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Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Fahrantrieb mit einer zusammen mit mindestens einem Hydromotor in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf angeordneten Hydropumpe, die elektrohydraulisch von einem ersten maximalen Hubvolumen, in der sie in eine erste zwischen ihr und dem mindestens einen Hydromotor verlaufende Arbeitsleitung fördert, über eine Nulllage, in der ihr Hubvolumen null ist, bis zu einem zweiten maximalen Hubvolumen verstellbar ist, in der sie in eine zweite zwischen ihr und dem mindestens einen Hydromotor verlaufende Arbeitsleitung fördert und die in einem Fehlerfall in die Nulllage verstellt wird. Durch ein Hochdruckbegrenzungsventil, das mit seinem Eingang an die erste Arbeitsleitung angeschlossen ist, ist der Druck in der ersten Arbeitsleitung auf einen maximalen Wert begrenzt. Das Hubvolumen der hydropumpe kann zum Beispiel gemäß einer elektroproportionalen Regelung verstellt werden, bei der das Hubvolumen beidseits der Nulllage proportional zu der von einem Elektromagneten auf einen Regelkolben eines Regelventils ausgeübten Kraft, also proportional zu dem durch den Elektromagneten fließenden Strom ist. Fällt die von dem Elektromagneten ausgeübte Kraft weg, so wird die Hydropumpe üblicherweise durch Federkraft in die Nulllage gebracht.
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Wird bei einem derartigen hydrostatischen Fahrantrieb mit einer Hydropumpe, die zum Beispiel bei einem Kurzschluss in einem Elektromagneten, der eine Komponente eines zur Veränderung des Hubvolumens der Hydropumpe anzusteuernden Regelventils ist, oder bei einem Spannungsabfall im Bordnetz des den hydrostatischen Fahrantrieb aufweisenden Fahrzeugs, plötzlich in die Nulllage verstellt wird, so ist die darauf folgende Abbremsung des Fahrzeugs unangenehm oder sogar sicherheitskritisch. Die Abbremsung ist deshalb so abrupt, weil bei einer in der Nulllage befindlichen Hydropumpe das gesamte von dem Hydromotor oder den Hydromotoren im Betrieb als Pumpe geförderte Druckmittel über das an die entsprechende Arbeitsleitung angeschlossene Hochdruckbegrenzungsventil abfließen muss. In der Arbeitsleitung herrscht deshalb der Druck, auf den das Hochdruckbegrenzungsventil eingestellt ist. Insbesondere wenn der Hydromotor oder die Hydromotoren solche mit einem konstanten Hubvolumen sind und nicht in Richtung einer Nulllage verstellt werden können, ist das Bremsmoment sehr hoch und maximal.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydrostatischen Antrieb, insbesondere einen hydrostatischen Fahrantrieb so auszubilden, dass bei einem Ausfall des Signals, aufgrund dessen die Hydropumpe auf ein von null verschiedenes Hubvolumen gestellt ist, ein unangenehm starkes und gegebenenfalls sogar gefährliches Abbremsen des Fahrzeugs vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen hydrostatischen Antrieb gelöst, der die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist und bei dem das Hochdruckbegrenzungsventil durch einen Elektromagneten von einem niedrigen Druckwert auf einen höheren Druckwert verstellbar ist derart, dass bei einem Ausfall des Elektromagneten der niedrige Druckwert eingestellt ist.
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Gemäß der Erfindung kann also ein an eine Arbeitsleitung angeschlossenes Hochdruckbegrenzungsventil durch einen Elektromagneten von einem niedrigen Ansprechdruck auf einen höheren Ansprechdruck verstellt werden. Der niedrige Ansprechdruck kann zum Beispiel 100 bar, der höhere Ansprechdruck zum Beispiel 450 bar betragen. Im Normalbetrieb, in dem mit der elektrischen Anlage des Fahrzeugs alles in Ordnung ist, ist das Hochdruckbegrenzungsventil aufgrund des bestromten Elektromagneten auf den hohen Druck eingestellt und erfüllt den gleichen Zweck wie ein herkömmliches, auf einen festen Druckwert eingestelltes Hochdruckbegrenzungsventil, nämlich den Druck in den Arbeitsleitungen erst bei einem sehr hohen Druck zu begrenzen, so dass durch den Hydromotor ein hohes Antriebsmoment und ein hohes Bremsmoment erzeugt werden kann. Im Fehlerfall oder auch bei einer gewollten sanften Verzögerung wird der Elektromagnet stromlos geschaltet, wodurch das Hochdruckbegrenzungsventil auf den niedrigen Ansprechdruck verstellt wird, der Druck in der Arbeitsleitung auf den niedrigen Druckbegrenzt ist und somit das durch den Hydromotor erzeugte Bremsmoment und die Verzögerung des Fahrzeugs komfortabel und unkritisch im Hinblick auf sicherheitstechnische Belange sind.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs, insbesondere eines hydrostatischen Fahrantriebs kann man den Unteransprüchen entnehmen.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung eines hydrostatischen Antriebs, insbesondere eines hydrostatischen Fahrantriebs ist besonders vorteilhaft dann, wenn jeder mit der Hydropumpe in dem geschlossenen hydraulischen Kreislauf angeordnete Hydromotor ein Hydromotor mit einem konstanten Hubvolumen ist, da bei solchen Hydromotoren immer das „maximale“ Hubvolumen in das Bremsmoment eingeht.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung eines hydrostatischen Fahrantriebs ist jedoch auch von Vorteil, wenn jeder mit der Hydropumpe in dem geschlossenen hydraulischen Kreislauf angeordnete Hydromotor ein Hydromotor mit einem verstellbaren Hubvolumen ist, wobei der Regelbeginn für das Hubvolumen des Hydromotors/der Hydromotoren das maximale Hubvolumen ist. Bei einem solchen hydrostatischen Fahrantrieb ist es üblich, dass bei einer Fahrgeschwindigkeit null die Pumpe auf Hubvolumen null und der Hydromotor auf maximalem Hubvolumen stehen. Mit zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird zunächst das Hubvolumen der Hydropumpe bis zum maximalen Hubvolumen vergrößert, während der Hydromotor bei maximalem Hubvolumen verbleibt. Für eine weitere Steigerung der Fahrzeuggeschwindigkeit wird dann das Hubvolumen des Hydromotors verkleinert.
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In vielen Anwendungen genügt es, wenn nur das an die erste Arbeitsleitung angeschlossene Hochdruckbegrenzungsventil durch einen Elektromagneten von einem niedrigen Druckwert auf einen höheren Druckwert verstellbar ist derart, dass bei einem Ausfall des Elektromagneten der niedrige Druckwert eingestellt ist. So genügt es in vielen Fällen, dass nur ein Fahren vorwärts gegen eine zu starke Verzögerung gesichert ist, da bei der Rückwärtsfahrt aufgrund geringerer Geschwindigkeiten und aufgrund der Sitzrichtung eine Verzögerung bei maximalem Druck akzeptabel erscheint.
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Zusätzlich dazu, dass das an die erste Arbeitsleitung angeschlossene Hochdruckbegrenzungsventil durch einen Elektromagneten von einem niedrigen Druckwert auf einen höheren Druckwert verstellbar ist kann auch ein weiteres Hochdruckbegrenzungsventil, das mit seinem Eingang an die zweite Arbeitsleitung angeschlossen ist und den Druck in der zweiten Arbeitsleitung auf einen maximalen Wert begrenzt, durch einen weiteren Elektromagneten von einem niedrigen Druckwert auf einen höheren Druckwert verstellbar sein derart, dass bei einem Ausfall des weiteren Elektromagneten der niedrige Druckwert eingestellt ist.
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Es kann genügen, dass ein Hochdruckbegrenzungsventil zwischen genau zwei Ansprechdrücken, nämlich einem niedrigen Ansprechdruck und einem hohen Ansprechdruck verstellbar ist. Dann kann der Elektromagnet zur Verstellung eines Hochdruckbegrenzungsventils ein einfacher und kostengünstiger Schaltmagnet sein.
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Wird statt eines Schaltmagnets ein Proportionalmagnet verwendet, so kann der Ansprechdruck eines Hochdruckbegrenzungsventils auf einen beliebigen Wert geregelt oder gesteuert werden.
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Die den Hochdruck in den Arbeitsleitungen eines geschlossenen hydraulischen Kreislaufs begrenzenden Hochdruckbegrenzungsventile sind üblicherweise direktgesteuerte Druckbegrenzungsventile, die eine Feder aufweisen, die einen beweglichen Schließkörper in Richtung einer Schließstellung beaufschlagt. Gegen die Kraft der Feder wirkt der in einer Arbeitsleitung anstehenden Druck auf den Schließkörper. Ein Hochdruckbegrenzungsventil mit verstellbarem Ansprechdruck kann nun so ausgebildet sein, dass bei bestromtem Elektromagnet die Feder stärker vorgespannt ist als bei unbestromtem Elektromagnet.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantriebs und ein Hochdruckbegrenzungsventil für einen solchen Fahrantrieb sind in der Zeichnung dargestellt. Anhand dieser Zeichnung wird die Erfindung nun näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein Schaltbild des hydrostatischen Fahrantriebs und
- 2 stark schematisiert ein verstellbares direktgesteuertes Hochdruckbegrenzungsventil.
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Der hydrostatische Fahrantrieb gemäß 1 umfasst eine in ihrem Hubvolumen über null verstellbare Hydropumpe 10, die auch als Hydromotor betreibbar ist und die über eine Antriebswelle 11 von einer nicht dargestellten Antriebsmaschine, zum Beispiel von einem Dieselmotor einer mobilen Arbeitsmaschine angetrieben wird. Zum Beispiel ist das Hubvolumen der Hydropumpe 10 gemäß einer EP-Regelung (elektroproportionale Regelung) verstellbar, bei der das Hubvolumen zwischen 0 und +100% proportional zu dem durch einen ersten Proportionalmagneten fließenden elektrischen Strom und zwischen 0 und -100% proportional zu dem durch einen zweiten Proportionalmagnet fließenden elektrischen Strom, stufenlos verstellbar ist.
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Das von der Hydropumpe 10 geförderte Druckfluid wird zu einem Hydromotor 12 gefördert, der als Hydromotor mit konstantem Hubvolumen ausgebildet ist und der mit der Hydropumpe 10 über eine erste Arbeitsleitung 13 und eine zweiten Arbeitsleitung 14 in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf verbunden ist. Der Hydromotor 12 kann in bestimmten Fahrzuständen auch als Hydropumpe arbeiten, wobei er dann je nach Fahrtrichtung Druckfluid in die erste Arbeitsleitung 13 oder in die zweite Arbeitsleitung 14 fördert. Der Hydromotor 12 treibt eine Welle 15 an, die in nicht gezeigter Weise mechanisch mit zwei Rädern der mobilen Arbeitsmaschine verbunden ist.
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Über die Antriebswelle 11 ist vom Dieselmotor auch eine nur für eine Förderrichtung konzipierte und als Konstantpumpe ausgebildete Speisepumpe 16 antreibbar. Diese saugt über eine Saugleitung 17 Druckfluid aus einem Tank 18 an und fördert es in eine Speisdruckleitung 19. An diese ist ein Speisedruckbegrenzungsventil 20 angeschlossen, das den Speisedruck auf einen maximalen Wert von zum Beispiel 30 bar begrenzt und gegebenenfalls einen Durchflussquerschnitt von der Speisedruckleitung 19 zum Tank 18 öffnet.
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Zwischen die Speisedruckleitung 19 und die Arbeitsleitung 13 ist ein Rückschlagventil 25 eingefügt, über das Druckfluid aus der Speisdruckleitung 19 der Arbeitsleitung 13 zufließen kann. Außerdem ist zwischen der Arbeitsleitung 14 und der Speisedruckleitung 19 ein Hochdruckbegrenzungsventil 26 angeordnet, das Druckfluid aus der Arbeitsleitung 13 in die Speisedruckleitung 19 abfließen lässt, wenn ein Ansprechdruck überschritten wird.
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Zwischen die Speisedruckleitung 19 und der Arbeitsleitung 14 ist ein Rückschlagventil 27 eingefügt, über das Druckfluid aus der Speisdruckleitung 19 der Arbeitsleitung 14 zufließen kann. Außerdem ist zwischen der Arbeitsleitung 14 und der Speisedruckleitung 19 ein Hochdruckbegrenzungsventil 28 angeordnet, das Druckfluid aus der Arbeitsleitung 14 in die Speisedruckleitung 19 abfließen lässt, wenn ein Ansprechdruck überschritten wird.
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Dazu ist ein Eingang 29 des Hochdruckbegrenzungsventils 26 mit der Arbeitsleitung 13 und ein Ausgang 30 des Hochdruckbegrenzungsventils 26 mit der Speisdruckleitung 19 fluidisch verbunden. Ebenso ist ein Eingang 31 des Hochdruckbegrenzungsventils 28 mit der Arbeitsleitung 14 und ein Ausgang 32 des Hochdruckbegrenzungsventils 28 mit der Speisdruckleitung 19 fluidisch verbunden.
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Die beiden Hochdruckbegrenzungsventile 26 und 28 sind direktgesteuert und weisen gemäß 2 einen Schließkörper 40 auf, der von einer Schraubendruckfeder 41, die sich mit einem Ende an dem Schließkörper 40 abstützt, in Richtung auf einen Ventilsitz 42 zu beaufschlagt ist. Gegen die Schraubendruckfeder 41 wirkt jeweils der Druck, der in der Arbeitsleitung 13 beziehungsweise in der Arbeitsleitung 14 ansteht. Wird die von dem Druck am Schließkörper in Öffnungsrichtung erzeugte Kraft größer als die in Schließrichtung wirkende Federkraft, so hebt der Schließkörper 40 vom Ventilsitz 42 ab, so dass Druckmittel aus der Arbeitsleitung in die Speiseleitung und über ein Rückschlagventil 25, 27 in die andere Arbeitsleitung fließen kann.
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Die Schraubendruckfeder 41 stützt sich mit ihrem zweiten Ende über einen Stößel 43 an dem innerhalb einer Spule 44 axial beweglichen Anker 45 eines Schaltmagneten 50 ab und sucht diesen über einen zweiten Stößel 51 gegen eine als hinterer Anschlag dienende Einstellschraube 52 zu drücken. In 2 ist der Zustand gezeigt, in dem der zweite Stößel 51 an der Einstellschraube 52 anliegt.
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Den in 2 gezeigten Zustand nimmt der Anker 45 des Schaltmagneten 50 ein, wenn durch die Spule 44 kein Strom fließt und der Schaltmagnet keine Kraft ausübt. In diesem Zustand ist die Schraubendruckfeder 41 mit einer Kraft vorgespannt, die einem niedrigen Ansprechdruck des Hochdruckbegrenzungsventils, zum Beispiel einem Ansprechdruck in Höhe von 100 bar entspricht. Das bedeutet, dass das Hochdruckbegrenzungsventil öffnet, wenn der Druck in der an seinen Eingang angeschlossenen Arbeitsleitung 13 oder 14 einen Wert von 100 bar erreicht.
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Bei Bestromung der Spule 44 des Schaltmagneten 50 zieht dessen Anker 45 an und bewegt sich in Richtung auf den Schließkörper 40 zu in eine Position, in der er an einem vorderen Anschlag anliegt. Die Schraubendruckfeder 41 ist dann mit einer Kraft vorgespannt, die einem hohen Ansprechdruck des Hochdruckbegrenzungsventils, zum Beispiel einem Ansprechdruck in Höhe von 450 bar entspricht. Das bedeutet, dass das Hochdruckbegrenzungsventil öffnet, wenn der Druck in der an seinen Eingang angeschlossenen Arbeitsleitung 13 oder 14 einen Wert von 450 bar erreicht.
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Im fehlerfreien Fall sind bei Betrieb des hydrostatischen Fahrantriebs die Schaltmagnete 50 der beiden Hochdruckbegrenzungsventile 26 und 28 bestromt, so dass diese auf den hohen Druckwert von zum Beispiel 450 bar eingestellt sind. Das Hubvolumen der Hydropumpe 10 entspricht dem durch einen Proportionalmagneten der EP-Regelung fließenden elektrischen Strom. Der hydrostatische Fahrantrieb arbeitet dann in herkömmlicher Weise.
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Wenn bei einem Fehlerfall, zum Beispiel bei einem Kurzschluss in einem Proportionalmagneten der EP-Regelung oder bei einem Spannungsabfall im Bordnetz, oder bei einer gewollten Verzögerung die Hydropumpe 10 plötzlich auf ein Hubvolumen null verstellt wird, wird der Hydromotor 12 zur Pumpe und fördert Druckmittel in die eine der beiden Arbeitsleitungen. In diesem Fall werden die Schaltmagnete 50 stromlos, so dass die beiden Hochdruckbegrenzungsventile 26 und 28 auf den niedrigen Ansprechdruck von zum Beispiel 100 bar eingestellt sind. Der Druck in der Arbeitsleitung, in die der Hydromotor 12 fördert ist nun auf einen niedrigen Wert begrenzt, so dass das Bremsmoment und die Verzögerung des Fahrzeugs akzeptabel und komfortabel sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hydropumpe
- 11
- Antriebswelle
- 12
- Hydromotor
- 13
- erste Arbeitsleitung
- 14
- zweite Arbeitsleitung
- 15
- Welle
- 16
- Speisepumpe
- 17
- Saugleitung
- 18
- Tank
- 19
- Speisedruckleitung
- 20
- Speisedruckbegrenzungsventil
- 25
- Rückschlagventil
- 26
- Hochdruckbegrenzungsventil
- 27
- Rückschlagventil
- 28
- Hochdruckbegrenzungsventil
- 29
- Eingang von 26
- 30
- Ausgang von 26
- 31
- Eingang von 28
- 32
- Ausgang von 28
- 40
- Schließkörper
- 41
- Schraubendruckfeder
- 42
- Ventilsitz
- 43
- Stößel
- 44
- Spule
- 45
- Anker
- 50
- Schaltmagnet
- 51
- Stößel
- 52
- Einstellschraube
