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Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches
Antriebssystem mit einer von einem Antriebsmotor, insbesondere einem
Verbrennungsmotor, angetriebenen Pumpe und zumindest einem im geschlossenen Kreislauf
an die Pumpe angeschlossenen Verbraucher, insbesondere Motor, wobei
in zumindest einer die Pumpe und den Verbraucher verbindenden Druckmittelleitung
ein einen Bremsdruck erzeugendes Druckventil angeordnet ist.
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Ein gattungsgemäßes hydrostatisches Antriebssystem
ist aus der
DE 100
30 137 A1 bekannt. Das beispielsweise als Fahrantrieb einer
Arbeitsmaschine ausgebildete Antriebssystem weist in zumindest einer
die Pumpe mit dem als Motor ausgebildeten Verbraucher verbindenden
Druckmittelleitungen ein Druckventil auf, das in der Bremsphase
einen Bremsdruck erzeugt. Ein Drehzahlanstieg des Antriebsmotors,
beispielsweise eines als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungsmotors,
aufgrund des während
der Bremsphase in den Antriebsmotor eingeleiteten Bremsmoments auf
unzulässig
hohe Drehzahlwerte kann mit einem derartigen Druckventil verhindert
werden.
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Das Druckventil ist als mittels eines
Vorsteuerventils vorsteuerbares Druckventil ausgebildet. Das Vorsteuerventil
steuert hierbei den in Richtung der Bremsstellung wirkenden Druck
des Druckventils, wodurch das Druckventil von dem an diesem auftretenden
Druckgefälle
gesteuert ist. Bei einem derartigen vorgesteuerten Druckventil bestimmt
die Vorsteuerung maßgeblich
die Reaktionsgeschwindigkeit, d.h. die Zeit zwischen Anliegen eines
Steuersignals am Vorsteuerventil und einer Reaktion des Druckventils,
und somit die Stelldynamik des Druckventils. Eine erhöhte Dynamik
des Druckventils kann durch ein erhöhtes an dem Druckventil auftretendes Druckgefälle erzielt
werden, wodurch jedoch die Durchflussverluste und somit die Verluste
des Antriebssystems ansteigen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem der eingangs genannten
Gattung zur Verfügung
zu stellen, das bei geringen Verlusten eine verbesserte Dynamik
des Druckventils aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das Druckventil mittels eines hydraulischen Betätigungselements
betätigbar
ist, wobei das Betätigungselement
mittels eines hydraulischen Steuerkreises steuerbar ist. Erfindungsgemäß ist somit
das Druckventil durch das Betätigungselement
direkt gesteuert, wobei das Betätigungselement aus
einem von dem geschlossenen Kreislauf des Antriebssystems unabhängigen Steuerkreis
versorgt wird. Die Betätigung
des Druckventils durch ein Betätigungselement,
das aus einem unabhängigen
Steuerkreis versorgt wird, ermöglicht
eine Steuerung des Druckventils, die unabhängig ist von dem an dem Druckventil
auftretenden Druckgefälle.
Hierdurch kann eine hohe Dynamik des Druckventils mit einer kurzen
Reaktionszeit zwischen Anliegen eines Steuersignals und Reaktion
des Druckventils erzielt werden. Durch die Unabhängigkeit der Dynamik des Druckventils
von dem am Druckventil auftretenden Druckgefälle kann somit ein Antriebssystem
mit einer hohen Dynamik der Druckventile und geringen durch das
Druckgefälle
der Druckventile verursachten Verlusten zur Verfügung gestellt werden.
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Das Betätigungselement kann auf einfache Weise
von dem Steuerkreis versorgt und gesteuert werden, wenn ein Steuerventil
vorgesehen ist, das eingangsseitig mit einer Steuerdruckquelle,
insbesondere einer Speisepumpe, in Verbindung steht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist das Betätigungselement
als Verstellzylinder ausgebildet. Mit einem Verstellzylinder kann
das Druckventil auf einfache Weise direkt betätigt werden.
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Die Dynamik des Druckventils wird
hierbei unabhängig
von der Nenngröße des Druckventils durch
die Größe des Verstellzylinders
und der Größe des Steuerventils
sowie dem Druckniveau der Steuerdruckquelle bestimmt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform
der Erfindung ist der Verstellzylinder als doppeltwirkender Zylinder
ausgebildet, der einen ersten, das Druckventil in Richtung einer
Sperrstellung beaufschlagenden Steuerdruckraum und einen zweiten, das
Druckventil in Richtung einer Durchflussstellung beaufschlagenden
Steuerdruckraum aufweist. Mit einem doppeltwirkenden Stellzylinder
kann das Druckventil auf einfache Weise in die Durchflussstellung oder
in die Sperrstellung betätigt
werden.
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Der doppeltwirkende Verstellzylinder
kann auf einfache Weise zur Betätigung
des Druckventils in die Durchflussstellung und Sperrstellung betätigt werden,
wenn das Steuerventil eine erste Schaltstellung aufweist, in der
eine an den ersten Steuerdruckraum des Verstellzylinders geführte erste
Steuerdruckleitung zu einem Behälter
entlastet ist und eine an den zweiten Steuerdruckraum des Verstellzylinders
geführte
zweite Steuerdruckleitung mit einer mit der Steuerdruckquelle in
Verbindung stehenden Steuerdruckleitung in Verbindung steht, und
eine zweite Schaltstellung aufweist, in der die erste Steuerdruckleitung
mit der Steuerdruckleitung in Verbindung steht und die zweite Steuerdruckleitung
zum Behälter
entlastet ist.
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Besondere Vorteile ergeben sich,
wenn das Steuerventil mittels einer Feder in Richtung der ersten
Schaltstellung beaufschlagbar ist. Mit einer Feder kann der Schaltpunkt
des Steuerventils und somit die Beaufschlagung des Druckventils
in die Sperrstellung auf einfache Weise vorgegeben werden.
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Das Steuerventil kann hydraulisch,
mechanisch oder elektrisch angesteuert werden. Als Steuersignal
kann der Drehzahlanstieg des Antriebsmotors verwendet werden. Zudem
ist es möglich,
als Steuersignal den an der Pumpe im Bremsbetrieb anstehenden Bremsdruck
zu verwenden, wobei das Steuerventil in Abhängigkeit von dem an der Pumpe anstehenden
Bremsdruck in Richtung der zweiten Schaltstellung beaufschlagbar
ist.
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Die in Richtung der zweiten Schaltstellung wirkende
Steuerfläche
des Steuerventils steht hierbei zweckmäßigerweise mit einer Steuerleitung
in Verbindung, die an die Druckmittelleitung zwischen dem Druckventil
und der Pumpe angeschlossen ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung ist vorgesehen, dass das Druckventil mit einer Lageregelung
versehen ist. Mit einer Lageregelung des Druckventils kann auf einfache
Weise eine hohe Stabilität
erzielt werden.
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Die Lageregelung weist gemäß einer
Ausführungsform
eine die Position des Druckventils auf das Steuerventil zurückmeldende
Wegrückführung auf.
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Besondere Vorteile ergeben sich bei
der Verwendung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems als Fahrantrieb
einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere eines Flurförderzeugs.
Durch die hohe Dynamik der Druckventile und der Unabhängigkeit der
Dynamik von der Nenngröße der Druckventile können mit
dem erfindungsgemäßen Antriebssystem hohe
Durchflussströme
des geschlossenen Kreislaufs beherrscht werden. Bei Flurförderzeugen
mit hohen Traglasten und großen
im Fahrantrieb auftretenden Druckmittelströmen können mit der erfindungsgemäßen Steuerung
Druckventile mit großer Nenngröße verwendet
werden, die eine hohe Dynamik im Bremsbetrieb bei geringen Durchflussverlusten
aufweisen, wodurch der Antriebsmotor sicher vor unzulässig hohen
Drehzahlen im Bremsbetrieb geschützt
wird.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten
der Erfindung werden anhand der in den ` schematischen
Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Hierbei
zeigt
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1 eine
erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Antriebssystems
und
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2 eine
zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Antriebssystems.
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In der 1 ist
ein erfindungsgemäßes, als Fahrantrieb
einer mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise eines Flurförderzeugs,
ausgebildetes hydrostatisches Antriebssystem gezeigt. Das Antriebssystem
weist eine im Fördervolumen
verstellbare Pumpe 1 auf, die mit einem Antriebsmotor 2,
beispielsweise einem als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungsmotor,
in trieblicher Verbindung steht. Die Pumpe 1 ist im geschlossenen
Kreislauf mittels Druckmittelleitungen 3a, 3b an
einen als Motor 4 ausgebildeten Verbraucher angeschlossen,
der mit einem Antriebsrad 5 der Arbeitsmaschine direkt
oder über
ein Getriebe in Verbindung steht.
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Der Antriebsmotor 1 dient
weiterhin zum Antrieb einer Steuerdruckquelle 6, insbesondere
einer Speisepumpe, eines hydraulischen Steuerkreises 7.
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In der Druckmittelleitung 3a ist
ein Druckventil 10 angeordnet, das im Bremsbetrieb einen
den Motor 4 abbremsenden Bremsdruck erzeugt. Das Druckventil 10 ist
hierbei als Proportionalventil mit einer Durchflussstellung 10a und
einer als Sitzventil ausgebildeten Sperrstellung 10b ausgebildet.
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Zur Steuerung des Druckventils 10 ist
ein als Verstellzylinder 11 ausgebildetes hydraulisches
Betätigungselement 12 vorgesehen,
das mittels eines hydraulischen Steuerkreises 7 steuerbar
ist.
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Der Steuerkreis 7 weist
ein die Beaufschlagung des Verstellzylinder 11 steuerndes
Steuerventil 13 auf, das eingangsseitig mittels einer Steuerdruckleitung 14 mit
der Steuerdruckquelle 6 in Verbindung steht.
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Der Verstellzylinder 11 ist
als doppeltwirkender Zylinder mit einem ersten Steuerdruckraum 15a und
einem zweiten Steuerdruckraum 15b ausgebildet, dessen Kolben 16 mittels
einer Kolbenstange 17 mit dem Ventilelement des Druckventils 10 in
Verbindung steht.
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Von dem ersten Steuerdruckraum 15a ist eine
erste Steuerdruckleitung 18a zu dem Steuerventil 13 geführt. Entsprechend
steht der zweite Steuerdruckraum 15b mittels einer zweiten
Steuerdruckleitung 18b mit dem Steuerventil 13 in
Verbindung.
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Das Steuerventil 13 ist
als Proportionalventil mit einer ersten Schaltstellung 13a und
einer zweiten Schaltstellung 13b ausgebildet. In der ersten
Schaltstellung 13a ist die erste Steuerdruckleitung 18a an eine
zu einem Behälter 19 geführte Behälterleitung 20 angeschlossen.
Die zweite Steuerdruckleitung 18b steht mit der Steuerdruckleitung 14 in
Verbindung. Der Kolben 16 des Verstellzylinders 11 wird
somit in der ersten Schaltstellung 13a des Schaltventils 13 durch
den in dem zweiten Steuerdruckraum 15b anstehenden Steuerdruck
der Steuerdruckquelle 6 nach in der 1 rechts beaufschlagt, wobei das Druckventil 10 in
die Durchflussstellung 10a betätigt wird. In der zweiten Schaltstellung 13b ist
die zweite Steuerdruckleitung 18b an die zu dem Behälter 19 geführte Behälterleitung 20 angeschlossen
und die erste Steuerdruckleitung 18a mit der Steuerdruckleitung 14 verbunden.
Der Kolben 16 des Verstellzylinders 11 wird in
der zweiten Schaltstellung 13b des Schaltventils 13 durch
den in dem ersten Steuerdruckraum 15a anstehenden Steuerdruck
der Steuerdruckquelle 6 nach in der 1 links beaufschlagt und somit das Druckventil 10 in
die Sperrstellung 10b betätigt.
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Das Steuerventil 13 ist
in Richtung der ersten Schaltstellung 13a von einer Feder 21 beaufschlagt. Mit
der Feder 21 kann hierbei der Schaltpunkt des Steuerventils 13 vorgegeben
werden und somit der maximal zulässige
an der Pumpe 1 anstehende Bremsdruck eingestellt werden.
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In Richtung der zweiten Schaltstellung 13b ist
das Steuerventil 13 von dem an der Pumpe 1 anstehenden
Bremsdruck in der Druckmittelleitung 3a beaufschlagbar.
Hierzu ist an eine in Richtung der zweiten Schaltstellung 13b wirkende
Steuerfläche 22 des
Steuerventils 13 eine Steuerleitung 23 angeschlossen,
die mit der Druckmittelleitung 3a zwischen dem Druckventil 10 und
der Pumpe 1 in Verbindung steht.
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In der 2 ist
eine zweite Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Antriebssystems
dargestellt. Das Druckventil 10 ist hierbei mit einer Lageregelung 30 versehen.
Die Lageregelung 30 weist eine Wegrückführung 31 auf, beispielsweise
einen Koppelhebel, die die Position des Druckventils 10 an
das Steuerventil 13 zurückmeldet.
Die Wegrückführung 31 kann
hierbei mit dem Ventilelement des Druckventils 10 oder
der Kolbenstange 17 des Verstellzylinders 11 in
Verbindung stehen und auf eine Steuerhülse des Steuerventils 13 wirken.
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Das erfindungsgemäße Antriebssystem gemäß den 1 und 2 arbeitet wie folgt:
Im folgenden
wird ein Betriebszustand des Antriebssystems betrachtet, beispielsweise
die Vorwärtsfahrt oder
Rückwärtsfahrt
der Arbeitsmaschine, in dem die Druckmittelleitung 3a die
Rücklaufseite
des Kreislaufs darstellt.
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Befindet sich das Antriebssystem
in einem derartigen Betriebszustand in der Antriebsphase, bildet
die Druckmittelleitung 3a die Niederdruckseite. Das Steuerventil 13 ist
in die erste Schaltstellung 13a beaufschlagt. Der Verstellzylinder 11 ist
durch den in dem zweiten Steuerdruckraum 15b anstehenden Steuerdruck
der Steuerdruckquelle 6 nach in der 1 bzw. 2 rechts
beaufschlagt. Das Druckventil 10 wird somit in die Durchflussstellung 10a betätigt.
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Gelangt die Arbeitsmaschine in den
Bremsbetrieb drehen sich die Druckverhältnisse in der Druckmittelleitung 3a, 3b um.
In der rücklaufseitigen Druckmittelleitung 3a wird
ein Bremsdruck aufgestaut, der die Pumpe 1 antreibt und
zu einer Drehzahlerhöhung
des Antriebsmotors 2 führt.
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Der sich aufbauende Bremsdruck in
der rücklaufseitigen
Druckmittelleitung 3a steht über die Steuerleitung 23 an
der Steuerfläche 22 des
Steuerventils 13 an. Übersteigt
der sich in der Druckmittelleitung 3a aufbauende Bremsdruck
den an der Feder 21 eingestellten maximal zulässigen Bremsdruck, wird
das Steuerventil 13 in Richtung der zweiten Schaltstellung 13b beaufschlagt.
Der Verstellzylinder 11 wird durch den in dem ersten Steuerdruckraum 15a anstehenden
Steuerdruck der Steuerdruckquelle 6 nach in der 1 bzw. 2 links
beaufschlagt, wodurch das Druckventil 10 in Richtung der
Sperrstellung 10b betätigt
wird. Das Druckventil 10 wird somit in eine die Druckmittelleitung 3a drosselnde
Drosselstellung beaufschlagt, wodurch ein den Motor 4 abbremsender
Bremsdruck erzeugt wird, der an dem Druckventil 10 in Wärme umgewandelt
wird.
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Durch die direkte Steuerung des Druckventils 10 durch
den Verstellzylinder 11, der von dem Steuerkreis 7,
der von dem geschlossenen Kreislauf des Antriebssystem unabhängig ist,
versorgt wird, ergibt sich eine hohe Stelldynamik des Druckventils 10. Die
Stelldynamik des Druckventils 10 wird hierbei von der Größe des Steuerventils 13 und
der Größe des Verstellzylinders 11 sowie
dem Druckniveau des Steuerkreises 7 und somit dem von der
Steuerdruckquelle 6 geförderten
Steuerdruck bestimmt und ist unabhängig von der Nenngröße des Druckventils 10 sowie
dem am Druckventil 10 auftretenden Druckgefälle. Hierdurch
können
bei Fahrantrieben mit hohen Durchflussströmen, beispielsweise bei Fahrantrieben für Flurtörderzeuge
mit hohen Traglasten, Druckventile 10 mit großer Nenngröße und somit
entsprechend großen
Durchflussquerschnitten verwendet werden, die durch die direkte
Betätigung
mittels des Betätigungselements 12,
das von dem Stellventil 13 gesteuert wird, eine hohe Dynamik
aufweisen, wodurch der Antriebsmotor 2 in der Bremsphase
sicher vor unzulässig
hohen Drehzahlen im Bremsbetrieb geschützt werden kann.
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Entgegen der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele
ist es ebenfalls möglich,
in beiden Druckmittelleitungen 3a, 3b jeweils
ein Druckventil 10 anzuordnen, dass von einem Betätigungselement 12 betätigt wird,
wobei jedes Betätigungselement 12 mit
einem ein entsprechendes Steuerventil 13 aufweisenden Steuerkreis 7 steuerbar
ist.