DE3543073C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydrostatischen Fahrantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Fahrantriebe dieser Art werden auf dem Markt vertrieben sowie in der Praxis eingesetzt und gehören deshalb zum Stand der Technik. Es ist der Zweck der Regeleinrichtung des bekannten Fahrantriebs, einen bei Kurvenfahrt wirksamen Ausgleich zwischen den Hydromotoren bzw. den angetriebenen Rädern herbeizuführen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Hydromotoren in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck des hydrostatischen Getriebes und vom Steuerdruck verstellt bzw. geregelt werden.

Der bekannte Fahrantrieb hat sich in der Praxis bewährt. Ein Nachteil ist jedoch noch darin zu sehen, daß keine Differenzialsperrwirkung eintritt, wenn eines oder mehrere der Räder weniger Bodenhaftung haben als die anderen Räder. In einem solchen Fall drehen das oder diese Räder und der zugeordnete Hydromotor oder Hydromotoren durch, was zu einer Beschädigung des oder der Hydromotoren führen kann. Dieser Nachteil ist insbesondere bei solchen Fahrzeugen gravierend, bei denen aufgrund der Geländebeschaffenheit mit vorbeschriebenen Schwierigkeiten zu rechnen ist. Dies gilt insbesondere für rad- und auch kettengetriebene Baufahrzeuge wie Bagger, Radlader, Erdschieber und dgl.

Aus der DE-OS 33 46 481 ist ein der Gattung entsprechender Fahrantrieb bekannt. Dort wird zur Vermeidung des Durchdrehens eines Rades dem zugeordneten Hydromotor eine geringere Menge des Hydraulikmediums zugeführt. Der dabei auftretende Überschuß des Hydraulikmediums steht den Hydromotoren der anderen Räder zur Verfügung. Es wird dabei von der Druckdifferenz des Hydraulikmediums an jedem Hydromotor ausgegangen. Als zusätzliche Maßnahme ist eine Reihenschaltung der Hydromotoren vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrantrieb der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Drehzahl eines oder mehrerer Räder bei Überschreiten eines vorbestimmten absoluten oder im Vergleich zu Drehzahlwerten eines oder mehrerer verbleibender Räder relativen Wertes nicht weiter erhöht wird, unabhängig von der Ursache des Überschreitens der Drehzahl durch eines oder mehrere der Räder.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine jedem Hydromotor zugeordnete zusätzliche Steuereinrichtung, die von einem Steuergerät betätigt wird, dem die Drehzahlen von an jedem Hydromotor bzw. der zugeordneten Radwelle angeordneten Drehzahlmessern übermittelt werden, und oberhalb einer vorgegebenen Drehzahl oder Drehzahldifferenz die zugehörige Regeleinrichtung übersteuern kann.

Gemäß einer ersten Ausführung setzt die Übersteuerung bei Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahldifferenz zwischen wenigstens zwei Hydromotoren ein, wobei die dem mit höherer Drehzahl laufenden Hydromotor zugeordnete zusätzliche Steuereinrichtung die ihr zugeordnete Regeleinrichtung im Sinne einer Verringerung der Schluckmenge verstellt. Dies führt zu einer Vergrößerung des Übersetzungsverhältnisses zwischen der Hauptpumpe und dem oder den jeweils höher- bzw. durchdrehenden Hydromotor(en), wodurch das Drehmoment an letzterem bzw. letzteren veringert wird, so daß das zugeordnete Rad bzw. die zugeordneten Räder schlupffrei abrollen. Das Übersetzungsverhältnis des bzw. der nicht hochlaufenden bzw. durchdrehenden Hydromotors bzw. Hydromoteren bleibt unverändert. Somit ergibt sich eine günstige Verteilung des von der Antriebsmaschine aufgebrachten Drehmomentes. Es wird nämlich auf den oder die nicht hochlaufenden Hydromotor(en) ein vergrößertes Drehmoment übertragen, wodurch die Wirksamkeit des Fahrantriebs in angestrebter Weise verbessert wird.

Gemäß einer zweiten Ausführung setzt die Übersteuerung bei Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl sämtlicher Hydromotoren ein, wobei die zusätzliche Steuereinrichtung die Regeleinrichtungen im Sinne einer Vergrößerung der Schluckmenge verstellt. Dadurch wird eine auf Antriebsmaschinenbremsung beruhende Drehzahlbegrenzung erreicht, der die Erkenntnis zugrundeliegt, daß die Hydromotoren bei Lastumkehr Pumpenfunktion übernehmen und deshalb ein kleines Übersetzungsverhältnis die Bremsung ermöglicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei statt der Steuerventile nach Anspruch 14 auch Elektromagnete verwendet werden können. Ferner lassen sich im Rahmen der Erfindung verschiedene Funktionsprinzipien, nämlich eine progressive und eine degressive Funktion der Steuereinrichtung verwirklichen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen elektrohydraulischen Steuerplan für einen Fahrantrieb mit einem hydrostatischen Getriebe;

Fig. 2 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das hydrostatische Getriebe 1 weist in einem durch Arbeitsleitungen 2, 3 gebildeten Arbeitskreis eine für den Betrieb in wahlweise beide Drehrichtungen eingerichtete Hauptpumpe 4 verstellbarer Fördermenge und vier ebenfalls für den Betrieb in wahlweise beide Drehrichtungen eingerichtete Hydromotoren 5 bis 8 auf. Jeder Hydromotor 5 bis 8 wird in Parallelanordnung des ihm zugeordneten Arbeitsleitungsabschnitts gespeist und treibt über jeweils eine Radwelle 9 ein Rad an. Die vorhandenen vier Räder sind mit 11 bis 14 bezeichnet. Es handelt sich um einen elektrohydraulischen Allradantrieb für ein Baufahrzeug, wie ein Radlader mit vier Rädern.

Das hydrostatische Getriebe 1 wird durch eine Antriebs­ maschine 15 angetrieben, die z.B. eine Verbrennungskraft­ maschine sein kann. Die Antriebsmaschine 15 treibt gleichzeitig auch eine Hilfspumpe 16 an, die einen drehzahlabhängigen Steuerdruck in einer Steuerleitung 17 erzeugt. In der Steuerleitung 17 ist ein an sich bekanntes Steuerventil 18 angeordnet, das als Stromteiler­ ventil und Druckreduzierventil fungiert. In dem vom Steuerventil 18 ausgehenden Steuerleitungsabschnitt 19 ist ein gegenüber dem Steuerdruck im Steuerleitungsab­ schnitt 21 verringerter Steuerdruck vorhanden. Zum Aufbau und zur Funktion des Steuerventils 18 wird auf DE-PS 22 47 437 verwiesen. Der reduzierte Steuerdruck wird in an sich bekannter Weise zur Einstellung der Fördermenge der Hauptpumpe 4 herangezogen und wirkt hierzu auf den Druckraum 22 eines Stellmotors 23 in Form einer Zylinder-Kolben-Einheit. Der Stellmotor 23 weist für den reversierbaren Betrieb der Hauptpumpe 4 einen federzentrierten Doppelkolben 24 auf, der mit dem Verstellelement der Hauptpumpe 4 verbunden ist. Die Förderrichtung der Hauptpumpe 4 wird durch ein elektrisch betätigbares Umschaltventil 25 (4/3-Wegeventil) eingestellt.

Der Steuerleitungsabschnitt 21 wird in an sich bekannter Weise zur Speisung des Arbeitskreises des hydrostatischen Getriebes 1 herangezogen, was bei 26 ersichtlich ist.

Jedem Hydromotor 5 bis 8 ist eine allgemein mit 31 bezeichnete Regeleinrichtung zur Einstellung der Schluck­ menge in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck im hydrostatischen Arbeitskreis und vom Steuerdruck, hier dem reduzierten Steuerdruck im Steuerleitungsabschnitt 19, zugeordnet. Die Regeleinrichtung 31 besteht aus einem durch eine Zylinder-Kolben-Einheit gebildeten Stellmotor 32 mit zwei Druckräumen 33, 34, der durch ein Servo-Ventil 35 gesteuert wird, und zwar durch geregelte Beaufschlagung der Druckräume 33, 34 mit dem Arbeitsdruck des hydrosta­ tischen Getriebes 1. Der mit 33 bezeichnete Druckraum (Ringraum) ist durch eine Verbindungsleitung 36 und einer abzweigenden Verbindungsleitung 37 mit beiden Arbeitsleitungen 2, 3 verbunden. Die Beaufschlagung des Druckraumes 33 mit dem Arbeitsdruck ist ständig, und zwar je nach Förderrichtung der Hauptpumpe 4 entweder aus der Arbeitsleitung 2 oder der Arbeitsleitung 3. Dies wird durch Rückschlagventile 38, 39 ermöglicht, die in den Verbindungsleitungen 36, 37 angeordnet sind und die jeweils die keinen Arbeitsdruck enthaltende Arbeitsleitung 2, 3 sperren.

In einer vom anderen Druckraum 34 zur Verbindungsleitung 36 führenden Verbindungsleitung 41 ist das Servo-Ventil 35 angeordnet, das den Durchgang in der Verbindungsleitung 41 steuert. Das Servo-Ventil 35 wird durch einen Steuer­ leitungsabschnitt 42 im Normalfall mit dem Steuerdruck und durch eine von der Verbindungsleitung 36 abzweigende Verbindungsleitung 43 mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt. Der Arbeitsdruck und der Steuerdruck wirken gegeneinander, wobei der Ventilkörper des Servo-Ventils 35 zusätzlich unter der Spannung einer verstellbaren Ventilfeder 44 steht. Das Servo-Ventil 35 ist zwischen einer Stellung, in der es die Verbindungsleitung 41 öffnet und einer Stellung, in der es die Verbindung des Druckraums 34 mit der Verbindungsleitung 36 schließt und dagegen zu einer Rücklaufleitung öffnet, verschiebbar. Bei einem hohen Arbeitsdruck befindet sich der Kolben 45 des Stellmotors 32 in einer nach rechts verschobenen Position.

Die bezüglich der Längsachse des im Einzelnen nicht dargestellten Fahrzeugs einander gegenüberliegenden Regeleinrichtungen 31 sind einander gleich, jedoch spiegelbildlich angeordnet. Die Regeleinrichtungen 31 für die Hydromotoren 7, 8 sind aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt.

Im Betrieb des Fahrzeugs ist durch die drehzahl- und druckabhängige Verstellung bzw. Regelung der Hydromotoren 5 bis 8 mittels der Regeleinrichtungen 31 gewährleistet, daß auch bei Kurvenfahrt jeder Hydromotor 5 bis 8 bei entsprechender Aufteilung des insgesamt vorhandenen Antriebsmomentes die jeweils erforderliche Schluckmenge erhält. Die Regeleinrichtungen 31 haben sich in der Praxis bewährt.

Allerdings erfolgt ei den Regeleinrichtungen 31 keine Differentialsperrwirkung, wenn eines oder mehrere der Räder 11 bis 14 weniger Bodenhaftung haben als die anderen Räder. In einem solchen Fall drehen das oder diese Räder und der oder die zugeordneten Hydromotoren durch, was zu einer Beschädigung letzterer führen kann.

Dieser Mangel wird durch eine zusätzliche Steuereinrichtung 46 beseitigt, die vier Steuerelemente 47 in Form von Druckventilen umfaßt, welche je einer der Regeleinrichtungen 31 zugeordnet sind. Jedes Druckventil 47 ist in einem mit dem Steuerleitungsabschnitt 42 bei 48 verbundenen Steuerleitungsabschnitt 49 angeordnet und durch eine elektrische Verbindungsleitung 50 mit einem elektronischen Steuergerät 51 verbunden. Bei 48 ist außerdem ein Steuerleitungsabschnitt 52 angeschlossen, der an seinem anderen Ende mit dem Steuerleitungsabschnitt 19 verbunden und in dem ein Rückschlagventil 53 angeordnet ist, das in Richtung auf das Servo-Ventil 35 öffnet.

Es ist Zweck der Steuereinrichtung 46 bei einer vorbestimmten Drehzahldifferenz zwischen einem oder mehreren Rädern 11 bis 14 bzw. Hydromotoren 5 bis 8 die Regeleinrichtung 31 zu übersteuern und den jeweiligen Hydromotor 5 bis 8 höherer Drehzahl auf eine geringere Schluckmenge einzustellen. Sobald ein vorbestimmter Drehzahlunterschied zwischen einem oder mehreren Rädern 11 bis 14 eintritt, d. h., wenn eines oder mehrere Räder durchdrehen, was im elektronischen Steuergerät 51 aufgrund der gemessenen Drehzahlen fortlaufend ermittelt wird, wird das dem jeweils hochlaufenden Hydromotor zugeordnete Druckventil 47 durch elektrischen Impuls über die elektrische Verbindungsleitung 50 so geöffnet, so daß der erhöhte Steuerdruck (Speisedruck) aus dem Steuerleitungsabschnitt 21 auf die zugehörige Regeleinrichtung 31 wirken und diese somit übersteuern kann, und zwar im Sinne einer Verkleinerung der Schluckmenge. Hierdurch wird die angestrebte Differentialsperrwirkung zwischen den Rädern 11 bis 14 bzw. Hydromotoren 5 bis 8 erzielt, wobei den jeweils nicht hochdrehenden Rädern ein größeres Drehmoment übertragen werden kann und somit die Antriebskraft der Antriebsmaschine ausgenutzt wird.

Der Unterschiedswert der Drehzahlen, bei dem die zusätzliche Steuereinrichtung 46 in Funktion tritt, ist bestimmbar und im elektronischen Steuergerät 51 gespeichert. Es kann sich z. B. um einen Drehzahlunterschiedswert handeln, der geringfügig oberhalb des Drehzahlunterschiedswertes zwischen zwei bezüglich der Längsachse des Fahrzeugs einander gegenüberliegenden Rädern in deren maximal ausgelenkter Stellung, d.h. bei kleinstem Winkelradius, besteht. Es ist jedoch auch möglich, bei jeweils unterschiedlichen, an die Fahrbedingungen angepaßten Drehzahlunterschiedswerten, die das elektro­ nische Steuergerät 51 ermittelt, die zusätzliche Steuereinrichtung 46 in Betrieb zu setzen.

Die zusätzliche Steuereinrichtung 46 läßt sich in vorteilhafter Weise auch zu einer Drehzahlbegrenzung bei Bergabfahrt benutzen. Hierzu ist die Steuereinrich­ tung 46 einschl. das Steuergerät 51 so eingerichtet, daß sie bei einer vorbestimmbaren, z.B. aus der Maximal­ geschwindigkeit sich ergebenden Drehzahl aller Räder 11 bis 14 alle Hydromotoren 5 bis 8 bzw. deren Regelein­ richtungen 31 im Sinne einer Vergrößerung der Schluckmenge verstellt. Hierdurch wird die Bremswirkung der Antriebs­ maschine vergrößert, weil bei Bergabfahrt die Hydromotoren 5 bis 8 Pumpenfunktion übernehmen, und sich aufgrund des vergrößerten Übersetzungsverhältnis die Drehzahlbegren­ zung ergibt.

Um diese Funktion zu ermöglichen ist jedes Druckventil 47 außer in seine die Steuerleitung öffnende und sperrende Betriebsstellung in eine weitere Betriebsstellung verstellbar, in der es den mit dem Steuerleitungsabschnitt 42 verbundenen Steuerleitungsabschnitt 65 mit einer Rücklaufleitung 66 verbindet und somit den Steuerdruck senkt, was zu der angestrebten Verstellung auf eine größere Schluckmenge führt. Der Steuerleitungsabschnitt 49 bleibt vorzugsweise gesperrt. Es ist auch vorteilhaft, das Druckventil 47 durch ein Wegeventil vorzugsweise mit integrierten Drosseln zu bilden.

In die Steuereinrichtung 46 ist somit eine weitere Betriebsstellung 67 integriert, die bei Bergabfahrt in Funktion tritt, wenn eine vorbestimmte Drehzahl der Räder 11 bis 14 bzw. Hydromotoren 5 bis 8 erreicht wird.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich vom vorbeschriebenen dadurch, daß die weitere Betriebsstellung 67 von einem für alle Regeleinrichtungen 31 gemeinsamen Steuerventil 71 realisiert ist, welches in dem für alle Regeleinrichtungen 31 gemeinsamen Steuerleitungsab­ schnitt 19 angeordnet und mit einer Rücklaufleitung 72 sowie mittels einer elektrischen Verbindungsleitung 73 mit dem Steuergerät 51 verbunden ist. Bei dem Steuer­ ventil 71 handelt es sich vorzugsweise um eine Proportio­ naldrossel.

Bei der Ausgestaltung bzw. Anordnung nach Fig. 2 braucht im Unterschied zu Fig. 1 nur das eine, für alle Regelein­ richtungen gemeinsame Steuerventil 71 betätigt zu werden, um die Drehzahlbegrenzung zur Wirkung zu bringen. Hierzu wird das Steuerventil 71 geöffnet, und somit der Steuer­ druck in allen Steuerleitungsabschnitten 42 gesenkt, was zur angestrebten Verstellung der Hydromotoren 5 bis 8 auf größere Schluckmenge führt.

Claims (14)

1. Fahrantrieb für Kraftfahrzeuge mit einem hydrostatischen Getriebe, das eine reversierbare Hauptpumpe (4) verstellbarer Fördermenge und wenigstens zwei Hydromotoren (5-8) verstellbarer Schluckmenge aufweist, wobei die Hauptpumpe durch eine Antriebsmaschine (15) antreibbar und durch einen mit ihrem Verstellorgan verbundenen Pumpen-Stellmotor (23) verstellbar ist, der mit einem Steuerdruck beaufschlagbar ist, der von einer ebenfalls von der Antriebsmaschine angetriebenen Hilfspumpe (16) erzeugt wird, und wobei jedem Hydromotor eine Regeleinrichtung (31) zur Schluckmengeneinstellung zugeordnet ist, die in Abhängigkeit des Arbeitsdruckes des hydrostatischen Getriebes und des Steuerdruckes die Schluckmenge mit zunehmendem Arbeits- bzw. Steuerdruck vergrößert und einen Servo-Stellmotor (32) aufweist, der durch ein Servo-Ventil (35) steuerbar ist, das in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck und vom Steuerdruck verstellbar ist, gekennzeichnet durch eine den Hydromotoren zugeordnete zusätzliche Steuereinrichtung, (46, 47; 46, 47, 67; 46, 47, 71) die von einem Steuergerät (51) betätigt wird, dem die Drehzahlen von an jedem Hydromotor bzw. der zugeordneten Radwelle angeordneten Drehzahlmessern übermittelt werden, und oberhalb einer vorgegebenen Drehzahl oder Drehzahldifferenz die zugehörige Regeleinrichtung (31) übersteuern kann.

2. Fahrantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersteuerung bei Überschreitung einer vorgegebenen Drehzahldifferenz zwischen wenigstens zwei Hydromotoren einsetzt, und hierbei die dem mit höherer Drehzahl laufenden Hydromotor zugeordnete zusätzliche Steuereinrichtung (46, 47) die ihr zugeordnete Regeleinrichtung im Sinne einer Verringerung der Schluckmenge verstellt.

3. Fahrantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersteuerung bei Überschreitung einer vorgegebenen Drehzahl aller Hydromotoren einsetzt, und hierbei die zusätzliche Steuereinrichtung (46, 47, 67; 46, 47, 71) die Regeleinrichtungen (31) im Sinne einer Vergrößerung der Schluckmenge verstellt.

4. Fahrantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Steuereinrichtung (46, 47) je ein den Hydromotoren (5 bis 8) zugeordnetes Steuerelement (47) umfaßt, das in einer Betriebsstellung je eine zum zugeordneten Servoventil (35) führende, den Steuerdruck enthaltende Steuerleitung (42) mit je einer zur Hilfspumpe (16) führenden, einen erhöhten Steuerdruck enthaltenden Steuerleitung (49) verbindet.

5. Fahrantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelemente (47) der zusätzlichen Steuereinrichtung (47) in einer weiteren Betriebsstellung (67) den Steuerdruck zwecks Vergrößerung des Schluckvolumens sämtlicher Hydromotoren (5 bis 8) verringern.

6. Fahrantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelemente (47) in der weiteren Betriebsstellung (67) die jeweilige Steuerleitung (42) über eine Rücklaufleitung (66) mit dem Tank verbinden.

7. Fahrantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Steuereinrichtung (46) ein sämtlichen Hydromotoren (5 bis 8) gemeinsames Steuerelement (71) umfaßt, das bei Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl sämtlicher Hydromotoren (5 bis 8) den Steuerdruck zwecks Vergrößerung des Schluckvolumens sämtlicher Hydromotoren (5 bis 8) verringert.

8. Fahrantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das sämtlichen Hydromotoren (5 bis 8) gemeinsame Steuerventil (71) in einer den Steuerdruck enthaltenden Steuerleitung (19) angeordnet ist, die von der Hilfspumpe (16) zu den an die einzelnen Servoventile (35) angeschlossenen Steuerleitungen (42) führt.

9. Fahrantrieb nach wenigstens einem der Ansprüche 4-8 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelemente in die jeweils zugeordnete Regeleinrichtung (31) integriert sind.

10. Fahrantrieb nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die vom Arbeitsdruck und von den Steuerdrücken beaufschlagbaren, an jedem Servoventil (35) in einander entgegengesetzten Richtungen wirkenden Druckflächen an gegenüberliegenden Seiten des Servoventils (35) angeordnet sind.

11. Fahrantrieb nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Steuerleitungsabschnitten (52), die die Steuerleitungen (42) mit der Steuerleitung (19) verbinden, je ein in Richtung der jeweiligen Steuerleitung (42) öffnendes Rückschlagventil (53) angeordnet ist.

12. Fahrantrieb nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitungen (19) über ein Druckreduzierventil, insbesondere Steuerventil (18), an eine zur Hilfspumpe (16) führende Steuerleitung (17) angeschlossen ist, von der die den erhöhten Steuerdruck enthaltenden Steuerleitungen (49) abzweigen.

13. Fahrantrieb nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (51) ein elektronisches Steuergerät ist.

14. Fahrantrieb nach wenigstens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelemente (47, 71) als Steuerventile ausgebildet sind.