DE19505691C2 - Hydrostatisches Getriebe mit einem hubvolumenverstellbaren Hydromotor - Google Patents

Description

Derartige hydrostatische Getriebe werden in vielen Gebieten der Technik eingesetzt. Hydrostatische Getriebe bestehen im wesentlichen aus den Elementen Hydropumpe und Hydromotor sowie verschiedenen Hilfseinrichtun­ gen. Dabei kann sowohl ein offener als auch ein geschlossener Kreislauf realisiert werden. In im Stand der Technik bekannter Weise wird dabei über eine Antriebswelle Energie in die Hydropumpe eingeleitet, welche diese in hydraulische Energie wandelt und in den hydraulischen Kreislauf einspeist. Der hydraulische Energiestrom wird von dem mit der Hydropumpe ver­ bundenen Hydromotor wiederum in an einer Abtriebswelle abgreifbare mechanische Energie zurückgewandelt.

Hydrostatische Getriebe werden vorteilhafterweise dort eingesetzt, wo das Übersetzungsverhältnis des Getriebes im Betrieb stufenlos variiert werden muß. Dies ist vor allen Dingen bei großer Anforderung unter anderem an Hilfs-, Lade-, Hebe- und Schaufelenergie erforderlich.

Das stufenlose Variieren des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes kann mittels einer Hydropumpe mit verstellbarem Hubvolumen realisiert werden. Darüber hinaus kann der Hydromotor zusätzlich oder grundsätzlich auch alternativ so aufgebaut sein, daß sein Hubvolumen ebenfalls verstellbar ist.

Derartige Aggregate sind im Stand der Technik bekannt und sind Gegenstand ständiger Forschung und Entwicklung im Hinblick auf eine verbesserte Steuer- und Regelbarkeit bei gleichzeitig reduzierten Herstellungs- und Betriebskosten. Schwerpunkt der bisherigen Entwicklung war insbesondere auch die Regelung bzw. Steuerung des Hubvolumens des Hydromotors. Eine Veränderung des Hubvolumens wurde z. B. dann eingesetzt bzw. realisiert, wenn der verstellbare Hydromotor Bestandteil von mit hydro­ statischen Getrieben angetriebenen Fahrzeugen war. Bei diesen Hydromoto­ ren ist es erforderlich, deren Drehzahl auf geeignete Weise zu messen und einer entsprechenden Steuereinheit zuzuführen. In dieser Steuereinheit wird das Drehzahlsignal des Hydromotors entsprechend verarbeitet. Die Steuer­ einheit steuert dann das Hubvolumen des hydrostatischen Getriebes so, daß das abgegebene Drehmoment des Hydromotors das angetriebene Rad nicht zum Schlupfen auf der Fahrbahn bringt.

Bei den heute angewendeten hydrostatischen Getrieben werden bei den aufge­ führten Anwendungsfällen einschließlich dem Anti-Schlupf-System, in denen eine stufenlose Verstellung des Hubvolumens realisiert ist, sogenannte Pro­ portionalverstellungen eingesetzt. Bei Proportionalverstellungen des Hubvolu­ mens wird dieses abhängig von einem Steuersignal stetig verändert, d. h. für jeden Wert des Steuersignals ergibt sich ein bestimmtes Hubvolumen des verstellbaren Hydromotors. Derartige Verstellungen werden in den ver­ schiedensten Ausführungen hergestellt. Gegenüber einfachen nichtpropor­ tionalen Verstellungen besitzen sie den Nachteil der höheren Herstellungs­ kosten. Bei den nichtproportionalen Verstellungen wird das Hubvolumen des Hydromotors üblicher Weise in zwei Stufen durch ein binär wirkendes oder zumindest binär ausgewertetes Signal verstellt. Der Nachteil besteht darin, daß keine Zwischenpositionen gesteuert eingenommen werden können, da das eingenommene Hubvolumen nicht bekannt ist, wie es bei proportional wirkenden Verstellungen durch geeignete Rückführmechanismen der Fall ist.

In EP 0 552 942 A1 ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Verstellen eines Getriebes beschrieben. Das beschriebene Getriebe wird auf der Basis einer Änderungsrate des Übersetzungsverhältnisses gesteuert. Mittels zweier gesteuerter Magnetventile wird die von einer Druckleitung zugeführte Ölmen­ ge gesteuert, womit das Hubvolumen geregelt wird. Eine Anwendung für ein Anti-Schlupf-System ist nicht beschrieben, vielmehr bezieht sich der beschriebene Gegenstand auf die Verbesserung des Schaltens von einem normalen Laufzustand auf einen plötzlich beschleunigten oder abgebremsten Laufzustand.

Des weiteren sind in DE 38 09 870 A1 ein Verfahren zur Steuerung der Hubvolumenverstellung von Motoren in hydrostatischen Getrieben und ein hydrostatisches Getriebe mit einer die Durchführung des Verfahrens ermögli­ chenden Steuereinrichtung beschrieben. Das beschriebene Verfahren bzw. das hydrostatische Getriebe zur Durchführung des Verfahrens arbeitet auf der Basis einer Zweipunktverstellung innerhalb eines durch die minimale und maximale Einstellung vorgegebenen Stellbereiches, wobei das Hubvolumen damit auf einen gewünschten Wert eingestellt und dort fixiert wird. Dazu ist vorteilhafterweise eine Verstelldrossel mit einem Elektromagneten in Wirkverbindung, wobei der Elektromagnet an eine nach dem Puls-Breiten- Modulations-Verfahren arbeitende elektronische Baugruppe angeschlossen ist. Die Verstelldrossel wird also über einen Schaltmagneten beeinflußt. Eine Anwendung des Verfahrens bzw. des hydrostatischen Getriebes auf ein Anti- Schlupf-System ist nicht beschrieben.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, ein hydrostatisches Getriebe mit einem Hydromotor für ein Anti-Schlupf-System bereitzustellen, dessen Hubvolumen flexibel entweder in vorgegebenen Stuten oder stufenlos oder lastabhängig oder durch andere Systemparameter verstellbar ist, wobei eine technisch nicht aufwendige Verstellung des Hydromotors in den Fällen ermöglicht werden soll.

Dieses Ziel wird mit einem hydrostatischen Getriebe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 erreicht. Eine zweckmäßige Weiterbildung ist im ab­ hängigen Anspruch definiert.

Das erfindungsgemäße hydrostatische Getriebe mit einem Hydromotor, dessen Hubvolumen proportional verstellbar ist, weist eine Steuereinrichtung, einen Servokolben und einen Drehzahlaufnehmer auf. Mittels der Steuereinrichtung wird eine Drehzahlregelung insbesondere für ein Anti-Schlupf-System reali­ siert, und zwar auf der Basis der Verwendung eines von einem Drehzah­ laufnehmer an die Steuereinrichtung abgegebenen Drehzahlsignals. Dabei wird der Servokolben über ein Signal gesteuert, welches von der Steuer­ einrichtung ausgegeben wird, wobei ein über eine Magnetspule betätigbares Wegeventil den Servokolen mittels des von der Steuereinrichtung ausgegebe­ nen Signals zur stufenlosen Hubvolumenverstellung ansteuert. Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Drehzahlregelung wird die nichtproportionale Verstellung durch die getaktete Ansteuerung des Stellgliedes in eine propor­ tionale Steuerung überführt. Die Genauigkeit des eingestellten Hubvolumens ist dabei lediglich von der Frequenz des Aufnahme- und Ansteuersignals abhängig. Durch Rückführung der Drehzahl des Hydromotors zur Steuer­ einrichtung wird zudem eine Erhöhung der Präzision hinsichtlich der Dreh­ zahl des Hydromotors erreicht.

Vorzugsweise ist das Wegeventil ein 4/2-Wegeventil.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung in der Beschreibung detailliert ausgeführt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwen­ dung eines in 4/2-Wegeventils als Stellglied des Servokolbens eines Hydro­ motors dargestellt.

In der Figur ist schematisch ein hydrostatisches Getriebe mit einer Hydro­ pumpe 1, welche wahlweise mit konstantem oder verstellbarem Hubvolumen ausgeführt ist, mit einem Hydromotor 2 mit variablem Hubvolumen und einer Steuereinheit 8 dargestellt. Die Hydropumpe 1 ist mit dem Hydro­ motor 2 über Arbeitsleitungen 3, 4, welche auch als Schläuche ausgebildet sein können, verbunden. An der zu Fahrzeugrädern gerichteten Abtriebs­ welle des Hydromotors 2 ist ein Drehzahlaufnehmer 5 zur Messung von dessen Drehzahl vorgesehen. Das von dem Drehzahlaufnehmer 5 erzeugte Drehzahlsignal wird der Steuereinrichtung 8 zugeführt. Ein Stellglied, welches als ein 4/2-Wegeventil 6 ausgebildet ist, ist mit dem Servokolben 7 des Hydromotors 2 zur binären Veränderung von dessen Hubvolumen verbunden.

Die Arbeitsleitungen 3, 4 sind über ein Wechselventil 10 miteinander ver­ bunden, von welchem eine Leitung zu dem 4/2-Wegeventil 6 führt, um sicherzustellen, daß der jeweils höchste Druck der Arbeitsleitungen 3. 4 am Stellglied anliegt. Die Steuereinrichtung bzw. Steuereinheit 8, welcher das Signal des Drehzahlaufnehmers 5 sowie ein geeignetes Referenzsignal 9 zugeführt werden, erzeugt ein Ausgabesignal, mit welchem das Stellglied 6 angesteuert wird. Das Referenzsignal 9 kann beispielsweise die gemessene Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges über Grund sein, sofern das hydro­ statische Getriebe als Antrieb für ein Fahrzeug dient. In der Steuereinrich­ tung 8 wird das Drehzahlsignal des Hydraulikmotors 2 mit dem Referenzsi­ gnal 9 verglichen. Wenn im Hinblick auf die angewandte Regelstrategie die Abweichung zwischen dem Drehzahlsignal und dem Referenzsignal 9 einen vorgegebenen Wert übersteigt, wird je nach Anforderung das 4/2-Wegeventil auf- oder zugesteuert, so daß eine Verstellung des Hubvolumens des Hydro­ motors 2 realisiert wird. Wenn das 4/2-Wegeventil aus der in der Figur gezeigten Position in seine zweite mögliche Position durch Betätigung der von der Steuereinrichtung 8 angesteuerten Magnetspule gebracht wird, wird der größere Druck der Arbeitsleitungen 3, 4 der Kolbenseite des Servokol­ bens 7 zugeführt, welche zuvor mit dem geringeren Druck der Arbeits­ leitungen 3, 4 beaufschlagt war, so daß sich eine Veränderung des Hubvolu­ mens des Hydromotors 2 ergibt.

Der systembedingt binäre Charakter der Verstellung des Hubvolumens des Hydromotors 2 allein wird dadurch verändert, daß eine endliche Verstellzeit vorgesehen ist und daß während der Veränderung des Hubvolumens infolge der Ansteuerung des 4/2-Wegeventils der beschriebene Regelprozeß fort­ während weitergeführt wird, womit die Verstellung dann ein proportionales Verhalten bekommt. Dieses erfindungsgemäße Regelkonzept ermöglicht es, daß die Vorteile der proportionalen Steuerung unter Verwendung einer nichtproportionalen Steuerung erzielt werden können.

Mit einem Wechselventil 10 wird sichergestellt, daß der jeweils höhere Druck der Arbeitsleitungen 3, 4 an den Servokolben 16 anlegbar ist. Ein Vorteil des Ausführungsbeispiels besteht darin, daß bei Ausfall des Systems der Servokolben 7 an seiner momentanen Position verbleibt und damit das Volumen des Hydromotors 2 konstant bleibt.

Durch das erfindungsgemäße hydrostatische Getriebe mit Hydromotor mit Rückführung der Drehzahl wird somit eine Erhöhung der Präzision bei der Drehzahlregelung des hydrostatischen Getriebes erreicht.

Claims (2)

1. Hydrostatisches Getriebe mit einem Hydromotor (1), dessen Hubvolumen über eine 2-Punkt-Verstellung verstellbar ist, mit einer Steuereinrichtung (8), einem Servokolben (7) und einem Drehzahlaufnehmer (5), bei welchem mittels der Steuereinrichtung (8) eine Drehzahlregelung ins­ besondere für ein Anti-Schlupf-System auf der Basis eines Drehzahlsi­ gnals des Drehzahlaufnehmers (5) über die 2-Punkt-Verstellung reali­ sierbar ist und bei welchem über ein über eine Magnetspule betätigbares Wegeventil (6) der Servokolben (7) mittels eines von der Steuereinrich­ tung (8) ausgegebenen Signals zur stufenlosen Hubvolumenverstellung ansteuerbar ist.

2. Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 1, bei welchem das Wegeventil (6) ein 4/2-Wegeventil ist.