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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Fahrantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine mit einem derartigen Fahrantrieb ausgeführte mobile Arbeitsmaschine.
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Hintergrund der Erfindung
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Hydrostatische Fahrantriebe werden vorzugsweise bei mobilen Maschinen verwendet, die in einem Arbeitsmodus und in einem Fahrmodus betrieben werden. Typische Anwendungen sind beispielsweise Kommunalfahrzeuge, Erntemaschinen, Mähdrescher, Stapler, Traktoren mit leistungsverzweigtem Getriebe, Feldspritzen, Forstmaschinen etc. Ein Grundaufbau eines hydrostatischen Fahrantriebs für mobile Arbeitsmaschinen ist in den Druckschriften
DE 10 2006 055 932 A1 oder
DE 10 2007 062 888 A1 beschrieben.
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Demgemäß hat der Fahrantrieb einen Verbrennungsmotor, über den zum Einen der hydrostatische Fahrantrieb und zum Anderen weitere Verbraucher einer Arbeitshydraulik der Arbeitsmaschine angetrieben werden. Fahrantriebsseitig treibt der Verbrennungsmotor eine üblicherweise elektroproportional (EP) verstellbare Pumpe an, die in Wirkverbindung mit einem Hydromotor steht, der eine Achse der Arbeitsmaschine antreibt. Durch Verstellung des Fördervolumens der Pumpe und/oder des Schluckvolumens des Hydromotors kann die gewünschte Übersetzung des hydrostatischen Fahrantriebs eingestellt werden. Üblicherweise wird der Verbrennungsmotor bei derartigen Arbeitsmaschinen drehzahlgesteuert betrieben, so dass beispielsweise Pumpen zur Versorgung zusätzlicher Verbraucher oder die Pumpe des hydrostatischen Fahrantriebs eine über die Verbrennungsmotordrehzahl definierte Menge fördern. Dadurch ist gewährleistet, dass der auf der Maschine laufende Arbeitsprozess mit konstanter Geschwindigkeit ausgeführt ist und dass bei Betrieb mit Nenndrehzahl in Sekundenbruchteilen die Nennleistung verfügbar ist, wenn die Arbeitslast schlagartig ansteigt.
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Erhöht sich beispielsweise der Leistungsbedarf, so wird dies in der Regel zu einer Drehzahlerhöhung des Verbrennungsmotors führen. Auf der Basis des festgelegten Betriebspunktes wird dann eine Solldrehzahl für den Verbrennungsmotor ermittelt und dessen Einspritzanlage ein korrespondierendes Steuersignal zugeführt, so dass der Verbrennungsmotor auf diese Solldrehzahl eingestellt wird. Des Weiteren wird über die Steuerung des Fahrantriebs (Fahrantriebssteuerung) das Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Getriebes ermittelt und entsprechend jeweils ein Fördervolumen der Pumpe beziehungsweise ein Schluckvolumen des Hydromotors eingestellt.
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Ein Problem einer derartigen Drehzahlführung des Verbrennungsmotors besteht darin, dass im Fahrbetrieb, beispielsweise bei einer Beschleunigung, der Motor der Arbeitsmaschine über eine langsam sinkende Hydrostatübersetzung eine steigende Geschwindigkeit aufprägt. Aus der Summe der Fahrwiderstände ergeben sich ein Hydrostatdruck und ein Motordrehmoment. Wird nun das hydrostatische Getriebe zu schnell verstellt, kann der Beschleunigungswiderstand zu groß werden, so dass der Dieselmotor überlastet ist oder ausgehen kann. Dies wird über einen zusätzlich benötigten Grenzlastregler verhindert, der auf Basis der Differenz von aktueller Drehzahl zu Solldrehzahl die Hydrostatübersetzung erhöht. Bei einer zu langsamen Verstellung des hydrostatischen Getriebes läuft der Motor nur im Teillastbetrieb, die verfügbare Leistung wird nicht genutzt und der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors ist nicht optimal. Folglich besteht immer ein Optimierungsproblem zwischen Überlast und Teillast, das durch den Grenzlastregler gelöst wird. Insgesamt ergibt sich für ein harmonisches Fahrverhalten ein hoher Parametrieraufwand für die Verstellung der Hydrostatübersetzung und den Eingriff des Grenzlastreglers.
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Insbesondere problematisch ist ein derartiger hydrostatischer Fahrantrieb in dem Fall, wenn dieser mit einem schaltbaren Hydromotor ausgeführt wird. Bei einem derartigen Schaltvorgang wird das Schluckvolumen (Volumenstrombedarf) des Hydromotors schlagartig verändert – eine derartige Bedarfsumschaltung muss dann über die Pumpe des hydrostatischen Antriebs kompensiert werden, weil die Motordrehzahl während des Schaltvorgangs aufgrund des Drehzahlreglers einen Übersetzungsfehler nicht ausgleichen kann. Die Kompensation durch die Pumpe gelingt jedoch in der Regel nicht exakt, weil der genaue Volumenstrombedarf stark betriebspunktabhängig ist. So variiert beispielsweise die Leckage des hydrostatischen Fahrantriebs mit der Temperatur und dem Druck. Falls nun die Pumpe den Volumenstrom nicht exakt kompensieren kann, stimmt die Übersetzung des Getriebes nach dem Schaltvorgang nicht mit dem Sollwert überein. Dies führt zu einer schlagartigen Beschleunigung oder Verzögerung im Fahrbetrieb, die den Fahrkomfort verringert. Prinzipiell ist es von der Parametrierung des hydrostatischen Fahrantriebs her sehr aufwendig, dieses harte direkte Ansprechverhalten zu kontrollieren.
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Im Arbeitsmodus, wenn die Arbeitsmaschine nur vergleichsweise geringe Strecken fährt, ist ein derartiges hartes und direktes Fahrverhalten für die präzise Steuerung gewünscht, Schaltvorgänge treten hier normalerweise nicht auf. Während einer Überführungsfahrt ist jedoch der Fahrkomfort beeinträchtigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydrostatischen Fahrantrieb und eine mobile Arbeitsmaschine mit verbessertem Fahrkomfort zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird im Hinblick durch den hydrostatischen Fahrantrieb durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und im Hinblick auf die mobile Arbeitsmaschine durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 11 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß hat der hydrostatische Fahrantrieb eine Brennkraftmaschine, die über ein hydrostatisches Getriebe mit einer Pumpe und einem Hydromotor eine Achse oder dergleichen antreibt. Eine Steuerung der Brennkraftmaschine ist derart ausgelegt, dass diese über eine Steuereinheit drehmomentgeführt betreibbar ist, so dass die eingangs genannten Nachteile ausgeräumt sind.
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Vorzugsweise ist der Fahrantrieb so ausgelegt, dass der Verbrennungsmotor zwischen einer Drehzahlführung und einer Drehmomentführung umschaltbar ist.
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Die mit der Erfindung vorgeschlagene mobile Arbeitsmaschine ist mit einem entsprechenden hydrostatischen Fahrantrieb ausgeführt.
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Das Umschalten zwischen einer Drehzahlvorgabe und einer Drehmomentvorgabe für die Brennkraftmaschine ermöglicht eine optimale Ansteuerung im Arbeitsmodus oder im Fahrmodus der Arbeitsmaschine. So kann der hydrostatische Fahrantrieb im Arbeitsmodus in herkömmlicher Weise mit drehzahlgeführter Brennkraftmaschine betrieben werden. Im Fahrmodus, beispielsweise bei einer Überlandfahrt, wird dann auf eine Drehmomentvorgabe umgeschaltet. Diese ermöglicht ein optimales Beschleunigen an der Lastgrenze der Brennkraftmaschine unabhängig von Beladung und Umwelt. Bei der Verwendung von Hydromotoren mit umschaltbarem Schluckvolumen gleicht die Brennkraftmaschine im Fahrbetrieb Fehler in der Übersetzung durch Anpassung der Drehzahl aus, so dass der Schaltkomfort gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich verbessert ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Pumpe des hydrostatischen Fahrantriebs EP-geregelt ausgeführt.
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Der Hydromotor des Fahrantriebs kann mit einem verstellbaren Schluckvolumen ausgeführt sein.
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Dabei kann der Hydromotor ebenfalls mit einer EP-Verstellung des Schluckvolumens ausgeführt sein.
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Prinzipiell kann jedoch der Hydromotor auch als Konstantmotor oder mit einem umschaltbaren Schluckvolumen ausgeführt sein.
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Bei einem Hydromotor mit umschaltbarem Schluckvolumen wird vorzugsweise eine Radialkolbenmaschine eingesetzt.
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Die Steuerung des Fahrantriebs kann derart ausgelegt sein, dass die Brennkraftmaschine im Fahrbetrieb stets oder vorzugsweise Drehmoment geführt ist, während im Arbeitsbetrieb eine Drehzahlführung bevorzugt ist.
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Der Fahrkomfort lässt sich weiter erhöhen, wenn die Steuerung derart ausgelegt ist, dass eine Getriebeschaltlogik nachgebildet ist. Durch diese Maßnahme lässt sich das von Nutzern häufig unerwünschte „Gummibandfahrverhalten“ von stufenlosen Getrieben kompensieren, da über die Steuerung des hydrostatischen Getriebes Getriebesprünge nachgebildet sind. Die Anzahl der Gänge und die Sprunghöhe können dabei abhängig von der Gaspedalbetätigung des Verbrennungsmotors sein. Eine Optimierung hinsichtlich eines sportlichen Fahrgefühls oder im Hinblick auf eine maximale Sparsamkeit ist auch möglich. Zur Verbrauchsoptimierung kann bei konstanter Fahrt eine langsame Anpassung der Motordrehzahl vorgesehen werden.
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Dabei kann eine geometrische Gangabstufung nachgebildet werden, so dass alle Gänge voll ausgenutzt werden. Bei einer progressiven Gangabstufung steigen die Drehzahlen mit steigender Geschwindigkeit an, so dass sich ein dynamisches, PKW-artiges Fahrverhalten ergibt.
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Die Anzahl der virtuellen Gangstufen kann dabei variabel sein und theoretisch auch unendlich viele Gangstufen enthalten.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist zwischen der Hydromaschine und der Achse ein mechanisches Getriebe vorgesehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 ein stark vereinfachtes hydraulisches Schaltbild einer mobilen Arbeitsmaschine mit einem hydrostatischen Fahrantrieb, bei dem sowohl eine Pumpe als auch ein Hydromotor mit einer EP-Verstellung ausgeführt sind,
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2 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 1 mit umschaltbarem Hydromotor und
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3 ein Diagramm zur Verdeutlichung einer nachgebildeten Getriebeschaltlogik.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt ein stark vereinfachtes Schaltschema einer mobilen Arbeitsmaschine 1, beispielsweise eines kommunalen Nutzfahrzeuges. Die Arbeitsmaschine 1 hat eine Brennkraftmaschine, beispielsweise einen Dieselmotor 2 zum Antreiben eines Fahrantriebs 4 und weiterer hydraulischer Verbraucher einer Arbeitshydraulik, die mittels zumindest einer Verstellpumpe 6 mit Druckmittel versorgt werden. Eine Abtriebswelle des Dieselmotors 2 ist mit einem Verteilergetriebe 8 verbunden, dessen erste Antriebswelle 10 den hydrostatischen Fahrantrieb 4 und dessen weitere Antriebswelle 12 die Verstellpumpe 6 antreibt, deren Druckanschluss über eine Arbeitsleitung 14 beispielsweise mit der Arbeitshydraulik in Druckmittelverbindung steht.
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Der hydrostatische Fahrantrieb 4 hat ein hydrostatisches Getriebe 16 mit einer Verstellpumpe 18, die in einem geschlossenen Kreislauf mit einem ebenfalls verstellbaren Hydromotor 20 angeordnet ist. Sowohl die Verstellpumpe 18 als auch der Hydromotor 20 können als Schrägscheiben- oder Schrägachsenmaschine ausgeführt sein, deren Förder- bzw. Schluckvolumen jeweils über eine EP-Verstelleinrichtung 22 bzw. 24 verstellbar ist. Bei einer derartigen EP-Verstellung ist das Hubvolumen proportional zu einem elektrischen Signal einer Steuereinheit 26 (ECU), über die Steuersignale an die EP-Verstelleinrichtungen 22 (Verstellpumpe 18 und 24 (Hydromaschine 20) abgegeben werden.
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Eine Abtriebswelle 28 treibt über ein Achsgetriebe eine Achse 30 der Arbeitsmaschine 1 an. In der Darstellung gemäß 1 ist diese Achse 30 lediglich beispielhaft eingezeichnet. Selbstverständlich kann anstelle einer einzigen angetriebenen Achse auch ein Allradantrieb oder dergleichen realisiert werden.
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Die Drehzahl der Abtriebswelle 28 wird über einen Drehzahlsensor 32 erfasst und als Eingangssignal an eine Fahrantriebssteuereinheit 34 der Steuereinheit 26 gemeldet. Diese Fahrantriebssteuereinheit 34 gibt, wie in 1 dargestellt, an die EP-Verstelleinrichtung 22 ein Steuersignal zur Einstellung des Fördervolumens der Verstellpumpe 18 und an die EP-Verstelleinrichtung 24 ein Steuersignal zur Einstellung des Schluckvolumens des Hydromotors 20 ab, um eine Übersetzung des hydrostatischen Getriebes in Abhängigkeit von Eingangssignalen einzustellen. Diese Eingangssignale sind unter anderem das Signal des Drehzahlsensors 32 und ein Ausgangssignal eines Fahrpedals 36, dessen Verschwenkung α aus einer Neutralposition heraus über einen Positionsdetektor 38 erfasst wird, dessen Signal dann zur Fahrantriebssteuereinheit 34 geführt wird.
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Auf der Basis dieses Positionssignals α wird über die Fahrantriebssteuerung 34 ein erster Leistungsbedarf ermittelt und an eine Motorsteuereinheit 40 der Steuereinheit 26 übermittelt. In Abhängigkeit von der Ansteuerung der sonstigen Verbraucher ermittelt die Motorsteuereinheit 40 ein Steuersignal, das über einen CAN-Bus 42 an eine Einspritzeinheit des Dieselmotors 2 übertragen wird.
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Die Ansteuerung des zusätzlichen Verbrauchers 6 erfolgt über einen weiteren Steuerungsgeber, beispielsweise einen Joystick 44, dessen Schwenkwinkel β aus der dargestellten Neutralposition heraus über einen Positionsaufnehmer 46 erfasst und an eine Arbeitshydrauliksteuereinheit 48 übermittelt wird. Je nach Verstellung (β) des Joysticks 44 und in Abhängigkeit vom Leistungsbedarf des Fahrantriebs 4 wird dann über die Arbeitshydrauliksteuereinheit 48 ein Steuersignal an eine Verstelleinrichtung 50 übermittelt, über die das Fördervolumen der Verstellpumpe 6 zur Druckmittelversorgung der Arbeitshydraulik einstellbar ist. Die Verstelleinrichtung 50 kann ebenfalls als EP-Verstelleinrichtung ausgeführt werden, so dass die Einstellung des Fördervolumens proportional zu dem an die Verstelleinrichtung 50 abgegebenen elektrischen Signal erfolgt.
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Wie in 1 angedeutet, werden zur Einstellung des Betriebspunktes des Dieselmotors 2 sowohl der Leistungsbedarf des Fahrantriebs 16 über die Fahrantriebssteuereinheit 34 als auch der Leistungsbedarf der Arbeitshydraulik über die Arbeitshydrauliksteuereinheit 48 an die Motorsteuereinheit 40 übermittelt. In an sich bekannter Weise wird dabei entweder die Versorgung des Fahrantriebs 16 oder der Arbeitshydraulik priorisiert und entsprechend des Leistungsbedarfs des priorisierten Verbrauchers die verfügbare freie Leistung für den jeweils anderen Verbraucher ermittelt und dessen Leistungsaufnahme gesteuert.
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Bis hierhin entspricht das Schaltschema gemäß 1 demjenigen herkömmlicher Arbeitsmaschinen 1, wie sie beispielsweise in dem eingangs beschriebenen Stand der Technik erläutert sind. Die Verwendung einer derartigen bedarfsgesteuerten Arbeitshydraulik beim erfindungsgemäßen Fahrantrieb ist jedoch ohne Vorbild.
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Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit 26 oder genauer gesagt, deren Motorsteuereinheit 40 so ausgelegt, dass in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebsmodus, d.h. beispielsweise von einem Arbeitsmodus, in dem die Arbeitshydraulik mit Druckmittel versorgt wird und von einem Fahrmodus, in dem sich die Arbeitsmaschine 1 auf einer Straße (Überlandfahrt) befindet, die Ansteuerung des Dieselmotors 2 geändert wird. Dabei wird im Fahrmodus der Dieselmotor 2 drehmomentgeführt betrieben, während im Arbeitsmodus der Dieselmotor 2 in herkömmlicher Weise drehzahlgeführt betrieben wird.
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Das Drehmoment eines Brennkraftmotors ergibt sich im Prinzip aus der Einspritzmenge, die über das Fahrpedal 36 eingestellt ist. D.h. der Fahrer kontrolliert über das Fahrpedal 36 die Zugkraft bzw. Beschleunigung der Arbeitsmaschine 1. Dies ist primär von Bedeutung beim Anfahren und Beschleunigen. Bei einem eventuellen Gangwechsel wird die Übersetzungsänderung automatisch durch eine Änderung der Motordrehzahl kompensiert. Im Fall einer Drehzahlsteuerung müsste – wie eingangs erläutert – die richtige Drehzahl vorgegeben werden, um die Übersetzungsänderung aktiv zu kompensieren. Bei der Drehmomentführung wird insbesondere während des Hochschaltvorgangs das Moment kurzzeitig reduziert, um ein Absinken der Drehzahl für den neuen Gang zu unterstützen.
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Bei einer Drehmomentführung des Dieselmotors 2 wird der Fahrerwunsch direkt und maximal möglich umgesetzt und beispielsweise bei Vollgas an der Leistungsgrenze des Motors beschleunigt. Des Weiteren gibt die Umwelt bei einer Drehmomentführung des Dieselmotors 2 eine deutliche Rückmeldung – steigende Fahrwiderstände, wie beispielsweise bei einer Bergauffahrt oder einer Fahrt in einem schlammigen Gelände – führen zu einer Verzögerung, sinkende Fahrwiderstände umgekehrt zu einer Beschleunigung. Der Fahrer kontrolliert auf diese Weise die Leistung und das Fahrverhalten ohne zeitliche Verzögerung oder Verfälschung.
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Auch das Bremsverhalten des Fahrzeugs ist bei einer Drehmomentführung abhängig von der Masse und den Bedingungen des jeweiligen Fahruntergrundes (Asphalt, Schlamm). Bei einem drehzahlgeführten System wird das Fahrzeug immer mit der gleichen Trajektorie abgebremst, was sich für einen Fahrer insbesondere an Steigungen oder bei hoher Beladung ungewöhnlich anfühlt. Dies sei am Beispiel einer Verzögerung bergab erläutert.
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Bei einem drehmomentgeführten Dieselmotor 2 rollt die Arbeitsmaschine bei einem Verzögern mittels der Motorbremse deutlich länger als in der Ebene. Bei einer Drehzahlführung des Dieselmotors 2 steht die Arbeitsmaschine bei der Bergabfahrt nach der gleichen Distanz wie in der Ebene. Ursächlich hierfür ist die mit den unterschiedlichen Motorführungen verbundene Hydrostatverstelllogik (Kontrollieren einer Geschwindigkeit/Beschleunigung bzw. Einstellen der Übersetzung), wobei der Motor in beiden Fällen ein drehzahlabhängiges Schleppmoment stellt.
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Es ist ohne weiteres nachvollziehbar, dass bei einem Betrieb des Dieselmotors 2 im Fahrmodus mit Drehmomentführung das Fahren für den Fahrer deutlich angenehmer und intuitiver ermöglicht ist wie es mit einem herkömmlichen, drehzahlgeführten Dieselmotor 2 der Fall ist. Ursache dafür ist, dass der Fahrer bei der Drehmomentführung die Zugkraft am Rad direkt vorgibt: Eine über das Fahrpedal dosierte Einspritzmenge wird mit der hohen Dynamik des Dieselmotors in Drehmoment gewandelt und proportional, ohne Verzögerung, vom hydrostatischen Getriebe übersetzt. Bei einem drehzahlgeführten System wird die Drehzahl und die Hydrostatübersetzung über definierte Rampen variiert – das Moment ist eine Reaktion auf die wirkenden Fahrwiderstände. Damit ist die Regelstrecke deutlich aufwändiger und schwieriger zu beherrschen. Durch die erwähnten Rampen zur Steuerung und den Eingriff von Reglern wird das System im Umsetzen einer Beschleunigung deutlich träger.
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Wie erläutert, wird allerdings im Arbeitsmodus, d.h. bei der Ansteuerung der Arbeitshydraulik von der Drehmomentführung auf eine Drehzahlführung des Dieselmotors 2 umgeschaltet, so dass die vom Dieselmotor 2 angetriebenen Geräte, wie beispielsweise eine Kehrwalze eines Kommunalfahrzeugs oder Teile eines Mähdreschers, mit der vorgegebenen konstanten Drehzahl laufen.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das hydrostatische Getriebe 16 mit einer Verstellpumpe 18 und einem Hydromotor 20 ausgeführt, die jeweils nach dem EP-Prinzip verstellbar sind. 2 zeigt eine Variante des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels, bei dem anstelle des verstellbaren Hydromotors 20 ein in seinem Schluckvolumen umschaltbarer Hydromotor 20 verwendet wird. Ein derartiger im Schluckvolumen umschaltbarer Hydromotor 20 kann beispielsweise als langsam laufender Radialkolbenmotor ausgeführt sein. Bei einem derartigen zweistufigen Schaltmotor (Hydromotor 20) wird durch Umschalten praktisch das Schluckvolumen halbiert bzw. verdoppelt. Derartige Hydromotoren 20 kommen insbesondere dann zur Anwendung, wenn die Arbeitsmaschine 1 im Fahrmodus längere Strecken zurücklegen soll. Mit Hilfe des integrierten EP-Ventils 52 wird das Schluckvolumen des Hydromotors 20 auf 50% reduziert. Dadurch verdoppelt sich die Spreizung des hydrostatischen Getriebes 16. Entsprechend ist die doppelte Endgeschwindigkeit möglich.
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Dieses Umschalten auf einen Modus mit verringertem Schluckvolumen (50% des maximalen Schluckvolumens) ist in 2 mit den beiden parallel geschalteten Hydromotoren 20a, 20b schematisch angedeutet.
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Das EP-Ventil 52 befindet sich gemäß der Darstellung in 2 in seiner federvorgespannten Grundposition, in der die Kolben des Hydromotors 20 während des gesamten Hubs über die Anschlüsse A, B mit Druckmittel beaufschlagt sind. Durch Umschalten des EP-Ventils 52 in die dargestellte Schaltposition werden die Kolben nur noch während eines Teilhubs mit Druckmittel versorgt – dies ist in der Darstellung gemäß 2 schematisch dadurch angezeigt, dass dann praktisch der Hydromotor 20a weggeschaltet ist, während der Hydromotor 20b weiterhin mit Druckmittel versorgt wird – das Schluckvolumen ist auf 50% reduziert.
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Derartige Hydromotoren mit umschaltbaren Schluckvolumen sind bekannt. Diesbezüglich sei auf die Radialkolbenmotoren MCR der Anmelderin verwiesen – weitere Erläuterungen der Funktion sind somit entbehrlich.
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Bei derartigen umschaltbaren Hydromotoren muss, wie eingangs erläutert, bei der Halbierung des Schluckvolumens die Pumpenfördermenge entsprechend halbiert werden, damit die Übersetzung im Schaltvorgang konstant bleibt. Ein exakter Ausgleich der Menge ist jedoch aufgrund von Toleranzen, Verschleiß, Hysterese und Leckagen praktisch unmöglich. Es kann somit im Schaltvorgang eine Abweichung zwischen der „alten“ und der „neuen“ Übersetzung erfolgen. Bei einer Drehzahlführung des Dieselmotors 2 ist dann – wie eingangs erläutert – die Drehzahl des Motors starr vorgegeben und wird entsprechend eingehalten. Ein schlagartiger Übersetzungsfehler führt zu einer schlagartigen Beschleunigung des Fahrzeugs und damit zu einem Schaltrucken. Dieses Schaltrucken tritt im Arbeitsmodus nicht auf, weil beim Arbeiten typischerweise nur geringe Geschwindigkeiten mit vollem Schluckvolumen gefahren werden. Im Fahrbetrieb führt dies jedoch zu einer erheblichen Verringerung des Fahrkomforts.
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Dementsprechend erfolgt im Wechsel in einen Fahrmodus eine Umschaltung des Dieselmotors auf eine Drehmomentführung. Der Fahrmodus kann beispielsweise dadurch definiert sein, dass keinerlei Arbeitswerkzeuge aktiv sind. Im Schaltvorgang kann aufgrund der Drehmomentführung das Drehmoment des Dieselmotors 2 kurzzeitig reduziert werden. Die Drehzahl ergibt sich dann aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Übersetzung, so dass der Übersetzungsfehler nahezu vollständig ausgeglichen wird – ein Schaltrucken wird vermieden oder auf ein akzeptables Maß minimiert.
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Im Fahrbetrieb gleicht der drehmomentgeführte Dieselmotor 2 Übersetzungsänderungen und Übersetzungsfehler (beispielsweise resultierend aus einem Umschalten oder einer Pumpenverstellung) durch Anpassung seiner Drehzahl aus, so dass der Fahrkomfort erhöht ist.
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Eine weitere Erhöhung des Fahrkomforts lässt sich erreichen, indem das Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Getriebes 16 derart angesteuert wird, dass eine gestufte Schaltlogik emuliert wird. Je nach Parametrierung des Schaltverhaltens kann die Arbeitsmaschine 1 beispielsweise ohne Einspritzen seinen Gang möglichst lange halten (nahezu freies Rollen) oder die Übersetzung wird kontinuierlich oder gestuft reduziert, um die Motorbremse zu nutzen.
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Die Ansteuerung des hydrostatischen Getriebes 16 erfolgt somit derart, dass Getriebesprünge eines herkömmlichen Kfz-Getriebes nachgebildet werden. Die Anzahl der Gänge und die Sprunghöhe kann abhängig von der Fahrpedalbetätigung gewählt werden.
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In 3 ist schematisch eine progressive Gangabstufung einer derartigen nachgebildeten Getriebeschaltlogik dargestellt. Dabei ist die Drehzahl n über der Fahrgeschwindigkeit v dargestellt. Die Getriebeschaltlogik wird über die Fahrantriebssteuereinheit 34 beispielsweise so eingestellt, dass sich die Sprunghöhe mit zunehmender Geschwindigkeit v verringert – mit anderen Worten gesagt, der Schaltvorgang erfolgt mit zunehmender Geschwindigkeit v bei höheren Drehzahlen. Gestrichelt angedeutet ist auch qualitativ eine geometrische Getriebeschaltlogik, bei der die Sprunghöhe über alle Gänge geschwindigkeitsunabhängig gleich bleibt.
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Durch geeignete Steuerung über die Steuereinheit 26 oder die Fahrantriebssteuereinheit 34 kann somit eine an den jeweiligen Betriebsmodus und die jeweilige Fahrgeschwindigkeit angepasste Schaltlogik nachgebildet werden, so dass der Fahrkomfort der Arbeitsmaschine gegenüber herkömmlichen Lösungen optimal ist.
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Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Drehmomentführung des Dieselmotors 2 mit zwei zusätzlichen Drehzahlreglern ausgeführt sein. Dabei kann beispielsweise ein Leerlaufdrehzahlregler sicherstellen, dass der Dieselmotor 2 eine vorbestimmte Minimaldrehzahl nicht unterschreitet und somit nicht ausgeht. Des Weiteren kann eine Maximaldrehzahlbegrenzung sicherstellen, dass der Dieselmotor 2 nicht aktiv, d.h. in Abhängigkeit von der Position des Fahrpedals 36 überdreht. Ein passives Überdrehen, beispielsweise bei einer Bergabfahrt im ersten Gang, muss vom Fahrer vermieden werden.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird es bevorzugt, wenn der Dieselmotor 2 (Brennkraftmaschine) im Fahrmodus immer drehmomentgeführt betrieben ist. Sobald eine Arbeitsfunktion der Arbeitshydraulik aktiviert wird, wird der Fahrantrieb selbstständig, d.h. über die Steuereinheit 26 in die Drehzahlführung umgeschaltet und dabei die Drehzahländerung des Dieselmotors 2 über das hydrostatische Getriebe (stufenloses Getriebe) kompensiert. Dadurch wird erreicht, dass der Fahrzustand auch während eines derartigen Zustandsübergangs konstant bleibt.
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Prinzipiell kann im Antriebsstrang zwischen dem Hydromotor 20 und der Achse 30 noch ein mechanisches Getriebe zur Veränderung der Achsübersetzung vorgesehen sein.
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Offenbart sind ein hydrostatischer Fahrantrieb und eine mit einem derartigen hydrostatischen Fahrantrieb ausgeführte mobile Arbeitsmaschine. Der hydrostatische Fahrantrieb hat eine Brennkraftmaschine, die über ein hydrostatisches Getriebe mit einer Verstellpumpe und einem Hydromotor eine Achse oder dergleichen antreibt. Erfindungsgemäß ist die Brennkraftmaschine mit Drehmomentführung betreibbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- mobile Arbeitsmaschine
- 2
- Dieselmotor / Brennkraftmaschine
- 4
- Fahrantrieb
- 6
- Verstellpumpe
- 8
- Verteilergetriebe
- 10
- Antriebswelle
- 12
- weitere Antriebswelle
- 14
- Arbeitsleitung
- 16
- hydrostatisches Getriebe
- 18
- Verstellpumpe
- 20
- Hydromotor
- 22
- EP-Verstelleinrichtung
- 24
- EP-Verstelleinrichtung
- 26
- Steuereinheit
- 28
- Abtriebswelle
- 30
- Achse
- 32
- Drehzahlsensor
- 34
- Fahrantriebssteuereinheit
- 36
- Fahrpedal
- 38
- Positionsdetektor
- 40
- Motorsteuereinheit
- 42
- CAN-Bus
- 44
- Joystick
- 46
- Positionsaufnehmer
- 48
- Arbeitshydrauliksteuereinheit
- 50
- Verstelleinrichtung
- 52
- EP-Ventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006055932 A1 [0002]
- DE 102007062888 A1 [0002]
