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In geschlossenem Kreislauf arbeitendes hydrostatisches Getriebe
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Die Erfindung betrifft ein aus mindestens einer Pumpe und mindestens
einem Hydromotor bestehendes, in geschlossenem Kreislauf arbeitendes hydrostatisches
Getriebe mit einer aus einem Behälter ansaugenden Speisepumpe, deren Förderleitung
über je ein Rückichlagventil oder über ein Umschaltventil mit den beiden Leitungen
des geschlossenen Kreislaufes verbunden ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung
auf ein solches hydrostatisches Getriebe im Fahrantrieb eines Kraftfahrzeuges.
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Hydrostatische Getriebe haben den Vorteil, daß sie in beiden Richtungen
von Energie durchflossen werden können, das heißt daß nicht nur der Normalbetriebszustand
möglich ist, in dem
Energie von der Kraftmaschine über das hydrostatische
Getriebe zu der angetriebenen Welle fließt, sondern daß im Bremszustand auch Energie
von der Getriebeausgangswelle durch das Getriebe zurückfließen kann. Das heißt,
daß ein Verbraucher über das hydrostatische Getriebe gebremst werden kann, beispielsweise
ein Kraftfahrzeug über das hydrostatische Getriebe gebremst werden kann.
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Die maximale Bremswirkung ergibt sich dabei dann, wenn die Primär-Einheit
(Pumpe) des hydrostatischen Getriebes den Kreislauf an dieser Stelle sperrt, beispielsweise
in Nullförderlage gestellt ist oder stillsteht und festgehalten wird. Die die Energie
von der Getriebeausgangswelle aufnehmende Sekundär-Einheit wirkt in diesem Falle
als Pumpe, die in die Leitung des geschlossenen Kreislaufes fördert. Da die in Nullförderlage
gestellte oder stillstehende Primär-Einheit keine Flüssigkeit aus dieser Leitung
aufnimmt, muß die Flüssigkeit über ein Druckbegrenzungsventil aus der Leitung abgeführt
werden. Damit wird die Flüssigkeit aber auch aus dem Kreislauf abgeleitet, so daß
in der Jeweils anderen Leitung des geschlossenen Kreislaufes keine Flüssigkeit mehr
zum Motor sbUmt. Das hat zur Folge, daß die Gefahr von Kavitation am Motor entsteht
und vor allem, daß die Bremswirkung aufhört, wenn dem Motor keine Flüssigkeit mehr
zuströmt. Darüber hinaus gelangt Luft in den Kreislauf, die zu Schaumbildung führt
und damit zu einer vorübergehenden Verschlechterung des Wirkungsgrades und zu weiterer
Gefahr der Kavitation.
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Bei Fahrzeugantrieben treten derartige Situationen in zwei Betriebszuständen
auf.
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Ein solcher möglicher Betriebszustand ist gegeben, wenn das Fahrzeug
mit stillgesetzter Kraftmaschine auf einer geneigten Fahrbahn abgestellt wird. Wenn
dann keine zusätzlchtr Reibungsbremse angezogen ist versucht das Fahrzeug,die Neigung
hinahzulaufen und übt dadurch auf die Getriebeausgangswelle ein Drehmoment aus,
dasXuf die Sekundär-Einheit des Getriebes übertragen wird, die nun ihrerseits in
dryer Leitung des geschlossenen Kreislaufes einen Druck erzeugt. Selbst dann, wenn
dieser Druck nicht ausreicht, das Druckbegrenzungsventil zu öffnen, entweicht Flüssigkeit
durch Leckverluste an Sekundäreinheit und Primär-Einheit aus dieser Leitung und
das Fahrzeug beginnt zu kriechen. Da die Speisepumpe infolge der still-stehenden
Kraftmaschine nicht angetrieben wird, wird in die Leitung, aus der die Sekundär-Einheit
ansaugt, keine Flüssigkeit nachgeführt, so daß nach relativ kurzer Strecke das Moment
an der Sekundär-Einheit abnimmt und das Fahrzeug somit immer schneller die Neigung
hinabläuft.
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Ein anderer möglicher Betriebszustand ist gegeben, wenn bei fahrendem
Fahrzeug plötzlich die Kraftmaschine stillgesetzt wird oder infolge einer Störung
stillsteht. Auch dann soll
eine gleichmäßige Bremswirkung erzielt
werden. Da aber auch in diesen Fällen die Speisepumpe nicht angetrieben ist und
folglich in die Leitung, aus der die Sekundär-Einheit ansaugt, keine Flüssigkeit
nachgefördert wird, entsteht auch hier der Zustand, daß nach anfänglicher Bremswirkung
das Bremsmoment sehr rasch absinkt und schließlich gar keine Bremswirkung mehr erzeugt
wird. Ein analoger Zustand entsteht dann, wenn im Bremszustand die Primär-Einheit
des hydrostatischen Getriebes in Nullförderlage gestellt ist und die nur langsam
angetriebene Speisepumpe des Getriebes nicht ausreicht, in den geschlossenen Kreislauf
so viel FlüsSigkeit u wie die Sekundär-Einheit über das Druckbegrenzungsventil aus
dem Kreislauf hinausdrückt. In diesem Falle entsteht der ungünstige Betriebszustand,
in dem die eine Leitung des Kreislaufes leergesaugt ist entsprechend der Differenz
zwischen den Förderströmen einer-seits der Speisepumpe, andererseits der Sekundär-Einheit
langsamer.
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Um ein solches Leersaugen einer Leitung des geschlossenen Kreislaufes
zu vermeiden ist bekannt, von der Welle der Sekundär-Einheit aus eine zweite Speisepumpe
anzutreiben, ebenso wie es bei automatischen Schaltgetrieben für Kraftwagen bekannt
ist für die Steuerung zwei Steuerpumpen vorzusehen, von denen die eine von der Getriebeantriebswelle
und die andere von der
Getriebeabtriebswelle aus angetrieben wird,
um das Getriebe auch dann verstellen zu können, wenn die Brennkraftmaschine nicht
läuft (Ölhydraulik + Pneumatik 1976 Nr. 1, Seite 18).
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Eine solche zweite Speisepumpe mit einem zugehörigen Druck begrenzungsventil
ist nicht nur teuer sondern hat auch den Nachteil, daß sie während des ganzen Normalbetriebes
Energie aufnimmt und nutzlos in Wärme umsetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile
zu beseitigen und insbesondere einen sofort einsetzenden Bremsbetrie-b zu ermöglichen
aut dann, wenn die Primär-Einheit des Getriebes keinen Förderstrom erzeugt, sondern
den Kreislauf absperrt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß
an die von der Speisepumpe ausgehende Speiseleitung des Getriebes ein Druckspeicher
angeschlossen ist. Insbesondere wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch die Kombination
der im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.
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Es ist bereits bekannt, bei einem hydrostatischen Servorkraftverstärker,dessen
Kolben auch dann verschiebbar sein soll, wenn die Pumpe zu diesem kein Druckmittel
hinfördert,parallel zur Pumpe ein Rückschlagventil anzuordnen (DT-OS 1 453 514).
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Werden derartige Nachsaugeventile an die beiden Leitungen des geschlossenen
Kreislaufes geschaltet, so kann nur durcidiese Nachsaugeventile noch nicht immer
ein befriedigender Bremszustand bei den Kreislauçabsperrenden Primär-Einheiten gesichert
werden, weil derartige Ventile zu träge arbeiten. Das Jeweils an der Leitung, die
leergesaugt wird, liegende Nachsaugeventil öffnet erst, wenn in der Leitung der
Druck bereits so weit abgesunken ist, daß die Bremswirkung unbefriedigend ist. Im
Gegensatz dazu fördert ein an die von der Speisepumpe ausgehende Speiseleitung angeschlossener
Druckspeicher aus seinem Speichervolumen sofort in die Leitung, aus der die Sekundär-Einheit
saugt, wenn der Druck in dieser Leitung sinkt.
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Steht zum Beispiel ein Fahrzeug mit hydrostatischem Antrieb und stillgesetzter
Kraftmaschine ohne mechenische Bremse in einem Gefälle und ist die Einrichtung gemäß
der Erfindung nicht vorgesehen, so rollt das Fahrzeug nach einer kurzen Zeit des
Kriechens plötzlich immer schneller werdend bergab, weil aus dem geschlossenen Kreislauf
Flüssigkeit abfließt, Es entsteht Füllungsmangel mit der Wirkung, daß das Drehmoment
an der Sekundär-Einheit verringert wird. Ist Jedoch gemäß der Erfindung ein Druckspeicher
angeordnet, ersetzt der Speicher sofort die aus dem geschlossenen Kreislauf abgeführte
Flüssigkeit, so daß das Bremsmoment an der Sekundär-Einheit aufrecht erhalten bleibt.
Dabei ist es keine Schwierigkeit, den Speicher derart zu bemessen, daß die
Zeit,
in der aus dem Speicher in den Kreislauf gefördert wird, ausreicht, um einen hinreichenden
Bremsvorgang zu bewirken. Sind zudem an die beiden Leitungen des Kreislaufes Nachsauge-Rückschlagventile
angeschlossen, ist auf Jeden Fall der Verbraucher, beispielsweise das Fahrzeug,
in dieser Zeit so weit abgebremst, daß keine Gefahr mehr besteht, wenn das an die
Leitung, aus der die Sekundär-Einheit saugt, angeschlossene Nachsauge-Rückschlagventil
mit einer gewissen Trägheit anspricht. Ist dann überhaupt noch ein weiterer Bremsvorgang
erforderlich, kann dieser über das Nachsaugeventil ermöglicht werden.
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Insbesondere dann, wenn die Speisepumpe nicht ihsrerseits dann, wenn
sie stillgesetzt ist, die Speiseleitung absperrt, ist es zweckmäßig, wenn gemäß
einem weiteren Schritt der Erfindung in der Speiseleitung zwischen der Speisepumpe
und dem Anschluß des Druckspeichers ein Rückschlagventil angeordnet ist.
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Insbesondere ist die Anwendung der Erfindung bei einem Fahrzeugantrieb
vorgesehen.
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Bemessungsbeispiel: Angenommen die Aufgabenstellung )lautet, bei einem
am Hang abgestellten Fahrzeug mit hydrostatischem Antrieb soll erlaubt sein, daß
das Fahrzeug sich um L Meter mit Kriechgeschwindigkeit bewegt, weil spätestens nach
dieser Strecke L
Maßnahmen ergriffen werden können, um das Fahrzeug
stillzusetzen.
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Der Durchmesser der Treibräder dieses Fahrzeuges sei D und die mechanische
Getriebeübersetzung zwischen Treibrädern und Skundär-Einheit des hydrostatischen
Getriebes sei i. Weiterhin wird angenommen, die Primär-Einheit des hydrostatischen
Getriebes habe ein geometrisches Fördervolumen pro Umdrehung von Vgp und die Sekundär-Einheit
habe ein entsprechendes Fördervolumen in der Größe Vgm. . Weiterhin wird angenommen,
die aus dem geschlossenen Kreislauf austretende Leckölmenge bei maximalem, im Bremszustand
auftretenden Druck im Getriebe und bei kleinsten Drehzahlen sei X ß des gesamten
geometrischen Fördervolumens des hydrostatischen Getriebes. Damit läßt sich der
erforderliche V5 wie folgt ermitteln:
Zahlenbeispiel: Mit a) Kriechstrecke L = 10 m b) Raddurchmesser D = 1 m c) Mech.
Getriebe-Ubersetzung sei 1 = 25 d) Vgp = 50 cm3/U; Vgm = 75 cm3/U e) Lecköl X =
0,05 (Vgp und ergibt sich
(Dbei ist die Leckölrate mit 5 % sehr hoch angesetzt).
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In anAloger Weise läßt sich das Speichervolumen bestimmen für die
Aufgabe, ein Fahrzeug auf einer bestimmten Strecke durch Absperren des Kreislaufes
dadurch, daß die Primär-Einheit in Nullförderlage gebracht wird, abzubremsen und
zwar völlig ababzubremsen oder zumindest so weit abzubremsen, daß bei der verbliebenen
Geschwindigkeit mit Sicherheit das Bremsen über die Nachsaugeventile ermöglicht
ist.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel das Schaltschema eines
hydrostatischen Antriebes gemäß der Erfindung dargestellt.
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Die verstellbare Pumpe 1 (Primär-Einheit) des Getriebes wird von einer
in der Zeichnung nicht mehr dargestellten Brennkraftmaschine angetrieben. Der Hydromotor
2 (Sekundär-Einheit) ist in in der Zeichnung nicht dargestellter Weise mit den ebenralls
in der Zeichnung nicht dargestellten Treibrädern des über das hydrostatische Getriebe
angetriebenen Kraftfahrzeuges verbunden.
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Die Pumpe 1 und der Hydromotor 2 sind über die beiden Leitungen 3
und 4 zu einem geschlossenen Kreislauf miteinander verbunden.
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Von der Welle aus, von der auz die Pumpe 1 angetrieben wird, wird
auch die Speisepumpe 5 angetrieben, die in eine apeiseleitung 6 fördert, in der
ein Rückschlagventil 7 angeordnet ist, und an die die beiden Leitungen 8 und 9 angeschlossen
sind,
wobei in der Leitung 8 ein Rückschlagventil 10 angeordnet
ist und in der Litung 9 ein Rückschlagventil 11 angeordnet ist und wobei die Leitung
8 mit der Leitung 3 verbunden ist und die Leitung 9 mit der Leitung 4 verbunden
ist. Die Leitung 6 ist über ein Niederdruckbegrenzungsventil 12 gegen unzulässig
hohen Druck abgesichert. Lecköl aus dem Motor 1 wird über eine Leckölleitung 13
in einen Behälter 14 abgeführt und in entsprechender Weise wird Lecköl aus dem Hydromotor
2 über eine Leitung 15 in einen Behälter 14 abgeführt.
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Die Zungen 3 und 4 sind weiterhin durch zwei Leitungen 16 und 17 miteinander
verbunden, wobei in der Leitung 16 din in Druckbegrenzungsventil 18 angeordnet ist
und der Leitung 17 ein Druckbegrenzungsventil 19 angeordnet ist. Im Normalbetrieb
sind die beiden Druckbegrenzungsventile 18 und lt geschlossen.
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Steigt in der Leitung 3 der Druck auf einen unzulässig großen Wert
anfso öffnet das Druckbegrenzungsventil 19 und verbindet über die Leitung 17 die
beiden Leitungen 3 und 4 miteinander.
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Ebenso öffnet das Druckbegrenzungsventil 18 und verbindet über die
Leitung 16 die beiden Leitungen 4 und 3 miteinander, wenn in der Leitung ein unzulässig
hoher Druck entsteht.
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An die Leitung 6 ist hinter dem Rückschlagventil 7 der Druckspeicher
20 angeschlossen. Weiterhin ist an die Leitung 4 eine Leitung 21 angeschlossen,
in der ein Nachsaugerückschlagventil 22
angeordnet ist und ist
an die Leitung 3 eine Leitung 23 angeschlossen, in der ein Nachsaugerückschlagventil
25 angeordnet ist.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Wird von der Treibradwelle des rollenden
Fahrzeuges her der Hydromotor 2 (Sekundär-Einheit) angetrieben während die Pumpe
1 in Nullförderlage geschwenkt ist oder die Antriebswelle der Pumpe 1 stillsteht,
so wirkt der Motor 2 (Sekundär-Einheit) als Pumpe, der in eine der beiden Leitungen
3 und 4 fördert. Für den vorliegenden Fall wird angenommen, daß der Motor 2 (Sekundär-Einheit)
derart angetrieben wird, daß er in die Leitung 4 fördert. Entsprechend saugt er
aus der Leitung 3. Da von der Pumpe 1 nicht in die Leitung 3 gefördert wird und
bei stillstehender Speisepumpe 5 auch von dieser nicht in die Leitung 3 gefördert
wird, fördert der Druckspeicher 20 über die Leitung 8 und das Rückschlagventil iO
in die Leitung 3, so bald infolge des Saugens des Motors 2 aus der Leitung in dieser
der Druck absinkt. Da die Sekundär-Einheit 2 gegen das Druckbegrenzungsventil fördert,
wird das Fahrzeug stark abgebremst. Ist der Druckspeicher 20 entleert, sinkt der
Druck in der Leitung 3 ab und diese Druckabsenkung teilt sich über die Leitung 23
mit, so daß das Nachsaugerückschlagventil 25 öffnet mit der Folge, daß der Hydromotor
2 (Sekundär-Einheit) über die Leitungen 3 und 23 und das Nachsauge-Rückschlagventil
25 nachsaugt, bis das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist.