-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hydrostaten, mit einem Gehäuse, in welchem mindestens ein Arbeitskolben, der mit einem Arbeitsdruck beaufschlagt ist, und mindestens ein Stellkolben angeordnet sind, der mit einem Verstelldruck beaufschlagt ist, und mit einer Verstellvorrichtung, der ein Regelventil zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch einen Hydrostaten, eine Steuerung oder ein Regelventil mit einem Computerprogrammprodukt, das ein Computerprogramm umfasst, das Softwaremittel zum Durchführen des vorab beschriebenen Verfahrens aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
-
Stand der Technik
-
Aus der internationalen Veröffentlichung
WO 2014/026791 A1 ist eine auch als Hydrostat bezeichnete hydrostatische Maschine bekannt, die als Axialkolbenmaschine mit mindestens einem Arbeitskolben und einem Stellkolben ausgeführt ist, die mit einer Schwenkwiege zusammenwirken, die über ein Regelventil verstellbar ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die Kühlung eines Hydrostaten, mit einem Gehäuse, in welchem mindestens ein Arbeitskolben, der mit einem Arbeitsdruck beaufschlagt ist, und mindestens ein Stellkolben angeordnet sind, der mit einem Verstelldruck beaufschlagt ist, und mit einer Verstellvorrichtung, der ein Regelventil zugeordnet ist, zu vereinfachen.
-
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben eines Hydrostaten, mit einem Gehäuse, in welchem mindestens ein Arbeitskolben, der mit einem Arbeitsdruck beaufschlagt ist, und mindestens ein Stellkolben angeordnet sind, der mit einem Verstelldruck beaufschlagt ist, und mit einer Verstellvorrichtung, der ein Regelventil zugeordnet ist, dadurch gelöst, dass über das Regelventil eine Leckagemenge erzeugt wird die zu Kühlzwecken dem Gehäuse des Hydrostaten zugeführt wird. Normalerweise ist es bei hydrostatischen Anwendungen das Ziel, eine unerwünschte Leckage zu verringern. Im Gegensatz dazu wird gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung bewusst eine Leckagemenge erzeugt, die zu Kühlzwecken verwendet wird. Bei dem Hydrostat, der auch als hydrostatische Maschine bezeichnet wird, handelt es sich vorzugsweise um eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einer Schrägscheibe oder Schwenkwiege, welche die Verstellvorrichtung darstellt. Mit der Verstellvorrichtung, insbesondere der Schwenkwiege, kann zum Beispiel ein von dem Hydrostaten geförderter Volumenstrom verstellt werden. Mit der erfindungsgemäßen Leckagemenge kann auf einfache Art und Weise die interne Kühlung des Hydrostaten verbessert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wirkt sich besonders positiv in thermisch funktionskritischen Betriebszuständen des Hydrostaten aus, wie sie zum Beispiel bei einer Verwendung des Hydrostaten in einem hydrostatischen Fahrantrieb, zum Beispiel in einem hydraulischen Antriebsstrang oder in einem Hydraulikhybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, auftreten können. Mit der erfindungsgemäßen Leckagemenge kann die Kühlung des Hydrostaten insbesondere dann verbessert werden, wenn der Hydrostat bei hohen Drehzahlen ohne oder mit einem geringen Förderdruck betrieben wird, oder, wenn der Hydrostat bei einer geringen oder minimalen Drehzahl verwendet wird, um einen bestimmten Druck zu halten. In derartigen kritischen Betriebszuständen kann durch die erfindungsgemäße Kühlung mit der über das Regelventil erzeugten Leckagemenge eine lokale Überhitzung von tribologischen Paarungen, zum Beispiel zwischen dem Arbeitskolben und einer entsprechenden Kolbenbuchse beziehungsweise einem Zylinder, vermieden werden. Dadurch kann die Lebensdauer des Hydrostaten verlängert werden.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Leckagemenge über das Regelventil gezielt beeinflusst und genutzt wird, um Wärme von einem Triebwerk aus dem Gehäuse abzuführen. Durch das Abführen der Leckagemenge über das Regelventil werden im Betrieb des Hydrostaten auftretende volumetrische Verluste nur unwesentlich erhöht.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Leckagemenge in Abhängigkeit eines Kühlbedarfs eingestellt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass sich der Wirkungsgrad im Betrieb des Hydrostaten nicht oder nur unwesentlich verschlechtert.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur im Gehäuse erfasst wird, wobei die erfasste Temperatur in einem Regelkreis verwendet wird, um die Temperatur im Gehäuse über die Leckagemenge zu regeln. Die Temperatur im Gehäuse kann zum Beispiel mit einem geeigneten Temperatursensor im Inneren des Gehäuses erfasst werden.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf der Temperatur im Gehäuse zum Aufbau des Regelkreises geschätzt wird. Das Schätzen der Temperatur im Gehäuse erfolgt vorzugsweise modellbasiert.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Temperatur im Gehäuse über die Leckagemenge in einer Steuerung des Hydrostaten berücksichtigt wird. Dadurch kann der Betrieb des Hydrostaten auf einfache Art und Weise und mit minimalen volumetrischen Verlusten optimiert werden.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolbenschieber des Regelventils mit einer Schwingung beaufschlagt wird, um die Leckagemenge zu erzeugen. Das Regelventil ist vorzugsweise als Längsschieberventil mit einem Längsschieber ausgeführt, der auch als Kolbenschieber bezeichnet wird. Der Längsschieber oder Kolbenschieber wird, zum Beispiel über einen Anker, durch einen Elektromagneten zwischen verschiedenen Schaltstellungen oder Positionen hin und her bewegt. In Abhängigkeit von der Schaltstellung oder Position des Längsschiebers oder Kolbenschiebers werden verschiedene Anschlüsse des Regelventils miteinander verbunden. Durch die Schwingung wird die Schaltstellung oder Position des Kolbenschiebers, ähnlich wie bei einem sogenannten Dithering, gezielt verändert, um die erfindungsgemäße Leckagemenge zu erzeugen. Bei dem Wort Dithering oder Dither handelt es sich um einen englischen Begriff für Zittern. Dithering wird zum Beispiel in der Bildbearbeitung eingesetzt.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Ditherparameter, wie eine Frequenz und/oder eine Amplitude der Schwingung des Kolbenschiebers, gezielt verändert werden, um die Größe der Leckagemenge in Abhängigkeit eines Kühlbedarfs einzustellen. Dadurch kann die Regelgüte des Regelventils verbessert werden. Unerwünschte Stick-Slip-Effekte in Folge von Reibung im Betrieb des Regelventils können verhindert werden. Darüber hinaus kann eine unerwünschte Hysterese im Betrieb des Regelventils reduziert werden. Um einen oszillierenden Hub des Kolbenschiebers zu erzeugen, kann zum Beispiel ein elektrischer Strom, der zum Bestromen einer elektromagnetischen Spule des Regelventils verwendet wird, mit der Schwingung beaufschlagt werden. Die Schwingung bei der Bestromung wirkt sich über die Magnetkraft und den Anker auf den Kolbenschieber des Regelventils aus. Um die Leckagemenge zu erzeugen, wird der Kolbenschieber vorzugsweise in eine oszillierende Bewegung versetzt. Die Leckagemenge wird zu Kühlzwecken verwendet. Die über das Regelventil erzeugte Leckagemenge gelangt zum Beispiel über Steuerkanten an dem Kolbenschieber in das Gehäuse des Hydrostaten.
-
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zum Durchführen des vorab beschriebenen Verfahrens aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Das Computerprogramm ist zum Beispiel in einer Steuerung oder einem Steuergerät für den Hydrostaten hinterlegt beziehungsweise gespeichert.
-
Die Erfindung betrifft auch einen Hydrostaten, eine Steuerung oder ein Regelventil mit einem derartigen Computerprogrammprodukt. Der Hydrostat, die Steuerung oder das Regelventil sind separat handelbar. Bei dem Regelventil handelt es sich vorzugsweise um ein 3/3-Wegeventil oder um ein 3/2-Wegeventil, das als Proportionalventil arbeitet.
-
Der Hydrostat ist vorzugsweise in einem mobilen Hydraulikantrieb zusätzlich zu einer primären Antriebseinheit, zum Beispiel einer Brennkraftmaschine, angeordnet. Der mobile Hydraulikantrieb ist vorzugsweise in einem Hydraulikhybridantriebsstrang eines Hybridfahrzeugs angeordnet. Bei dem Hybridfahrzeug handelt es sich zum Beispiel um einen Personenkraftwagen oder um ein Nutzfahrzeug.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
Es zeigen:
-
1 eine vereinfachte Darstellung eines Hydraulikhybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit zwei hydrostatischen Maschinen;
-
2 eine als Axialkolbenmaschine ausgeführte hydrostatische Maschine im Längsschnitt mit einem Regelventil und
-
3 das Regelventil aus 2 im Längsschnitt mit Pfeilen und Doppelpfeilen zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahren.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
In der beiliegenden 1 ist ein Hydraulikhybridantriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs mit einem angetriebenen Rad 2 vereinfacht dargestellt. Das angetriebene Rad 2 ist zum Beispiel über ein Differenzial 3 antriebsmäßig an den Hydraulikhybridantriebsstrang 1 angebunden. Der Hydraulikhybridantriebsstrang 1 umfasst einen primären Antrieb 4, der zum Beispiel eine Brennkraftmaschine 6 aufweist, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Das Rad 2 kann alleine durch den primären Antrieb 4 angetrieben werden.
-
Der Hydraulikhybridantriebsstrang 1 umfasst des Weiteren einen sekundären Antrieb 10. Der sekundäre Antrieb 10 umfasst eine erste Hydraulikmaschine 11 und eine zweite Hydraulikmaschine 12. Die beiden Hydraulikmaschinen 11 und 12 werden auch als hydrostatische Maschinen bezeichnet und sind eingangsseitig hydraulisch mit einer Niederdruckseite 13 verbunden. Die Niederdruckseite 13 umfasst einen Niederdruckspeicher 14 mit Hydraulikmedium, das mit Niederdruck beaufschlagt ist.
-
Ausgangsseitig sind die Hydraulikmaschinen 11 und 12 hydraulisch mit einer Hochdruckseite 16 verbunden. Die Hochdruckseite 16 umfasst einen Hochdruckspeicher 17 mit Hydraulikmedium, das mit Hochdruck beaufschlagt ist. Durch insgesamt sechs Rechtecke 18 sind Ventileinrichtungen bezeichnet, die den Betrieb des sekundären Antriebs 10 mit den beiden Hydraulikmaschinen 11 und 12 ermöglichen.
-
Ein Getriebe 20 ist zwischen den primären Antrieb 4 und den sekundären Antrieb 10 geschaltet. Das Getriebe 20 ist als Planetengetriebe mit einem Hohlrad 30, einem Sonnenrad 32 und Planetenrädern 34 ausgeführt. Die Planetenräder 34 sind an einem Planetenträger 35 drehbar angebracht.
-
Eine erste Welle 21 ist über eine Zahnradstufe drehfest mit dem Planetenträger 35 verbunden. Die erste Welle 21 ist an ihrem in der 1 rechten Ende über eine weitere Zahnradstufe drehfest mit dem Differenzial 3 verbunden.
-
Eine zweite Welle 22 ist drehfest mit dem Hohlrad 30 des Planetengetriebes 20 verbunden. Die zweite Welle 22 ist antriebsmäßig mit dem primären Antrieb 4 verbindbar. Eine dritte Welle 23 ist drehfest mit dem Sonnenrad 32 des Planetengetriebes 20 verbunden.
-
Eine Kupplungs- und/oder Synchronisiereinrichtung 27 ist auf der Abtriebsseite antriebsmäßig zwischen die zweite Hydraulikmaschine 12 des sekundären Antriebs 10 und das Differenzial 3 mit dem angetriebenen Rad 2 geschaltet. Dabei können zur Darstellung von Zusatzfunktionen, wie zum Beispiel einem Rückwärtsgang, weitere Getriebestufen zwischen die Kupplungs- und/oder Synchronisiereinrichtung 27 und das Differenzial 3 geschaltet sein.
-
Bei dem Hydraulikhybridantriebsstrang 1 handelt es sich um einen mechanisch-hydraulisch leistungsverzweigten Antriebsstrang. Je nach Betriebspunkt kann die Leistung des Hydraulikhybridantriebsstrangs 1 über den auch als mechanischen Antrieb bezeichneten primären Antrieb 4 oder über den auch als hydraulischen Antrieb bezeichneten sekundären Antrieb 10 geführt werden. Darüber hinaus kann die Leistung auch gleichzeitig über die beiden Antriebe 4, 10 beziehungsweise Systemzweige geführt werden. Es können Betriebszustände eintreten, in denen einzelne Systemteile inaktiv sind oder deaktiviert werden müssen.
-
Die in 1 nur symbolisch dargestellten Hydraulikmaschinen 11 und 12 werden auch als Hydrostaten bezeichnet und sind vorzugsweise als Axialkolbenmaschinen ausgeführt. Der Aufbau und die Funktion von Axialkolbenmaschinen werden im Folgenden erläutert.
-
Die in 2 dargestellte hydrostatische Axialkolbenmaschine ist eine Axialkolbenpumpe und weist ein Triebwerk 101 auf, das in einem Gehäuse 102 angeordnet ist. Zum Einsetzen des Triebwerks 101 in das Gehäuse 102 ist das Gehäuse 102 an einem Ende offen. Das offene Ende wird nach der Montage des Triebwerks 101 in dem Gehäuse 102 durch einen Deckel 103 verschlossen. An dem Deckel 103 sind nicht dargestellte Leitungsanschlüsse angeordnet.
-
Das Triebwerk 101 weist eine Triebwelle 104 und eine damit drehfest verbundene Zylindertrommel 105 auf. Die Zylindertrommel 105 ist mit der Triebwelle 104 gemeinsam drehbar in dem Gehäuse 102 angeordnet.
-
Dazu ist die Triebwelle 104 an einem Ende des Gehäuses 102 in einem ersten Lager 106 drehbar gelagert. An dem entgegengesetzten Ende der Triebwelle 104 ist ein zweites Lager 107 vorgesehen, welches in dem Deckel 103 angeordnet ist. Die Triebwelle 104 durchdringt mit einem Ende 108 das erste Lager 106 sowie die Stirnseite des Gehäuses 102.
-
In der Zylindertrommel 105 sind auf einem Umfangskreis gleichmäßig verteilt mehrere Zylinderbohrungen 109 ausgebildet. In jeder Zylinderbohrung 109 ist ein Arbeitskolben 110 axial verschiebbar angeordnet, der verkürzt auch als Kolben bezeichnet wird. Die Zylinderbohrungen 109 werden allgemeiner auch als Kolbenaufnahmen bezeichnet.
-
Der Arbeitskolben 110 ist an seinem aus der Zylinderbohrung 109 herausragenden Ende mit einem Gleitschuh 111 über eine Kugelgelenkverbindung 112 beweglich verbunden. Die Gleitschuhe 111 der Arbeitskolben 110 stützen sich mit einer Gleitfläche an einer ebenen, geläppten Lauffläche einer Schrägscheibe 114 ab.
-
Die Schrägscheibe 114 ist als Schwenkwiege ausgebildet, die in einem sphärischen Lager drehbar beziehungsweise schwenkbar angeordnet ist. Bei einer Drehung der Triebwelle 104 dreht sich aufgrund der drehfesten Verbindung auch die Zylindertrommel 105. Die Gleitschuhe 111 stützen sich dabei auf der Lauffläche 113 der Schrägscheibe 114 ab und zwingen die Arbeitskolben 110 in eine Hubbewegung.
-
Um während eines Saughubs zu verhindern, dass die Gleitschuhe 111 von der Lauffläche 113 der Schrägscheibe 114 abheben, ist eine Rückzugplatte 115 vorgesehen. Die Rückzugplatte 115 folgt dem Neigungswinkel der Schrägscheibe 114 und ist in einem sphärischen Lager 116 gelagert.
-
Zur zeitweiligen Verbindung der Zylinderbohrung 109 mit den Leitungen eines hydrostatischen Kreises ist eine Steuerplatte 117 vorhanden. In der Steuerplatte 117 sind Steueröffnungen 118, 119 ausgebildet, mit den die Zylinderbohrungen 109 während eines Umlaufs der Zylindertrommel 105 wechselweise kommunizieren.
-
Um die Zylindertrommel 105 an der Mündungsseite der Zylinderbohrungen 109 an der Steuerplatte 117 in dichtender Anlage zu halten, ist im Inneren der Zylindertrommel 105 eine Druckfeder 120 vorgesehen. Die Druckfeder 120 stützt sich einerseits an der Zylindertrommel 105 ab, in der ein Sicherungsring als erste Federlager dient. Ein zweites Federlager ist an der gegenüberliegenden Seite der Druckfeder 120 an der Triebwelle 104 ausgebildet.
-
Zum Einstellen des Hubvolumens der Axialkolbenpumpe ist eine Verstellvorrichtung 121 vorgesehen. Die Verstellvorrichtung 121 weist einen gehäusefest angeordneten Stellzylinder 122 auf, an dem ein Stellkolben 123 parallel zur Drehachse der Triebwelle 104 axial verschiebbar angeordnet ist.
-
Das der Schrägscheibe 114 zugewandte Ende 140 des Stellkolbens 123 ist kugelartig gewölbt ausgebildet und an einer Lauffläche 113 der Schrägscheibe 114 in Anlage. Der Stellzylinder 122 ist von einem Hydraulikdruck beaufschlagt, so dass der Stellkolben 123 eine Stellkraft auf die Schrägscheibe 114 ausübt, um deren Neigung gegenüber der Drehachse 126 der Triebwelle 104 einzustellen.
-
Die Verstelleinrichtung 121 weist weiterhin einen gehäusefest angeordneten Gegenzylinder 124 auf, in dem ein Gegenkolben 125 parallel zur Drehachse 126 der Triebwelle 104 axial verschiebbar angeordnet ist. Das der Schrägscheibe 114 zugewandte Ende 141 des Gegenkolbens 125 ist ebenfalls kugelartig gewölbt ausgebildet und an der Lauffläche 113 der Schrägscheibe 114 in Anlage.
-
Stellzylinder 122 und Gegenzylinder 124 sind in Bezug auf die Drehachse 126 diametral einander gegenüberliegend angeordnet.
-
Der gegenüber dem Stellkolben 123 einen geringeren Querschnitt aufweisende Gegenkolben 125 ist ebenfalls von einem Hydraulikdruck beaufschlagt, so dass der Gegenkolben 125 gegen die Schrägscheibe 114 beaufschlagt ist. Darüber hinaus ist der Gegenkolben 125 auch noch von einer vorgespannten Druckfeder 127 gegen die Schrägscheibe 114 beaufschlagt, die den Gegenzylinder 124 und den Gegenkolben 125 mit Abstand umschließt.
-
In 2 ist durch ein Rechteck 50 ein Regelventil angedeutet, über das die auch als Schwenkwiege bezeichnete Schrägscheibe 114 gezielt verstellt werden kann. Das Regelventil 50 ist über eine Steuerleitung 156 steuerungsmäßig mit einer Steuerung 155 verbunden. Die Steuerung 155 dient zur Steuerung des Hydrostaten in 2 und wird auch als Kontrolleinheit des Hydrostaten bezeichnet.
-
Die Steuerung 155 ist über eine weitere (nicht dargestellte) Steuerleitung oder berührungslos mit einem Temperatursensor 158 verbunden. Mit dem Temperatursensor 158, der nur durch ein Rechteck angedeutet ist, wird die Temperatur im Inneren des Gehäuses 102 des Hydrostaten erfasst.
-
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel des in 2 nur durch ein Rechteck angedeuteten Regelventils 50 im Längsschnitt dargestellt. Das Regelventil 50 umfasst ein Ventilgehäuse, in welchem zwei Magnete 54, 55 zur Darstellung mindestens einer elektromagnetischen Spule angeordnet sind. Das Ventilgehäuse ist außen von einer Kappe 52 umgeben.
-
Über die elektromagnetische Spule beziehungsweise die Magneten 54, 55 kann ein Anker 57 in dem Ventilgehäuse mit einer Magnetkraft beaufschlagt werden. Der Anker 57 ist mechanisch mit einem Kolbenschieber 58 gekoppelt, der in einem Führungs- und Anschlusskörper 60 des Regelventils 50 hin und her bewegbar, das heißt in 3 nach links und nach rechts, geführt ist.
-
Der Führungs- und Anschlusskörper 60 weist drei Anschlüsse 61 bis 63 auf. Durch einen Pfeil 65 ist angedeutet, dass der Anschluss 61 an einen Hochdruck angeschlossen ist, der zum Beispiel durch ein geeignetes Hydrauliksystem, gegebenenfalls mit einer Hydraulikpumpe, bereitgestellt wird. Durch einen Doppelpfeil 66 ist angedeutet, dass über den Anschluss 62 der Verstelldruck der Verstellvorrichtung, insbesondere des Verstellzylinders (122 in 2), des Hydrostaten verstellt werden kann. Durch einen Pfeil 67 ist angedeutet, dass der Anschluss 63 des Regelventils dem Gehäuse (102 in 2) des Hydrostaten zugeordnet ist.
-
Durch einen Doppelpfeil 70 ist in 3 angedeutet, dass der Kolbenschieber 58 in eine oszillierende Hin- und Herbewegung oder Schwingung versetzt werden kann, um gezielt eine Leckagemenge zu erzeugen, die über den Anschluss 63 dem Gehäuse (102 in 2) des Hydrostaten zu Kühlzwecken zugeführt wird. Ein zum Bestromen der Magneten 54, 55 verwendeter Strom kann zum Beispiel mit einer Schwingung beaufschlagt werden, um den oszillierenden Kolbenhub 70 zu verursachen. Die Leckagemenge ist über die Frequenz und/oder die Amplitude der Schwingung einstellbar.
-
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
-
