DE112008002977T5

DE112008002977T5 - Bauteilkombination für ein hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE112008002977T5
Application number: DE112008002977T
Authority: DE
Inventors: Matthew Minneapolis Chisholm
Original assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Current assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2010-12-23
Also published as: CN101868369A; WO2009067228A1; US20090127018A1

Abstract

Hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug (100), mit
einem Motor (204), der während des Betriebs des Fahrzeugs (100) bei einer Drehzahl läuft,
einer variablen Verdrängerpumpe (202, 300), die funktionsfähig mit dem Motor (204) verbunden ist, wobei die Pumpe (300) eine drehbare Taumelscheibe (310) aufweist, die angepasst ist, bei ausgewählten Winkeln (314) zu arbeiten, wobei der Winkel (314) der Taumelscheibe (310) eine Pumpenverdrängung bestimmt, wobei die Pumpenverdrängung von einer Nullverdrängung bis zu einer maximalen Verdrängung reicht,
einem Hydraulikkreis (200), der zum Aufnehmen eines Fluidstroms aus der Pumpe (202) ausgebildet ist, wobei die Pumpe (202) zum Zirkulieren des Fluidstroms bei einer Strömungsrate durch den Hydraulikkreis (200) ausgebildet ist und der Hydraulikkreis in der Lage ist, bei oder unterhalb einer maximalen Hydraulikkreis-Strömungsrate zu arbeiten,
wobei die Pumpe (202) in der Lage ist, die maximale Hydraulikkreis-Strömungsrate an Fluid in den Hydraulikkreis (200) zu pumpen, während der Motor (204) bei der Drehzahl arbeitet und...

Description

Technisches Gebiet
Diese Patentoffenbarung bezieht sich allgemein auf hydrostatisch angetriebene Fahrzeuge und genauer auf eine Kombination von Bauteilen, die bemessen sind, dass sie eine betriebliche Wirtschaftlichkeit schaffen.
Hintergrund
Hydrostatisch angetriebene Fahrzeuge weisen typischerweise eine Hydraulikpumpe auf, die durch einen Antrieb oder Motor angetrieben wird. Die Hydraulikpumpe fördert einen Fluidstrom zu einem oder mehreren Aktoren, typischerweise Hydraulikmotoren, die mit Rädern oder anderen Antriebsmerkmalen des Fahrzeugs verbunden sind. Der Fluidstrom aus der Pumpe durchläuft jeden Aktor, was bewirkt, dass sich das Fahrzeug bei einer Fahrgeschwindigkeit bewegt. Eine Bedienperson, die ein Eingabegerät, wie beispielsweise einen Hebel, ein Pedal oder jede andere geeignete Einrichtung, einstellt, steuert die Bewegung des Fahrzeugs. Wenn die Bedienperson das Eingabegerät verstellt, wird durch einen Verstellsensor, der mit dem Eingabegerät verbunden ist, oder alternativ durch Verstellen einer mechanischen Verbindung ein Signal erzeugt. Das Signal wird an eine zu dem Fahrzeug gehörende Steuerung weitergeleitet, wo es interpretiert wird und ein geeigneter Befehl an einen zu der Hydraulikpumpe gehörenden Aktor ausgegeben wird, wobei der Aktor angeordnet ist, dass er einen Steuerarm der Pumpe bewegt, der arbeitet, dass er die Verdrängung der Pumpe ändert. Alternativ kann das Eingabegerät mechanisch mit der Pumpe verbunden sein, wie beispielsweise durch ein Kabel, das bewirkt, dass sich der Steuerarm der Pumpe als Antwort auf das Verstellen des Eingabegeräts bewegt.
Ein Verstellen des Steuerarms der Pumpe bewirkt durch Ändern des Betriebswinkels einer Taumelscheibe in der Pumpe eine Änderung der Pumpenverdrängung und entsprechend eine Änderung des Drucks und der Strömungsrate des Fluids, das durch die Pumpe gefördert wird. Ein Anpassen der Strömungsrate des Fluids passt auch die Drehzahl der Hydraulikmotoren an, die die Räder des Fahrzeugs antreiben, und daher die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Zusätzliche Systeme können zum Steuern der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zur Verfügung stehen, beispielsweise Bremssysteme oder Getriebe, die zum Verzögern des Fahrzeugs verwendet werden, wenn dies die Bedienperson wünscht.
Obwohl diese Arten der Steuerung insgesamt wirksam beim Steuern des Fahrzeugs sind, arbeiten solche hydrostatisch angetriebenen Fahrzeuge insgesamt meistens nicht effektiv hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs. Der Motor eines typischen Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Erdverdichters, ist für einen Dauerbetrieb bei ungefähr 2.300 Umdrehungen pro Minute (UPM) angeordnet. Wenn das Fahrzeug bei voller Leistung arbeitet, ist die Pumpe auf ihre höchste Einstellung eingestellt und Leistungsschwächen der Pumpe bewirken eine Zunahme des Kraftstoffverbrauchs. Entsprechend ist es wünschenswert, eine Anordnung zu schaffen, die einen oder mehrere dieser Nachteile überwindet oder verkleinert.
Zusammenfassung
Ein hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug weist einen Motor auf, der bei einer ersten Geschwindigkeit arbeitet und betriebsmäßig mit einer variablen Verdrängerpumpe verbunden ist. Die Pumpe weist eine drehbare Taumelscheibe auf, die angepasst ist, bei ausgewählten Winkeln zu arbeiten, die eine Pumpenverdrängung bestimmen. Die Pumpenverdrängung reicht von null bis zu einer maximalen Verdrängung. Ein Hydraulikkreis ist angepasst, dass er einen Fluidstrom aus der Pumpe aufnimmt, wobei der Fluidstrom bei einer Strömungsrate durch den Hydraulikkreis zirkuliert. Der Hydraulikkreis ist in der Lage, bei oder unterhalb einer maximalen Hydraulikkreis-Strömungsrate zu arbeiten. Die Pumpe ist in der Lage, die maximale Hydraulikkreis-Strömungsrate an Fluid in den Hydraulikkreis zu pumpen, wenn der Motor bei der ersten Geschwindigkeit arbeitet und wenn die Taumelscheibe in einem Betriebswinkel angeordnet ist, der einer Betriebsverdrängung entspricht, die geringer als die maximale Verdrängung ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Skizzenansicht eines Erdverdichters als ein Beispiel für ein hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug entsprechend der Offenbarung.
2 ist eine schematische Zeichnung eines Hydrauliksystems entsprechend der Offenbarung.
3 ist ein schematischer Querschnitt einer vereinfachten variablen Verdrängerpumpe.
4 ist ein Diagramm, das qualitativ die Strömungsrate gegenüber dem Auslassdruck einer variablen Verdrängerpumpe aufträgt.
5 ist ein Vergleich zweier Kurven, von denen jede einer variablen Verdrängerpumpe entspricht, entsprechend der Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung
Diese Offenbarung bezieht sich auf hydrostatisch betätigte Maschinen. Die Beispiele, die zur Erläuterung gegeben werden, beziehen sich auf ein hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug und genauer auf eine Kombination von Bauteilen des Fahrzeugs, die eine verringerte Motorbetriebsgeschwindigkeit zum Optimieren der meisten Betriebszustände ergeben. Die vorliegende Offenbarung ist bei jeder Art von Maschine mit einem zu dieser gehörenden Hydrauliksystem anwendbar. In dem angegebenen beispielhaften Fahrzeug kann der Motor bei einer geringen Motordrehzahl und Drehmomentausgabe arbeiten, wenn der Bedarf des Fahrzeugs geringer als ein maximaler Bedarf ist und der Fluidstrom bei einer maximalen Strömung ist. Entsprechend der Offenbarung wird diese Reduzierung der Motordrehzahl durch Verwendung einer Pumpe erreicht, die eine größere maximale Verdrängung als Pumpen hat, die in der Vergangenheit verwendet wurden, obwohl die Pumpe so bemessen sein kann, dass sie niemals bei einer maximalen Verdrängungseinstellung arbeitet, da das Hydrauliksystem des Fahrzeugs nicht in der Lage ist, eine solche Strömung aufzunehmen. Auf diese Weise kann der Betrieb des Fahrzeugs und entsprechend jeder anderen hydraulisch betätigten Maschine optimiert werden.
1 zeigt eine Skizzenansicht eines Fahrzeugs 100 als ein Beispiel für ein hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug. Obwohl ein Erdverdichter in 1 dargestellt ist, kann sich der Ausdruck „Fahrzeug” auf jede hydrostatische Maschine beziehen, die irgendeine Art von Betrieb durchführt, der zu einer Industrie, wie beispielsweise Bergbau, Straßenbau, Bau, Landwirtschaft, Transport, oder jeder anderen im Stand der Technik bekannten Industrie gehört. Beispielsweise kann das Fahrzeug 100 eine erdbewegende Maschine sein, wie beispielsweise ein Rad- oder Kettenlader, ein Bagger, ein Muldenkipper, ein Löffelbagger, ein Straßenplanierer, ein Materialförderer oder dergleichen.
Das Fahrzeug 100 weist einen Motorrahmenbereich 102 und einen Nicht-Motorrahmenbereich 104 auf. Ein Knickgelenk 106, das ein Schanier 108 aufweist, das dem Fahrzeug 100 erlaubt, während des Betriebs zu lenken, verbindet die zwei Bereiche des Rahmens 102 und 104. Der Motorbereich 102 des Rahmens weist einen Motor 110 und ein Satz Räder 112 auf (lediglich ein Rad ist sichtbar). Der Motor 110 kann ein Verbrennungsmotor sein, beispielsweise ein Verdrängungsmotor, aber allgemein kann der Motor 110 jede Art von Antriebsmotor sein, der Leistung an verschiedene Systeme des Fahrzeugs durch Kraftstoffverbrauch abgibt.
Bei dem hierin angegebenen beispielhaften Fahrzeug 100 nimmt der Nicht-Motorrahmen 104 eine Trommel 114 auf, die sich um ihre Mittellinie dreht, wenn das Fahrzeug 100 in Bewegung ist. Eine Bedienperson, die eine Kabine 116 einnimmt, bedient typischerweise das Fahrzeug 100. Die Kabine 116 kann einen Sitz 118, einen Lenkmechanismus 120, ein Geschwindigkeitspedal oder einen Steuerhebel 122 und eine Konsole 124 aufweisen. Eine Bedienperson, die die Kabine 116 einnimmt, kann die verschiedenen Funktionen und die Bewegung des Fahrzeugs 100 steuern, beispielsweise durch Verwenden des Lenkmechanismus 120, um eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 festzulegen, oder durch Verwenden des Steuerhebels 122, um die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs festzulegen. Wie erkannt werden kann, sind die hierin angegebenen Darstellungen der verschiedenen Steuermechanismen allgemein und sollen alle möglichen Mechanismen und Einrichtungen, die zum Weiterleiten eines Befehls der Bedienperson an ein Fahrzeug verwendet werden, umfassen.
Ein vereinfachtes Kreislaufdiagramm eines Hydrauliksystems 100 einschließlich elektrischer Steuerungen ist in 2 gezeigt. Das System 200, das zu Darstellungszwecken vereinfacht gezeigt ist, weist einen Bereich des Antriebskreises zum Antreiben der Trommel 114 des Fahrzeugs 100 auf. Wie erkannt werden kann, sind Hydraulikbauteile und Verbindungen mit dem Antrieb der Räder 112 oder Vibratoren (nicht gezeigt) in der Trommel 114 der Einfachheit halber nicht gezeigt. Ähnliche Hydraulikbauteile und Verbindungen können in abwechselnd hydrostatisch angetriebenen Fahrzeugen zum Ausführen von Arbeiten, wie beispielsweise lediglich beispielhaft Anheben und/oder Kippen von angebrachten Arbeitsgeräten, vorgesehen sein.
Der Hydraulikkreis 200 weist eine variable Verdrängerpumpe 202 auf, die mit einem Antriebsmotor, in diesem Fall mit dem Motor 204 des Fahrzeugs, verbunden ist. Die Pumpe 202 weist eine Einlassrohrleitung 206 auf, die mit einem entgasten Speicher oder Ablauf 208 verbunden ist. Wenn der Motor 204 (wie beispielsweise der Motor 110) arbeitet, saugt die Pumpe 202 einen Fluidstrom aus dem Speicher 208, den sie mit Druck beaufschlagt, bevor sie ihn über eine Zufuhrleitung oder -rohrleitung 212 an ein 4-Anschlüsse-2-Wege-(4-2)-Ventil 210 abgibt. Ein Ablaufanschluss des Ventil 210 ist über einen Ablaufdurchlass 213, der zu dem Speicher 208 ablaufen lässt, verbunden. Ein Steuerhebel 214 ist mit einer Taumelscheibe (nicht gezeigt) im Inneren der Pumpe 202 verbunden und angeordnet, um den Winkel der Taumelscheibe als Antwort auf die Bewegung des Steuerhebels 214 zu ändern. Eine Bewegung des Steuerhebels 214 wird durch einen mit dem Steuerhebel 214 verbundenen Aktor 216 erreicht. Das Verstellen oder der Winkel des Steuerhebels 214, der dem Winkel der Taumelscheibe der Pumpe 202 entspricht, kann mit einem Sensor 218 erfasst oder gemessen werden. Der Sensor 218 kann beispielsweise ein Analog- oder Digitalsensor sein, der den Winkel (oder entsprechend das Verstellen) des Steuerhebels 218 und daher die Position der Taumelscheibe in der Pumpe 202 misst.
Im Betrieb funktioniert die Pumpe 202, dass sie einen Fluidstrom durch die Zufuhrleitung 212 fördert, wenn der Motor 204 arbeitet. In Abhängigkeit von der Position des 4-2-Ventils 210 wird der Fluidstrom aus der Zufuhrleitung 212 in eine von zwei Rohrleitungen, eine erste Rohrleitung 220 und eine zweite Rohrleitung 222, die jeweils mit einer Seite eines Hydraulikmotors 224 verbunden sind, geleitet. Die Position des 4-2-Veils 210 wird durch einen Ventilaktor 226 gesteuert, der angeordnet ist, dass er das 4-2-Ventil 210 zwischen zwei Positionen hin- und herbewegt, die bewirken, dass sich der Motor 224 in die gewünschte Richtung bewegt. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das 4-2-Ventil durch eine variable 2-Wege-Verdrängerpumpe (nicht gezeigt) ersetzt sein, die in der Lage ist, Fluid in beiden Richtungen zu dem Motor 224 zu leiten.
Der Motor ist mit einem Rad oder einer Trommel 227 des Fahrzeugs (wie beispielsweise dem Rad 112 oder der Trommel 114) verbunden und angeordnet, das Rad oder die Trommel 227 zu drehen, wenn das Fahrzeug fährt. Eine Bremse 228, die schematisch gezeigt ist, ist angeordnet, dass sie die Bewegung der Trommel 227 anhält oder drosselt, wenn sie durch einen Aktor 230 betätigt wird. Der bei dieser Ausführungsform gezeigte Bremsaktor 230 ist ein Elektroaktor und betätigt die Bremse 228, dass sie eine Reibung zum Anhalten der Bewegung der Trommel 227 bewirkt, aber andere Konfigurationen können verwendet werden. Beispielsweise kann ein Zapfen in eine Öffnung einer drehbaren Scheibe, die mit der Trommel 227 verbunden ist, derart eingesetzt werden, dass eine Bewegung der Scheibe und der Trommel 227 bezüglich des Zapfens gedrosselt wird, usw. Ferner ist die Bremse 228 zur Darstellung außerhalb der Trommel 227 gezeigt, aber gebräuchlichere Gestalten, wie beispielsweise diejenigen, die die Bremse 228 in der Trommel 227 geschützt aufweisen, können verwendet werden.
Eine elektronische Steuerung 232 ist mit dem Fahrzeug verbunden und angeordnet, Informationen von verschiedenen Sensoren an dem Fahrzeug zu empfangen, die Information zu verarbeiten und Befehle an verschiedene Aktoren in dem System während des Betriebs auszugeben. Verbindungen, die der vorliegenden Beschreibung entsprechen, sind gezeigt, aber, wie erkannt werden kann, kann eine große Anzahl von anderen Verbindungen relativ zu der Steuerung 232 vorhanden sein. Bei dieser Ausführungsform ist die Steuerung 232 über eine Steuersignalleitung 236 mit einem Eingabegerät 234 (wie beispielsweise dem Steuerhebel 122) verbunden. Das Eingabegerät 234, das schematisch gezeigt ist, kann beispielsweise ein durch die Bedienperson des Fahrzeugs beweglicher Hebel sein, der zum Festlegen einer gewünschten Geschwindigkeitseinstellung des Fahrzeugs verwendet wird. Die Position des Eingabegeräts 234 kann in ein Befehlssignal durch einen Sensor 238, der zu dem Eingabegerät 234 gehört, umgewandelt werden. Das Steuersignal, das an die Steuerung 232 weitergeleitet wird, kann in einer Berechnung zusammen mit anderen Parametern, wie beispielsweise der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 204, der Temperatur des Fluids in dem Speicher 208, usw., verwendet werden, um einen gewünschten Winkel der Taumelscheibe zu ergeben, der bewirkt, dass sich das Fahrzeug bei der gewünschten Geschwindigkeit bewegt.
Wenn die Bedienperson eine Bewegung des Fahrzeugs durch Verstellen des Steuergeräts 234 vorgibt, wird über die Befehlseingabeleitung 236 ein Befehlssignal an die Steuerung 232 weitergeleitet. Dieses Signal, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird, bewirkt, dass der Pumpenaktor 216 den Steuerhebel 214 um ein geeignetes Maß zum Erreichen eines gewünschten Winkels bewegt. Der gewünschte Winkel des Steuerhebels 214, der sich in eine gewünschte Einstellung für die Taumelscheibe der Pumpe 202 wandelt, bewirkt eine geeignete Strömung an Bewegungsfluid durch den Hydraulikmotor 224, die zu einer Drehung der Trommel 227 führt, die die gewünschte Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs erreicht.
Die verschiedenen Fluidrohrleitungen und Aktoren, beispielsweise der Hydraulikmotor 224, die zu dem Hydrauliksystem 200 gehören, sind relativ zu einer maximalen Strömungsrate an Fluid durch das System 200 bemessen. Beispielsweise kann eine Berechnung der maximalen Strömung des Systems 200 durch einen Gestalter verschiedene Parameter, wie beispielsweise das Gewicht des Fahrzeugs, die maximale Fahrgeschwindigkeit, jedwelche Steigungen, die das Fahrzeug während des Betriebs überqueren können soll, usw., berücksichtigen.
Ein Querschnitt einer typischen Anordnung für eine variable Verdrängerpumpe 300 (wie beispielsweise die Pumpe 202) ist in 3 gezeigt. Die variable Verdrängerpumpe 300 weist ein Gehäuse 302 auf, das eine Mehrzahl von zylindrischen Bohrungen 304 bildet, die parallel zueinander radial in dem Gehäuse 302 angeordnet sind. Jede Bohrung 302 nimmt einen Kolben 306 abdichtbar und hin- und herbewegbar auf. Jeder Kolben 306, der vereinfacht gezeigt ist, bildet eine Betätigungsverbindung 308, die sich von dem Kolben 306 erstreckt und eine gewinkelte Drehplatte oder Taumelscheibe 310 enthält. Die Taumelscheibe 310 ist mit einer Drehwelle 312 verbunden und in der Lage, in einem Winkel 314 bezüglich der Drehwelle 312 zu drehen. Der Winkel 314 kann derart eingestellt werden, dass der Hub eines jeden Kolbens 306 geändert werden kann, womit die Verdrängung der variablen Verdrängerpumpe 300 geändert wird. Bei einer typischen Anordnung dreht sich die Welle 312 unter Betrieb einer Drehmaschine, wie beispielsweise des Motors oder Getriebes eines Fahrzeugs. Die Bewegung der Kolben 306, die durch die Drehung der Taumelscheibe 310 bewirkt wird, wirkt, dass ein Fluid in einer Mehrzahl von Kompressionsvolumina 316, die zwischen jeder entsprechenden Bohrung 304 und dem Kolben 306 definiert sind, komprimiert wird. Das Volumen jedes Kompressionsvolumens hängt von dem Winkel 314 der Taumelscheibe 310 ab.
Ein qualitatives Wirkungsgraddiagramm einer beispielhaften variablen Verdrängerpumpe ist in 4 gezeigt. Das Diagramm der 4 ist eine grafische Darstellung von Parametern, die gegen eine vertikale Achse 402, die eine Strömungsrate von Fluid, das in einer variablen Verdrängerpumpe komprimiert wird, darstellt, und eine horizontale Achse 404, die ein Auslassdruck der Pumpe darstellt, aufgetragen sind. Das Diagramm stellt die Beziehung zwischen der Auslassströmung gegenüber dem Druck der Pumpe, sowie die entsprechenden Pumpenwirkungsgrade der Pumpe für verschiedene Winkel oder Einstellungen der Taumelscheibe dar, die unter einer Dauerdrehzahl einer Eingangswelle der Pumpe von beispielsweise 2.300 UPM getestet wurden.
Eine Reihe von Strömungskurven 406 stellt die negative Korrelation zwischen einer Strömungsrate der Pumpe und dem Auslassdruck dar. Die Krümmung jeder Strömungskurve 406 kann sich in Abhängigkeit von der Winkeleinstellung der Pumpe ändern. Beispielsweise weist eine Strömungskurve 408, die einer kleinen Winkeleinstellung der Pumpe entspricht, eine konkave Krümmung auf, was angibt, dass Strömungsraten schneller abnehmen, wenn der Druck von einem Niederdruckzustand zunimmt, als sie bei höheren Druckzuständen abnehmen. Umgekehrt weist eine Strömungskurve 410, die einer hohen oder steilen Winkeleinstellung der Pumpe entspricht, eine konvexe Krümmung auf, was angibt, dass die Strömungsrate schneller abnehmen kann, wenn der Druck von höheren Druckzuständen zunimmt, als sie es bei einem niedrigeren Druck tut. Die Form jeder Strömungskurve 406, die einer Winkeleinstellung der Pumpe entspricht, gibt den Wirkungsgrad der Pumpe an, wobei höhere Wirkungsgrade bei Winkeln gezeigt werden, die Strömungskurven 406 mit konkaven Formen entsprechen. Man kann vermuten, dass eine Strömungskurve 411, die einem Zwischenwinkel entspricht, eine insgesamt gerade Form an dem Übergang zwischen den konkav und den konvex geformten Strömungskurven 406 haben wird.
Der Wirkungsgrad der Pumpe, der als ein Verhältnis zwischen der hydraulischen Energie an dem Pumpenauslass und der mechanischen Energie an der Antriebswelle bei Normdruck, Winkelgeschwindigkeit und Fluidviskosität bestimmt werden kann, ist in dem Diagramm durch eine Mehrzahl von Wirkungsgradkurven 412 dargestellt, von denen jede einer entsprechenden Winkeleinstellung der Pumpe entspricht. Jede Wirkungsgradkurve 412 weist einen Wendepunkt auf, der eine optimale Pumpenleistung für jede Winkeleinstellung angibt. Es kann erkannt werden, dass der relative Abfall des Wirkungsgrads, wenn beispielsweise der Druck von der optimalen Leistung abweicht, zunehmen wird, wenn die Winkeleinstellungen der Pumpe zunehmen. Es wird auch erkannt werden, dass geringe oder abnehmende Wirkungsgrade der Pumpe während des Betriebs eine Energieverschwendung und eine Zunahme an Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs bewirken werden.
Aus diesem und anderen Gründen können die Probleme eines erhöhten Kraftstoffverbrauchs in vorteilhafterweise durch Einbauen einer größeren Pumpe in ein Fahrzeug vermieden werden, in dem normalerweise eine kleinere Pumpe eingebaut worden wäre. Durch Vergrößern der Größe der Pumpe selbst auf ein Maß, dass die Pumpe niemals bei ihrer maximalen Winkeleinstellung verwendet werden würde, kann man in vorteilhafterweise die größere Pumpe bei einem höheren Wirkungsgrad und bei einer niedrigeren Wellendrehzahl betreiben, wodurch der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs gesenkt wird, während sie immer noch bei einem hohen Wirkungsgrad arbeitet.
Zwei qualitative Diagramme, die die Strömungs- und Druckeigenschaften von zwei beispielhaften Pumpen angeben, sind zum Vergleich in 5 gezeigt. Die erste Kurve 500 weist Strömungskurven 502 und Wirkungsgradkurven 504 auf, die für Daten aufgetragen sind, die die Leistung einer ersten Pumpe 506, einer kleinen Rahmenpumpe, angeben, während die zweite Kurve 501, die unterhalb der ersten Kurve 500 gezeigt ist, Strömungskurven 503 und Wirkungsgradkurven 505 aufweist, die für Daten aufgetragen sind, die durch eine zweite Pumpe 507, eine größere Rahmenpumpe, erzeugt wurden. Die erste Pumpe 506 kann bei einer Dauerwellendrehzahl von 2.300 UPM arbeiten und die zweite Pumpe 507 kann bei einer Dauerdrehzahl von 1.600 UPM arbeiten. Die in der ersten und der zweiten Kurve 500 und 501 gezeigten Daten sind qualitativ und stellen keine tatsächlichen Daten dar. Zwei Betriebspunkte wurden zu Darstellungszwecken der Betriebszustände jeder Pumpe unter der Annahme ausgewählt, dass sie jeweils in den gleichen oder ähnlichen Hydrauliksystemen verwendet wurden.
In beiden Diagrammen entspricht ein erster Betriebspunkt, O1, einem Druck, P1, an dem Auslass jeder Pumpe und einer Strömungsrate, F1. In ähnlicher Weise entspricht ein zweiter Betriebspunkt, O2, einem Druck, P2, an dem Auslass jeder Pumpe und einer Strömungsrate, F2. Die gepunkteten Linien werden zum Identifizieren jedes Betriebspunktes auf beiden Kurven 500 und 501 verwendet.
Hinsichtlich der ersten Pumpe 506 kann der Betriebspunkt O1 durch Einstellen der ersten Pumpe 506 auf eine zweite Winkeleinstellung, A2, erhalten werden. Der Betriebspunkt O2 kann durch Einstellen der Pumpe auf eine maximale Winkeleinstellung Amax, die eine maximale Verdrängungseinstellung der Pumpe 506 darstellt, jedoch nur angenähert, aber nicht erreicht werden. Ein Betrieb der ersten Pumpe 506 bei der maximalen Winkeleinstellung Amax tritt bei einem sehr niedrigen Wirkungsgrad, E1, auf. Basierend auf der obigen Beschreibung ergibt die Kombination der hohen Winkeleinstellung Amax zusammen mit dem Betrieb bei dem hohen Druck P2 den sehr niedrigen Pumpenwirkungsgrad E1, da die erste Pumpe 506 bei einer hohen Winkeleinstellung und einem hohen Druck arbeitet. Dieser Zustand kann leicht in der ersten Kurve 500 erkannt werden, wo der niedrige Wirkungsgrad E1 unterhalb des maximalen Wirkungsgrads Emax für die entsprechende Winkeleinstellung Amax liegt.
Hinsichtlich der zweiten Pumpe 507 kann der Betriebspunkt O1 durch Einstellen der zweiten Pumpe 507 auf eine erste Winkeleinstellung, A1, erreicht werden, die relativ geringer als die zweite Winkeleinstellung A2 ist, die an der ersten Pumpe 506 verwendet wird. Im Gegensatz zu der ersten Pumpe kann die zweite Pumpe 507 leicht den zweiten Betriebspunkt A2 durch Einstellen der zweiten Pumpe 507 auf eine dritte Winkeleinstellung, A3, erhalten, die bei dieser Pumpe ebenfalls in vorteilhafterweise geringer als die maximale Einstellung ist. Ein Betrieb der zweiten Pumpe 507 bei der ersten oder der zweiten Winkeleinstellung A1 und A3 kann bei relativ hohen Wirkungsgraden und bei einer niedrigeren Wellendrehzahl auftreten. Falls der zweite Betriebspunkt O2 als repräsentativ für die maximale Strömungsrate angenommen wird, die ein Hydrauliksystem aufnehmen kann, wird erkannt werden, dass die zweite Pumpe 507 in der Lage ist, die maximale Strömungsrate an Fluid in den Hydraulikkreis zu pumpen, während sie bei 1.600 UPM arbeitet und während die Taumelscheibe in einem Betriebswinkel angeordnet ist, der einer Betriebsverdrängung entspricht, die geringer als die maximale Verdrängung ist. Beim Vergleichen der Verdrängung der zweiten Pumpe 507 mit derjenigen der ersten Pumpe 506 während beide Pumpen an dem Betriebspunkt O2 bei ihren entsprechenden Drehzahlen arbeiten, kann ferner erkannt werden, dass die Verdrängung der zweiten Pumpe 507 an dem zweiten Betriebspunkt O2 weniger als 70% der maximalen Verdrängung beträgt.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Offenbarung ist bei hydrostatisch angetriebenen Fahrzeugen mit einem Antrieb oder Motor, der eine variable Verdrängerpumpe antreibt, anwendbar. Typische Fahrzeuge verwenden einen Zustand maximaler Verdrängung der Pumpe, um die Pumpe derart zu bemessen, dass die maximale Strömungsrate in das Hydrauliksystem des Fahrzeugs gedrückt werden kann, wenn der Motor bei seinen maximalen verwendbaren UPM arbeitet. Wie oben beschrieben ist, kann diese Art der Anpassung für eine spezifische Pumpengröße an einen Motor oft zu einem Betrieb des Fahrzeugs führen, der sowohl aufgrund des Betriebs des Motors bei hohen Drehzahlen kraftstoffverschwenderisch als auch schädlich für den Wirkungsgrad des Systems ist. Die vorliegende Offenbarung beschreibt bei einem Aspekt die Verwendung einer größeren Pumpe zusammen mit dem Motor, die, selbst falls die volle Verdrängung der Pumpe niemals verwendet wird, dem System erlaubt, bei einem hohen Wirkungsgradszustand zu arbeiten. Außerdem arbeitet der Motor während der meisten Betriebszustände bei einer geringeren UPM. Die Vorteile dieser Konfiguration können leicht erkannt werden, da der Kraftstoffverbrauch und Lärm während des Betriebs reduziert werden, und der Wirkungsgrad des Systems erhöht wird.
Es wird erkannt werden, dass die vorstehende Beschreibung Beispiele des offenbarten System und der Technik vorsieht. Jedoch ist zu berücksichtigen, dass andere Implementierungen der Offenbarung sich im Detail von dem vorstehenden Beispiel unterscheiden können. Alle Bezugnahmen auf die Offenbarungen oder Beispiele derselben sollen Bezugnahmen des besonderen Beispiels, das an dieser Stelle erörtert wird, seien und sollen nicht irgendeine Einschränkung hinsichtlich des Schutzumfangs der allgemeineren Offenbarung bedeuten. Jegliche Sprache der Unterscheidung und Schmälerung bezüglich bestimmter Merkmale soll einen Mangel an Vorzügen für diese Merkmale angeben, aber nicht solche vom Schutzumfang der gesamten Offenbarung ausschließen, außer es ist anderweitig angegeben.
Entsprechend umfasst diese Offenbarung alle Modifikationen und Äquivalente des Gegenstands, der in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist, wie es durch das anwendbare Recht erlaubt ist. Außerdem ist jede Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen derselben durch die Offenbarung umfasst, solange es nicht anderweitig hierin angegeben ist oder ansonsten durch den Kontext widersprochen sein würde.
Zusammenfassung
BAUTEILKOMBINATION FÜR EIN HYDROSTATISCH ANGETRIEBENES FAHRZEUG
Ein hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug weist einen Motor auf, der bei einer ersten Geschwindigkeit läuft und betriebsmäßig mit einer variablen Verdrängerpumpe in Fluidverbindung mit einem Hydraulikkreis verbunden ist. Die Pumpe weist eine drehbare Taumelscheibe auf, die angepasst ist, bei ausgewählten Winkeln zu arbeiten, die die Pumpenverdrängung bestimmen, die von einer Null-Verdrängung bis zu einer maximalen Verdrängung reicht. Die Pumpe ist in der Lage, eine Pumpenströmungsrate bei der ersten Geschwindigkeit zu fördern, wenn die Pumpentaumelschreibe für die maximale Verdrängung eingestellt ist, bei der die Pumpenströmungsrate größer als die maximale Strömungsrate ist, die durch den Hydraulikkreis aufgenommen werden kann.

Claims

Hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug (100), mit einem Motor (204), der während des Betriebs des Fahrzeugs (100) bei einer Drehzahl läuft, einer variablen Verdrängerpumpe (202, 300), die funktionsfähig mit dem Motor (204) verbunden ist, wobei die Pumpe (300) eine drehbare Taumelscheibe (310) aufweist, die angepasst ist, bei ausgewählten Winkeln (314) zu arbeiten, wobei der Winkel (314) der Taumelscheibe (310) eine Pumpenverdrängung bestimmt, wobei die Pumpenverdrängung von einer Nullverdrängung bis zu einer maximalen Verdrängung reicht, einem Hydraulikkreis (200), der zum Aufnehmen eines Fluidstroms aus der Pumpe (202) ausgebildet ist, wobei die Pumpe (202) zum Zirkulieren des Fluidstroms bei einer Strömungsrate durch den Hydraulikkreis (200) ausgebildet ist und der Hydraulikkreis in der Lage ist, bei oder unterhalb einer maximalen Hydraulikkreis-Strömungsrate zu arbeiten, wobei die Pumpe (202) in der Lage ist, die maximale Hydraulikkreis-Strömungsrate an Fluid in den Hydraulikkreis (200) zu pumpen, während der Motor (204) bei der Drehzahl arbeitet und während die Taumelscheibe (310) in einem Betriebswinkel (314) angeordnet ist, der einer Betriebsverdrängung entspricht, die geringer als die maximale Verdrängung ist.
Hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug (100) nach Anspruch 1, bei dem die Drehzahl 1.600 Umdrehungen pro Minute beträgt.
Hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Betriebswinkel (314) einer Betriebsverdrängung entspricht, die weniger als 70% der maximalen Verdrängung beträgt.
Hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Pumpe (202) in der Lage ist, eine Pumpenströmungsrate bei der Drehzahl zu fördern, wenn die Pumpentaumelscheibe (310) für die maximale Verdrängung eingestellt ist, wobei die Pumpenströmungsrate bei der Drehzahl größer als die maximale Hydraulikkreis-Strömungsrate ist, wenn die Pumpentaumelscheibe (310) für die maximale Verdrängung eingestellt ist.
Hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug (100) nach den Ansprüchen 1 bis 4, mit ferner einem Hydraulikmotor (224), der zum Aufnehmen wenigstens eines Teils des in dem Hydraulikkreis (200) zirkulierenden Fluidstroms angepasst ist.
Hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug (100) nach Anspruch 5, bei dem der Hydraulikmotor (224) in der Lage ist, bei oder unterhalb der maximalen Hydraulikkreis-Strömungsrate zu arbeiten.
Hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug (100) nach Anspruch 6, bei dem der Hydraulikmotor funktionsfähig mit einem Rad (112) verbunden ist.
Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems (200), umfassend: Betreiben einer variablen Verdrängerpumpe (202) zum Komprimieren eines Hydraulikfluidstroms, Zirkulieren des Hydraulikfluidstroms durch einen Hydraulikkreis mit einer maximalen Strömungskapazität, Steuern einer Strömungsrate des Hydraulikfluids durch Ändern einer Verdrängungseinstellung (214) der Pumpe (202), wobei die Verdrängungseinstellung der Pumpe zwischen einer Null-Verdrängungseinstellung und einer maximalen Verdrängungseinstellung steuerbar ist, wobei die Pumpe (202) in der Lage ist, ein Fluid bei der maximalen Strömungskapazität des Hydraulikkreiss bei einer Zwischenverdrängungseinstellung zu pumpen, die höher als die Null-Verdrängungseinstellung und niedriger als die maximale Verdrängungseinstellung ist.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit Vorwärtsfahren eines Fahrzeugs (100) durch Drehen eines Rads (112), das mit dem Hydraulikmotor (224) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit Betätigen einer Vibratoranordnung, die mit dem Hydraulikmotor (224) verbunden ist.