das erfindungsgemäße Verfahren, im Vergleich zum Stand der Technik, weniger überschüssige kinetische Energie des hydrostatischen Antriebs, die nicht am Antriebsmotor abstützbar ist, mittels den Druckbegrenzungsventilen in Wärme umgesetzt werden. Gegebenenfalls werden hierdurch mechanische Bremssysteme stärker entlastet, was zu einem geringeren Verschleiß an diesen Bauteilen führt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Hydraulikmotors werden im Folgenden beispielhaft anhand von Figuren erläutert ohne den Erfindungsgedanken auf dieses Ausführungsbeispiel zu limitieren. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs mit geschlossenem Hydraulikflüssigkeitskreislauf;
2 das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs mit geschlossenem Hydraulikflüssigkeitskreislauf;
4 das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung.
1 zeigt schematisch in einer vereinfachten Darstellung eine Arbeitsmaschine 1, welche durch einen Antriebsmotor 2 antreibbar ist. Der Antriebsmotor 2 treibt hierbei eine Hydraulikpumpe 4 an, mit der eine Speisepumpe 50 mechanisch verbunden ist. Hydraulisch ist die Hydraulikpumpe 4 mit einem Hydraulikmotor 5 über zwei Arbeitsleitungen 6 und 7 so verbunden, dass die Hydraulikpumpe 4 zusammen mit dem Hydraulikmotor 5 in einem hydrostatischen, geschlossenen Hydraulikflüssigkeitskreislauf betrieben wird. Zur Vereinfachung der Erfindungsbeschreibung wird in dem in 1 dargestellten hydrostatischen Antrieb 3 davon ausgegangen, dass die Förderrichtung, d. h. die Durchströmung durch die hydraulischen Arbeitsleitungen 6 und 7 im Uhrzeigersinn erfolgt. Dies ist schematisch mit Pfeil A in 1 gekennzeichnet.
Im Antriebsbetrieb der Arbeitsmaschine 1 fördert die Hydraulikpumpe 4 Hydraulikflüssigkeit mit Hochdruck über die Hydraulikleitung 6 zum Hydraulikmotor 5, welcher diesen Hochdruck unter Abgabe mechanischer Rotationsenergie entspannt und als Niederdruck über die Hydraulikleitung 7 zurück zur Hydraulikpumpe 4 fördert. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl die Hydraulikpumpe 4 als auch der Hydraulikmotor 5 nur in eine Förderrichtung betreibbar, wobei ihr jeweiliges Förder- bzw. Schluckvolumen einstellbar ist. Beispielhaft dreht der Hydraulikmotor 5 in 1 im Uhrzeigersinn. Befindet sich der hydrostatische Antrieb in der Betriebsart Vortrieb, so stellt die Hydraulikleitung 6 eine Hochdruckleitung und die Hydraulikleitung 7 eine Niederdruckleitung zur Verbindung der beiden hydrostatischen Triebwerke dar. In einem Schiebebetrieb, in dem der Hydraulikmotor 5 durch seine Abtriebswelle 9 angetrieben wird, agiert der Hydraulikmotor 5 als Pumpe und fördert über die Hydraulikleitung 7 Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck zur Hydraulikpumpe 4. Dabei saugt der Hydraulikmotor 5 über die Hydraulikleitung 6, die im Schiebebetrieb eine Niederdruckleitung bildet, Hydraulikflüssigkeit kommend von der Hydraulikpumpe 4 an.
Je nach Höhe der hydrostatischen Verzögerungsleistung, die im Schiebebetrieb über den hydrostatischen Antrieb abgestützt werden soll, wird der Hydraulikmotor 5 bzw. das innerhalb des Hydraulikmotors 5 angeordnete Triebwerk 11 in seinem Schluckvolumen angepasst. Dabei gilt, dass das Verzögerungsmoment am Triebwerk 11 umso größer ist, je größer sein Schluck- bzw. Hubvolumen eingestellt ist. Daraus ergibt sich zusammen mit der Drehzahl des Triebwerks die hydraulische Leistung, die das Triebwerk 11 situationsbedingt abgibt. Über den Auslass 13 des Triebwerks 11 kann diese Leistung nur dann vollständig zur Hydraulikpumpe 4 bzw. zum Triebwerk der Hydraulikpumpe 4 geleitet werden, wenn diese Verzögerungsleistung den Antriebsmotor 2 oder die Hydraulikpumpe 4 nicht überlastet. Ist die geforderte Verzögerungsleistung größer als die Leistung die über die Hydraulikpumpe 4 am Antriebsmotor 2 abstützbar ist, so muss die überschüssige Leistung über das Druckbegrenzungsventil 20 in Wärme umgewandelt werden, damit die Hydraulikpumpe 4 und/oder der Antriebsmotor 2 nicht in Überdrehzahl geraten.
Im Schiebebetrieb, beispielsweise bei einer Bergabfahrt der Arbeitsmaschine 1 wird kinetische Energie bevorzugt am Antriebsmotor 2 der Arbeitsmaschine abgestützt, jedoch weist sowohl die Antriebsmaschine 2 als auch die mit ihr mechanisch verbundene Hydraulikpumpe 4 eine Grenzdrehzahl auf, die nicht überschritten werden sollte. Bei einem Antriebsmotor spricht man hierbei von einer maximal zulässigen Schleppdrehzahl, mit der der Antriebsmotor erzwungen über seine Abtriebswelle maximal angetrieben werden darf. Gleichermaßen weist eine Hydraulikpumpe eine Grenzdrehzahl auf, die zur Vermeidung von Beschädigungen ebenfalls nicht überschritten werden sollte. Über das eingestellte Fördervolumen an der Hydraulikpumpe – welches in diesem Fall ein Schluckvolumen darstellt – und der vorgegebenen Grenzdrehzahl ergibt sich somit eine maximale an den Antriebskomponenten der Arbeitsmaschine abstützbare mechanische Leistung. Diese ist im Schiebebetrieb oftmals nicht ausreichend, um die Arbeitsmaschine allein durch die so genannte Motorbremsleistung ausreichend zu verzögern, ohne dass es hierbei zu Beschädigungen der Antriebsaggregate kommt. Überschüssige kinetische Energie, also der Teil der kinetischen Energie, der über die mechanisch abstützbare Bremsleistung am Antriebsmotor hinausgeht, kann über Druckbegrenzungsventile in Form von Wärmeleistung abgebaut werden und/oder über sonstige bekannte (mechanische) Bremssysteme.
Bevorzugt sieht die Erfindung für den Abbau kinetischer Energie in Wärme vor, in Art einer Bypassleitung für das Triebwerk 11, eine Verbindungsleitung 14 vom Auslass 13 des Triebwerks 11 zum Einlass 12 des Triebwerks 11 zu führen und in dieser ein Druckbegrenzungsventil 20 anzuordnen. Das Druckbegrenzungsventil 20 öffnet, wenn der Druck in der Verbindungsleitung 14 stromaufwärts vor dem Druckbegrenzungsventil 20, also der Druck der am Auslass 13 des Triebwerks 11 herrscht, einen vorbestimmten Begrenzungsdruck überschreitet. Hierzu ist in einer Ausführungsform des Druckbegrenzungsventils 20 eine Vorsteuerleitung 21 vorgesehen, die den Druck in der Verbindungsleitung 14 auf einen Ventilschieber derart leitet, dass die daraus resultierende Hydraulikkraft Druckbegrenzungsventil-öffnend gegen eine Kraft, beispielsweise einer Ventilfeder 22, wirkt, welche ihrerseits ventilschließend wirkt. Über die bevorzugt einstellbare Schließkraft auf das Druckbegrenzungsventil 20 ist so der Begrenzungs- bzw. Öffnungsdruck, bei dem das Druckbegrenzungsventil 20 öffnet, vorgebbar bzw. einstell- oder verstellbar. Weiter bevorzugt ist das Druckbegrenzungsventil 20 zusätzlich zu der ventilschließend wirkenden Ventilfeder 22 auf den Niederdruck, der am Einlass 12 des Triebwerks 11 herrscht oder auf einen Fülldruck, der in einer Fülldruckleitung bzw. in einer Speisedruckleitung 53 herrscht, referenziert. Der Niederdruck bzw. der Speisedruck wirkt dabei ebenfalls Ventilschließend, sodass das Druckbegrenzungsventil 20 zuverlässig geschlossen gehalten wird, solange der Druckunterschied zwischen Hochdruck und dem jeweiligen Referenzdruck einen vorgebbaren Wert nicht überschreitet.
Hierbei ist weiter vorstellbar, dass die Kraft-Einstellung der Druckbegrenzungsventilfeder 22 nur einmal bei Inbetriebnahme der Arbeitsmaschine erfolgt oder dass eine situationsbedingte Einstellbarkeit der Druckbegrenzungsventilfeder 22 möglich ist. Eine solche situationsbedingte Einstellbarkeit der Druckbegrenzungsventilfeder 22 ist insbesondere bei variierenden Achslasten oder Radlasten vorstellbar, wenn ein zur Übertragung der kinetischen Energie der Arbeitsmaschine auf den Hydromotor erforderliche Kraft nicht ausreicht, die Hydraulikpumpe bzw. den Antriebsmotor anzutreiben. In diesen Fall kann beispielsweise der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils gesenkt werden, damit ein Blockieren beispielsweise der Antriebsräder vermieden wird. Dies wird erfindungsgemäß bevorzugt drehzahlgesteuert über eine Steuereinheit 60 bewerkstelligt, die weiter bevorzugt über eine geeignete Verstellung des Fördervolumens der Hydraulikpumpe 4 den Antriebsmotor 2 oder die Hydraulikpumpe 4 auf einer hierfür geeigneten Schleppdrehzahl einstellt/reduziert, die eine Verzögerung des hydrostatischen Antriebs über eine Abstützung am Antriebsmotor zulässt.
Besonders bevorzugt ist die vom Auslass 13 zum Einlass 12 des Triebwerks 11 führende Verbindungsleitung 14 innerhalb oder unmittelbar am Gehäuse 10 des Hydraulikmotors 5 angeordnet. Damit werden kurze Wege für die Rückführung von Hydraulikflüssigkeit von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite erreicht und gleichzeitig die Anordnung eines Niederdruckspeichers vermieden. Oftmals wird im Stand der Technik ein Niederdruckspeicher als Hydraulikflüssigkeitsausgleich vorgesehen, damit bei hohen geforderten Versorgungsleistungen der auf der Niederdruckseite gegebenenfalls auftretende Niederdruckeinbruch vermieden wird. Erfindungsgemäß kann bei Überschreitung eines Begrenzungsdrucks am Auslass 13 des Triebwerks 11 überschüssige Förderleistung des Triebwerks 11 in Form von unter Hochdruck stehender Hydraulikflüssigkeit über die Verbindungsleitung 14 und das Druckbegrenzungsventil 20 in Wärmeleistung abgebaut werden. Entspannte Hydraulikflüssigkeit kann über die Verbindungsleitung 14 innerhalb oder unmittelbar am Gehäuse 10 des Hydraulikmotors 5 zum Einlass 12 des Triebwerks 11 zurückgeleitet werden. Damit werden nicht nur hohe Leitungsverluste aufgrund langer Hydraulikleitungen vermieden, sondern auch ein kompaktes, schnell reagierendes und agiles System bereitgestellt. Auch werden so Staudrücke in den Arbeitsleitungen, wie sie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen entstehen, vermieden. Die am Druckbegrenzungsventil 20 entstehende Wärme kann beispielsweise über geeignete Kühlvorrichtungen, die im Stand der Technik bestens bekannt sind, an die Umgebung abgegeben werden.
Durch diese kompakte Bauweise zum Umwandeln hydraulischer Leistung in Wärme direkt im/am Hydraulikmotor 5 wird ein feinfühliger Regelkreis im hydrostatischen Antrieb erreicht, der kurze Wegstrecken aufweist und daher besonders schnell auf sich ändernde Betriebsbedingungen reagieren kann. Dieser ist zudem robust in seiner Bauweise, da freiliegende Leitungen, Anschlüsse und Ventile weitestgehend vermieden werden.
In 2 ist einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der kurzen Verbindung zwischen Auslass 13 und Einlass 12 des Triebwerks 11 des Hydraulikmotors 5 eine Speiseleitung 53 gezeigt, mit der Hydraulikflüssigkeit unter Speisedruck zum Füllen des geschlossenen Kreislaufes bereitgestellt werden kann und die mit der Verbindungsleitung 14 sowohl stromabwärts nach, als auch stromaufwärts vor dem Druckbegrenzungsventil verbunden werden kann. Zwischen der Speisedruckleitung 53 und der Verbindungsleitung 14 sind hierbei beidseitig des Druckbegrenzungsventils 20 jeweils Rückschlagventile 26, 36 anzuordnen, damit der in der Verbindungsleitung 14 herrschende Druck nicht in die Speisedruckleitung 53 zurückschlagen kann – falls der Druck in der Verbindungsleitung 14 höher ist als der Speisedruck. Mit der Anbindung der Speisedruckleitung 53 an die Verbindungsleitung 14 kann der geschlossene Hydraulikflüssigkeitskreislauf des hydrostatischen Antriebs 3 direkt am Hydraulikmotor 5 befüllt werden, womit eine weitere Absicherung gegen unerwünschten Unterdruck auf der Niederdruckseite (Niederdruckeinbruch) erreicht wird. Der Speisedruck wird hierbei bevorzugt von einer Speisepumpe 50 bereitgestellt, die weiter bevorzugt mechanisch mit der Hydraulikpumpe 4 und/oder mechanisch mit dem Antriebsmotor 2 verbunden ist. Im Schiebebetrieb kann beispielsweise, wenn der Speisedruck höher ist als der Druck in der Verbindungsleitung 14, über das Rückschlagventil 26 der geschlossene Kreislauf des hydrostatischen Antriebs 6 am Einlass 12 des Triebwerks 11 befüllt werden. Ein eventueller Mangel an Hydraulikflüssigkeit beim Abstützen des hydrostatischen Antriebs 3 im Schiebebetrieb auf der Niederdruckseite kann somit wirksam begegnet werden. Auch so kann ein Hydraulikflüssigkeitsdruckspeicher für die Einspeisung von Hydraulikflüssigkeit in die Niederdruckseite in einem Schiebebetrieb wirksam vermieden werden.
In der Darstellung der 3 ist der Erfindungsgedanke anhand eines hydrostatischen Antriebs 3 dargestellt, welcher einstellbar in beide Förderrichtungen betrieben werden kann. Bei einem für einen Fahrantrieb verwendeten hydrostatischen Antrieb bedeutet dies, dass das damit ausgestattete Fahrzeug sowohl vorwärts als auch rückwärts fahren kann. Damit der erfindungsgemäße Gedanke auch für solche Systeme verwendet werden kann, sind zwei Druckbegrenzungsventile 20, 30 in der Verbindungsleitung 14 zwischen Ein- und Auslass 12 und 13 des Triebwerks 11 vorgesehen, je eines für jede Betriebsrichtung. Da das Triebwerk der Hydraulikpumpe 4 in beide Drehrichtungen betrieben werden kann, ist für den Fachmann ersichtlich, dass bei Wechsel der Förderrichtung innerhalb des geschlossenen Hydraulikkreislaufs 3 auch der Einlass 12 und der Auslass 13 des Triebwerks 11 des Hydraulikmotors 5 entsprechend der Fördereinrichtung wechseln. Die beiden in der Verbindungsleitung 14 angeordneten Druckbegrenzungsventile 20 und 30 weisen jedoch nur eine Durchflussrichtung auf, die jeweils vom Auslass 13 auf den Einlass 12 gerichtet ist. Das bedeutet, dass jedes Druckbegrenzungsventil 20 oder 30 nur im Schiebebetrieb in einer Durchflussrichtung, beispielsweise für den Vorwärtsbetrieb oder den reversierten Betrieb, zum Umwandeln hydraulischer Leistung in Wärme verwendbar ist. Dabei sind die beiden Druckbegrenzungsventil-Durchströmrichtungen so realisiert, dass die beiden Durchströmrichtungen aufeinander zuweisen, so dass die Verbindungsleitung 14 wechselweise von einem der beiden Druckbegrenzungsventile 20 oder 30 geöffnet werden kann, bzw. von dem jeweils anderen Druckbegrenzungsventil 20 oder 30 blockiert wird. Damit erfindungsgemäß ein Druckabbau bzw. eine Umwandlung hydrostatischer Leistung in Wärme über die Verbindungsleitung 14 ermöglicht werden kann, ist jedem der beiden Druckbegrenzungsventile 20 bzw. 30 eine das Druckbegrenzungsventil umgehende Bypassleitung 24 bzw. 34 zugeordnet. Weiter ist in jeder der beiden Bypassleitungen 24 und 34 ein Rückschlagventil 26 bzw. 36 angeordnet, welches entgegengesetzt zur Durchströmrichtung des Druckbegrenzungsventils öffnet, dem es zugeordnet ist. Somit öffnet für jede Durchströmrichtung ein Druckbegrenzungsventil 20 bzw. 30 und ein Rückschlagventil 26 bzw. 36. Damit ist wiederum eine bevorzugte kurze Verbindung zwischen Auslass und Einlass des Triebwerks 11 gegeben. Die jeweils andere Durchströmrichtung durch die Verbindungsleitung 14 ist durch je eines der beiden Druckbegrenzungsventile 20 bzw. 30 und durch je eines der beiden Rückschlagventile 26 bzw. 36 blockiert.
Über eine Speisedruckleitung 53, die von einer Speisepumpe 50 gespeist wird, kann der geschlossene Hydraulikkreislauf entweder über eine Fülldruckleitung 57 und die Arbeitsleitung 6 oder über eine Fülldruckleitung 58 und die Arbeitsleitung 7 mit Hydraulikflüssigkeit befüllt werden, je nachdem, welche der beiden Arbeitsleitungen 6 oder 7 die Niederdruck-führende Arbeitsleitung ist. Zum Verhindern, dass Hydraulikflüssigkeit unter Druck aus einer der beiden Arbeitsleitungen 6 oder 7 in die Speisedruckleitung 53 zurückschlägt, weist sowohl die Fülldruckleitung 57 als auch die Fülldruckleitung 58 jeweils ein entsprechend angeordnetes Rückschlagventil 56 auf.
In einer weiteren Ausführungsform des in 3 dargestellten hydrostatischen Antriebs kann eine Speisedruckleitung 53 zum Befüllen des geschlossenen Arbeitskreislaufs direkt an die Verbindungsleitung 14 zwischen den beiden Bypass-Rückschlagventilen 26 und 36 angeschlossen sein, ohne dass hierfür die in 3 gezeigten Rückschlagventile 56 benötigt werden. Dies ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 dargestellt. Insbesondere kann hierbei eine separate Anbindung der Speisedruckleitung 53 an jeweils eine der beiden Hydraulikleitungen 6 und 7 vermieden werden, da das Triebwerk 11 über die Verbindungsleitung 14 und dem Einlass 12 oder dem Auslass 13 mit Hydraulikflüssigkeit befüllbar ist. Insbesondere bei Kompakteinheiten für beispielsweise hydrostatische Getriebe erspart eine solche Anordnung viel Bauraum und führt zu einer weiter kompakten Ausführung mit einer verringerten Anzahl an Bauteilen und Leitungen.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung zum Verzögern eines sich in einem Schiebebetrieb befindenden hydrostatischen Antriebs mit einer kurzen Verbindungsleitung zwischen Auslass 13 und Einlass 12 eines Triebwerks 11 eines Hydraulikmotors 5 wird das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 4 derart geregelt, dass weder eine Grenzdrehzahl der Hydraulikpumpe 4 noch eine Grenzdrehzahl (maximal zulässige Schleppdrehzahl) eines Antriebsmotors 2, der die Hydraulikpumpe 4 antreibt, überschritten wird. Zum Einstellen der Verzögerung wird das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 4 verändert. Ein Ableiten eines Teilstroms des vom Hydraulikmotor 5 bzw. vom Triebwerks 11 geförderten Hydraulikflüssigkeitsstroms wird mittels Öffnen der zwischen Auslass 13 und Einlass 12 des Triebwerks 11 angeordneten Verbindungsleitung 14 ermöglicht. Gleichzeitig erfolgt eine Umwandlung kinetischer Energie in Wärme, indem eines der beiden in der Verbindungsleitung 14 angeordneten Druckbegrenzungsventile 20 bzw. 30 den ausgangsseitig anliegenden Hochdruck auf einen eingangsseitigen Niederdruck entspannt. Das zumindest eine in der Verbindungsleitung 14 angeordnete Druckbegrenzungsventil 20 bzw. 30 öffnet jedoch nur, wenn der ausgangsseitige Hochdruck einen voreingestellten Begrenzungsdruck des hydrostatischen Antriebs 3 (= Öffnungsdruck für das Druckbegrenzungsventil 20 oder 30) überschreitet. Die Einstellung des Begrenzungsdrucks kann, wie oben bereits erläutert, bevorzugt für die Justierung der Arbeitsmaschine nur einmalig vorgenommen werden oder weiter bevorzugt auch während des Betriebs, z. B. von einer Steuereinrichtung 60 den antriebsseitigen Gegebenheiten am hydrostatischen Antrieb situationsgerecht angepasst werden. Dies erfolgt insbesondere in Abhängigkeit der Drehzahl einer Antriebswelle 8 der Hydraulikpumpe 4, beispielsweise mittels eines Drehzahlsensors 62.
Bezugszeichenliste

1: Arbeitsmaschine
2: Antriebsmotor
3: hydrostatischer Antrieb
4: Hydraulikpumpe
5: Hydraulikmotor
6: Arbeitsleitung
7: Arbeitsleitung
8: Antriebswelle
9: Abtriebswelle
10: Gehäuse Hydraulikmotor
11: Triebwerk Hydraulikmotor
12: Einlass
13: Auslass
14: Verbindungsleitung
20: Druckbegrenzungsventil
21: Vorsteuerleitung
22: Druckbegrenzungsventilfeder
24: Bypassleitung
26: Rückschlagventil
30: Druckbegrenzungsventil
32: Rückschlagventil
31: Vorsteuerleitung
32: Druckbegrenzungsventilfeder
34: Bypassleitung
36: Rückschlagventil
40: Servoverstelleinheit
50: Speisepumpe
53: Speisedruckleitung
55: Speisedruckbegrenzungsventil
56: Rückschlagventil
57: Fülldruckleitung
58: Fülldruckleitung
60: Steuereinheit
62: Drehzahlensensor
70: Servoverstelleinheit
100: Tank
A: Förderrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006059734 A1 [0004, 0004]

Claims

Hydrostatischer Antrieb (3) mit einem geschlossenen Hydraulikflüssigkeitskreislauf, in dem eine durch einen Antriebsmotor (2) antreibbare Hydraulikpumpe (4) und ein Hydraulikmotor (5) angeordnet sind, die über zwei Arbeitsleitungen (6, 7) fluidisch miteinander verbunden sind, wobei wechselweise je nach Betriebsart und Förderrichtung der Hydraulikpumpe (4) eine Arbeitsleitung (6, 7) eine Niederdruckleitung und die andere Arbeitsleitung (6, 7) eine Hochdruckleitung ist und die Hydraulikpumpe (4) als auch der Hydraulikmotor (5) über eine Steuereinheit (60) in ihrem jeweiligen Hubvolumen einstellbar sind und der Hydraulikmotor (5) ein Gehäuse (10) aufweist, in dem ein hydrostatisches Triebwerk (11) mit einem Einlass (12) und einem Auslass (13) angeordnet ist, wobei in einer den Auslass (13) mit dem Einlass (12) verbindenden Verbindungsleitung (14) ein in Richtung des Einlasses (12) durchströmbares Druckbegrenzungsventil (20) angeordnet ist, das öffnet, wenn ein am Auslass (13) anliegender Hochdruck einen vorbestimmten Begrenzungsdruck des Druckbegrenzungsventils (20) überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass im Schiebebetrieb des hydrostatischen Antriebs (3) das Hubvolumen der Hydraulikpumpe (4) und/oder das des Hydraulikmotors (5) mittels der Steuereinheit (60) in Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebsmotors (2) oder in Abhängigkeit von der Drehzahl der Hydraulikpumpe (4) einstellbar sind.
Hydrostatischer Antrieb (3) nach Anspruch 1, bei dem in der Verbindungsleitung (14) zwei nur in jeweils einer Richtung durchströmbare Druckbegrenzungsventile (20, 30) derart angeordnet sind, dass ihre Durchströmrichtungen aufeinander zu gerichtet sind, und zwei Bypassleitungen (24, 34) zur Umgehung jeweils eines der beiden Druckbegrenzungsventile (20, 30) vorgesehen sind, in welchen Bypassleitungen (24, 34) je ein Rückschlagventil (26, 36) angeordnet ist, die entgegen der Durchströmrichtung des umgangenen Druckbegrenzungsventil (20, 30) öffnen, wenn das jeweils andere Druckbegrenzungsventil (20, 30) öffnet.
Hydrostatischer Antrieb (3) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Verbindungsleitung (14) im oder unmittelbar am Hydraulikmotor (5) angeordnet ist.
Hydrostatischer Antrieb (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Begrenzungsdruck der Druckbegrenzungsventile (20, 30) auf einen Fülldruck, der in einer Speisedruckleitung (53) herrscht, oder auf den einlassseitig in der Verbindungsleitung (14) herrschenden Druck referenziert ist.
Hydrostatischer Antrieb (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Begrenzungsdruck mittels einer Druckbegrenzungsventilfeder (22, 32) und/oder einem Aktuator (28, 38) einstellbar ist.
Hydrostatischer Antrieb (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Drehzahl des Antriebsmotors (2) und/oder die der Hydraulikpumpe (4) mittels eines Drehzahlsensors (62) erfassbar sind, der benachbart zu einer Antriebswelle (8) angeordnet ist, die den Antriebsmotor (2) mit der Hydraulikpumpe (4) mechanisch verbindet.
Hydrostatischer Antrieb (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Begrenzungsdruck des oder der Druckbegrenzungsventile (20, 30) abhängig von der Drehzahl des Hydraulikmotors (5) einstellbar ist.
Hydrostatischer Antrieb (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der geschlossene Hydraulikkreislauf (3) mittels einer Speiseleitung (53), die mit der Verbindungsleitung (14) fluidisch verbunden ist, befüllbar ist.
Hydrostatischer Antrieb (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 7 in ihrer Abhängigkeit von Anspruch 2, wobei die Speiseleitung (53) zwischen die beiden Druckbegrenzungsventile (20, 30) in die Verbindungsleitung (14) mündet.
Verfahren zur Verzögerung eines sich in einem Schiebebetrieb befindenden hydrostatischen Antriebs (3) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Hubvolumen einer Hydraulikpumpe (4) durch eine Steuereinheit (60) derart geregelt wird, dass weder eine Grenzdrehzahl der Hydraulikpumpe (4) noch eine Grenzdrehzahl eines die Hydraulikpumpe (4) antreibenden Antriebsmotors (2) überschritten wird, während durch die Steuereinheit (60) gleichzeitig das Hubvolumen eines Hydraulikmotors (5) zum Einstellen der Bremsleistung verändert wird und ein Teilstrom des vom Hydraulikmotor (5) geförderten Hydraulikflüssigkeitsstrom über eine Verbindungsleitung (14) geleitet wird, die von einem Auslass (13) zu einem Einlass (12) eines Triebwerks (11) des Hydraulikmotors (5) führt und in der ein Druckbegrenzungsventil (20, 30) angeordnet ist, wenn der am Ausgang (13) des Triebwerks (11) anliegende ausgangsseitige Hochdruck einen vorbestimmten Begrenzungsdruck des Druckbegrenzungsventils (20, 30) überschreitet, wobei der ausgangsseitige Hochdruck über das Druckbegrenzungsventil (29, 30) auf einen am Eingang (13) des Triebwerks (11) anliegenden eingangsseitigen Niederdruck unter Abgabe von Wärme entspannt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Verbindungsleitung (14) im oder unmittelbar am Hydraulikmotor (5) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem der Begrenzungsdruck während des Schiebebetriebs des hydrostatischen Antriebs (3) einstellbar ist, bevorzugt in Abhängigkeit von der Drehzahl der Hydraulikpumpe (4) oder eines die Hydraulikpumpe (4) antreibenden Antriebsmotors (2) und/oder in Abhängigkeit von der Förderleistung des Hydraulikmotors (5).
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem während des Schiebebetriebs die Drehzahl des Antriebsmotors (2) oder die der Hydraulikpumpe (4) im Bereich von 5% bis 15% unterhalb der jeweiligen Grenzdrehzahl gehalten wird, je nachdem, welche die niedrigere der beiden Grenzdrehzahlen ist.