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Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit einem Spülventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Spül- und Speisedruckventile werden zur Abfuhr von Wärme und auch Schmutzpartikel aus dem Hydraulikkreislauf z.B. von hydrostatischen Antriebssystemen eingesetzt. Im offenen Kreislauf dient dies ausschließlich zur Spülung des Gehäuses. Im geschlossenen Kreislauf dient dies zusätzlich zur Absicherung des minimalen Speisedrucks.
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Im geschlossenen Kreislauf wird aus der Niederdruckseite Druckflüssigkeit im Falle eines Leitungsspülventils direkt in eine Tankleitung abgeführt oder die Druckflüssigkeit wird in das Gehäuse und von dort (zusammen mit der Leckage) in einen Tank abgeleitet. Im geschlossenen Kreislauf muss die entzogene Druckflüssigkeit mit gekühlter Druckflüssigkeit durch die Speisepumpe ersetzt werden. Die Einspeisung mit gefilterter und gekühlter Druckflüssigkeit senkt die Kreislauftem peratur.
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Die Ausspülmenge wird durch eine Blende im Tankkanal bestimmt und ist somit von der Blendengröße, der Druckdifferenz zwischen der ausgespülten Niederdruckleitung und der Tankleitung, sowie von der momentanen Viskosität, also von der Temperatur der Druckflüssigkeit abhängig.
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Die Druckschriften
DE 199 30 056 C1 und
US 6,339,928 B1 offenbaren jeweils derartige elektrisch zu- und abschaltbaren Spülventile. Die Blende, welche die Spülmenge definiert, ist „starr“ und somit auf einen Betriebspunkt optimiert.
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Die
US 7,111,458 B2 offenbart einen geschlossenen Kreislauf mit einer Verstellpumpe und einem Motor, wobei an den beiden Arbeitsleitungen ein gemeinsames oder jeweils ein elektroproportionales Spülventil angeordnet ist.
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Wenn ein derartiger geschlossener Kreislauf in einem Antriebssystem verwendet wird, an das z.B. abtriebsseitig ein mechanisches Getriebe gekoppelt ist, ergibt sich eine Schwierigkeit, wenn das Getriebe geschaltet werden soll. Genauer gesagt kann beim Schaltvorgang der Druck in der Niederdruck führenden Arbeitsleitung einbrechen und es kann ein Mangel an Druckflüssigkeit entstehen.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein hydrostatisches Antriebssystem zu schaffen, bei dessen geschlossenem Kreis eine zielgerichtete Spülung mittels elektrisch verstellbarer Blende möglich ist. Beim Schaltvorgang eines an den geschlossenen Kreis gekoppelten Getriebes soll ein Einbruch des Niederdrucks und insbesondere ein Mangel an Druckflüssigkeit vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Das beanspruchte hydrostatische Antriebssystem hat eine erste Hydromaschine, die bei einem Fahrbetrieb als Pumpe wirkt, und eine zweite Hydromaschine, die bei einem Fahrbetrieb als Motor wirkt. Die beiden Hydromaschinen sind über eine erste und eine zweite Arbeitsleitung in einem geschlossenen Hydraulikkreis miteinander verbrunden. Die zweite Hydromaschine steht mit einem Getriebe in Drehantriebsverbindung, wobei das Getriebe zumindest zwei umschaltbare Übersetzungsstufen oder Gänge aufweist. Die Arbeitsleitungen sind zur Spülung über mindestens eine erste elektrisch verstellbare Blende an einen Tank angeschlossen, wobei das Getriebe und die erste Blende an eine Steuervorrichtung angeschlossen sind. Die Steuervorrichtung ist so eingerichtet, dass die erste Blende verkleinert oder geschlossen wird, während die Übersetzungsstufe des Getriebes umgeschaltet wird. Damit ist die oben genannte Aufgabe gelöst.
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Bei einer besonders bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäß reduzierten oder abgeschalteten Spülmenge weist die zweite Hydromaschine ein mittels einer elektrisch betätigbaren Stellvorrichtung verstellbares Hubvolumen - beim Fahrbetrieb Schluckvolumen - auf. Die Stellvorrichtung wird von der Steuervorrichtung gesteuert. Dabei ist die Steuervorrichtung so eingerichtet, dass das Hubvolumen der zweiten Hydromaschine im Wesentlichen auf Null eingestellt wird, um das Getriebe momentenfrei zu schalten, wenn die Übersetzungsstufe des Getriebes umgeschaltet wird. Dann fördert die erste Hydromaschine gegen die zweite Hydromaschine. Das wiederum erhöht den Druck der hochdruckseitigen Arbeitsleitung bis zum Ansprechen eines entsprechenden Hochdruckventils, und auf der niederdruckseitigen Arbeitsleitung wird von der zweite Hydromaschine kein Druckmittel, z.B. Öl gefördert, wodurch, mit anderen Verbrauchern wie Spülventil, der Druck unter den minimalen Speisedruck fallen kann. In diesem Zustand ist die geschlossene Blende und die dadurch abgeschaltete Spülmenge besonders vorteilhaft.
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Bei einem ersten Ausführungsbeispiel sind die beiden Arbeitsleitungen über ein gemeinsames Schaltventil oder einen gemeinsamen Wechselschieber mit der ersten Blende verbunden. Dabei wird die erste Blende vorzugsweise von einem elektroproportionalen Spülventil gebildet, dessen Ventilkörper mittels eines elektrischen Aktors in Öffnungspositionen verstellbar ist, und der mittels einer Schließfeder stromlos geschlossen ist.
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Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel ist nur die erste Arbeitsleitung über die erste Blende an den Tank angeschlossen, während die zweite Arbeitsleitung zur Spülung über eine zweite elektrisch verstellbare Blende an den Tank angeschlossen ist. Auch die zweite Blende ist an die Steuervorrichtung angeschlossen, die so eingerichtet ist, dass die niederdruckseitige Blende der beiden Blenden reduziert wird, während die Übersetzungsstufe des Getriebes umgeschaltet wird. Vorzugsweise wird die betroffene Blenden ganz geschlossen, während die Übersetzungsstufe des Getriebes umgeschaltet wird.
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Bei einer Weiterbildung des zweiten Ausführungsbeispiels sind die beiden Blenden von einem gemeinsamen Ventilschieber gebildet, so dass die beiden Blenden durch Bewegung des Ventilschiebers gegenläufig verstellbar sind. Damit kann die hochdruckseitige Blende aufgesteuert werden, um aus der Hochdruck führenden Arbeitsleitung auszuspülen.
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Dabei kann der gemeinsame Ventilschieber zwei gegeneinander wirkende Zentrierfedern und zwei gegeneinander wirkende elektrische Aktoren aufweisen, wobei die beiden Aktoren von der Steuervorrichtung gesteuert werden.
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Um die mindestens eine elektrisch verstellbare Blende optimal steuern zu können, wird es bevorzugt, wenn an mindestens einer der beiden Arbeitsleitungen ein Drucksensor angeordnet ist. Dieser ist an die Steuervorrichtung angeschlossen und in dessen Abhängigkeit ist die mindestens eine Blende elektrisch verstellbar. Vorzugsweise ist an beiden Arbeitsleitungen jeweils ein Drucksensor angeordnet, der mit der Steuervorrichtung verbunden ist, und in deren Abhängigkeit die mindestens eine Blende elektrisch verstellbar ist.
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Um die mindestens eine Blende optimal steuern zu können, wird es bevorzugt, wenn an dem Tank oder im Arbeitskreislauf ein Temperatursensor angeordnet ist. Dieser ist an die Steuervorrichtung angeschlossen und in dessen Abhängigkeit ist die mindestens eine Blende elektrisch verstellbar. Mit dem so ausgestalteten Antriebssystem kann die Temperatur der Druckflüssigkeit gezielt geregelt werden, z.B. bei einem Kaltstart schnell erhöht werden. Damit kann die Druckflüssigkeit in einem optimalen Viskositätsbereich betrieben werden, was zur Effizienz bzw. besseren Wirkungsgraden führt. Auch die Alterung der Druckflüssigkeit wird dadurch verringert. Weiterhin können Stillstandszeiten des Antriebssystems aufgrund erhöhter Temperatur verringert werden, da gezielt die Spülmenge bei temperaturkritischen Bedingungen früher weiter erhöht werden kann um kühlere Druckflüssigkeit frühzeitig dem Kühlkreislauf zuführen.
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Um die mindestens eine Blende optimal steuern zu können, wird es bevorzugt, wenn an der zweiten Hydromaschine oder an dem Getriebe ein Drehzahlsensor angeordnet ist. Dieser ist an die Steuervorrichtung angeschlossen, und in dessen Abhängigkeit ist die mindestens eine Blende elektrisch verstellbar.
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Wenn das erfindungsgemäße Antriebssystem ein Fahrantrieb für eine mobile Arbeitsmaschine ist, kann die Spülmenge auch an deren Fahrsituation (Kaltstart, Geschwindigkeit, Reversieren, Ladezyklus) angepasst werden.
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Es kann eine gegenüber dem Stand der Technik verkleinerte Speisepumpe verwendet werden, da die Spülmenge an die jeweilige Fahrsituation und auf die Verwendung von zusätzlichen Verbrauchern (Bremse, Lenkung, Joystick, Getriebeschaltung) anpassbar ist, und daher eine Überdimensionierung der Speisemenge nicht mehr erforderlich ist. Maximale Spülmenge wird von der Steuervorrichtung eingestellt, wenn alle Verbraucher gleichzeitig verwendet werden, bzw. Gewährleistung der Menge bei niedrigen Drehzahlen.
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Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Antriebssystems sind in den Figuren dargestellt.
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Es zeigen
- 1 einen hydraulischen und elektrischen Schaltplan des erfindungsgemäßen Antriebssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
- 2 ein Spülventil für ein erfindungsgemäßes Antriebssystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt einen hydraulischen und elektrischen Schaltplan des erfindungsgemäßen Antriebssystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Antriebssystem überträgt die Antriebsleistung eines Verbrennungsmotors 1 an zwei Räder 2 einer mobilen Arbeitsmaschine. Das Antriebssystem hat zwei Hydromaschinen, genauer gesagt eine Verstellpumpe 4 und ein Verstellmotor 6, die über zwei Arbeitsleitungen A und B für die Druckflüssigkeit, vorzugsweise Hydrauliköl, miteinander verbunden sind. Die Verstellpumpe 4 erhält ihren Drehantriebsleistung vom Verbrennungsmotor 1. Die Verstellmotor 6 überträgt seine Drehabtriebsleistung über das Getriebe 10 an die Räder 2 der mobilen Arbeitsmaschine.
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Die Verstellpumpe 4, die Arbeitsleitungen A, B und der Verstellmotor 6 bilden die Grundelemente des geschlossenen Kreislaufes des Antriebssystems. Die Verstellpumpe 4 wird über zwei Ansteuerventile 12 gesteuert und treibt den Verstellmotor 6 mit wechselnder Drehrichtung und -geschwindigkeit an. Der Verstellmotor 6 hat eine elektroproportionale Stellvorrichtung 14. Die hydrostatische Energie geht im Fahrbetrieb von der Verstellpumpe 4 auf den Verstellmotor 6 über, im Bremsbetrieb umgekehrt. Die Funktion der Arbeitsleitungen A, B ist wechselnd; jede kann Hin- oder Rückleitung sein, so dass der in ihnen jeweils herrschende Druck ebenfalls unterschiedlich ist.
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Der Verbrennungsmotor 1 treibt nicht nur die Verstellpumpe 4 an, sondern auch eine in die Verstellpumpe 4 integrierte Speisepumpe 16.
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Damit die in dem geschlossenen Kreislauf strömende Druckflüssigkeit bedarfsweise während des laufenden Betriebes teilweise erneuert werden kann, ist ein elektroproportionales Spülventil 40 vorgesehen. Ein als Schaltventil dienender Wechselschieber 20 bewirkt, dass das Spülventil 40 stets mit derjenigen der beiden Arbeitsleitungen A, B in Verbindung gebracht wird, in der gerade der niedrigere Druck herrscht. Bei geöffnetem Spülventil 40 wird dem geschlossenen Kreislauf eine bestimmte Menge der Druckflüssigkeit entzogen und einem als Flüssigkeitsvorratsbehälter dienenden Tank 8 zugeführt. Der Ausgleich erfolgt durch die Speisepumpe 16.
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Eine als Digitalrechner ausgebildete Steuervorrichtung 22 bildet das zentrale Steuerorgan. Sie bekommt Signale vom Fahrer über ein Gaspedal 24, ein Bremspedal 26 oder ein Inchpedal und über einen Fahrtrichtungsgeber 28. Über eine CAN-Schnittstelle 30 werden Daten mit der Steuervorrichtung 22 und dem Verbrennungsmotor 1 ausgetauscht.
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Ein weiterer Sensor 32 gibt die Drehzahl des Verstellmotors 6 an, ein anderer Sensor 34 die Temperatur T der Druckflüssigkeit im Kreislauf oder im Tank 8. Die Steuervorrichtung 22 verarbeitet die eingegebenen Signale in ihrer Software und steuert eine (nicht gezeigte) Einspritzanlage des Verbrennungsmotors 1, weiterhin auch die Ansteuerventile 12 der Verstellpumpe 4 und die Stellvorrichtung 14 des Verstellmotors 6.
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Bei diversen Fahrsituationen - wie fahren mit hoher Geschwindigkeit, reversieren, laden, abziehen, graben - erwärmt sich die Druckflüssigkeit in dem geschlossenen Kreislauf durch Reibungsverluste und / oder bei ansprechenden Hochdruckventilen. Die Betätigung des Spülventils 40 wird erforderlich. In Abhängigkeit von Temperatursensoren 34 im Tank 8 oder in einer Leckageleitung oder im Kreislauf und von Drucksensoren 38 in beiden Arbeitsleitungen A, B, also im Hoch- und Niederdruck, und vom Drehzahlsensor 32 am Verstellmotor 6 bzw. am Getriebe 10 wird mit der Steuervorrichtung 22 und entsprechender Software das Spülventil 40 aktiviert und der Öffnungsquerschnitt der Blende 18 und somit die Spülmenge gesteuert. Es kann auch ergänzend ein Drehzahlsensor an der Verstellpumpe 4 bzw. am Verbrennungsmotor 1 vorgesehen sein.
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Beim Kaltstart bleibt das Spülventil 40 bzw. seine Blende 18 geschlossen um ein schnelleres Aufheizen der Druckflüssigkeit auf Betriebstemperatur zu ermöglichen. D. h. die Druckflüssigkeit wird schneller in ihrem optimalen Viskositätsbereich betrieben.
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Bei hohen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs über einen längeren Zeitraum wird das Spülventil 40 bzw. seine Blende 18 so weit geöffnet, dass die erhöhte Temperatur T der Druckflüssigkeit wieder reduziert bzw. im optimalen Bereich (Viskosität) betrieben wird.
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Mit der proportionalen Ansteuerung des Spülventils 40 kann ein Ausgleich zwischen Temperatur T und Niederdruckstabilität gefunden werden.
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Beim Schalten von mehrstufigen Getrieben 10 wird der Verstellmotor 6 auf kleines Schluckvolumen - z.B. auf kleinen Winkel - geregelt, um das Getriebe 10 momentenfrei zu schalten. Dies geschieht in der Regel sehr schnell. Dann fördert die Verstellpumpe 4 gegen den Verstellmotor 6. Das wiederum erhöht den Druck der Hochdruckseite bis zum Ansprechen des entsprechenden Hochdruckventils. Der Verstellmotor 6 macht hierbei keinen Hub mehr und die fehlende Druckflüssigkeit muss niederdruckseitig nachgespeist werden. Da bisherige Spülventile bei solch schnellen Niederdruckeinbrüchen zu langsam schließen, fehlt die Spülmenge zusätzlich. Mit dem elektroproportionalen Spülventil 40 wird erfindungsgemäß beim Schaltvorgang die Spülmenge reduziert oder vorzugsweise das ganze Spülventil 40 bzw. seine Blende 18 abgesperrt um entsprechende Beschädigungen zu vermeiden.
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2 zeigt nur ein Spülventil 140 für ein erfindungsgemäßes Antriebssystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Dabei wird das Spülventil 140 aus 2 anstelle der Spülventils 40 und des Wechselschiebers 20 aus 1 vorgesehen. Zwei gegeneinander wirkende elektrische Aktoren sind an die Steuervorrichtung 22 (vgl. 1) angeschlossen. Der Ventilschieber des Spülventils 140 bildet zwei Blenden 18 aus, von den die erste Blende 18 (in 2 links) an die erste Arbeitsleitung A angeschlossen ist, während die zweiten Blende 18 (in 2 rechts) an die an die zweite Arbeitsleitung B angeschlossen ist.
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Offenbart ist ein hydrostatisches Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einem geschlossenen hydraulischen Kreis. Dessen beide Arbeitsleitungen können über eine gemeinsame oder über eine jeweilige elektrisch verstellbare Blende gespült werden. Ein Öffnungsquerschnitt der Blende wird zumindest verringert, wenn ein Getriebe des Antriebssystems geschaltet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbrennungsmotor
- 2
- Rad
- 4
- erste Hydromaschine / Verstellpumpe
- 6
- zweite Hydromaschine / Verstellmotor
- 8
- Tank
- 10
- Getriebe
- 12
- Ansteuerventil
- 14
- Stellvorrichtung
- 16
- Speisepumpe
- 18
- Blende
- 20
- Wechselschieber
- 22
- Steuervorrichtung
- 24
- Gaspedal
- 26
- Bremspedal
- 28
- Fahrtrichtungsgeber
- 30
- CAN-Schnittstelle
- 32
- Drehzahlsensor
- 34
- Temperatursensor
- 38
- Drucksensor
- 40; 140
- Spülventil
- A, B
- Arbeitsleitung
- n
- Drehzahl
- T
- Temperatur
- p
- Druck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19930056 C1 [0005]
- US 6339928 B1 [0005]
- US 7111458 B2 [0006]
