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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Steuerblock gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen hydrostatischen Antrieb mit einem Steuerblock und ein Verfahren für ein Fahrzeug, das einen hydrostatischen Antrieb aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus dem Dokument
US 3 913 453 ist ein hydrostatischer Antrieb für ein Landfahrzeug bekannt. Dieser hat eine Hydropumpe, die über ein Wegeventil mit fluidisch parallel angeordneten Hydromotoren einen geschlossenen hydraulischen Kreislauf bildet. In einem ablaufseitigen Strömungspfad des Kreislaufs ist ein Druckventil angeordnet. Dieses ist fluidisch in Serie zwischen den Hydromotoren und der Hydropumpe angeordnet und führt zu einer Verzögerung in einem Schiebebetrieb des von dem hydrostatischen Antrieb angetriebenen Landfahrzeugs.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuerblock zu schaffen, der mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand eine fein einstellbare Bremswirkung eines den Steuerblock einsetzenden Fahrzeugs und/oder einen Schutz eines das Fahrzeug antreibenden Dieselmotors vor hohen Schleppmomenten ermöglicht. Die gleiche Aufgabe liegt der Erfindung hinsichtlich eines hydrostatischen Antriebs zugrunde. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für den hydrostatischen Antrieb zu schaffen, mit dem insbesondere der Dieselmotor des den Antrieb einsetzenden Fahrzeugs vor hohen Schleppmomenten geschützt werden kann.
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Die Aufgabe hinsichtlich des Steuerblocks wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des hydrostatischen Antriebs gemäß den Merkmalen des Anspruchs 13 und hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Es ist ein Steuerblock oder hydrostatischer Antrieb für ein Fahrzeug, insbesondere ein Landfahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, insbesondere ein schienengebundenes Fahrzeugs, vorgesehen. An den Steuerblock ist eine erste von einem Motor, insbesondere von einem Dieselmotor, antreibbare Hydromaschine und eine zweite Hydromaschine anschließbar, mit der zumindest ein Rad oder Radsatz des Fahrzeugs antreibbar ist. Die Hydromaschinen sind in einem hydraulischen Arbeitskreislauf über zwei Strömungspfade des Steuerblocks verbindbar. Vorteilhafterweise kann die erste Hydromaschine von der zweiten Hydromaschine hydraulisch über den Steuerblock entkoppelbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise ein von der zweiten Hydromaschine ausgangsseitiger Fluidvolumenstrom oder Rückstrom über ein wahlweise zuschaltbares einstellbares Druckventil des Steuerblocks mit einem entsprechend einstellbaren Druck anstaubar sein.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass auf vorrichtungstechnisch einfache Weise durch das Anstauen des Rückstroms über das Druckventil eine fein einstellbare Bremswirkung der zweiten Hydromaschine erzielbar ist. Des Weiteren kann durch die Entkopplung der ersten Hydromaschine von der zweiten Hydromaschine der die erste Hydromaschine antreibende Dieselmotor des Fahrzeugs vor ggf. zu hohen Schleppmomenten geschützt werden. Der Steuerblock führt somit durch das Druckventil zu einer stufenlosen hydraulischen Verzögerung einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs – beispielsweise in einer Bergabfahrt – ohne dass hierbei eine Abstützung des hydrostatischen Antriebs auf den Dieselmotor notwendig ist. Da keine oder eine geringere Abstützung auf den Dieselmotor erfolgt, kann dieser beispielsweise zur Stromerzeugung über einen Wechselstromgenerator eingesetzt werden, da beispielsweise seine Drehzahl in einem sehr engen Bereich, insbesondere 1700 Umdrehungen/Min +/–3 %, gehalten werden kann. Durch die einstellbare Bremswirkung des Steuerblocks kann eine serielle Betriebsbremse des Fahrzeugs zusätzlich beliebig entlastet werden, was zu einem vermindertem Verschleiß und geringeren Betriebskosten führt. Diese Vorteile des Steuerblocks werden erreicht durch geringen Verrohrungs- und Verschlauchungsaufwand. Des Weiteren weist der Steuerblock aufgrund der vorrichtungstechnisch einfachen Ausgestaltung einen geringen Bauraumbedarf auf.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Druckventil zumindest an einer Seite der zweiten Hydromaschine oder an einen Arbeitsanschluss des Steuerblocks, der zum Anschließen zumindest einer Seite der zweiten Hydromaschine dient, anschließbar. Das Druckventil kann auch von zumindest einen Strömungspfad abzweigen. Bei dem Druckventil handelt es sich vorrichtungstechnisch einfach um ein vorgesteuertes, insbesondere proportional verstellbares, Druckbegrenzungsventil. Mit dem Druckventil kann eine Verbindung von der zweiten Hydromaschine zur einer Druckmittelsenke oder einem Tank steuerbar sein. Mit Vorteil ist ein Vorsteuerventil des vorgesteuerten Druckventils zum Einstellen des Vorsteuerdrucks stufenlos elektrisch verstellbar. Somit kann die Bremswirkung des Druckventils einfach durch Verstellung des Vorsteuerventils eingestellt werden. Der Vorsteuerdruck kann dann in Schließrichtung eines Ventilelements des Druckbegrenzungsventils zusammen mit einer Federkraft einer Ventilfeder wirken. Vorzugsweise ist ein Ventilschieber des Vorsteuerventils vom Druckmittel, das stromaufwärts des Druckventils, insbesondere über eine oder zwei Düsen abgegriffen ist, in Schließrichtung beaufschlagbar. In Öffnungsrichtung ist es von einem elektrischen Aktor mit einer Öffnungskraft beaufschlagbar. Dies führt zu einer Fail-Safe-Funktionalität, da bei Stromausfall das Ventilelement in Schließrichtung durch das Druckmittel beaufschlagt ist.
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Fluidisch parallel zum Vorsteuerventil kann ein Druckbegrenzungsventil beim Druckventil vorgesehen sein, das zur Druckmittelsenke hin aufsteuerbar ist. Das Druckbegrenzungsventil kann zwischen den zwei Düsen über eine weitere Düse angeschlossen sein. Ein Öffnungsdruck für das Druckbegrenzungsventil beträgt dabei vorzugsweise etwa 420 bar.
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Das Druckventil kann über ein Rückschlagventil mit der Druckmittelsenke verbindbar sein, wobei das Rückschlagventil in Richtung zur Druckmittelsenke öffnet und in entgegengesetzter Richtung über eine Ventilfeder mit einer Schließkraft beaufschlagbar ist, die ein Druckäquivalent von etwa 5 bar aufweisen kann.
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Eine Druckmittelverbindung zwischen dem Druckventil und der zweiten Hydromaschine ist vorzugsweise über ein Zuschaltventil steuerbar. Somit ist das Druckventil auf vorrichtungstechnisch einfache Weise wahlweise zuschaltbar. Des Weiteren kann das Druckventil an beiden Seiten der zweiten Hydromaschine angeschlossen sein, wobei dann zwischen einer jeweiligen Seite und dem Druckventil ein Zuschaltventil angeordnet sein kann. Denkbar wäre auch, dass beide Seiten über ein gemeinsames Zuschaltventil mit dem Druckventil verbunden sind. Die Zuschaltventile können vorrichtungstechnisch einfach ausgangsseitig gemeinsam an das Druckventil angeschlossen sein, wodurch der Verrohrungsaufwand sinkt.
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Ein jeweiliges Zuschaltventil ist vorzugsweise vorrichtungstechnisch einfach elektrisch oder alternativ hydraulisch zum Auf- und Zusteuern der Druckmittelverbindung zwischen der jeweiligen Seite der zweiten Hydromaschine und des Druckventils betätigbar. Mit Vorteil ist das Zuschaltventil oder ist ein jeweiliges Zuschaltventil als ein 2-Wege-Einbauventil, wie es beispielsweise in dem Datenblatt RD 21010 der Bosch Rexroth AG offenbart ist, ausgebildet. Das Einbauventil ist hierbei vorzugsweise über ein, insbesondere elektrisch betätigbares Wegesitzventil entsperrbar, um das Zuschaltventil aufzusteuern. Das Einbauventil hat vorzugsweise einen Sitzventilkörper, der in Schließrichtung über eine erste Wirkfläche über das Wegesitzventil wahlweise von einem Druckmittel der Druckmittelsenke oder von dem Druckmittel der druckhöheren Seite der zweiten Hydromaschine beaufschlagbar ist. Die druckhöhere Seite der zweiten Hydromaschine ist hierbei über ein Wechselventil zum Wegesitzventil gemeldet. In Schließrichtung kann der Sitzventilkörper des Einbauventils zusätzlich von einer Federkraft einer Ventilfeder und in Öffnungsrichtung über eine zweite Wirkfläche mit Druckmittel derjenigen Seite der zweiten Hydromaschine beaufschlagbar sein, an die das Zuschaltventil angeschlossen ist. Über eine dritte Wirkfläche, die vorzugsweise kleiner als die zweite Wirkfläche ist, kann Druckmittel von einer Ausgangsseite des Zuschaltventils beaufschlagbar sein.
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Das Ventilelement oder ein Sitzventilkörper des als Druckbegrenzungsventil ausgestalteten Druckventils ist vorzugsweise in Öffnungsrichtung vom Druckmittel stromabwärts des Zuschaltventils oder beider Zuschaltventile zum Aufsteuern der Druckmittelverbindung zur Druckmittelsenke beaufschlagbar. Des Weiteren kann der Sitzventilkörper in Schließrichtung von der Federkraft der Ventilfeder und dem einstellbaren Vorsteuerdruck beaufschlagbar sein. Ein Druckmittel für eine Eingangsseite des Vorsteuerventils des Druckventils wird vorzugsweise stromaufwärts des Druckventils und stromabwärts der Zuschaltventile abgegriffen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann auf vorrichtungstechnisch einfache Weise eine Traktionsabschaltung vorgesehen sein. Hierfür ist ein Traktionsventil angeordnet, mit dem die Anschlüsse der ersten Hydromaschine verbindbar oder kurzschließbar sind. Bei dem Traktionsventil handelt es sich beispielsweise um ein 2-Wege-Einbauventil. Es ist denkbar, dass dieses kostengünstig etwa entsprechend dem Zuschaltventil ausgebildet ist. Das Einbauventil wird vorzugsweise über ein, insbesondere elektrisch betätigbares Wegesitzventil entsperrbar, damit das Traktionsventil aufsteuerbar ist. Das Einbauventil kann einen Sitzventilkörper aufweisen, der in Schließrichtung über eine erste Wirkfläche über das Wegesitzventil von einem Druckmittel der Druckmittelsenke oder von dem Druckmittel der druckhöheren Seite der zweiten Hydromaschine beaufschlagbar ist. Die druckhöhere Seite der zweiten Hydromaschine ist vorzugsweise über ein Wechselventil zum Wegesitzventil gemeldet. Der Sitzventilkörper des Einbauventils kann in Schließrichtung zusätzlich von einer Federkraft einer Ventilfeder und in Öffnungsrichtung über eine zweite Wirkfläche mit Druckmittel einer der Seiten der ersten Hydromaschine, insbesondere der Seite, in die Druckmittel bei Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs gefördert wird, beaufschlagt sein. Eine dritte Wirkfläche, die kleiner als die zweite Wirkfläche sein kann, kann mit Druckmittel der jeweils anderen Seite, also vorzugsweise derjenigen Seite der ersten Hydromaschine, in der Druckmittel für die Vorwärtsfahrt gefördert wird, beaufschlagbar sein.
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Um die Hydromaschinen voneinander zu entkoppeln, kann vorrichtungstechnisch einfach in einem jeweiligen Strömungspfad des Arbeitskreislaufs ein Kopplungsventil zum Entkoppeln und Koppeln der ersten von der zweiten Hydromaschine angeordnet sein. Mit einem jeweiligen Kopplungsventil kann der jeweilige Strömungspfad auf- und zusteuerbar sein.
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Alternativ wäre denkbar, auch ein gemeinsames Kopplungsventil zum Entkoppeln und Koppeln der ersten und zweiten Hydromaschine auszubilden.
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Ein jeweiliges Kopplungsventil ist vorzugsweise elektrisch oder alternativ hydraulisch zum Auf- und Zusteuern des jeweiligen Strömungspfads betätigbar. Bei dem jeweiligen Kopplungsventil handelt es sich beispielsweise um ein 2-Wege-Einbauventil, das beispielsweise entsprechend dem Zuschaltventil ausgestaltet sein kann. Das Einbauventil ist dabei vorzugsweise über ein, insbesondere elektrisch betätigbares Wegesitzventil entsperrbar, damit das Kopplungsventil aufsteuerbar ist. Ein Sitzventilkörper des Einbauventils kann in Schließrichtung über eine erste Wirkfläche über das Wegesitzventil von einen Druckmittel der Druckmittelsenke oder vom Druckmittel der druckhöheren Seite der zweiten Hydromaschine beaufschlagbar sein. Die druckhöhere Seite der zweiten Hydromaschine ist vorzugsweise über ein Wechselventil zum Wegesitzventil gemeldet. In Schließrichtung kann der Sitzventilkörper des Einbauventils vorzugsweise zusätzlich von einer Federkraft einer Ventilfeder und in Öffnungsrichtung über eine zweite Wirkfläche mit Druckmittel derjenigen Seite der ersten Hydromaschine beaufschlagbar sein, an die das Kopplungsventil angeschlossen oder anschließbar ist. Über eine dritte Wirkfläche, die vorzugsweise kleiner als die zweite Wirkfläche ist, kann Druckmittel derjenigen Seite der zweiten Hydromaschine beaufschlagbar sein, an die das Kopplungsventil angeschlossen ist.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das Traktionsventil an einen jeweiligen Strömungspfad zwischen dem jeweiligen darin angeordneten Kopplungsventil und der ersten Hydromaschine angeschlossen sein.
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Es ist denkbar, dass ein jeweiliges Zuschaltventil an dem jeweiligen Strömungspfad zwischen dem jeweiligen darin angeordneten Kopplungsventil und der zweiten Hydromaschine angeschlossen ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Speisepumpe über zumindest ein Speiseventil mit zumindest einem der Strömungspfade verbindbar. Hierdurch kann auf einfache Weise über das Druckventil entlassenes Druckmittel in den Arbeitskreislauf nachgefördert werden.
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Vorzugsweise steuert das Speiseventil bei Unterschreiten eines bestimmten Drucks eine Druckmittelverbindung zwischen der Speisepumpe und dem Strömungspfad, an dem das Speiseventil angeschlossen ist, auf. Im Übrigen ist es vorzugsweise geschlossen. Bevorzugterweise ist ein Zwischenspeiseventil fluidisch zwischen dem Speiseventil und der Speisepumpe angeordnet. Ein Hydrospeicher, insbesondere ein Blasenspeicher, kann zwischen dem Zwischenspeiseventil und dem Speiseventil an den Steuerblock anschließbar oder in diesem angeordnet sein. Der Hydrospeicher stellt dabei eine schnelle Öffnungszeit und eine anfängliche dynamische Druckmittelversorgung für das Speiseventil sicher.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann an einen jeweiligen Strömungspfad ein Speiseventil zwischen dem jeweiligen Kopplungsventil und der zweiten Hydromaschine angeschlossen sein. Die Speiseventile können vorrichtungstechnisch einfach eingangsseitig gemeinsam mit dem Zwischenspeiseventil verbunden sein. Es kann somit in beide Strömungspfade Druckmittel eingespeist werden, und der Hydrospeicher kann für beide Speiseventile eingesetzt werden. Entsprechend dem Speiseventil steuert auch das Zwischenspeiseventil bei Unterschreiten eines oder des bestimmten Drucks eine Druckmittelverbindung zwischen der Speisepumpe und den beiden Speiseventilen oder zumindest einem Speiseventil auf und kann im Übrigen geschlossen sein. Die Speisepumpe ist vorzugsweise verschwenkbar und schwenkt automatisch aus, wenn eines der Speiseventile geöffnet ist, womit die zweite Hydromaschine mit Druckmittel insbesondere bei einem Bremsvorgang, versorgbar ist.
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Bei dem Speiseventil oder bei einem jeweiligen Speiseventil und/oder bei dem Zwischenventil handelt es sich vorzugsweise um ein 2-Wege-Einbauventil, siehe auch das oben angeführte Datenblatt. Das Einbauventil des Speiseventils oder eines jeweiligen Speiseventils hat vorzugsweise einen Sitzventilkörper, der in Schließrichtung über eine erste Wirkfläche von einem Druckmittel derjenigen Seite der zweiten Hydromaschine beaufschlagbar ist, an die das Speiseventil oder das entsprechende Speiseventil angeschlossen ist. Der Sitzventilkörper des Einbauventils des Speiseventils oder eines jeweiligen Speiseventils kann des Weiteren in Schließrichtung zusätzlich von einer Federkraft einer Ventilfeder beaufschlagbar sein. In Öffnungsrichtung kann der Sitzventilkörper über eine zweite Wirkfläche mit Druckmittel derjenigen Seite der zweiten Hydromaschine beaufschlagbar sein, an die das Speiseventil oder das entsprechende Speiseventil angeschlossen ist. Über eine dritte Wirkfläche, die vorzugsweise kleiner als die zweite Wirkfläche ist, kann dann Druckmittel der Speisepumpe beaufschlagbar sein, falls bei vorhandenem Zwischenspeiseventil dieses geöffnet ist. Vorzugsweise öffnet das jeweilige Speiseventil, wenn ein Druck des Strömungspfads, an den das jeweilige Speiseventil angeschlossen ist, kleiner oder gleich 35 bar beträgt.
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Das 2-Wege-Einbauventil des Zwischenspeiseventils kann ebenfalls einen Sitzventilkörper aufweisen, der in Schließrichtung über eine erste Wirkfläche von einem Druckmittel stromaufwärts des Speiseventils oder der Speiseventile und/oder von einem Druckmittel des Hydrospeichers beaufschlagbar ist. Der Sitzventilkörper des Einbauventils des Zwischenspeiseventils ist vorzugsweise in Schließrichtung zusätzlich von einer Federkraft einer Ventilfeder und in Öffnungsrichtung über eine zweite Wirkfläche mit Druckmittel stromaufwärts des Speiseventils oder der Speiseventile und/oder vom Druckmittel des Hydrospeichers beaufschlagbar. Über eine dritte Wirkfläche, die größer als die zweite Wirkfläche sein kann, kann Druckmittel der Speisepumpe in Öffnungsrichtung beaufschlagbar sein.
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Stromabwärts der Speisepumpe und vorzugsweise stromaufwärts des Zwischenspeiseventils ist beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil angeschlossen, das den Speisedruck beispielsweise auf 35 bar begrenzt.
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Bei den beschriebenen 2-Wege-Einbauventlen kann die erste Wirkfläche einer Summe der zweiten und dritten Wirkfläche entsprechen.
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Vorzugsweise ist eine Kühlvorrichtung vorgesehen, die zur Druckmittelsenke strömendes Druckmittel kühlt. Die Kühlvorrichtung ist dabei insbesondere stromabwärts des Druckventils angeordnet, womit auf einfache Weise beim Bremsen über das Druckventil zusätzlich das Druckmittel gekühlt wird. Die Kühlvorrichtung hat beispielsweise einen von einem hydraulischen Motor angetriebenen Lüfter, wobei der Motor wiederum von einer Hydromaschine, insbesondere in Form einer Axialkolben-Verstellpumpe, antreibbar ist.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass an einen jeweiligen Strömungspfad ein Drucksensor, insbesondere zwischen der zweiten Hydromaschine und einem jeweiligen Kopplungsventil, anschließbar ist. Hierbei ist es vorteilhafterweise möglich, dass, wenn die Drücke an den Seiten der zweiten Hydromaschine, insbesondere nahezu identisch sind, zum Bremsen das entsprechende Zuschaltventil und Druckventil aufzusteuern.
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Vorzugsweise ist ein hydrostatischer Antrieb mit einem Schaltblock gemäß einem der vorhergehenden Aspekte mit einer ersten und zweiten Hydromaschine vorgesehen. Bei den Hydromaschinen handelt es sich beispielsweise um Axialkolben-Verstellpumpen, die elektroproportional verstellbar sind. Es kann ein Spülventil vorgesehen sein, das vorzugsweise im Gehäuse der zweiten Hydromaschine ausgebildet ist. Die zweite Hydromaschine ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung über ein Radsatzgetriebe an einen Radsatz, insbesondere über eine Kupplung, anschließbar. Die erste Hydromaschine kann über ein Pumpenverteilergetriebe an einen Dieselmotor angeschlossen werden, insbesondere ebenfalls über eine Kupplung. Der Dieselmotor wiederum kann an einen Generator, insbesondere über eine Kupplung, angeschlossen sein.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für ein Fahrzeug mit einem hydrostatischen Antrieb gemäß einem der vorhergehenden Aspekte kann vorgesehen sein, dass bei einem Start des Fahrzeugs die Kopplungsventile, ein oder beide Zuschaltventile und das Traktionsventil, insbesondere stromlos, offen sind.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass bei einer Fahrt oder Arbeitsfahrt oder Überstellfahrt die Zuschaltventile und das Traktionsventil bestromt sind und/oder geschlossen werden. Die Kopplungsventile können hierbei geöffnet sein.
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Des Weiteren kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass bei einer Traktionsabschaltung, insbesondere bei einer Fahrt oder Arbeitsfahrt oder Überstellfahrt des Fahrzeugs das Traktionsventil unbestromt ist und/oder geöffnet wird. Hierbei können die Kopplungsventile geschlossen sein.
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Außerdem ist alternativ oder zusätzlich denkbar, dass bei einer Fahrt oder Arbeitsfahrt oder Überstellfahrt das Zuschaltventil, das an der aktuellen Ausgangsseite der zweiten Hydromaschine angeschlossen ist, insbesondere unbestromt geöffnet wird, wobei dann das andere Zuschaltventil und das Traktionsventil bestromt und/oder geschlossen werden, wobei wiederum das Druckventil geöffnet wird. Die Kopplungsventile können hierbei geöffnet sein.
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Des Weiteren kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass bei einer Fahrt oder Arbeitsfahrt oder Überstellfahrt das Zuschaltventil, das an der aktuellen Ausgangsseite der zweiten Hydromaschine angeschlossen ist, unbestromt und/oder geöffnet wird, das andere Zuschaltventil und das Traktionsventil bestromt und/oder geschlossen werden, das Druckventil geöffnet wird und zusätzlich die Kopplungsventile bestromt und/oder geschlossen werden.
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Vorzugsweise ist bei dem Verfahren vorgesehen dass bei der Traktionsabschaltung, insbesondere zeitgleich oder im Wesentlichen zeitgleich, eine, insbesondere serielle Betriebsbremse des Fahrzeugs zusätzlich betätigt wird.
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Bei der Fahrt, Arbeitsfahrt oder Überstellfahrt kann bei geöffnetem Zuschaltventil dieses dann geöffnet werden, wenn die Drücke auf beiden Seiten der zweiten Hydromaschine nahezu identisch oder identisch sind. Vorzugsweise werden das Druckventil und das entsprechende Zuschaltventil gleichzeitig betätigt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer einzigen schematischen Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in einem hydraulischen Schaltplan einen hydrostatischen Antrieb für ein Fahrzeug.
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Gemäß der einzigen Figur hat ein hydrostatischer Antrieb 1 für ein schienengebundenes Fahrzeug einen Steuerblock 2, an den eine erste Hydromaschine 4 und eine zweite Hydromaschine 6 angeschlossen sind, die jeweils als durchschwenkbare Axialkolben-Verstellpumpe ausgebildet sind. Die erste Hydromaschine 4 ist über ein Pumpenverteilergetriebe 8 mit einem Dieselmotor 10 verbunden, der einen Generator 12 zusätzlich antreiben kann. Die zweite Hydromaschine 6 ist über ein Radsatzgetriebe 14 mit einem Radsatz 16 des Fahrzeugs verbunden. Für die erste Hydromaschine 4 sind am Steuerblock 2 ein Arbeitsanschluss A1 und ein Arbeitsanschluss B1 vorgesehen. Zum Anschluss der zweiten Hydromaschine sind am Steuerblock 2 ein Arbeitsanschluss A2 und ein Arbeitsanschluss B2 vorgesehen. Zwischen den Arbeitsanschlüssen A1 und A2 ist ein erste Strömungspfad 18 und zwischen den Arbeitsanschlüssen B1 und B2 ein zweiter Strömungspfad 20 ausgebildet. Die Strömungspfade 18, 20 bilden zusammen mit den Hydromaschinen 4, 6 einen Arbeitskreislauf. Für eine Vorwärtsfahrt 22 des Fahrzeugs fördert die erste Hydromaschine 4 Druckmittel in den ersten Strömungspfad 18 und für eine Rückwärtsfahrt 24 des Fahrzeugs fördert die erste Hydromaschine 4 Druckmittel in den zweiten Strömungspfad 20.
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Um einen ausgangsseitigen Fluidvolumenstrom der zweiten Hydromaschine 6 anzustauen, ist ein wahlweise zuschaltbares, einstellbares Druckventil 26 vorgesehen. Dieses ist über ein erstes Zuschaltventil 28 mit dem zweiten Strömungspfad 20 und über ein zweites Zuschaltventil 30 mit dem ersten Strömungspfad 18 verbindbar. Um die erste Hydromaschine 4 vom Arbeitskreislauf abzukoppeln, sind ein erstes und zweites Kopplungsventil 32, 34 vorgesehen. Das erste Kopplungsventil 32 ist dabei im zweiten Strömungspfad 20 und das zweite Kopplungsventil 34 im ersten Strömungspfad angeordnet und können die jeweilige Druckmittelverbindung im jeweiligen Strömungspfad auf- und zu steuern.
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Des Weiteren ist ein Traktionsventil 36 vorgesehen, um die Arbeitsanschlüsse A1 und B1 für die erste Hydromaschine 4 zu verbinden. Das Traktionsventil 36 ist dabei an den ersten Strömungspfad 18 zwischen dem Arbeitsanschluss A1 und dem zweiten Kopplungsventil 34 und an den zweiten Strömungspfad 20 zwischen dem Arbeitsanschluss B1 und dem ersten Kopplungsventil 32 angeschlossen.
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Um Druckmittel, insbesondere beim Bremsen über das Druckventil 26, dem ersten oder zweiten Strömungspfad 18, 20 zuzuführen, ist eine Speisepumpe 38 vorgesehen. Diese ist über ein erstes Speiseventil 40 an den zweiten Strömungspfad 20 und über ein zweites Speiseventil 42 an den ersten Strömungspfad 18 anschließbar. Im Strömungspfad zwischen der Speisepumpe 38 und Speiseventilen 40 und 42 ist ein Zwischenspeiseventil 44 angeordnet. Des Weiteren ist ein Hydrospeicher 46 vorgesehen, der an den Steuerblock 2 angeschlossen ist und fluidisch zwischen dem Zwischenspeiseventil 44 und dem Speiseventilen 40 und 42 angeschlossen ist. Der Hydrospeicher 46 hat beispielsweise ein Volumen von 10 l. Des Weiteren zweigt zwischen dem Zwischenspeiseventil 44 und der Speisepumpe 38 ein Druckbegrenzungsventil 47 ab, das den Druck ausgangsseitig der Speisepumpe 38, insbesondere auf 35 bar, begrenzt.
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Bei den Zuschaltventilen 28, 30, den Kopplungsventilen 32, 34 und dem Traktionsventil 36 handelt es sich um 2-Wege-Einbauventile, die im Wesentlichen gleich ausgestaltet sind und im Folgenden anhand des ersten Kopplungsventils 32 erläutert werden. Das Kopplungsventil 32 hat einen Sitzventilkörper 48, der in Schließrichtung über eine erste Wirkfläche 50 von einem Druckmittel einer Druckmittelsenke 52 oder von dem Druckmittel der druckhöheren Seite der zweiten Hydromaschine 6 beaufschlagt ist. Ob die erste Wirkfläche mit Druckmittel der Druckmittelsenke oder dem Druckmittel der druckhöheren Seite beaufschlagt wird, wird über ein elektrisch betätigbares Wegesitzventil 54 ausgewählt. Diesem wird eingangsseitig über ein Wechselventil 56 das Druckmittel der druckhöheren Seite der zweiten Hydromaschine zugeführt. Im unbestromten Zustand des Wegesitzventils 54 ist die erste Wirkfläche 50 zur Druckmittelsenke 52 entlastet. Des Weiteren hat der Sitzventilkörper 48 eine zweite Wirkfläche 58 und eine dritte ringförmige Wirkfläche 60, die jeweils in Öffnungsrichtung entgegen der Federkraft der Ventilfeder wirken.
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Das Druckventil 26 ist ausgangsseitig über ein Rückschlagventil 62 und einer Kühlvorrichtung 64 mit der Druckmittelsenke 52 verbunden. Ein Ventilelement in Form eines Sitzventilkörpers 66 des Druckventils 26 ist in Öffnungsrichtung vom Druckmittel stromabwärts der Zuschaltventile 28, 30 beaufschlagbar. Das Druckventil 26 ist als Druckbegrenzungsventil ausgebildet, dem ein Vorsteuerventil 68 zugeordnet ist. Dieses greift Druckmittel eingangsseitig von dem Druckventil 26 ab und steuert eine Druckmittelverbindung zur Druckmittelsenke 52. Das abgegriffene Druckmittel wird auf den Sitzventilkörper 66 des Druckventils 26 in Schließrichtung zusätzlich zur Federkraft einer Ventilfeder beaufschlagt. Fluidisch parallel zum Vorsteuerventil 68 ist beim Druckventil 26 ein Druckbegrenzungsventil 70 vorgesehen, das über zwei Düsen stromaufwärts des Druckventils 26 angeschlossen ist. Das Vorsteuerventil 68 wiederum ist zwischen diesen beiden Düsen über eine weitere Düse angeschlossen. Des Weiteren ist die Wirkfläche des Schließkörpers 66, die in Schließrichtung wirkt, über eine Düse mit Druckmittel beaufschlagbar, das zwischen dem Druckbegrenzungsventil 70 und der ersten stromaufwärts des Druckbegrenzungsventils 70 angeordneten Düse abgegriffen ist.
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Des Weiteren ist ein Spülventil 72 vorgesehen, das an die Seiten der zweiten Hydromaschine 6 angeschlossen ist und eine Druckmittelverbindung zur Druckmittelsenke 52 steuert. Das Spülventil 72 kann dabei in einem Gehäuse der zweiten Hydromaschine 6 ausgebildet sein.
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Über einen ersten und zweiten Drucksensor 74, 76 ist ein Druck im ersten Strömungspfad 18 oder zweiten Strömungspfad 20 messbar.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise des hydrostatischen Antriebs erläutert.
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Start des Fahrzeugs:
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Beim Start des den hydrostatischen Antrieb 1 einsetzenden Fahrzeugs, insbesondere schienengebundenen Fahrzeugs, sind die Zuschaltventile 28, 30, die Kopplungsventile 32, 34 und das Traktionsventil 36 stromlos offen, womit ein freier Durchfluss bei dem jeweiligen Ventil ermöglicht ist. Das als proportionales Druckbegrenzungsventil ausgebildete Druckventil 26 weist eine fallende Kennlinie auf, was zu einer Fail-Safe-Funktion führt. Ein maximaler Öffnungsdruck wird über das Druckbegrenzungsventil 70 des Druckventils 26 begrenzt und beträgt beispielsweise 420 bar, der sich automatisch einstellt, wenn das Vorsteuerventil 68 des Druckventils 26 stromlos ist. Der Öffnungsdruck ist umgekehrt proportional zur Bestromung des Aktors oder Magneten des Vorsteuerventils 68.
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Fahrt des Fahrzeugs, insbesondere normale Fahrt ohne Steigung und Gefälle, insbesondere mit Fahrtrichtung vorwärts:
Bei einer Fahrt wird der Dieselmotor 6 angelassen oder eingesetzt, wobei sich die erste Hydromaschine 4 als Pumpe mit der Drehzahl des Dieselmotors 10 drehen kann. Zeitgleich oder etwa zeitgleich werden die Zuschaltventile 28, 30 und das Traktionsventil 36 bestromt, womit diese geschlossen sind. Die Hydromaschine 4 als Pumpe schwenkt dabei etwas aus und verdrängt Druckmittel in Richtung der als Motor eingesetzten zweiten Hydromaschine 6. Diese schwenkt dann voll aus. Die erste Hydromaschine 4 schwenkt dann etwas weiter aus und die zweite Hydromaschine 6 gibt dann ein Drehmoment über das Radsatzgetriebe 14 an den Radsatz 16 weiter. Das Fahrzeug fährt an. Schwenkt die erste Hydromaschine 4 weiter aus, so wird das Fahrzeug weiter beschleunigt. Eine Fahrgeschwindigkeit ist abhängig von der Drehzahl des Dieselmotors 10 und dem Schwenkwinkel der ersten Hydromaschine 4 und der zweiten Hydromaschine 6. Soll das Fahrzeug rückwärts fahren, schwenken die erste Hydromaschine 4 und die zweite Hydromaschine 6 jeweils in die entgegensetzten Richtungen aus.
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Fahrt des Fahrzeugs mit Traktionsabschaltung, insbesondere normale Fahrt ohne Steigung und Gefälle, insbesondere mit Fahrtrichtung vorwärts:
Bei einer Fahrt oder Arbeitsfahrt mit Traktionsabschaltung, insbesondere wenn das Fahrzeug als Schienenfahrzeug einen Schotter stopfen oder Schienen und Schwellen verlegen soll, können Situationen entstehen, bei denen eine Gefahr für Mensch und/oder für das Fahrzeug vorliegen. Das Fahrzeug fährt zunächst mit den bestromten Zuschaltventilen 28, 30 und dem bestromten Traktionsventil 36, wodurch diese geschlossen sind. Die Kopplungsventile 32, 34 sind geöffnet. Beispielsweise bei Gefahr wird die Funktion Traktionsabschaltung ausgelöst. Hierdurch wird die Bestromung des Traktionsventils 36 beendet bzw. der Magnet des Traktionsventils 36 nicht mehr bestromt, womit sich das Traktionsventil 36 oder dessen Logikventil öffnet. Hierdurch sind eine Saug- und Druckseite der als Pumpe eingesetzten ersten Hydromaschine 4 kurzgeschlossen, wodurch die als Motor eingesetzte zweite Hydromaschine 6 kein Drehmoment mehr an das Radsatzgetriebe 14 übertragen kann. Mit der Betätigung der Funktion Traktionsabschaltung wird zeitgleich oder im Wesentlichen zeitgleich eine serielle Betriebsbremse des Fahrzeugs aktiviert. Zusätzlich zur Öffnung des Traktionsventils 36 kann vorgesehen sein, die Kopplungsventile 32, 34 zu schließen.
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Fahrt des Fahrzeugs, insbesondere bergab, insbesondere mit Abstützung auf den Dieselmotor 10, insbesondere mit Fahrtrichtung vorwärts:
Fährt das Fahrzeug beispielsweise bergab, so beginnt die Fahrzeugmasse zu schieben, wodurch die zweite Hydromaschine 6 als Pumpe und die erste Hydromaschine 4 als Motor wirkt, welche sich über das Pumpenverteilergetriebe 8 auf den Dieselmotor 10 abstützt. In Abhängigkeit der Schwenkwinkel der Hydromaschinen 4, 6 stützt sich das Fahrzeug mehr oder weniger auf den Dieselmotor 10 ab. In Fahrtrichtung rückwärts schwenken dann die Hydromaschinen 4 und 6 jeweils in die entgegengesetzte Richtung aus.
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Fahrt des Fahrzeugs, insbesondere bergab, insbesondere mit Abstützung auf den Dieselmotor 10 und gleichzeitiger stufenloser hydraulischer Verzögerung, insbesondere mit Fahrtrichtung vorwärts:
Das Fahrzeug fährt wie vorstehend erläutert beispielsweise bergab. Wenn die Drücke der beiden Seiten der zweiten Hydromaschine 6, die von den Drucksensoren 74, 76 gemessen werden, nahezu identisch sind, ändert sich bei dem noch mit geringer Geschwindigkeit fahrenden Fahrzeug zeitgleich folgende Betriebszustände. Es wird die Bestromung des Zuschaltventils 28 beendet, wobei sich dieses (das Logikventil) öffnet. Das Druckventil 26, insbesondere der Magnet des Vorsteuerventils 68, wird, insbesondere maximal, bestromt. Hierdurch ist das Druckventil 26 maximal geöffnet. Ein Volumenstrom ausgangsseitig der Hydromaschine 6 oder Rückstrom teilt sich nun auf. Ein Teil strömt über das Zuschaltventil 28, das Druckventil 26 und das Rückschlagventil 62 zur Druckmittelsenke 52 und wird durch die Kühlvorrichtung 64 gekühlt. Der andere Teil strömt zur ersten Hydromaschine 4, die als Motor eingesetzt ist, wobei die Kopplungsventile 32, 34 geöffnet sind. Die Hydromaschine 4 stützt sich dabei über das Pumpenverteilergetriebe 8 auf den Dieselmotor 10 ab. Wenn der Druck zwischen den Arbeitsanschlüssen A1 und A2, insbesondere unter 35 bar, abfällt, so öffnen sich das Speiseventil 42 und das Zwischenspeiseventil 44, wodurch die Speisepumpe 38 automatisch ausschwenkt und die zweite Hydromaschine 6, die als Pumpe eingesetzt ist, mit Druckmittel versorgt. Der Hydrospeicher 46 stellt dabei eine kurze Öffnungszeit und eine anfänglich dynamische Druckmittelversorgung des Speiseventils 42 sicher. Umgekehrt proportional zur Größe der Bestromung des Druckventils 26, insbesondere des Vorsteuerventils 68, kann die Abstützung auf den Dieselmotor 10 stufenlos reduziert werden.
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Durch den symmetrischen Aufbau des Steuerblocks 2 ist die Abstützung auf die Dieselmotor 10 und die gleichzeitige stufenlose hydraulische Verzögerung auch in Fahrtrichtung rückwärts möglich.
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Durch die Kühlung des über das Druckventil 26 zur Druckmittelsenke 52 strömenden Druckmittels wird die Gefahr von insbesondere lokaler Überhitzung vermieden. Beispielweise wird durch den erfindungsgemäßen Antrieb vermieden, dass das gesamte Druckmittel, das zum Bremsen eingesetzt wird, im geschlossenen hydraulischen Arbeitskreis verbleibt. Stattdessen wird zumindest ein Teil des Druckmittels zur Druckmittelsenke 52 abgeführt.
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Fahrt des Fahrzeugs, insbesondere bergab, mit stufenloser hydraulischer Verzögerung und ohne Abstützung auf den Dieselmotor 10, insbesondere mit Fahrtrichtung vorwärts:
Das Fahrzeug währt wie vorstehend erläutert bergab. Sind die Drücke, die von den Drucksensoren 74 und 76 erfasst sind, nahezu identisch, so wird bei noch mit geringer Geschwindigkeit fahrendem Fahrzeug die Bestromung des Zuschaltventils 28 und des Traktionsventils 36 unterbrochen, wodurch diese geöffnet sind. Des Weiteren werden die Kopplungsventile 32, 34 bestromt, womit diese (deren Logikventile) geschlossen werden. Das Druckventil 26 wird maximal bestromt, womit es vollständig geöffnet ist. Die erste Hydromaschine 4 schwenkt dann zurück und wird im Nullhub betrieben. Fällt der Druck zwischen den Anschlüssen A1 und A2 unter 35 bar ab, so öffnen sich das Speiseventil 42 und das Zwischenspeiseventil 44, wodurch die Speisepumpe 38 automatisch ausschwenkt und die zweite Hydromaschine 6, die als Pumpe betrieben ist, mit Druckmittel versorgt. Es liegt somit zwischen den Hydromaschinen 4 und 6 kein geschlossenen Kreislauf mehr vor, sondern ein offener. Proportional zur Bestromung des Druckventils 26 kann das Fahrzeug dann stufenlos verzögert werden, ohne dass sich dieses dabei auf den Dieselmotor 10 abstützt. Das Druckmittel strömt dann über das Zuschaltventil 28, das Druckventil, das Rückschlagventil 62 und die Kühlvorrichtung 64 gekühlt zum Tank. Der Dieselmotor 10 kann dann parallel zu dieser Betriebsart andere Funktionen übernehmen, wie beispielsweise einen Wechselstromgenerator zur Stromerzeugung antreiben. Durch den symmetrischen Aufbau des Steuerblocks 2 ist diese Betriebsart auch bei Fahrtrichtung rückwärts ermöglicht.
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Offenbart ist ein Steuerblock für einen hydrostatischen Antrieb, an den zwei Hydromaschinen anschließbar sind, die über den Steuerblock einen hydraulischen Arbeitskreislauf ausbilden. Die Hydromaschinen sind dabei über den Steuerblock entkoppelbar und ein ausgangsseitiger Fluidvolumenstrom einer Hydromaschine ist über ein Druckventil anstaubar. Des Weiteren ist ein hydrostatischer Antrieb mit einem derartigen Steuerblock vorgesehen, der die beiden Hydromaschinen aufweist. Bei einem Verfahren für ein Fahrzeug mit einem derartigen hydrostatischen Antrieb kann bei entkoppelten Hydromaschinen ein Traktionsventil zum Kurzschließen einer der Hydromaschinen geöffnet werden. Des Weiteren kann sich bei dem Verfahren die eine Hydromaschine an der anderen Hydromaschine abstützen und zusätzlich Druckmittel zu einer Druckmittelsenke fördern. Des Weiteren kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die Hydromaschinen voneinander entkoppelt sind und die eine Hydromaschine über das Druckventil einen Druckmittelvolumenstrom vollständig zum Tank fördert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hydrostatischer Antrieb
- 2
- Steuerblock
- 4
- erste Hydromaschine
- 6
- zweite Hydromaschine
- 8
- Pumpenverteilergetriebe
- 10
- Dieselmotor
- 12
- Generator
- 14
- Radsatzgetriebe
- 16
- Radsatz
- A1, A2, B1, B2
- Arbeitsanschlüsse
- 18
- erster Strömungspfad
- 20
- zweiter Strömungspfad
- 22
- Vorwärtsfahrt
- 24
- Rückwärtsfahrt
- 26
- Druckventil
- 28
- erstes Zuschaltventil
- 30
- zweites Zuschaltventil
- 32
- erstes Kopplungsventil
- 34
- zweites Kopplungsventil
- 36
- Traktionsventil
- 38
- Speisepumpe
- 40
- Speiseventil
- 42
- Speiseventil
- 44
- Zwischenspeiseventil
- 46
- Hydrospeicher
- 47
- Druckbegrenzungsventil
- 48
- Sitzventilkörper
- 50
- erste Wirkfläche
- 52
- Druckmittelsenke
- 54
- Wegesitzventil
- 56
- Wechselventil
- 58
- zweite Wirkfläche
- 60
- dritte Wirkfläche
- 62
- Rückschlagventil
- 64
- Kühlvorrichtung
- 66
- Sitzventilkörper
- 68
- Vorsteuerventil
- 70
- Druckbegrenzungsventil
- 72
- Spülventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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