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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Fahrantrieb
mit einer Hydropumpe, die den Volumenstrom einer Hydraulikflüssigkeit
zu mindestens zwei Hydromotoren führt, von denen jeder ein Rad
antreibt und mit einer an jedem der Räder wirksamen Einrichtung zum
Verhindern des Durchrutschens eines einzelnen Rades, umfassend ein
in Abhängigkeit
von den Drehzahlen der Räder
gesteuertes Drosselventil, das beim Auftreten einer im Vergleich
zu den übrigen Rädern erhöhten Drehzahl
eines einzelnen Rades den Volumenstrom zu dem Hydromotor dieses
Rades verringert.
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Vergleichbare hydraulische Fahrantriebe sind
beispielsweise aus der
DE
22 60 916 A und der
EP 0 505 254 B1 bekannt. Dabei ist die Einrichtung zum
Verhindern des Durchrutschens eines einzelnen Rades darauf abgestellt,
dass der Volumenstrom der Hydraulikflüssigkeit zu demjenigen Hydromotor
gedrosselt wird, der das durchrutschende Rad antreibt. Das beginnende
Durchrutschen dieses Rades wird ermittelt, indem die Drehzahlen
sämtlicher
Räder ständig gemessen
werden und eine auffallend hohe Drehzahl eines einzelnen Rades im
Vergleich zu der der anderen Räder
als Indiz für
ein Durchrutschen erfaßt
wird. Beim Auftreten einer derart herausragenden einzelnen Drehzahl
wird ein Drosselventil zur Drosselung des in Frage kommenden Volumenstromes
betätigt.
Die bekannte Einrichtung arbeitet damit als Stromteiler. Derartige
Stromteiler arbeiten in weiten Betriebsbereichen des Fahrantriebs
zufriedenstellend. In gewissen Fahrzuständen kann es jedoch zu unerwünschten
Nebeneffekten kommen, weil dann das System als Stromsummierer arbeitet.
Das kann zum Beispiel bei der Rückwärtsfahrt
oder dann sein, wenn das Fahrzeug geschoben wird und der Hydromotor
als Hydropumpe arbeitet. In diesen Fällen arbeitet der Hydromotor
gegen den verringerten Querschnitt des Drosselventils an, und es
baut sich in dem betreffenden Hydromotor ein unerwünschter
hoher Summendruck auf. Dieser Summendruck kann je nach Fahrzeugausbildung
und je nach dem Kontakt zwischen dem Rad und dem Boden Werte erreichen, die
deutlich höher
als der doppelte Wert der Hochdruckeinstellung des Antriebes liegen.
Somit können diese
Summendrücke
eine Beschädigung
des Motors oder der Zuleitungen bewirken.
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Diesem Nachteil lässt sich begegnen, indem man
in die entsprechende Leitung des Hydromotors ein Hochdruckbegrenzungsventil
einbaut. Diese Lösung
wäre jedoch
sehr umständlich
und kostspielig und ist aufwendig zu verrohren. Zudem müssten derartige
Hochdruckbegrenzungsventile sich dazu eignen, sehr hohe Volumenströme zu bewältigen,
wodurch hohe Leistungsverluste entstehen, die zur Erwärmung des
gesamten Systems führen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, einen hydraulischen Fahrantrieb der eingangs genannten
Art zu schaffen, mit dem bei allen Fahrzuständen auf konstruktiv einfache
Weise und ohne Leistungsverluste gewährleistet ist, dass einzelne
Räder des
Fahrzeugs nicht durchrutschen.
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Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst,
dass dem Drosselventil ein zusätzliches
Stellventil zugeordnet ist, das durch den an dem Hydromotor vorliegenden
Druck der Hydraulikflüssigkeit
beaufschlagt ist und beim Überschreiten
eines Maximalwertes auf das Drosselventil im Sinne eines Aufhebens
der Drosselung einwirkt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung
ist erreicht, dass die nur bei besonderen Fahrzuständen auftretende
Erscheinung, wonach ein gedrosselter Volumenstrom mit einem hohen
Summendruck zusammen auftritt, sofort rückgängig gemacht wird. Diese Lösung ist
konstruktiv einfach zu verwirklichen und bringt keine Leistungsverluste
mit sich, weil das Drosselventil einfach wieder auf den großen Durchgangsquerschnitt
umgeschaltet wird und die Voraussetzungen zu Strömungsverlusten damit entfallen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des
hydraulischen Fahrantriebes besteht darin, dass das zusätzliche
Stellventil mit dem Drosselventil zu einem integrierten Steuerblock
zusammengefasst ist.
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Da das erfindungsgemäß vorgesehene
zusätzliche
Stellventil ohnehin mit dem Drosselventil zusammengeschaltet wird,
sind die besten Voraussetzungen zu einer kompakten Bauweise in der
Form eines integrierten Steuerblockes gegeben. Die gesamte Anordnung
kann somit kompakt und kostengünstig
ausgeführt
werden.
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Das Zusammenwirken des Drosselventils mit
dem zusätzlichen
Stellventil wird gemäß einer weiteren
Ausbildung in vorteilhafter Weise dadurch vorgenommen, dass das
Drosselventil durch die Hydraulikflüssigkeit steuerbar ist, die über eine
Drosselstelle auf das Drosselventil einwirkt, wobei der am Drosselventil
herrschende Druck durch das Öffnen oder
Schließen
von Rückflussleitungen
verhindert wird, die die Drosselstelle mit einem Vorratstank verbinden.
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Das Zusammenwirken erfolgt somit
auf rein hydraulische Weise, für
die die besten Voraussetzungen vorliegen.
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Konkret kann diese Ausführung gemäß einer weiteren
Ausgestaltung dadurch erfolgen, dass eine erste Rückflussleitung
mit einem elektrisch schaltbaren, in Abhängigkeit von den Drehzahlen
der Räder geschalteten
Ventil und eine zweite Rückflussleitung vorgesehen
sind, die durch das zusätzliche
Stellventil geöffnet
und verschlossen wird.
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Solange das elektrisch schaltbare
Ventil in der ersten Rückflussleitung
eine gewisse Strömung der
Hydraulikflüssigkeit
zurück
in den Tank gewährleistet,
wird die Hydraulikflüssigkeit
an der Drosselstelle gedrosselt und reicht nicht aus, um das Drosselventil
aus der Offenstellung in die gedrosselte Stellung zu überführen. Sobald
aber das elektrisch schaltbare Ventil betätigt wird und den Strom der
zur Steuerung dienenden Hydraulikflüssigkeit unterbricht, steigt
auch der Druck der am Drosselventil anliegenden Hydraulikflüssigkeit
an und führt
dazu, dass dieses in seine Drosselstellung überführt wird. Das ist dann der
Fall, wenn die Drehzahlsensoren dem gesamten Steuersystem die Information über eine
einzelne besonders hohe Drehzahl, also das Durchrutschen eines Rades übermitteln.
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Baut sich in diesem Zustand jedoch
in dem Hydromotor des betreffenden Rades ein unzulässig hoher
Betriebsdruck, eben der schon erwähnte Summendruck auf, so spricht
das zusätzliche
Stellventil in der zweiten Rückflussstellung
an, öffnet
sich und lässt
wieder einen bestimmten Strom der Hydraulikflüssigkeit von der Drosselstelle
zurück
in den Tank fließen.
Somit sinkt der an dem Drosselventil wirkende Druck der Hydraulikflüssigkeit
und lässt
dieses in seine Offenstellung zurückkehren.
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Der erfindungsgemäße hydraulische Fahrantrieb
ist sehr flexibel und kann an viele Betriebsbedingungen angepaßt werden.
Daher ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass der
ein Ansprechen des Drosselventils auslösende maximale Druckwert der
Hydraulikflüssigkeit
am Drosselventil einstellbar ist.
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Der erfindungsgemäße Fahrantrieb wird anschließend in
einem Ausführungsbeispiel
anhand zweier Zeichnungen noch näher
erläutert.
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In den Figuren ist das Folgende dargestellt:
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1 zeigt
den grundsätzlichen
Aufbau eines Fahrantriebes nach dem Stand der Technik, der insoweit
auch bei dem erfindungsgemäßen Fahrantrieb
beibehalten wird.
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In 2 sind
die Besonderheiten des erfindungsgemäßen Fahrantriebes im einzelnen
dargestellt.
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1 zeigt
schematisch den Blick auf ein Fahrzeug mit vier Rädern von
oben. Kernstück
des Antriebs ist eine Hydropumpe 5, die über eine
Pumpenleitung 3 mit zwei integrierten Steuerblöcken 9a, 9b verbunden
ist. Die integrierten Steuerblöcke
enthalten unter anderem Drosselventile 10a und 10b. Von
den integrierten Steuerblöcken
führen
Motorleitungen 3a, 3b, 3c, 3d zu
den Hydromotoren 2a, 2b, 2c, 2d,
von denen jeder ein Rad 8a, 8b, 8c, 8d antreibt.
Jedes der Räder
oder sein zugehöriger
Hydromotor ist mit einem Drehzahlsensor 1a, 1b, 1c, 1d versehen,
und diese Drehzahlsensoren sind an den digitalen Mobilrechner 7 angeschlossen.
Von dem digitalen Mobilrechner 7 wiederum führen elektrische Leitungen 6a, 6b, 6c, 6d zu
den integrierten Steuerblöcken 9a, 9b.
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Die Hydromotoren haben weiterhin
Anschlüsse 4a, 4b, 4c, 4d,
die sämtlich
zu einer Rückleitung 4 zusammengefasst
sind und zu der Hydropumpe 5 zurückführen. Die Hydropumpe 5 kann
jedoch nach beiden Richtungen fördern,
wodurch sich die Fahrtrichtung des Fahrzeugs umkehrt.
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Der insoweit beschriebene Fahrantrieb
arbeitet wie folgt: Wenn die Hydropumpe 5 läuft, wird Hydraulikflüssigkeit über die
Pumpenleitung 3 und die Motorleitungen 3a, 3b, 3c, 3d zu
den Hydromotoren 2a, 2b, 2c, 2d geführt und
schließlich über die Rückleitung 4 wieder
zu der Hydropumpe 5 zurückgeleitet.
Auf diese Weise treiben die Hydromotoren die Räder 8a, 8b, 8c, 8d an.
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Während
des Betriebes liefern die Drehzahlsensoren 1a, 1b, 1c, 1d dauernd
Meßwerte über die
Drehzahl der betreffenden Hydromotoren bzw. Räder an den digitalen Mobilrechner 7.
Dieser nimmt ständig
einen Vergleich der Drehzahlwerte vor. Hierzu wird aus den Drehzahlen
die Umfangsgeschwindigkeit der Räder
berechnet und daraus eine Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit ermittelt. Sobald
eine einzelne Radumfangsgeschwindigkeit, beispielsweise diejenige
des Rades 8b, eine bestimmte obere Toleranzgeschwindigkeit überschreitet,
wird das in Frage kommende Drosselventil, in diesem Fall das Drosselventil 10b,
auf einen verringerten Durchgangsquerschnitt geschaltet. Das Drosselventil 10b drosselt
dann den Volumenstrom zum Motor 2b. Dadurch wird die Überdrehzahl
des Motors 2b wieder auf den normalen Wert zurückgeführt.
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Immer dann, wenn der Hochdruck der
Hydropumpe 5 (z. B. bei Vorwärtsfahrt) in der Pumpenleitung 3 aufgebaut
wird, sind alle Motoranschlüsse 4a bis 4d mit
dem Niederdruckanschluss, d. h. der Rückleitung 4 der Hydropumpe
verbunden. In diesem Falle ist das Durchrutschen des Rades 8b mit
Sicherheit vermieden; und es können
auch keine Summendrücke
an den Motoren aufgebaut werden.
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Anders verhält es sich jedoch bei einer
Rückwärtsfahrt,
wenn nämlich
in der Rückleitung 4 Hochdruck
aufgebaut wird, die Rückleitung 4 somit
zur Pumpenleitung wird. Auch dabei wird im Falle eines Durchrutschens
wieder der Volumenstrom zum Motor 2b gedrosselt. Da in
diesem Fall jedoch der Rücklauf
des Hydromotors gedrosselt wird, baut sich in der Motorleitung 3b ein
Hochdruck auf. Solange der Hydromotor 2b weiter als Motor
betrieben wird, kann der Druck in der Motorleitung 3b einen
Wert erreichen, der knapp unterhalb des Hochdrucks in der Leitung 4b liegt.
Der maximal erreichte Summendruck liegt daher etwa in der Größe des doppelten
maximal abgesicherten Systemdrucks. Derartige Summendrücke sind
in der Regel unerwünscht,
und der Hydromotor muss bauartbedingt dafür geeignet sein.
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Bei bestimmten Betriebsbedingungen
kann es jedoch zu weitaus höheren
Summendrücken
kommen. Dies geschieht immer dann, wenn sich im obigen Beispiel
die Betriebsart des Motors umkehrt, der Hydromotor somit als Hydropumpe
arbeitet. Das geschieht z. B. dann, wenn nach einem Schlupfvorgang die
gemessene Umfangsgeschwindigkeit wieder unterhalb der Toleranzgeschwindigkeit
liegt, das zugehörige
Drosselventil jedoch weiterhin in der Drosselstellung verbleibt.
In diesem Fall versucht der entsprechende Hydromotor 2b die
Hydroflüssigkeit
in die gedrosselte Leitung 3b hineinzufördern, weil er über den
Bodenkontakt des Reifens mitgedreht wird. Die Höhe des Druckes in der Pumpenleitung 3b wird dann
nur noch durch den Reibungsbeiwert zwischen Rad und Boden am Rad 8b begrenzt.
Derartige Betriebszustände
des Hydromotors sind in hohem Maße unerwünscht.
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Eine Abhilfe erfolgt durch den erfindungsgemäßen Fahrantrieb,
dessen Kernstück
in 2 dargestellt ist.
In 2 ist mit 9a ein
integrierter Steuerblock bezeichnet, der sich auch als Anti-Schlupf-Summendruckventil
bezeichnen lässt. Fachleute
sprechen hier von einem ASC-Summendruckventil, entsprechend der
aus dem Englischen stammenden Fachbezeichnung „antislip-control". In dem integrierten
Steuerblock 9a sind 10a und 10b die schon
bekannten Drosselventile. P ist der Hochdruckanschluss für die Hydropumpe,
während
A und B die Hochdruckanschlüsse
für den
Hydromotor bezeichnen. Ersichtlich wird die Betriebsflüssigkeit
vom Hochdruckanschluss P zu den Hochdruckanschlüssen A und B geleitet. Dazwischen
befinden sich die Drosselventile 10a und 10b.
Diese werden gleichfalls mittels der Hydraulikflüssigkeit betätigt, wozu
an dem integrierten Steuerblock 9a eine gemeinsame Zuleitung 13 vorgesehen
ist. Das Symbol X 3 bezeichnet den Anschluss für den Speisedruck. Mit 15 sind
Drosselstellen in der Steuerleitung bezeichnet, die zu einer Druckverringerung
führen,
solange die Hydraulikflüssigkeit
durch die Steuerleitungen fließt.
Hierzu sind erste Rückflussleitungen 16a, 16b vorgesehen, die über elektrisch
schaltbare Ventile 14a, 14b zurück in den
Vorratstank der Hydraulikflüssigkeit
führen. Dabei
ist mit L die Rückflussstelle
in den Tank bezeichnet.
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Zweite Rückflussleitungen sind mit 17
a, 17 b bezeichnet. In diesen Rückflussleitungen
befinden sich die zusätzlichen
Stehventile 11a, 11b, die mit den Hochdruckanschlüssen A und
B verbunden sind, somit durch den an den Hydromotoren vorliegenden Druck
der Hydraulikflüssigkeit
beaufschlagt sind. Solange dieser Druck ein bestimmtes Maß nicht übersteigt,
sind die zweiten Rückflussleitungen 17a, 17b unterbrochen.
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Mit 12a, 12b sind
Rückschlagventile
bezeichnet. Diese Ventile öffnen
sich, wenn der Druck am Motoranschluss A bzw. B geringer ist als
der Druck hinter den Drosselstellen 15. Dadurch können die
Ventile 14a, 14b übersteuert werden und trotz
einer vollen Strombeaufschlagung dieser Ventile die Drosselventile 10a, 10b wieder
auf vollen Durchströmquerschnitt
geschaltet werden. Diese Schaltungsmöglichkeit erweist sich als äußerst günstig, wenn
der angeschlossene Motor am gedrosselten Motoranschluss A bzw. B
saugt, so dass Kavitation auftreten könnte.
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Anschließend wird die Wirkungsweise
des erfindungsgemäßen Fahrantriebes
anhand der 2 erläutert, wobei
jedoch lediglich auf die Einzelheiten in der linken Hälfte der
Zeichnung eingegangen wird; die Arbeitsweise in der rechten Hälfte der Zeichnung
ist identisch.
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Im Normalbetrieb fließt die die
Hydromotoren beaufschlagende Hydraulikflüssigkeit von dem Anschluss
P durch das geöffnete
Drosselventil 10a zum Anschluss A. Signalisiert der digitale
Mobilrechner 7 das Durchrutschen eines Rades, dessen Hydromotor an
dem Anschluss A angeschlossen ist, so wird das elektrisch schaltbare
Ventil 14a von dem in der Zeichnung ersichtlichen Zustand
auf den zweiten Zustand geschaltet, bei dem die erste Rückflussleitung 16a nunmehr
unterbrochen ist. Der verringerte Volumenstrom der Steuerflüssigkeit
in der Leitung 13 wird nun durch die Drosselstelle 15,
in der Regel eine Blende, nicht weiter gedrosselt, so dass er ausreicht,
um das Drosselventil entgegen der Wirkung seiner Rückstellfeder von
dem geöffneten
Querschnitt auf den gedrosselten Querschnitt umzuschalten. Das hat
zur Folge, dass der Volumenstrom der Betriebsflüssigkeit zu dem an dem Anschluss
A angeschlossenen Hydromotor verringert und das Durchrutschen verhindert
ist.
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Sobald in Folge eines der schon erwähnten Betriebszustände, also
bei Rückwärtsfahrt
oder bei geschobenem Fahrzeug, an dem betreffenden Hydromotor unerwünscht hohe
Summendrücke
auftreten, wirkt sich das an dem zusätzlichen Stellventil 11a aus.
Dieses überwindet
die Kraft der Rückstellfeder und
bewegt sich aus der in der Zeichnung dargestellten Stellung in die
zweite mögliche
Stellung, in der jetzt eine durchgehende zweite Rückflussleitung 17a von
der Drosselstelle 15 zurück in den Tank besteht. Sobald
die Steuerflüssigkeit
durch diese Leitung fließt,
tritt wieder eine merkliche Drosselung an der Drossel 15 ein;
der an dem Drosselventil 10a anliegende Stelldruck wird
geringer, und das Drosselventil 10a kehrt wieder in die
in 2 dargestellte Stellung zurück, in der
der Durchtrittsquerschnitt vollständig geöffnet ist. Die Drosselung des
Volumenstromes zu dem betreffenden Motor, der an dem Anschluss A
anliegt, ist damit aufgehoben, und es wird auch die Summendruckbedingung
für diesen
Motor wieder auf den eingestellten Wert limitiert.
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Wenn an dem Hochdruckanschluss P
der Hochdruck des Fahrantriebes anliegt, so kann prinzipiell an
den bei den Hochdruckanschlüssen
A und P angeschlossenen Motoren kein Summendruck entstehen. In diesem
Fall findet keine Beeinflussung des Steuerdrucks hinter der Drosselstelle 15 statt,
weil sowohl der Systemdruck am Hochdruckanschluss P als auch die
Federkraft den Schieber in der zum Tank abgesperrten Position blockieren.
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- 1a,
1b, 1c, 1d
- Drehzahlsensor
- 2a,
2b, 2c, 2d
- Hydromotor
- 3
- Pumpenleitungen
- 3a,
3b, 3c, 3d
- Motorleitungen
- 4
- Rückleitung
- 4a,
4b, 4c, 4d
- Anschluss
- 5
- Hydropumpe
- 6a,
6b, 6c, 6d
- elektrische
Leitungen
- 7
- digitaler
Mobilrechner
- 8a,
8b, 8c, 8d
- Räder
- 9a,
9b
- integrierter
Steuerblock
- 10a,
10b
- Drosselventil
- 11a,
11b
- zusätzliches
Stellventil
- 12a,
12b
- Rückschlagventil
- 13
- gemeinsame
Zuleitung
- 14a,
14b
- elektrisch
schaltbares Ventil
- 15
- Drosselstelle
- 16a,
16b
- erste
Rückflussleitung
- 17a,
17b
- zweite
Rückflussleitung
- A,
B
- Hochdruckanschluss
für Hydromotor
- L
- Anschluss
zum Vorratstank
- M7,
M8
- Steuerdruck-Messanschluss
- P
- Hochdruckanschluss
für Hydropumpe
- X3
- Anschluss
Speisedruck