DE102015012929A1

DE102015012929A1 - Antriebssystem für Kettenfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen sowie Verfahren zur Steuerung für Kettenfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen

Info

Publication number: DE102015012929A1
Application number: DE102015012929.5A
Authority: DE
Inventors: Detlef Tolksdorf
Original assignee: HYTRAC GmbH
Current assignee: HYTRAC GmbH
Priority date: 2015-10-07
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2017-04-13

Abstract

Antriebssystem für Kettenfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen, bestehend aus mindestens zwei Hydraulikfahrmotoren, mindestens einem Summierungsgetriebe, wobei mindestens ein Hydraulikfahrmotor über eine Schaltvorrichtung drucklos geschaltet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für Kettenfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen.
Ein Antriebssystem für Gleiskettenfahrzeuge wird beispielsweise in der DE 197 18 743 A1 beschrieben. Vorgeschlagen wird ein von einer Brennkraftmaschine angetriebenes Schaltgetriebe mit einem hydrostatisch leistungsverzweigten Lenkgetriebe, dessen Nullwelle zusammen mit dem Schaltgetriebe über ein erstes Summierungsgetriebe auf Kettenräder wirken, wobei für jede Fahrzeugseite ein separates Lenkgetriebe vorgesehen ist, das über ein zweites Summierungsgetriebe mit der Nullwelle verbunden ist.
Eine weitere Antriebseinrichtung ist in der US 5,282,516 beschrieben. Vorgeschlagen wird ein Lenksystem, das in einem Kettenfahrantrieb integriert ist. Mit diesem Lenksystem sollen beim Lenken entstehende Leistungsverluste regeneriert werden, indem diese zum Fahren aufbereitet werden.
Auch wenn hier bereits positive Weiterentwicklungen bezüglich der Auslegung von Fahrantriebskomponenten und der Verbesserung von Wirkungsgraden herbeigeführt werden können, ist jedoch nachteilig, dass dies nur über den Einsatz von entweder verhältnismäßig komplizierter Getriebetechnik möglich oder alternativ mit baulich großen Antriebsmotoren erreicht wird, die im hohen Drehzahlbereich schlechte Wirkungsgrade sowie niedriges maximales Drehzahlvermögen aufweisen.
Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, den Stand der Technik dahingehend weiterzubilden, dass Leistungsverluste im hohen Geschwindigkeitsbereich und beim Lenken minimiert werden.
Das Ziel wird bei einem Antriebssystem für Kettenfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen, bestehend aus mindestens zwei Fahrmotoren und mindestens einem Summierungsgetriebe, dadurch erreicht, dass ein Hydraulikfahrmotor über eine Schaltvorrichtung drucklos geschaltet werden kann.
Das Ziel wird auch erreicht durch ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems für Kettenfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen, indem mindestens ein Hydraulikfahrmotor auf Nullhub gesteuert und anschließend über eine Schaltvorrichtung drucklos geschaltet wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
Dieses Ziel wird bevorzugt durch die Verwendung von über Summierungsgetriebe drehmomentenadditiv wirkende Fahrmotoren erreicht, die wahlweise bis auf einen letzten verbleibenden Fahrmotor hydrostatisch drucklos geschaltet werden können, sowie durch ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystem für Kettenfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen.
Das Antriebssystem besteht in einem ersten Ausführungsbeispiel aus mindestens zwei Hydraulikfahrmotoren wobei mindestens eine Schaltvorrichtung für das hydraulische Abschalten mindestens eines Hydraulikfahrmotors vorgesehen ist.
Zur Generierung eines ersten Fahrbereichs mit niedriger Geschwindigkeit aber hohem Zugkraftbedarf sind alle über Summierungsgetriebe parallel angeordneten Hydraulikfahrmotoren des Antriebssystems für Kettenfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen hydraulisch aktiv geschaltet. Die Hydraulikfahrmotoren werden von mindestens einer Hydraulikpumpe mit hydraulischer Leistung versorgt, die ihrerseits von mindestens einem Antriebsmotor angesteuert wird, wobei wahlweise ein Pumpenverteilergetriebe zwischengeschaltet sein kann.
Zur Generierung eines zweiten Fahrbereiches mit hoher Geschwindigkeit aber geringem Zugkraftbedarf wird mindestens ein Hydraulikfahrmotor über eine Schaltvorrichtung in Form von Hydraulikventilen abgeschaltet, indem dieser zunächst auf Nullhub gesteuert wird, um trotz Drehzahl seinen Volumenstromverbrauch auf den Wert Null zu bringen. In diesem Zustand nimmt der Fahrmotor zwar keine hydraulische Leistung auf, wird aber über seine Abtriebswelle vom Summierungsgetriebe angetriebenen und hat aufgrund des anstehenden Betriebsdrucks eine entsprechend hohe Lagerbelastung und somit relativ hohe mechanische Leistungsverluste, und zwar in Form von Schleppverlusten. Über eine Schaltvorrichtung in Form von Hydraulikventilen wird im weiteren Verfahrensablauf dieser Hydraulikfahrmotor vom Betriebsdruck entkoppelt, um seine mechanischen Leistungsverluste, bzw. Schleppverluste, zu minimieren.
Weiterhin besteht die Möglichkeit die Hydraulikfahrmotoren entsprechend Ihrer Anzahl klein zu dimensionieren, indem die erforderliche Gesamtgröße durch die verwendete Anzahl dividiert wird, so dass sich beispielsweise die Größe bei der Verwendung von zwei Motoren halbiert. Der Vorteil kleinerer Hydraulikfahrmotoren besteht darin, dass sie ein höheres Drehzahlvermögen gegenüber größeren Hydraulikfahrmotoren aufweisen und damit das Leistungsvermögen des Antriebssystems bei gleicher Dimensionierung entsprechend gesteigert wird.
Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß wird bei der Verwendung von jeweils mindestens einer Fahrpumpe pro Fahrzeugseite, bzw. bei autonom wirkenden Antriebssystemen pro Fahrzeugseite, jeweils ein schnell und genau steuer- und regelbares Feinsteuerventil eingesetzt, um das Lenkverhalten auch bei hohen Geschwindigkeiten zu optimieren. Das Feinsteuerventil wird als Kurzschlussventil zwischen den beiden jeweiligen hydraulischen Arbeitsleitungen geschaltet, um einen eventuellen dynamischen Geschwindigkeitszuwachs von nur einer Seite schnell und präzise regelungstechnisch auszugleichen und anschließend mit der langsameren und ungenaueren Verstellung der Hydraulikmotoren dergestalt nachzuregeln, dass das Feinsteuerventil ganz oder teilweise zusteuern kann.
Das Feinsteuerventil kann als stetig wirkendes Proportional- oder Servoventil ausgebildet sein oder als unstetiges Ventil, das wahlweise auch pulsweitenmoduliert angesteuert werden kann. Die Lenkung der Kettenfahrzeuge und mobilen Arbeitsmaschinen werden durch dieses Feinsteuerventil sinngemäß unterstützt. Vorzugsweise wird hierbei eine elektronische Steuer- und Regelungseinheit verwendet, die als Eingangsgrößen den Lenkeinschlag und direkt oder indirekt die Istdrehzahlen der Abtriebswellen über Drehzahlsensoren erfasst. Die Hydraulikfahrmotoren, Hydraulikfahrpumpen und die Feinsteuerventile werden von der elektronischen Steuer- und Regelungseinheit eingestellt. Zur weiteren Optimierung des Fahr- und Lenkverhaltens sowie der Wirkungsgradoptimierung wird eine parameteradaptive Regelung verwendet, die als Eingangsgrößen die Betriebsdaten des Antriebsmotors, die Hydraulikdrücke über Drucksensoren, die Temperaturen und Drehzahlen einzelner oder aller Antriebskomponenten sowie Stellgrößen des Fahrpersonals ganz oder teilweise erfassen kann.
Das Antriebssystem für Kettenfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen kann in einer weiteren Ausgestaltung pro Fahrzeugseite mit mehr als einer Schaltvorrichtung in Form von Hydraulikventilen verfügen, um die Belastungen wechseln zu können, unter anderem zur Anpassung der Lebensdauer von Komponenten.
Das Antriebssystem für Kettenfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen kann in einer weiteren Ausgestaltung mit nur einer Fahrpumpe für beide Fahrzeugseiten angetrieben werden, wobei die Lenkung dann über das unterschiedliche Verstellen der Hydraulikfahrmotoren durchgeführt wird.
Die Summierungsgetriebe können wahlweise feste Übersetzungen aufweisen oder auch Stufenschaltgetriebe sein. Die Übersetzungen auf den Abtrieb können von den Antrieben aus betrachtet unterschiedlich sein, wie auch die Größen der Hydraulikfahrmotoren. Der Abtrieb der Summierungsgetriebe kann wahlweise direkt auf ein Kettenrad oder auf einen Radreifen wirken oder auch zur antriebstechnischen Optimierung über ein oder mehrere zwischengeschaltete Getriebe, die auch wahlweise feste Übersetzung aufweisen oder auch schaltbar sein können.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem für Kettenfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen kann in allen Fahrzeugen eingesetzt werden. Dies betrifft unter anderem Raupen, Panzer, Radlader, Teleskoplader, Gabelstapler, LKW, Busse, Nutzfahrzeuge, Spezialfahrzeuge, Agrarmaschinen oder dergleichen.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen
1 Prinzipskizze des Antriebsschemas für ein Antriebssystem für Kettenfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen basierend auf autonomen Fahrantrieben je Fahrzeugseite in einer Grundausführung;
2 Prinzipskizze gemäß 1, zusätzlich ausgestattet mit Feinsteuerventilen, Sensoren und elektronischer Steuer- und Regelungseinheit;
3 Prinzipskizze gemäß 2, zusätzlich ausgestattet mit zwischengeschaltetem Getriebe und ausgestattet mit nur einer Fahrpumpe für beide Fahrzeugseiten;
1 zeigt als Prinzipskizze das Antriebsschema für ein Antriebssystem für Kettenfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen basierend auf autonomen Fahrantrieben je Fahrzeugseite A, B:
Ein Antriebsmotor 1 treibt über ein Pumpenverteilergetriebe 2 Hydraulikfahrpumpen 3 an, die hydraulische Leistung auf Hydraulikfahrmotoren 4/5 geben. Die Hydraulikfahrmotoren 4/5 wirken jeweils auf ein Summierungsgetriebe 7 und sind hydraulisch parallel geschaltet. Der Abtrieb 7' des jeweiligen Summierungsgetriebes 7 treibt die beiden Seiten A, B des Kettenfahrzeugs oder der mobilen Arbeitsmaschine an. Bei Erreichen einer Geschwindigkeit, die es dem Hydraulikfahrmotor 5 möglich macht den Zugkraftbedarf allein zu übernehmen, wird an beiden Fahrzeugseiten der Hydraulikfahrmotor 4 zunächst auf Nullhub gesteuert und anschließend über die Schaltvorrichtung 6 hydraulisch vom Systemdruck entkoppelt. Zur Erreichung der Endgeschwindigkeit wird der Hydraulikfahrmotor 5 auf einen kleineren Schwenkwinkel gesteuert.
2 zeigt das gleiche Antriebsschema, wie es in 1 dargestellt ist, so dass gleiche Bezugszeichen gelten, ist aber erweitert um ein Feinsteuerventil 10, eine Steuer- und Regelungseinheit 8 und einen Drehzahlsensor 9. Das Feinsteuerventil 10 wird als Kurzschlussventil zwischen den beiden jeweiligen hydraulischen Arbeitsleitungen geschaltet und gleicht durch Öffnen einseitig auftretenden dynamischen Geschwindigkeitszuwachs aus, wobei anschließend das Feinsteuerventil 10 mit einer Schaltgeschwindigkeit geschlossen wird, die der Verstellmöglichkeit des Hydraulikfahrmotors 5 angepasst ist, so dass dieser die Anpassung der Geschwindigkeiten der beiden Fahrseiten übernimmt, entsprechend der Vorgabe des Lenkeinschlages des Fahrpersonals und den über die Drehzahlsensoren 9 gemessenen Werten. Hierzu werden die Hydraulikpumpen 3 und die Hydraulikfahrmotoren 5 von der Steuer- und Regelungseinheit 8 angesteuert.
3 zeigt das gleiche Antriebsschema, wie es in 2 dargestellt ist, so dass gleiche Bezugszeichen gelten, ist aber erweitert um zusätzliche mechanische Getriebe 11 an den Abtrieben 7' der Summierungsgetriebe 7. Die Getriebe 11 können im Fall von über Ketten angetriebene Fahrzeuge Turas-Getriebe sein.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsmotor
2: Pumpenverteilergetriebe
3: Hydraulikpumpe
4: Hydraulikfahrmotor
5: Hydraulikfahrmotor
6: Schaltvorrichtung
7: Summierungsgetriebe
7': Abtrieb Summierungsgetriebe
8: Steuer- und Regelungseinheit
9: Drehzahlsensor
10: Feinsteuerventil
11: zusätzliches Getriebe

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 19718743 A1 [0002]
US 5282516 [0003]

Claims

Antriebssystem für Kettenfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen, bestehend aus mindestens zwei Hydraulikfahrmotoren (4, 5), mindestens einem Summierungsgetriebe (7), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hydraulikfahrmotor (4) über eine Schaltvorrichtung (6) drucklos geschaltet werden kann.
Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Fahrmotor (4) auf Nullhub eingestellt werden kann.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass pro Fahrzeugseite mindestens zwei Hydraulikfahrmotoren (4, 5), mindestens ein Summierungsgetriebe (7) und mindestens eine Schaltvorrichtung (6) vorgesehen ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkung des Fahrzeugs durch die Einstellung unterschiedlicher Drehzahlen an den Fahrzeugseiten herbeiführbar ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass pro Fahrzeugseite mindestens ein Feinsteuerventil (10) zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen von mindestens einem Hydraulikfahrmotor (5) angeordnet ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Feinsteuerventil (10) als 2/2 Wegeventil ausgeführt ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Feinsteuerventil (10) als stetig wirkendes Proportional- oder Servoventil ausgeführt ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Hydraulikfahrmotor (5) über mindestens eine weitere Schaltvorrichtung (6) drucklos geschaltet werden kann.
Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems für Kettenfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen, indem mindestens ein Hydraulikfahrmotor (4) auf Nullhub gesteuert und anschließend über eine Schaltvorrichtung (6) drucklos geschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Fahrer eingestellte Lenkeinschlag messtechnisch als Sollwert erfasst wird und messtechnisch als Istwert direkt oder indirekt die über Drehzahlsensoren (9) ermitteln Drehzahlen der Abtriebswellen (7') erfasst werden, wobei alle Messwerte einer elektronischen Steuer- und Regelungseinheit (8) zugeführt werden, welche durch unterschiedliches Verstellen der Hydraulikfahrmotoren (4, 5) die Lenkung entsprechend dem vom Fahrer eingestellten Sollwert regelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung des Fahr- und Lenkungsverhaltens und der Wirkungsgrade die Einstellung der Hydraulikfahrmotoren (4, 5), der Hydraulikfahrpumpe (3), des Feinsteuerventiles (10) und der Drehzahl des Antriebsmotors (1) eine parameteradaptive Regelung eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zur parameteradaptiven Regelungen verwendeten Parameter die Betriebsdaten des Antriebsmotors, die Hydraulikdrücke, die Temperaturen und Drehzahlen einzelner oder aller Antriebskomponenten sowie die Stellgrößen des Fahrpersonals ganz oder teilweise sind.