DE102020203316A1

DE102020203316A1 - Hydrostatischer Fahrantrieb

Info

Publication number: DE102020203316A1
Application number: DE102020203316.1A
Authority: DE
Inventors: Steffen Mutschler; Adrian Trachte; Markus Schleyer; Norman Brix
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2021-09-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydrostatischer Fahrantrieb mit einem hydrostatischen Getriebe, das eine von einer Nullstellung aus nach entgegengesetzten Richtungen verstellbare Hydropumpe, der eine Verstellventileinrichtung zugeordnet ist, die zur Verstellung des Hubvolumens von der Nullstellung aus in die eine Richtung gemäß einer ersten Art und zur Verstellung des Hubvolumens von der Nullstellung aus in die Gegenrichtung gemäß einer zweiten Art betätigt wird, und einen Hydromotor aufweist, der mit der Hydropumpe in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf angeordnet und mit der Hydropumpe über zwei Arbeitsleitungen fluidisch verbunden ist, mit einem ersten Drucksensor, von dem der Druck in der ersten Arbeitsleitung erfassbar ist, und mit einem zweiten Drucksensor, von dem der Druck in der zweiten Arbeitsleitung erfassbar ist, und mit einem elektronischen Steuergerät, dem Signale von einem Fahrbedienelement und von einem Fahrtrichtungswähler zugeführt werden und von dem in Abhängigkeit dieser Signale und in Abhängigkeit weiterer Sensorsignale die Verstellventileinrichtung der Hydropumpe derart ansteuerbar ist, dass über den Hydromotor eine bestimmte Druckdifferenz besteht. Um Fehlfunktionen zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mit Ausnahme einer während der Fahrt stattfindenden Verstellung des Fahrtrichtungswählers von vorwärts auf rückwärts und umgekehrt die Verstellventileinrichtung in einer Stellung des Fahrtrichtungswählers auf vorwärts nur gemäß der ersten Art und in einer Stellung des Fahrtrichtungswählers auf rückwärts nur gemäß der zweiten Art betätigbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrostatischer Fahrantrieb mit einem hydrostatischen Getriebe, das eine in ihrem Hubvolumen von einer Nullstellung aus nach entgegengesetzten Richtungen verstellbare Hydropumpe, der eine Verstellventileinrichtung zugeordnet ist, die zur Verstellung des Hubvolumens von der Nullstellung aus in die eine Richtung gemäß einer ersten Art und zur Verstellung des Hubvolumens von der Nullstellung aus in die Gegenrichtung gemäß einer zweiten Art betätigt wird, und einen Hydromotor aufweist, der mit der Hydropumpe in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf angeordnet und mit der Hydropumpe über zwei Arbeitsleitungen fluidisch verbunden ist, mit einem ersten Drucksensor, von dem der Druck in der ersten Arbeitsleitung erfassbar ist, und mit einem zweiten Drucksensor, von dem der Druck in der zweiten Arbeitsleitung erfassbar ist, und mit einem elektronischen Steuergerät, dem Signale von einem Fahrbedienelement und von einem Fahrtrichtungswähler, der die Stellungen neutral, vorwärts und rückwärts hat, zugeführt werden und von dem in Abhängigkeit dieser Signale und in Abhängigkeit von Sensorsignalen des Getriebes die Verstellventileinrichtung der Hydropumpe derart ansteuerbar ist, dass über den Hydromotor eine bestimmte Druckdifferenz besteht.
Die Bezeichnung Hydropumpe für die eine Hydroeinheit des hydrostatischen Getriebes und die Bezeichnung Hydromotor für die andere Hydroeinheit ist gewählt, weil die eine Einheit, die sogenannte hydrostatische Primäreinheit, im Normalbetrieb als Pumpe arbeitet und dabei von einer Primärenergiequell, zum Beispiel von einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, oder einem Elektromotor angetrieben wird und die andere Einheit, die sogenannte hydrostatische Sekundäreinheit des hydrostatischen Getriebes, im Normalbetrieb als Motor arbeitet und dabei zumindest ein Rad des Fahrzeugs antreibt. Jedoch können die Primäreinheit auch als Motor und die Sekundäreinheit auch als Pumpe betrieben werden, zum Beispiel beim hydrostatischen Bremsen.
Ein hydrostatischer Fahrantrieb mit den oben angegebenen Merkmalen ist aus der DE 10 2018 210 685 A1 oder der EP 2 767 739 B1 bekannt. Die Hydropumpe ist elektrohydraulisch von einem ersten maximalen Hubvolumen, mit dem sie in eine erste zwischen ihr und dem mindestens einen Hydromotor verlaufende Arbeitsleitung fördert, über eine Nullstellung, in der ihr Hubvolumen null ist, bis zu einem zweiten maximalen Hubvolumen verstellbar, mit dem sie in eine zweite zwischen ihr und dem mindestens einen Hydromotor verlaufende Arbeitsleitung fördert. In einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf steht in der einen Arbeitsleitung ein Niederdruck und in der anderen Arbeitsleitung ein Hochdruck an. Der Niederdruck ist dabei im Wesentlichen konstant und ergibt sich dadurch, dass der Druckanschluss einer Speisepumpe über jeweils ein zu einer Arbeitsleitung hin öffnendes Rückschlagventil fluidisch mit den beiden Arbeitsleitungen verbindbar ist und der Druck am Druckanschluss der Speisepumpe durch ein Speisedruckbegrenzungsventil begrenzt ist. Die Einstellung des Speisedruckbegrenzungsventils bestimmt dann den Niederdruck.
Der Hochdruck ergibt sich aus dem Drehmoment, das der üblicherweise ebenfalls in seinem Hubvolumen verstellbare Hydromotor aufbringen soll oder muss und aus dem aktuellen Hubvolumen des Hydromotors. Bei dem hydraulischen Fahrantrieb nach der DE 10 2018 210 685 A1 wird für die über den Hydromotor anstehenden Druckdifferenz und damit wegen des nahezu konstanten Niederdrucks für den Hochdruck in einer Arbeitsleitung ein Sollwert vorgegeben, der von dem elektronischen Steuergerät anhand der Stellung des Fahrbedienelements, der Stellung des Fahrtrichtungswählers, der Stellung eines Bremspedals und gegebenenfalls der Signale weiterer Eingabegeräte ermittelt wird. Die in ihrem Hubvolumen über null verstellbare hydrostatische Primäreinheit gemäß der DE 10 2018 210 685 A1 ist so ausgebildet, dass sie lastfühlig ist. Dies bedeutet, dass der Stelldruck, der in einer an den Stellkolben angrenzenden Stellkammer notwendig ist, damit eine gewünschte Druckdifferenz über den Hydromotor ansteht von dieser Druckdifferenz und von der Drehzahl der Pumpe abhängt. Umgekehrt kann so bei Kenntnis der Drehzahl der Pumpe eine gewünschte Druckdifferenz durch die Vorgabe eines Stelldrucks eingestellt werden. Bei der innerhalb des hydrostatischen Fahrantriebs nach der DE 10 2018 210 685 A1 verwendeten Pumpe, die zur Verstellung des Hubvolumens einen federzentrierten Stellkolben aufweist, auf dessen beiden Seiten sich jeweils eine Stellkammer befindet, werden die Stellkammern mit Hilfe zweier elektroproportional verstellbarer Druckregelventile mit jeweils einem Druckanschluss, einem Tankanschluss und einem Stellkammeranschluss mit einem Stelldruck beaufschlagt, wobei der Stellkammeranschluss des einen Druckregelventils mit der einen Stellkammer und der Stellkammeranschluss des anderen Druckregelventils mit der anderen Stellkammer fluidisch verbunden ist.
Durch das Vorsehen zweier Drucksensoren, von denen der eine den Druck in der einen Arbeitsleitung und der andere den Druck in der anderen Arbeitsleitung erfasst und die den Drücken entsprechende elektrische Ausgangssignale an das elektronische Steuergerät geben, ist ein geschlossener Regelkreis möglich, durch den bei der Einstellung des Hochdrucks Serienstreuung, Hysteresen der Regelventile und des Stellkolbens, Einflüsse von Ungenauigkeiten in der Abhängigkeit von der Drehzahl und Temperatureinflüsse berücksichtigt werden. Es können dann auch andere Ventile als Druckregelventile zur Betätigung des Stellkolbens verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydrostatischen Fahrantrieb mit den eingangs angeführten Merkmalen so weiterzuentwickeln, dass die gewünschte Funktion sicher gewährleistet ist.
Dies wird bei einem hydrostatischen Fahrantrieb mit den eingangs angeführten Merkmalen dadurch erreicht, dass mit Ausnahme einer während der Fahrt stattfindenden Verstellung des Fahrtrichtungswählers von vorwärts auf rückwärts und umgekehrt die Verstellventileinrichtung in einer Stellung des Fahrtrichtungswählers auf vorwärts nur gemäß der ersten Art und in einer Stellung des Fahrtrichtungswählers auf rückwärts nur gemäß der zweiten Art betätigbar ist. Wenn wegen einer gewünschte Verzögerung des Fahrzeugs ohne eine Änderung der Stellung des Fahrtrichtungswählers die Betätigung des Fahrbedienelements zurückgenommen wird und sich dadurch ein anderer Solldruck für den Hochdruck in einer Arbeitsleitung ergibt als der gegenwärtige Istdruck, so wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des hydrostatischen Fahrantriebs verhindert, dass die Regelung versucht, durch eine Verstellung der Hydropumpe über null den Hochdruck auf den Solldruck abzubauen. Eine derartige Verstellung über null würde zu einem abrupten Abbremsen des Fahrzeugs und unter Umständen sogar zu einem kurzzeitigen Fahrtrichtungswechsel führen. Eine Verstellung der Hydropumpe über null wird auch dann verhindert, wenn das Fahrzeug an einem Berg steht und der Solldruck kleiner ist als der zum Halten des Fahrzeugs in einer Arbeitsleitung sich einstellende Lastdruck. Ohne die erfinderische Ausbildung könnte die elektronische Steuerung versucht sein, den Lastdruck durch eine Verstellung der Hydropumpe über null auf den Solldruck abzubauen. Dies würde nicht gelingen, da der Lastdruck eben durch die Last bestimmt ist. Ohne die erfinderische Ausbildung des Fahrantriebs bestünde somit die Gefahr, dass das Fahrzeug bergab rollt.
Ein erfindungsgemäßer hydrostatischer Fahrantrieb kann in vorteilhafte Weise weiter ausgestaltet werden.
Wird während der Fahrt der Fahrtrichtungswähler von vorwärts auf rückwärts oder umgekehrt verstellt, so ist die Verstellventileinrichtung gemäß der ersten Art und gemäß der zweiten Art betätigbar. Denn wenn der Fahrtrichtungswähler von vorwärts auf rückwärts oder umgekehrt verstellt wird, soll ein Fahrtrichtungswechsel stattfinden. Dabei wird vorzugsweise die Verstellventileinrichtung zunächst gemäß der einen Art und dann gemäß der anderen Art angesteuert. Es kann aus ventiltechnischen Gründen eine geringe Überlappung der Ansteuerung vorgesehen sein.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass der Hydromotor ein Konstantmotor mit einem festen Hubvolumen ist. Vorteilhafterweise ist der Hydromotor jedoch in seinem Hubvolumen einseitig zwischen einem minimalen Hubvolumen, das gleich null oder etwas größer als null sein kann, und einem maximalen Hubvolumen verstellbar. Insbesondere weist der Hydromotor eine elektroproportionale (EP)Verstellung auf. Bei einer EP-Verstellung wird der Regelkolben eines Regelventils, das den Steuerölzufluss und den Steuerölabfluss zu einem Stellkolben steuert, in die eine Richtung von einer Kraft, die der Höhe eines Steuersignals entspricht und zum Beispiel die Kraft eines Elektroproportionalmagneten oder eine von einem Steuerdruck erzeugte Kraft ist, und in die entgegengesetzte Richtung von der Kraft einer Rückkopplungsfeder beaufschlagt, die zwischen dem Regelkolben und dem Stellkolben eingespannt ist, so dass die von der Rückkopplungsfeder auf den Regelkolben ausgeübte Kraft von der Position des Stellkolbens abhängt. Je nach der Höhe der dem Steuersignal entsprechenden Kraft wird also der Stellkolben von dem Regelventil auf eine solche Position gebracht, dass die Federkraft genauso groß wie die durch das Steuersignal vorgegebene Kraft ist.
Bevorzugt umfasst die Verstellventileinrichtung ein proportional verstellbares Druckventil, von dem ein Stelldruck zur Verstellung des Hubvolumens der Hydropumpe erzeugbar ist.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Verstellventileinrichtung wie in der EP 2 767 739 B1 gezeigt ein einziges Druckventil, insbesondere ein Druckregelventil, und ein Wegeventil umfasst, das den Regelanschluss des Druckventils mit der einen oder der anderen Stellkammer am Stellkolben einer Verstelleinrichtung verbindet. Vor allem auch aus Kostengründen vorteilhafter erscheint es jedoch, wenn die Verstellventileinrichtung zwei proportional verstellbare Druckregelventile umfasst, wobei von einem ersten Druckregelventil ein Stelldruck erzeugbar ist, der in einer auf der einen Seite eines Stellkolbens befindlichen, ersten Stellkammer ansteht, und von dem zweiten Druckregelventil ein Stelldruck erzeugbar ist, der in einer auf der anderen Seite des Stellkolbens befindlichen, zweiten Stellkammer ansteht.
Die elektronische Steuerung im Steuergerät des hydrostatischen Fahrantriebs ist vorteilhafterweise in zwei Hauptmodule unterteilt, nämlich in ein Modul Fahrstrategie, dem das Signal des Fahrbedienelements und das Signal des Fahrtrichtungswählers zugeführt werden und das einen Sollwert für ein vom Hydromotor aufzubringendes Sollmoment erzeugt, und in ein Modul Getriebesteuerung, das unter Einbeziehung der Sensorsignale des hydrostatischen Getriebes die Verstellventileinrichtung ansteuert.
Damit die Ansteuerung der Hydropumpe entsprechend dem Fahrerwunsch erfolgt, gibt das Modul Fahrstrategie entsprechend der Stellung des Fahrtrichtungswählers ein Freigabesignal für die Art der Betätigung der Verstellventileinrichtung an die Getriebesteuerung ab. Alternativ kann die Getriebesteuerung selbst den Fahrerwunsch auf Basis Stellung des Fahrtrichtungswählers, Stellung des Fahrbedienelements und der aktuellen Geschwindigkeit ermitteln und in Abhängigkeit davon die Verstellventileinrichtung ansteuern. Allerdings führen dann beide Hauptmodule gleiche Aufgabe aus und die Anzahl der Schnittstellen ist größer.
Die Hydropumpe kann zur Verstellung des Hubvolumens einen federzentrierten Stellkolben aufweisen, auf dessen beiden Seiten sich jeweils eine Stellkammer befindet.
Die Verstellventileinrichtung kann zwei elektroproportional verstellbare Druckregelventile mit jeweils einem Druckanschluss, einem Tankanschluss und einem Stellkammeranschluss umfassen, wobei der Stellkammeranschluss des einen Druckregelventils mit der einen Stellkammer und der Stellkammeranschluss des anderen Druckregelventils mit der anderen Stellkammer fluidisch verbunden ist. Der Elektroproportionalmagnet, mit dem ein Druckregelventil verstellt wird, muss jeweils mit einem von der Höhe des Stelldrucks abhängigen Strom bestromt werden.
Die Verstellventileinrichtung kann auch zwei proportional verstellbare Wegeventile mit jeweils einem Druckanschluss, einem Tankanschluss und einem Stellkammeranschluss umfassen, wobei der Stellkammeranschluss des einen Wegeventils mit der einen Stellkammer und der Stellkammeranschluss des anderen Wegeventils mit der anderen Stellkammer fluidisch verbunden ist. Hier wird ein Wegeventil in einem statischen oder quasistatischen Zustand der Verstelleinrichtung unabhängig von der Höhe des sich in einer Stellkammer ergebenden Stelldrucks immer mit einem gleich hohen Signal angesteuert. Soll die Hydropumpe ohne Nulldurchgang verstellt werden, so wird das Ansteuersignal für das eine Wegeventil kurzzeitig erhöht oder erniedrigt, so dass das Wegeventil seine Regelstellung verlässt, ehe es nach dem Verstellvorgang wieder in seine Regelstellung zurückkehrt. Das andere Wegeventil ist nicht angesteuert und verbindet die eine Stellkammer mit Tank. Bei einer Verstellung der Hydropumpe über null wechselt die Ansteuerung vom einen Wegeventil zum anderen Wegeventil. Bei einer weiteren Variante können die beiden Wegeventile auch zu einem Wegeventil mit vier Anschlüssen und 3 Stellungen zusammengefasst sein.
Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantriebs ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen

1 das erste Ausführungsbeispiel, bei dem der Stellkolben der Hydropumpe über zwei Druckregelventile angesteuert wird,
2 ausschnittsweise das zweite Ausführungsbeispiel, bei dem der Stellkolben der Hydropumpe über zwei Wegeventile angesteuert wird, und
3 die beiden Hauptmodule der elektronischen Steuerung und ihre Schnittstellen.

Der gezeigte hydrostatische Fahrantrieb gemäß 1 und umfasst eine in ihrem Hubvolumen über null verstellbare hydrostatische Primäreinheit 11, die eine Verstellvorrichtung 12 aufweist, und eine ebenfalls in ihrem Hubvolumen verstellbare hydrostatische Sekundäreinheit 13, die eine Verstellvorrichtung 14 aufweist. Unter Hubvolumen wird dabei die Druckmittelmenge verstanden, die von der hydrostatischen Primäreinheit, die im normalen Betrieb als Hydropumpe arbeitet und von einer Primärenergiequelle, zum Beispiel von einem Dieselmotor oder von einem Elektromotor, angetrieben wird, während einer einzigen Umdrehung einer Triebwelle gefördert wird oder die von der hydrostatischen Sekundäreinheit, die im normalen Betrieb als Hydromotor arbeitet, während einer einzigen Umdrehung von deren Triebwelle geschluckt wird. Die Hydropumpe 11 und der Hydromotor 13 sind in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf über zwei Arbeitsleitungen 15 und 16 fluidisch miteinander verbunden. Es ist allgemein bekannt, dass in einer derartigen Konstellation zum Abbremsen des Fahrzeugs auch der Hydromotor als Pumpe und die Hydropumpe als Motor arbeiten können. Die Hydropumpe ist von einer Neutralposition oder Nullposition aus, in der das Hubvolumen null ist, nach zwei entgegengesetzte Richtungen verstellbar, so dass allein durch Verstellen der Hydropumpe über null die Fahrtrichtung des Fahrzeugs gewechselt werden kann. Üblicherweise sind die Hydropumpe und der Hydromotor Axialkolbeneinheiten.
Insbesondere ist üblicherweise die Hydropumpe eine Axialkolbeneinheit in Schrägscheibenbauweise, während der Hydromotor eine Axialkolbeneinheit in Schrägachsenbauweise ist. Die Hydropumpe 11 hat eine Triebwelle 17, über die sie in nicht näher dargestellter Weise mit der Primärenergiequelle mechanisch verbunden ist. Von dem Hydromotor 13 wird eine Abtriebswelle 18 angetrieben, die in nicht näher dargestellter Weise mechanisch mit zwei Rädern des Fahrzeugs verbunden ist.
In die Hydropumpe 11 ist eine Speisepumpe 20 integriert, die über einen Sauganschluss 21 Druckflüssigkeit ansaugt und in eine Speiseleitung 22 fördert, die über ein erstes Druckbegrenzungs-Nachsaugventil 23 mit der Arbeitsleitung 15 und über ein zweites Druckbegrenzungs-Nachsaugventil 24 mit der Arbeitsleitung 16 verbunden ist. Ein an die Speiseleitung 22 angeschlossenes Speisedruckbegrenzungsventil 25 begrenzt den Speisedruck in der Speiseleitung 22 auf einen maximalen Wert, der zum Beispiel dreißig bar beträgt. Immer wenn in einer Arbeitsleitung der Arbeitsdruck unter dem Speisedruck liegt, wird über den als Rückschlagventil ausgebildeten Nachsaugteil eines Druckbegrenzungs-Nachsaugventils Druckflüssigkeit in die Arbeitsleitung eingespeist. Auf diese Weise wird Druckflüssigkeit, die durch Leckage und über ein Spülventil 26, das an ein Gehäuse 27 des Hydromotors 13 angebaut ist, dem geschlossenen Kreislauf verloren geht, ersetzt.
Für die Verstellung ihres Hubvolumens hat die Hydropumpe 11 einen doppeltwirkenden, als Gleichgangkolben ausgebildeten Stellkolben 30, der in einer Mittelstellung federzentriert ist und auf dessen einer Seite sich eine erste Stellkammer 31 und auf dessen anderer Seite sich eine zweite Stellkammer 32 befinden. Der Stellkolben 30 wird mit Hilfe zweier Druckregelventile 33 und 34 betätigt, die als Einbauventile direkt in ein Gehäuse 35 der Hydropumpe eingeschraubt sind. Das Druckregelventil 33 besitzt einen Druckanschluss 36, der mit der Speiseleitung 22 verbunden ist, einen Tankanschluss 37, der zum Innern des Gehäuses 35 hin offen ist, und einen Regelanschluss 38, der mit der Stellkammer 31 verbunden ist. Das Druckregelventil 34 besitzt einen Druckanschluss 36, der ebenfalls mit der Speiseleitung 22 verbunden ist, einen Tankanschluss 37, der ebenfalls zum Innern des Gehäuses 35 hin offen ist, und einen Regelanschluss 39, der fluidisch mit der Stellkammer 32 verbunden ist. Jedes Druckregelventil 33, 34 hat einen Regelkolben, der im Sinne einer Verbindung des Regelanschlusses 38 beziehungsweise 39 mit dem Tankanschluss 37 von einer schwachen Feder und von dem Druck am jeweiligen Regelanschluss und im Sinne einer Verbindung des Regelanschlusses mit dem Druckanschluss von einem Proportionalelektromagneten 40 beaufschlagt werden kann. Bei einer Bestromung eines Proportionalelektromagneten regelt das jeweilige Druckbegrenzungsventil in der jeweiligen Stellkammer einen solchen Stelldruck ein, dass an seinem Regelkolben ein Kräftegleichgewicht zwischen der Summe der Federkraft und der vom Stelldruck erzeugten Kraft einerseits und der Kraft des Elektromagneten andererseits besteht.
Zur Ansteuerung der Proportionalelektromagnete 40 ist ein elektronisches Steuergerät 45 vorhanden, das mit dem Proportionalelektromagnet des Druckregelventils 33 über eine elektrische Leitung 46 und mit dem Proportionalelektromagnet des Druckregelventils 34 über eine elektrische Leitung 47 verbunden ist.
Bei einer Regelung der beschriebenen Art ist die Hydropumpe lastfühlig, weil bei einem gegebenen Stelldruck ihr Hubvolumen vom Pumpendruck und von der Drehzahl abhängt. Genauer gesagt hängt bei einem gegebenen Stelldruck das Hubvolumen von der Druckdifferenz zwischen den beiden Arbeitsleitungen 15 und 16 ab. Da jedoch der Niederdruck in einer der beiden Arbeitsleitungen möglichst konstant bei zum Beispiel dreißig bar gehalten wird, kann man in erster Näherung auch von einer Abhängigkeit allein vom Hochdruck (=Pumpendruck) sprechen. Mit Hilfe eines Kennfeldes mit den Dimensionen Pumpendrehzahl, Pumpendruck und Stelldruck lässt sich somit durch Vorgabe eines Stelldrucks ein bestimmter Pumpendruck einstellen.
Allerdings genügt diese Einstellung wegen des Einflusses der Temperatur der Druckflüssigkeit und der einzelnen Komponenten, wegen Hystereseeffekten am Ventil und in der Hydropumpe, wegen einer wenn auch geringfügigen Abhängigkeit von der Drehzahl des Hydromotors und wegen einer unvermeidlichen Serienstreuung nicht in allen Fällen den Forderungen an die Präzision und Wiederholgenauigkeit.
Deshalb ist bei einem erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantrieb vorgesehen, die am Hydromotor 13 anliegende Druckdifferenz zu regeln. Denn diese ist maßgebend dafür, welches Drehmoment der Hydromotor bei einem gegebenen Schluckvolumen erzeugt. Die Regelung dieser Druckdifferenz gelingt durch eine Regelung des Hochdrucks durch die Pumpe in der einen der beiden Arbeitsleitungen unter Berücksichtigung des augenblicklich in der anderen Arbeitsleitung anstehenden Niederdrucks.
Zur Erfassung des Drucks in der Arbeitsleitung 15 ist ein erster Drucksensor 50 vorgesehen, der über eine Datenleitung 51 ein elektrisches Ausgangssignal an das Steuergerät 45 abgibt. Zur Erfassung des Drucks in der Arbeitsleitung 16 ist ein Drucksensor 52 vorgesehen, der über eine Datenleitung 53 ebenfalls ein elektrisches Ausgangssignal an das Steuergerät 45 abgibt. Die beiden Drucksensoren 50 und 51 sind baulich in nicht näher dargestellter Weise der Hydropumpe 11 zugeordnet, insbesondere direkt an diese angebaut oder in diese eingebaut.
Die Verstellvorrichtung 14 für das Hubvolumen des Hydromotors 13 ist eine sogenannte EP-Verstellvorrichtung, bei der sich ein Schwenkwinkel der Axialkolbenmaschine proportional zur Stärke eines elektrischen Stroms, mit der ein über eine elektrische Leitung 58 mit dem Steuergerät 45 verbundener Proportionalektromagnet 59 eines Regelventils 60 beaufschlagt wird, einstellt, wobei der Schwenkwinkel, umgewandelt mit Hilfe einer Druckfeder 61, als gegen die Kraft des Elektromagneten wirkende Kraft auf das Regelventil rückgekoppelt wird. Der Hydromotor 13 ist nur zwischen einem minimalen und einem maximalen Hubvolumen, nicht jedoch über ein Hubvolumen null hinweg verstellbar.
Die Verstellvorrichtung 14 umfasst außer dem Regelventil 60 einen doppeltwirkenden, als Differentialkolben ausgebildeten Stellkolben 62, der eine Kolbenstange 63 aufweist, über die der Stellkolben an einem Steuerkörper des Hydromotors 13 angreift, und auf dessen einer Seite sich eine kreiszylindrische Stellkammer 64 und auf dessen anderer Seite sich eine ringförmige Stellkammer 65 befinden.
Das an das Gehäuse 27 des Hydromotors angebaute Regelventil 60 ist ein Proportionalwegeventil und hat einen Druckanschluss 72, der über ein zu dem Druckanschluss hin öffnendes Rückschlagventil 73 mit der Arbeitsleitung 15 und über ein zu dem Druckanschluss hin öffnendes Rückschlagventil 74 mit der Arbeitsleitung 16 verbunden ist, so dass an dem Druckanschluss der jeweils höhere Druck der in den Arbeitsleitungen herrschenden Drücke an dem Druckanschluss ansteht. Das Regelventil 60 hat des Weiteren einen Tankanschluss 75, der mit dem Inneren des Gehäuses 27 und darüber mit Tank verbunden ist. Das Regelventil 60 hat schließlich einen Stellkammeranschluss 76. Ein Regelkolben des Regelventils 60 wird im Sinne einer offenen Verbindung zwischen Stellkammeranschluss 76 und dem Druckanschluss 72 von dem Proportionalelektromagneten 59 und im Sinne einer offenen Verbindung zwischen dem Stellkammeranschluss 76 und dem Tankanschluss 75 von der Druckfeder 61 und parallel zu dieser von einer Rückstellfeder 77, deren Kraft einstellbar ist, beaufschlagt.
Die Stellkammer 64 am Stellkolben 62 ist fluidisch mit dem Stellkammeranschluss 76 des Regelventils 60 verbunden. Die Stellkammer 65 ist dauernd mit dem Druckanschluss 72 des Regelventils verbunden, ist also wie dieser von dem jeweils höheren Druck der in den Arbeitsleitungen 15 und 16 herrschenden Drücke beaufsch lagt.
Die Druckfeder 61 ist als Rückkopplungsfeder ist zwischen dem Regelkolben des Regelventils 60 und der Kolbenstange 63 des Stellkolbens 62 eingespannt. Ihre Spannung und damit die von ihr auf den Regelkolben ausgeübte Kraft ändern sich mit der Position des Stellkolbens 62. Somit sind die Position des Stellkolbens und damit die Position des Steuerkörpers als Kraft auf den Regelkolben des Regelventils 60 zurückgeführt. Dieser lässt somit jeweils so viel Druckmittel der Stellkammer 64 zufließen oder aus der Stellkammer verdrängen, bis die von den Federn 61 und 77 auf ihn ausgeübte Kraft genauso groß wie die vom Proportionalelektromagneten ausgeübte Kraft ist. Es ergibt sich somit eine zum durch den Elektromagneten fließenden Strom proportionale Einstellung des Hubvolumens des Hydromotors 13.
Das elektronische Steuergerät 45 ist softwaremäßig ein zwei Hauptmodule unterteilt, nämlich in ein Fahrstrategiemodul 80 und in ein Getriebesteuerungsmodul 81. Das Modul 80 erhält Signale von einem Fahrbedienungselement 82, das vornehmlich als Fahrpedal ausgebildet ist, und von einem Fahrtrichtungswähler 83, der vornehmlich als Fahrtrichtungshebel ausgebildet ist und in eine Stellung vorwärts, eine Stellung rückwärts und mittlere Stellung neutral bewegt werden kann, und ermittelt anhand der Signale des Fahrpedals und des Fahrtrichtungshebels den Fahrerwunsch und erzeugt Sollwerte für das Modul 81. Mögliche Sollwerte sind eine Übersetzung, ein Geschwindigkeitswunsch oder ein Momentenwunsch. Das Modul 81 kennt lediglich die Sensorsignale des hydrostatischen Getriebes aus Hydropumpe und Hydromotor, aufgrund der Drucksensoren 50 und 52 insbesondere auch den Druck in der Arbeitsleitung 15 und in der Arbeitsleitung 16 und den Sollwert seitens der Fahrstrategie. Damit die Bestromung der Druckregelventile 33 und 34 dem Fahrerwunsch entspricht, erzeugt das Modul 80 ein zusätzliches Signal Pumpenstromfreigabe, das die Bestromung des einen oder des anderen Druckregelventils nur unter Berücksichtigung einer Betätigung des Fahrtrichtungswählers 83 zulässt. Insbesondere ist mit Ausnahme einer während der Fahrt stattfindenden Verstellung des Fahrtrichtungshebels von vorwärts auf rückwärts und umgekehrt die Verstellventileinrichtung in einer Stellung des Fahrtrichtungswählers auf vorwärts nur der Elektromagnet 40 des den Stellkolben 30 der Hydropumpe 11 im Sinne einer Vorwärtsfahrt betätigenden Druckregelventils und in einer Stellung des Fahrtrichtungshebels auf rückwärts nur der Elektromagnet des den Stellkolben 30 der Hydropumpe 11 im Sinne einer Rückwärtsfahrt betätigende Druckregelventils bestrombar. Dadurch wird verhindert, dass das Modul 81 versucht, den Hochdruck in der einen Arbeitsleitung durch eine Verstellung der Hydropumpe über null zu erniedrigen, wenn der von dem Modul 80 übermittelte Sollwert zwar einen gegenüber dem aktuellen Hochdruck niedrigeren Hochdruck angezeigt erscheinen lässt, der Fahrtrichtungshebeljedoch nicht zwischen vorwärts und rückwärts verstellt worden ist. In Figur Mit Ventil A und mit Ventil B aus 3 sind die Druckregelventile 33 und 34
2 zeigt in stark vereinfachter Form lediglich die Hydropumpe 11 eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Fahrantriebs. Diese ist mit einer Speisepumpe 20 zusammengebaut, die zwei Regelventile 90 und 91 einer Verstelleinrichtung 92 für das Hubvolumen der Hydropumpe mit Druckflüssigkeit versorgt. Für die Druckerfassung in den beiden Arbeitsleitung 15 und 16 sind wiederum zwei Drucksensoren 50 und 52 vorgesehen. Der Stellkolben 30 der Verstelleinrichtung 92 ist wie beim Ausführungsbeispiel nach 1 ein doppeltwirkender federzentrierter Gleichgangkolben mit einer Stellkammer 31 auf der einen Seite und mit einer Stellkammer 32 auf der anderen Seite. Die beiden Regelventile 90 und 91 sind proportional verstellbare Wegeventile mit drei Anschlüssen, nämlich mit einem mit der Speisepumpe 20 verbundenen Druckeranschluss 93, einem mit Tank verbundenen Tankanschluss 94 und mit einem mit der Stellkammer 31 beziehungsweise der Stellkammer 32 verbundene Stellkammeranschluss 95, 96. Jedes der beiden Wegeventile ist von einem eigenen Proportionalelektromagneten 97 im Zusammenspiel mit einer Rückstellfeder 98 betätigbar.
Bezugszeichenliste

11: Hydropumpe
12: Verstellvorrichtung von 11
13: Hydromotor
14: Verstellvorrichtung von 13
15: erste Arbeitsleitung
16: zweite Arbeitsleitung
17: Triebwelle von 11
18: Abtriebswelle
20: Speisepumpe
21: Sauganschluss
22: Speiseleitung
23: erstes Druckbegrenzungs-Nachsaugventil
24: zweites Druckbegrenzungs-Nachsaugventil
25: Speisedruckbegrenzungsventil
26: Spülventil
27: Gehäuse von 13
30: Stellkolben
31: erste Stellkammer
32: zweite Stellkammer
33: Druckregelventil
34: Druckregelventil
35: Gehäuse von 11
36: Druckanschluss an 33, 34
37: Tankanschluss an 33, 34
38: Regelanschluss von 33
39: Regelanschluss von 34
40: Proportionalelektromagnet
45: elektronisches Steuergerät
46: elektrische Leitung
47: elektrische Leitung
50: erster Drucksensor
51: elektrische Datenleitung
52: zweiter Drucksensor
53: elektrische Datenleitung
58: elektrische Leitung
59: Proportionalektromagnet
60: Regelventil
61: Druckfeder
62: Stellkolben
63: Kolbenstange von 62
64: kreiszylindrische Stellkammer
65: ringförmige Stellkammer
72: Druckanschluss von 60
73: Rückschlagventil
74: Rückschlagventil
75: Tankanschluss von 60
76: Stellkammeranschluss
77: Rückstellfeder
80: Fahrstrategiemodul von 45
81: Getriebesteuerungsmodul von 45
82: Fahrpedal
83: Fahrtrichtungshebel
90: Wegeventil
91: Wegeventil
92: Verstelleinrichtung
93: Druckeranschluss von 90, 91
94: Tankanschluss von 90, 91
95: Stellkammeranschluss von 90
96: Stellkammeranschluss von 91
97: Proportionalelektromagnet von 90, 91
98: Rückstellfeder von 90, 91

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018210685 A1 [0003, 0004]
EP 2767739 B1 [0003, 0012]

Claims

Hydrostatischer Fahrantrieb mit einem hydrostatischen Getriebe, das eine in ihrem Hubvolumen von einer Nullstellung aus nach entgegengesetzten Richtungen verstellbare Hydropumpe (11), der eine Verstellventileinrichtung (12) zugeordnet ist, die zur Verstellung des Hubvolumens von der Nullstellung aus in die eine Richtung gemäß einer ersten Art und zur Verstellung des Hubvolumens von der Nullstellung aus in die Gegenrichtung gemäß einer zweiten Art betätigt wird, und einen Hydromotor (13) aufweist, der mit der Hydropumpe (11) in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf angeordnet und mit der Hydropumpe (11) über eine erste Arbeitsleitung (15) und über eine zweite Arbeitsleitung (16) fluidisch verbunden ist, mit einem ersten Drucksensor (50), von dem der Druck in der ersten Arbeitsleitung (15) erfassbar ist, und mit einem zweiten Drucksensor (51), von dem der Druck in der zweiten Arbeitsleitung (16) erfassbar ist, und mit einem elektronischen Steuergerät (45), dem Signale von einem Fahrbedienelement (82) und von einem Fahrtrichtungswähler (83), der die Stellungen neutral, vorwärts und rückwärts hat, zugeführt werden und von dem in Abhängigkeit dieser Signale und in Abhängigkeit von den Signalen der Drucksensoren (50, 51) die Verstellventileinrichtung (33, 34; 90, 91) der Hydropumpe (11) derart ansteuerbar ist, dass über den Hydromotor (13) eine bestimmte Druckdifferenz besteht, dadurch gekennzeichnet, dass mit Ausnahme einer während der Fahrt stattfindenden Verstellung des Fahrtrichtungswählers (83) von vorwärts auf rückwärts und umgekehrt die Verstellventileinrichtung (12; 92) in einer Stellung des Fahrtrichtungswählers (83) auf vorwärts nur gemäß der ersten Art und in einer Stellung des Fahrtrichtungswählers (83) auf rückwärts nur gemäß der zweiten Art betätigbar ist.
Hydrostatischer Fahrantrieb nach Patentanspruch 1, wobei bei einer während der Fahrt stattfindenden Verstellung des Fahrtrichtungswählers (83) von vorwärts auf rückwärts oder umgekehrt die Verstellventileinrichtung (33, 34; 90, 91) gemäß der ersten Art und gemäß der zweiten Art betätigbar ist.
Hydrostatischer Fahrantrieb nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Hydromotor (13) in seinem Hubvolumen einseitig verstellbar ist, insbesondere eine elektroproportionale Verstellung aufweist.
Hydrostatischer Fahrantrieb nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die Verstellventileinrichtung der Hydropumpe (11) ein proportional verstellbares Druckventil (33, 34) umfasst, von dem ein Stelldruck zur Verstellung des Hubvolumens der Hydropumpe (11) erzeugbar ist.
Hydrostatischer Fahrantrieb nach Patentanspruch 4, wobei die Verstellventileinrichtung zwei proportional verstellbare Druckregelventile (33, 34) umfasst und wobei von einem ersten Druckregelventil (33) ein Stelldruck erzeugbar ist, der in einer auf der einen Seite eines Stellkolbens (30) befindlichen, ersten Stellkammer (31) ansteht, und von dem zweiten Druckregelventil (34) ein Stelldruck erzeugbar ist, der in einer auf der anderen Seite des Stellkolbens (30) befindlichen, zweiten Stellkammer (32) ansteht.
Hydrostatischer Fahrantrieb nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei das elektronische Steuergerät (45) ein Modul (80) Fahrstrategie , dem das Signal des Fahrbedienelements (82) und das Signal des Fahrtrichtungswählers (83) zugeführt werden und das einen Sollwert, insbesondere einen Sollwert für ein vom Hydromotor (13) aufzubringendes Sollmoment, erzeugt, und ein Modul (81) Getriebesteuerung umfasst, von dem unter Einbeziehung des Sollwerts und der Signale der Drucksensoren (50, 51) die Verstellventileinrichtung (33, 34; 90, 91) ansteuerbar ist.
Hydrostatischer Fahrantrieb nach Patentanspruch 6, wobei das Modul (80) Fahrstrategie entsprechend der Stellung des Fahrtrichtungswählers (83) ein Freigabesignal für die Art der Betätigung der Verstellventileinrichtung (33, 34; 90, 91) an das Modul (81) Getriebesteuerung abgibt.
Hydrostatischer Fahrantrieb nach Patentanspruch 7, wobei das Modul Getriebesteuerung selbst den Fahrerwunsch auf der Basis der Betätigung und Stellung des Fahrtrichtungswählers und der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs auswertet und die Verstellventileinrichtung entsprechend ansteuert.
Hydrostatischer Fahrantrieb nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die Hydropumpe (11) zur Verstellung des Hubvolumens einen federzentrierten Stellkolben (30) aufweist, auf dessen beiden Seiten sich jeweils eine Stellkammer (31, 32) befindet, wobei die Verstellventileinrichtung zwei elektroproportional verstellbare Druckregelventile (33, 34) mit jeweils einem Druckanschluss (36), einem Tankanschluss (37) und einem Stellkammeranschluss (38, 39) umfasst und wobei der Stellkammeranschluss (38) des einen Druckregelventils (33) mit der einen Stellkammer (31) und der Stellkammeranschluss (39) des anderen Druckregelventils (34) mit der anderen Stellkammer (32) fluidisch verbunden ist.
Hydrostatischer Fahrantrieb nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, wobei die Hydropumpe (11) zur Verstellung des Hubvolumens einen federzentrierten Stellkolben (30) aufweist, auf dessen beiden Seiten sich jeweils eine Stellkammer (31, 32) befindet, wobei die Verstellventileinrichtung zwei proportional verstellbare Wegeventile (90, 91) mit jeweils einem Druckanschluss (93), einem Tankanschluss (94) und einem Stellkammeranschluss (95, 96) umfasst und wobei der Stellkammeranschluss (95) des einen Wegeventils (90) mit der einen Stellkammer (31) und der Stellkammeranschluss (96) des anderen Wegeventils (91) mit der anderen Stellkammer (32) fluidisch verbunden ist.