DE19648706C2 - Hydraulische Schaltung für einen Fahrzeugantrieb mit zwei Hydromotoren - Google Patents

Hydraulische Schaltung für einen Fahrzeugantrieb mit zwei Hydromotoren

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Schal­ tung für einen Fahrzeugantrieb mit zwei Hydromotoren, die über eine als Vorlaufleitung und eine als Rücklauf­ leitung dienende Motorleitung mit einer Pumpenanordnung verbunden und mittels eines Schaltventils wahlweise in Reihe oder parallel schaltbar sind, wobei von der Ver­ bindungsleitung, die im Reihenbetrieb die beiden Hydro­ motoren verbindet, eine Druckkompensationsleitung ab­ geht.
Eine solche Schaltung ist aus DE-AS 11 48 882 bekannt. Die Pumpenanordnung weist eine Speisepumpe und eine Nachfüllpumpe auf. Die Motorleitungen können wahlweise als Vorlaufleitung und Rücklaufleitung verwendet wer­ den. Die Druckkompensationsleitung geht von einem An­ schluß des als Drehschieber ausgebildeten Schaltventils aus, der im Reihenbetrieb mit der Verbindungsleitung zwischen den beiden Hydromotoren verbunden und im Par­ allelbetrieb abgesperrt ist. Tritt bei Reihenbetrieb infolge Kurvenfahrt in der Verbindungsleitung zwischen den Hydromotoren Kavitation auf, so kann Druckflüssig­ keit aus der Rücklaufleitung über ein federbelastetes Rückschlagventil in die Verbindungsleitung eingespeist werden. Tritt dagegen Überdruck auf, kann dieser über ein federbelastetes Rückschlagventil in die Rücklauf­ leitung und außerdem über ein weiteres federbelastetes Rückschlagventil in den Behälter abgeleitet werden.
Der Fahrer eines mit diesem Antrieb ausgestatteten Fahrzeugs wählt durch Betätigen des Schaltventils einen Geschwindigkeitsbereich, nämlich eine höhere Geschwin­ digkeit bei Reihenbetrieb und eine geringere Geschwin­ digkeit bei Parallelbetrieb, und durch Veränderung des Fördervolumens der Speisepumpe eine bestimmte Geschwin­ digkeit innerhalb des gewählten Bereichs. Eine Bremsung ergibt sich, wenn die Fördermenge der Speisepumpe unter den der augenblicklichen Fahrgeschwindigkeit entspre­ chenden Wert verringert wird (DE-AS 10 23 342). Zum Bremsen braucht daher der Fahrer lediglich den Fuß vom Gaspedal abzuheben. In der Praxis hat es sich aller­ dings häufig gezeigt, daß der Fahrer beim Bremsvorgang nach vorn geschleudert und das Fahrzeug in eine Schie­ flage gezogen wird.
Aus Patent Abstracts of Japan 05060236A ist eine hy­ draulische Schaltung für einen Fahrzeugantrieb bekannt, bei der eine einzelne Pumpe zwei Hydromotoren antreibt, die mittels eines Schaltventils wahlweise in Reihe oder parallel geschaltet werden können. Wenn bei Parallelbe­ trieb der eine Motor durchdreht, erfolgt in Abhängig­ keit vom Vorlaufdruck und vom Rücklaufdruck eine Um­ schaltung auf den Reihenbetrieb, um eine Differential­ sperrfunktion zu erreichen.
Aus DE-OS 22 49 743 ist ein Fahrzeugantrieb mit nur einem Hydromotor bekannt, bei der jede der beiden Mo­ torleitungen mit einem Druckschalter verbunden ist, der anspricht, wenn der Rücklaufdruck in der zugehörigen Motorleitung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Als Folge hiervon wird ein Schaltventil in Durchgangsstel­ lung geschaltet, das im Zusammenwirken mit einem ein­ stellbaren Grenzdruckventil ein Sitzventil ansteuert, wodurch eine Druckkompensationsleitung zum Ableiten von rücklaufseitiger Druckflüssigkeit geöffnet wird. Auf diese Weise kann die Bremswirkung beeinflußt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrau­ lische Schaltung der eingangs beschriebenen Art anzuge­ ben, die ein verbessertes Bremsverhalten hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Drucksensor den Rücklaufdruck mißt, daß das Schalt­ ventil von Reihenbetrieb auf Parallelbetrieb schaltet, wenn der Rücklaufdruck einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, und daß die Druckkompensationsleitung zum Ableiten von rücklaufseitiger Druckflüssigkeit ge­ öffnet ist.
Wenn die Fördermenge der Speisepumpe plötzlich auf Null zurückgeführt wird, beispielsweise durch Abheben des Fußes vom Pedal, drehen sich die Hydromotoren aufgrund der Trägheit des sich bewegenden Fahrzeugs weiter. Es ergibt sich eine plötzliche Druckerhöhung in der Rück­ laufleitung und - bei Reihenbetrieb - mit einer kurzen Verzögerung auch in der Verbindungsleitung zwischen den beiden Hydromotoren. Dies führt zum Blockieren der an­ getriebenen Räder, zum ruckartigen Stillstand und wegen der Phasenverschiebung zu einer Schieflage des Fahr­ zeugs. Erfindungsgemäß wird beim Bremsvorgang, der mit­ tels des Rücklaufdrucks festgestellt wird, das Schalt­ ventil automatisch in die Parallelbetriebsstellung ge­ bracht, so daß Druckflüssigkeit aus der Rücklaufleitung über das Schaltventil zusammen mit Druckflüssigkeit aus der Verbindungsleitung über die geöffnete Druckkompen­ sationsleitung abgeleitet wird. Dies bedeutet, daß das Fahrzeug nicht plötzlich zum Stillstand kommt, sondern allmählich, wobei der Bremsweg durch die Menge der ab­ geleiteten Druckflüssigkeit, die durch die Auslegung der Schaltung vorgegeben werden kann, bestimmt ist. Insbesondere kann man eine sanfte allmähliche Abbrem­ sung mit einem für den Fahrer guten Komfort schaffen. Da beide Hydromotoren von der gleichen Druckdifferenz beaufschlagt werden, ergibt sich ein selbsttätiger Bremsausgleich und daher keine Schieflage des Fahrzeugs beim Bremsen. Ein solches Bremssystem ist besonders vorteilhaft für Hydromotoren mit fester Verdrängung. Von Wichtigkeit ist es auch, daß als Druckkompensa­ tionsleitung eine Leitung verwendet werden kann, die schon aus anderen Gründen vorgesehen sein kann und daß alle erforderlichen Bauteile als Standardkomponenten in der Hydraulik zur Verfügung stehen.
Wenn die Druckkompensationsleitung im Parallelbetrieb auch bei normaler Fahrt geöffnet wäre, ergäben sich Verluste. Diese können auf einfache Weise durch ein Sperrglied vermieden werden, das die Druckkompensa­ tionsleitung im Parallelbetrieb zumindest in Ableit­ richtung sperrt, wenn der Rücklaufdruck kleiner als der vorgegebene Grenzwert ist, und öffnet, wenn der Rück­ laufdruck größer als der vorgegebene Grenzwert ist. Die Abhängigkeit vom Rücklaufdruck stellt sicher, daß Sperrglied und Schaltventil gleichzeitig betätigt wer­ den.
Zweckmäßigerweise öffnet das Sperrglied die Druckkom­ pensationsleitung im Reihenbetrieb. Für den Reihenbe­ trieb sind Druckkompensationen, die Kavitation und Überdruck in der Verbindungsleitung zwischen den beiden Hydromotoren verhindern, bekannt. Diese können daher weiterhin wirksam bleiben.
Dies kann insbesondere dadurch geschehen, daß die Druckkompensationsleitung die Parallelschaltung eines ersten Ventils, das bei Überdruck in der Verbindungs­ leitung in Ableitrichtung öffnet, und eines zweiten Ventils, das bei Kavitation in der Verbindungsleitung in Gegenrichtung öffnet, aufweist und im Normalbetrieb über ein Richtungsventil mit der rücklaufseitigen Mo­ torleitung verbunden ist.
Mit besonderem Vorteil ist dafür gesorgt, daß die Druckkompensationsleitung über eine Ablaufleitung, die eine Drosselblende aufweist, mit einem Behälter verbun­ den ist. Durch die Drosselblende wird die Ableitmenge der Druckflüssigkeit festgelegt.
Insbesondere kann die Drosselblende auswechselbar sein. Sie kann daher der Pumpengröße und dem Fahrzeug ange­ paßt werden. Ein schweres Fahrzeug fordert zum Beispiel eine größere Blende, da es um eine größere Durchfluß­ menge geht.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist da­ für gesorgt, daß die Druckkompensationsleitung über ein Richtungsventil mit der vorlaufseitigen Motorleitung verbindbar ist, wenn der Rücklaufdruck den Vorlaufdruck übersteigt. Hierdurch bleibt zumindest ein Teil der abgeleiteten Druckflüssigkeit im System, was die Ver­ luste minimiert.
Günstig ist es hierbei, daß in Reihe mit der Drossel­ blende ein Ablaufventil angeordnet ist, das bei Über­ schreiten eines vorgegebenen Grenzdrucks öffnet. Die Verbindung der Druckkompensationsleitung mit dem Behäl­ ter wird daher nur bei höheren Drücken geöffnet, so daß die Ablaufleitung bei der normalen Druckkompensation unwirksam ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt eine hydraulische Schaltung gemäß der Erfindung.
Ein Motor M, insbesondere ein Verbrennungsmotor, treibt eine Pumpenanordnung 1 an, die eine Speisepumpe 2 mit einstellbarer Druckflüssigkeitsmenge und eine Nachfüll­ pumpe 3 aufweist. Die Speisepumpe 2 arbeitet beispiels­ weise mit veränderbarer Verdrängung und besitzt eine durch ein Pedal verstellbare Schrägscheibe zur Verände­ rung des Kolbenhubs. Sie ist zwischen zwei Motorleitun­ gen 4 und 5 geschaltet. Die Druckseite der Nachfüllpum­ pe 3 ist über ein zur Motorleitung 4 hin öffnendes Rückschlagventil 6 mit der Motorleitung 4 und über ein zur Motorleitung 5 hin öffnendes Rückschlagventil 7 mit der Motorleitung 5 verbunden. Ein Druckhalteventil 8 ist zwischen die Druckseite der Nachfüllpumpe 3 und einen Behälter 9 geschaltet. Dieser Behälter 9 steht auch mit der Saugseite der Nachfüllpumpe 3 in Verbin­ dung. Zwei antiparallel geschaltete Überdruckventile 10 und 11 sind zwischen die beiden Motorleitungen 4 und 5 geschaltet, um die Druckdifferenz zwischen diesen bei­ den Leitungen zu begrenzen. Die bisher beschriebenen Bauelemente befinden sich in einem Pumpenblock 12.
Zwei Hydromotoren 14 und 15 bilden eine Reihenschal­ tung, welche über die Motorleitungen 4 und 5, die wahl­ weise als Vorlauf- und Rücklaufleitung verwendet wer­ den, versorgt wird. Zwischen diese Reihenschaltung und den Ventilblock 12 ist ein Ventilblock 16 geschaltet. Dieser enthält ein Richtungsventil 17, das einen mit der Motorleitung 4 verbundenen ersten Anschluß 18, ei­ nen mit der Motorleitung 5 verbundenen zweiten Anschluß 19 und einen dritten Anschluß 20 aufweist. Durch zwei Neutralstellungsfedern 21 und 22 ergibt sich eine Neu­ tralstellung, in der die Anschlüsse voneinander ge­ trennt sind. Überwiegt der Druck in der Motorleitung 4, werden die Anschlüsse 19 und 20 miteinander verbunden; überwiegt der Druck in der Motorleitung 5, werden die Anschlüsse 18 und 20 miteinander verbunden. Außerdem ist der Anschluß 20 über eine Ablaufleitung 23 mit ei­ nem Ableitventil 24, das bei einem vorgegebenen Grenz­ druck öffnet, und einer austauschbaren Drosselblende 25 mit dem Behälter 9 verbunden. Ferner gibt es zwischen dem Anschluß 20 und der Verbindungsleitung 26 zwischen beiden Hydromotoren 14 und 15 eine Druckkompensations­ leitung 27, die ein Ventil 28, nämlich ein Rückschlag­ ventil, das bei Kavitation in der Verbindungsleitung 26 in Zuflußrichtung öffnet, und ein antiparallel ge­ schaltetes Ventil 29, nämlich einem bei einem vorgege­ benen Referenzdruck öffnenden Überdruckventil, das bei Überdruck in der Verbindungsleitung 26 in Ableitrich­ tung öffnet, aufweist. Die Druckkompensationsleitung 27 schließt an denjenigen Teil der Verbindungsleitung 26 an, der bei Parallelbetrieb mit der rücklaufseitigen Motorleitung 4 verbunden wird. Ferner enthält die Druckkompensationsleitung 27 noch ein Sperrventil 30, das in der veranschaulichten Stellung den Durchgang freigibt und ihn in der anderen Stellung in Ableitrich­ tung sperrt. Schließlich umfaßt der Ventilblock 16 noch ein Schaltventil 31, das in der veranschaulichten Schaltstellung die Hydromotoren 14 und 15 in Reihe und in der anderen Schaltstellung parallel zueinander schaltet.
Ein Drucksensor 32 mißt den Druck in der Motorleitung 4, von der zum Zweck der Beschreibung angenommen wird, daß sie bei Vorwärtsfahrt die Rücklaufleitung ist. Ein Steuergerät 33, das über eine Signalleitung 34 das Schaltventil 31 und über eine Signalleitung 35 das Sperrventil 30 betätigt, besitzt einen ersten Eingang 36 zum Umschalten zwischen Parallelbetrieb und Reihen­ betrieb während der normalen Fahrt und einen zweiten Eingang 37, dem das Rücklaufdruck-Signal vom Drucksen­ sor 32 zugeführt wird.
Die veranschaulichte Schaltung kann beispielsweise ver­ wendet werden, um mit Hilfe der Hydromotoren 14 und 15 zwei Räder eines drei- oder vierrädrigen Fahrzeugs an­ zutreiben, wobei das Fahrzeug noch weitere hydraulisch betätigte Gerätschaften aufweist, sei es in Form einer Multimaschine, die mit verschiedenen Werkzeugen be­ stückt werden kann, sei es in Form einer Spezialmaschi­ ne, die einem einzigen Zweck, beispielsweise als Gras­ schneider, dient.
Es sind drei Betriebszustände möglich.
1. Normale Fahrt im Reihenbetrieb
Hierbei haben das Sperrventil 30 und das Schaltven­ til 31 die in der Zeichnung veranschaulichte Stel­ lung. Wenn die beiden Hydromotoren 14 und 15 das linke und das rechte Rad eines Radpaares eines Fahrzeugs antreiben, kann bei einer Kurvenfahrt, bei der das eine Rad schneller als das andere dreht, in der Verbindungsleitung 26 entweder Kavi­ tation oder Überdruck auftreten. Bei Kavitation wird Druckflüssigkeit von der rücklaufseitigen Mo­ torleitung 4 über das druckabhängige Richtungsven­ til 17, das Rückschlagventil 28 der Druckkompensa­ tionsleitung 27 und das Sperrventil 30 der Verbin­ dungsleitung 26 zugeführt. Bei Überdruck wird Druckflüssigkeit von der Verbindungsleitung 26 über das Sperrventil 30, das Überdruckventil 29 der Druckkompensationsleitung 27 und das Richtungsven­ til 17 zur rücklaufseitigen Motorleitung 4 abge­ führt.
2. Normale Fahrt bei Parallelbetrieb
Bei dieser Betriebsweise sind sowohl das Schaltven­ til 31 als auch das Sperrventil 30 in ihrer zweiten Schaltstellung. Die beiden Hydromotoren 14 und 15 sind mit der gleichen Druckdifferenz beaufschlagt. Bei Kurvenfahrt ergibt sich ein interner Ausgleich der Durchflußmengen der beiden Hydromotoren. Eine Druckkompensation ist unnötig; daher ist die Druck­ kompensationsleitung 27 zur Vermeidung von Verlu­ sten abgeschaltet.
3. Bremsbetrieb
Beim Bremsbetrieb wird die Fördermenge der Speise­ pumpe 2 vom Fahrer auf Null zurückgesetzt. Die Speisepumpe 2 bildet daher ein Sperrglied, während die Hydromotoren 14 und 15 aus Trägheitsgründen weiterlaufen. Dies führt zu einem Druckanstieg in der rücklaufseitigen Motorleitung 4 und bei Reihen­ betrieb mit einer kleinen Verzögerung auch in der Verbindungsleitung 26. Der Druckanstieg in der rücklaufseitigen Motorleitung 4 wird vom Drucksen­ sor 32 erfaßt. Das Steuergerät 33 gibt einen Schaltbefehl an das Schaltventil 31 ab, das in die Parallelbetriebs-Stellung geht oder in dieser ver­ bleibt. Gleichzeitig erhält das Sperrventil 30 ei­ nen Steuerbefehl, aufgrund dessen es in die veran­ schaulichte Durchgangsstellung geschaltet wird oder in dieser verbleibt. Nun ist die rücklaufseitige Motorleitung 4 über das Schaltventil 31 und die Verbindungsleitung 26 mit der Druckkompensations­ leitung 27 verbunden. Aus der rücklaufseitigen Mo­ torleitung 4 und der Verbindungleitung 26 wird Druckflüssigkeit über die Druckkompensationsleitung 27 und das Ventil 29 abgeleitet. Ein Teil der abge­ leiteten Druckflüssigkeit geht über die Ablauflei­ tung 23 mit dem Ventil 24 und der Drosselblende 25 in den Behälter 9. Ein anderer Teil geht über das Richtungsventil 17 zurück in die vorlaufseitige Motorleitung 5. Dies ergibt sich, weil der Rück­ laufdruck den Vorlaufdruck übersteigt und daher das Richtungsventil 17 eine entsprechende Stellung ein­ nimmt. Durch das Ableiten der Druckflüssigkeit wird ein plötzlicher Stillstand vermieden. Es ergibt sich ein weitgehend definierter Bremsweg mit all­ mählicher Geschwindigkeitsverringerung.
Bei einem Ausführungsbeispiel hatten die auf Referenz­ drücke ansprechenden Ventile die folgende Einstellung:
Druckhalteventil 8 20 bar
Druckbegrenzungsventile 10, 11 170 bar
Richtungsventil 17 2 bar
Ablaufventil 24 15 bar
Überdruckventil 29 85 bar
Versuche haben gezeigt, daß der Referenzdruck des Über­ druckventils 29 nicht geringer sein sollte als der hal­ be maximale Betriebsdruck. Er kann aber auch bis zum vollen maximalen Betriebsdruck eingestellt werden.
Der vorgegebene Grenzwert, bei dem der Drucksensor 32 anspricht, kann beispielsweise 20 bar betragen. Ohne die vorgenommene Kompensation würde der Rücklaufdruck während der Abbremsung Werte im Bereich des vollen Vor­ laufdrucks annehmen, also beispielsweise bis 170 bar.
Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel bleibt ein großer Teil der Druckflüssigkeit im Kreislauf, da nur eine gewisse Menge in den Behälter zurückläuft. Diese Menge bestimmt im wesentlichen die Bremsstrecke des Fahrzeugs. Durch den Einbau einer Drosselblende 25 mit einem Lochdurchmesser von 1,5 mm erreicht man bei 25 km/h eine Bremsstrecke von 2,5 bis 3 m, wobei der Druckverlust über der Drosselblende 8 bar beträgt.
Das veranschaulichte Richtungsventil kann auch einen anderen Aufbau haben. Beispielsweise können zwei feder­ belastete Rückschlagventile zwischen den beiden Motor­ leitungen 4, 5 in Reihe geschaltet sein, je zu einer Motorleitung hin öffnen und außerdem von der Druckdif­ ferenz zwischen den beiden Motorleitungen belastet sein. Der Anschluß 20 befindet sich dann zwischen den beiden Rückschlagventilen.

Claims (8)

1. Hydraulische Schaltung für einen Fahrzeugantrieb mit zwei Hydromotoren, die über eine als Vorlauf­ leitung und eine als Rücklaufleitung dienende Mo­ torleitung mit einer Pumpenanordnung verbunden und mittels eines Schaltventils wahlweise in Reihe oder parallel schaltbar sind, wobei von der Verbindungs­ leitung, die im Reihenbetrieb die beiden Hydromoto­ ren verbindet, eine Druckkompensationsleitung ab­ geht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor (32) den Rücklaufdruck mißt, daß das Schaltventil (31) von Reihenbetrieb auf Parallelbetrieb schal­ tet, wenn der Rücklaufdruck einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, und daß die Druckkompensa­ tionsleitung (27) zum Ableiten von rücklaufseitiger Druckflüssigkeit geöffnet ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Sperrglied (30), das die Druckkompensationsleitung (27) im Parallelbetrieb zumindest in Ableitrichtung sperrt, wenn der Rücklaufdruck kleiner als der vor­ gegebene Grenzwert ist, und öffnet, wenn der Rück­ laufdruck größer als der vorgegebene Grenzwert ist.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied (30) die Druckkompensationslei­ tung (27) im Reihenbetrieb öffnet.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkompensationsleitung (27) die Parallelschaltung eines ersten Ventils (29), das bei Überdruck in der Verbindungsleitung (26) in Ableitrichtung öffnet, und eines zweiten Ventils (28), das bei Kavitation in der Verbin­ dungsleitung (26) in Gegenrichtung öffnet, aufweist und im Normalbetrieb über ein Richtungsventil (17) mit der rücklaufseitigen Motorleitung (4) verbunden ist.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkompensationsleitung (27) über eine Ablaufleitung (23), die eine Dros­ selblende (25) aufweist, mit einem Behälter (9) verbunden ist.
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselblende (25) auswech­ selbar ist.
7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkompensationsleitung (27) über ein Richtungsventil (17) mit der vorlauf­ seitigen Motorleitung (5) verbindbar ist, wenn der Rücklaufdruck den Vorlaufdruck übersteigt.
8. Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Drosselblende (25) ein Ablaufventil (24) angeordnet ist, das bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzdrucks öff­ net.
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