DE3907633C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines stufenlos regelba­ ren hydrostatischen Fahrantriebes für selbstfahrende Maschinen sowie einen danach arbeitenden hydrostatischen Fahrantrieb.

Durch die DE-OS 34 09 566 ist eine Getriebeanordnung, insbesondere für einen Fahrzeugantrieb, bekannt, bestehend aus hydrostatischen Maschinen mit einer Primäreinheit, die von einer Kraftmaschine angetrieben wird und Druckmittel in einem Leitungsstrang fördert, an dem ein hydrostatischer Speicher und eine als Motor zum Antrieb einer Last bzw. als Pumpe zur Energierückgewinnung beim Antrieb durch die Last arbeitende Sekundärein­ heit angeschlossen sind. Die Primäreinheit besteht aus mindestens zwei hydrostatischen Pumpen und die Sekundäreinheit aus mindestens zwei hydro­ statischen Maschinen. Die primär- und sekundärseitigen Maschinen sind an einem gemeinsamen hydraulischen Leitungsstrang angeschlossen und sind wenigstens teilweise mittels Schaltkupplungen mit der Kraftmaschine und der Last verbindbar. Die Betätigung der Schaltkupplungen zum Zu- und Abschalten der primärseitigen Pumpen erfolgt abhängig vom Betriebsverhal­ ten der Kraftmaschine und der sekundärseitigen Maschinen abhängig von einem willkürlich von Hand wählbaren Signal. Hier liegt somit ein mit Stufen ausgebildeter und kein stufenlos regelbarer hydrostatischer Fahran­ trieb vor, wobei die Pumpen bei erforderlicher erhöhter bzw. reduzierter Leistung zugeschaltet bzw. abgeschaltet (abgekuppelt) werden.

Die US-PS 40 69 884 betrifft einen hydrostatischen Fahrantrieb für einen Raupenkran, der auch als Lastraupe eingesetzt werden kann. Zum Einsatz kommen getrennte Steuerkreise, bestehend aus jeweils einem Konstant- und Verstellmotor, um die Fahrgeschwindigkeit sowie das Drehmoment für die einzelnen Raupen getrennt steuern zu können. Konstant- und Verstellmotor sind hierbei hydraulisch parallelgeschaltet und arbeiten ohne Zwischen­ schaltung von Kupplungen oder dgl. mit gleichem Übersetzungsverhältnis auf die Antriebswelle. Ein derartiger Antrieb mag bei langsamfahrenden Fahrzeugen vielleicht anwendbar sein, bei Fahrzeugen, wie beispielsweise Radladern, die Geschwindigkeiten von bis zu 50 km/h oder mehr erreichen können, ist der Einsatz jedoch ausgeschlossen, da keine unterschiedlichen Fahrbereiche realisiert werden können.

Durch die DE-OS 27 35 423 ist ein Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungskraftmaschine bekannt, der mit einer umsteuerbaren Hydraulik­ pumpe mit variablem Hubvolumen ausgestattet ist, die von der Verbrennungs­ kraftmaschine angetrieben werden kann. Ferner sind ein von der Hydraulik­ pumpe gespeister Energiespeicher sowie mindestens ein von dem Speicher gespeister hydrostatischer Motor vorgesehen. Darüber hinaus weist der Antrieb eine von der Verbrennungskraftmaschine oder dem hydrostatischen Antrieb angetriebene mechanische Übersetzung mit einem Umschalt- und Betätigungsorgan für die mechanische Übersetzung auf. Auch ein derartiger Antrieb ist als Fahrantrieb für selbstfahrende Maschinen nicht sinnvoll einsetzbar.

Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines stufenlos regelbaren hydrostatischen Fahrantriebes für selbstfahrende Maschinen sowie einen nach diesem Verfahren arbeitenden hydrostatischen Fahrantrieb dergestalt weiterzubilden, daß neben einer Erhöhung der Wirt­ schaftlichkeit eine weitestgehende Entlastung des Fahrers bei den Fahrvor­ gängen gegeben ist. Es soll ein großer Wandlungsbereich erzielt werden, um bei vorgebbaren Zugkraftanforderungen hohe Endgeschwindigkeiten zu erreichen, wobei die Zugkraft-Geschwindigkeitskurve selbsttätig ohne jegliche Unterbrechung durchfahren werden soll.

Dieses Ziel wird gemäß Patentanspruch 1 durch die Kombination folgender Merkmale erreicht:

• a) nach Erreichen der Grenzstellung des Verstellmotors, die sich aus der höchsten nach technischen oder wirtschaftlichen Gesichtspunkten be­ stimmten zugelassenen Drehzahl ergibt, wird dieser mit schnellem Über­ gang auf den Verstellwinkel alpha = 0 oder mindestens in den Bereich der Selbsthemmung geführt und im Verlauf dieses Vorgangs durch eine Schaltkupplung vom Ausgang abgetrennt, wobei gleichzeitig der Aus­ schwenkwinkel der Fahrantriebspumpe um den Betrag zurückgenommen wird, der dem letztlichen Hubvolumen des Verstellmotors entsprach,
• b) der Ausschwenkwinkel der Fahrantriebspumpe wird nun wieder zunehmend auf den vollen Ausschwenkwinkel geführt, wobei dann die Endgeschwind­ igkeit mit dem noch im Betrieb befindlichen Konstantmotor erreicht wird,
• c) bei Verringerung der Geschwindigkeit werden die einzelnen vorstehend beschriebenen Schritte und Vorgänge umgekehrt durchlaufen, wobei ab einem bestimmten Zugkraftbedarf im unteren Geschwindigkeitsbereich die Schaltkupplung dann wieder geschlossen und im Verlauf dieses Vorganges der Verstellmotor erneut zum Einsatz gebracht wird.

Bei einem Verfahren zum Betrieb eines stufenlos regelbaren hydrostati­ schen Fahrantriebes für selbstfahrende Maschinen mit mindestens einer verstellbaren Fahrantriebspumpe, die mindestens zwei Verstellmotoren in hydraulischer Parallelschaltung speist, wird dieses Ziel gemäß Anspruch 2 durch die Kombination der nachstehenden Merkmale erreicht:

• a) zum Anfahren der selbstfahrenden Maschine werden die auf volles Schluckvolumen gestellten Fahrmotoren mit zunehmendem Ausschwenkwinkel der Fahrantriebspumpe gespeist,
• b) bei vollem Ausschwenkwinkel der Fahrantriebspumpe wird dann mindestens ein Verstellmotor, der die Möglichkeit des Stellwinkels alpha = 0 hat, kontinuierlich bis in eine Grenzstellung zurückgeschwenkt, bei der entweder die höchstzulässige Drehzahl für diesen Verstellmotor er­ reicht ist, oder aber wegen des sich zunehmend verschlechternden Wir­ kungsgrades mit kleiner werdendem Stellwinkel von einem weiteren einbe­ zogenen Betrieb abgesehen wird,
• c) nach Erreichen der Grenzstellung werden der Verstellwinkel des bzw. der Verstellmotoren mit schnellem Übergang auf den Verstellwinkel alpha = 0 oder mindestens bis in den Bereich der Selbsthemmung geführt und der Ausschwenkwinkel der Fahrantriebspumpe um den Betrag zurückge­ nommen, der dem letztlichen Schluckvolumen des bzw. der Verstellmoto­ ren entsprach und im Verlauf dieses Vorganges durch eine Schaltkupp­ lung vom Ausgang abgeschaltet,
• d) der Schwenkwinkel der Fahrantriebspumpe wird dann wieder zunehmend auf den vollen Ausschwenkwinkel geführt und nach seinem Erreichen dann der verbleibende Verstellmotor kontinuierlich bis zu der Grenzstellung seiner höchsten nach technischen oder wirtschaftlichen Gesichtspunkten bestimmten zugelassenen Drehzahl zurückgeschwenkt, wobei dann die höchste Antriebsdrehzahl erreicht ist,
• e) zum Wiederabsenken der Abtriebsdrehzahl des Ausganges werden die vor­ stehenden Schritte und Vorgänge umgekehrt durchlaufen.

Ein nach den Merkmalen des Anspruches 1 arbeitender hydrostatischer Fahr­ antrieb ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Verstellmotor und Aus­ gang eine Schaltkupplung angeordnet ist, und daß der Verstellmotor eine größere Übersetzung seines Vorgeleges zum Ausgang als der fest mit dem Ausgang verbundene Konstantmotor aufweist.

Ein bevorzugtes Merkmal zur Weiterbildung des Fahrantriebes wird darin gesehen, daß der Verstellmotor und der Konstantmotor mit verschiedenen Antriebswellen (Ausgängen) der Maschine, insbesondere unter Zwischenschal­ tung von Vorgelegen verbindbar sind.

Ein nach den Merkmalen des Anspruches 2 arbeitender hydrostatischer Fahr­ antrieb ist dadurch gekennzeichnet, daß in hydraulischer Parallelschal­ tung ein erster bis in Nullstellung und mindestens ein zweiter rück­ schwenkbarer Motor vorgesehen wird und der oder die in mindestens einem Fall über ein Vorgelege auf einen gemeinsamen Ausgang arbeiten, wobei zwischen dem ersten Verstellmotor und dem Ausgang eine Schaltkupplung angeordnet ist, der eine größere Übersetzung seines Vorgeleges zum Aus­ gang als der oder die übrigen Verstellmotor(en) aufweist bzw. aufweisen.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die bisher in diesem Ge­ schwindigkeitsbereich zum Einsatz gekommenen Schaltgetriebe, einschließ­ lich ihrer Steuerungs- und Regelungsanlagen in Fortfall kommen. Einher­ geht eine weitgehende Fahrerentlastung bei den Fahrvorgängen und es eröff­ nen sich neue gestalterische Konstruktionsmöglichkeiten für derartige Fahrzeuge aufgrund der freieren Anordnung der Bauteile, insbesondere der Antriebsanordnungen, die in dieser Folge an einer oder mehreren Achsen vorgesehen werden können.

Anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spieles wird im folgenden die Erfindung näher beschrieben.

In der Darstellung erkennt man den stufenlos regelbaren hydrostatischen Fahrantrieb für selbstfahrende Maschinen mit mehreren Fahrmotoren. Letzte­ re werden von einer gemeinsamen verstellbaren Fahrantriebspumpe (1) ge­ speist. In hydraulischer Parallelschaltung sind ein bis in eine Nullstel­ lung rückschwenkbarer Verstellmotor (2) und ein Konstantmotor (3) vorgese­ hen. Es arbeiten dabei der Verstellmotor (2) über das schaltbare Vorgele­ ge (4) und der Konstantmotor (3) über das Vorgelege (5) auf einen gemein­ samen Ausgang (6). Dieser kann durch eine Achsantriebswelle dargestellt sein, die in Eingriff mit einem Achsantrieb (7) steht.

Wie die Zeichnung veranschaulicht, ist zwischen dem Verstellmotor (2) und dem Ausgang (6) eine Schaltkupplung (8) vorgesehen. Dabei ist es für die Erfindung grundsätzlich gleichwertig, die vorgenannte Kupplung (8) nicht zwischen dem Vorgelege (4) und dem Ausgang (6), sondern zwischen dem Verstellmotor (2) und dem Vorgelege (4) einzubauen.

Bezogen auf den Ausgang (6) ist das Übersetzungsverhältnis des schaltba­ ren Vorgeleges (4) und das des Vorgeleges (5) unterschiedlich gewählt. Während es beim Vorgelege (5) des Konstantmotors (3) etwa gleich ist, wurde es erfindungswesentlich beim schaltbaren Vorgelege (4), das an den Verstellmotor (2) angeschlossen ist, größer gewählt.

Nicht näher dargestellt, aber leicht vorstellbar ist die Bauweise eines Fahrantriebes bei dem der Verstellmotor (2) und der Konstantmotor (3) auf verschiedene Antriebswellen unter Zwischenschaltung von Vorgelegen arbei­ ten können. Das insgesamt zwischen jedem Antriebsmotor und dem Ausgang einzuhaltende Übersetzungsverhältnis muß sich auf die dann noch vorhande­ ne gemeinsame Ausgangsgröße beziehen. Hier kann z. B. die Umfangsge­ schwindigkeit der angetriebenen Räder zugrundegelegt werden.

Ebenfalls nicht näher dargestellt, aber in gleicher Weise leicht erkenn­ bar, ist die Ausgestaltung eines hydrostatischen Fahrantriebes derart, daß der Konstantmotor (3), d. h. der Motor mit konstantem Schluckvolumen, ersetzt wird durch einen Antriebsmotor mit verstellbarem Schluckvolumen entsprechend dem des Verstellmotors (2).

Vorstellbar ist weiterhin, ohne Einschränkung der Erfindung, der Aufbau eines Fahrantriebes, bei dem der Konstantmotor (3) ohne Zwischenschaltung eines Vorgeleges, also direkt auf den Ausgang (6) arbeitet.

Der Betrieb des vorbeschriebenen Fahrantriebes erfolgt nun derart, daß bei hohem Zugkraftbedarf, d. h. bei niedrigen Geschwindigkeiten, alle Fahrmotoren, eingestellt auf volles Schluckvolumen, auf die Antriebsach­ sen wirken. Nachdem die Fahrantriebspumpe ihren vollen Ausschwenkwinkel entsprechend des maximalen Fördervolumens erreicht hat, beginnt der Ver­ stellmotor, der die Möglichkeit des Stellwinkels alpha = 0 hat, zurückzu­ schwenken, und zwar bis zu einem Schwenkwinkel, bei dem entweder die höchst zulässige Drehzahl für diesen Verstellmotor erreicht ist oder aber man, wegen des sich zunehmend verschlechternden Wirkungsgrades mit klei­ ner werdendem Verstellwinkel, von einem weiteren einbezogenen Betrieb absieht. Nach Erreichen dieser Grenzstellung wird der Verstellmotor (2) mit schnellem Übergang, d. h. sprungartig, auf den Verstellwinkel alpha = 0 oder mindestens bis in den Bereich der Selbsthemmung geführt und durch die Schaltkupplung (8) vom Ausgang (6) abgetrennt. Gleichzeitig muß dabei die Fahrantriebspumpe (1) vorübergehend zurückschwenken, weil dem Ver­ stellmotor (2) nunmehr kein weiterer Teilölstrom zufließt.

Zur weiteren Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit durch den noch wirkenden Konstantmotor (3) beginnt die Fahrantriebspumpe (1) nun wieder auszu­ schwenken. Die Endgeschwindigkeit ist dann erreicht, wenn der Konstantmo­ tor (3) oder bei einer Ausführung mit mehreren Konstantmotoren diese, oder aber bei Verwendung eines oder mehrerer Verstellmotoren diese die nach technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten bestimmte zugelasse­ ne Drehzahl erreichen.

Bei einer Verminderung der Geschwindigkeit aus höheren Geschwindigkeitsbe­ reichen werden die einzelnen vorstehend beschriebenen Schritte und Vorgän­ ge umgekehrt durchlaufen. Bei einem bestimmten Zugkraftbedarf im unteren Geschwindigkeitsbereich wird dann die Schaltkupplung (8) wieder geschlos­ sen und der Verstellmotor (2) erneut zum Einsatz gebracht.

Claims (5)

1. Verfahren zum Betrieb eines stufenlos regelbaren hydrostatischen Fahrantriebes für selbstfahrende Maschinen mit mindestens einer ver­ stellbaren Fahrantriebspumpe, die einerseits einen Konstant- und andererseits einen Verstellmotor in hydraulischer Parallelschaltung speist, die beide über mechanische Abtriebselemente auf einen gemein­ samen Ausgang arbeiten, wobei der Verstellmotor beim Anfahrvorgang auf maximales und die Pumpe auf minimales Hubvolumen eingestellt und die Pumpe zur Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit auf maximales und der Verstellmotor auf eine Grenzstellung mit minimalem Hubvolumen gesteu­ ert werden, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) nach Erreichen der Grenzstellung des Verstellmotors (2), die sich aus der höchsten nach technischen oder wirtschaftlichen Gesichts­ punkten bestimmten zugelassenen Drehzahl ergibt, wird dieser mit schnellem Übergang auf den Verstellwinkel alpha = 0 oder minde­ stens in den Bereich der Selbsthemmung geführt und im Verlauf dieses Vorgangs durch eine Schaltkupplung (8) vom Ausgang (6) abgetrennt, wobei gleichzeitig der Ausschwenkwinkel der Fahran­ triebspumpe (1) um den Betrag zurückgenommen wird, der dem letzt­ lichen Hubvolumen des Verstellmotors (2) entsprach,
• b) der Ausschwenkwinkel der Fahrantriebspumpe (1) wird nun wieder zunehmend auf den vollen Ausschwenkwinkel geführt, wobei dann die Endgeschwindigkeit mit dem noch im Betrieb befindlichen Konstant­ motor (3) erreicht wird,
• c) bei Verringerung der Geschwindigkeit werden die einzelnen vorste­ hend beschriebenen Schritte und Vorgänge umgekehrt durchlaufen, wobei ab einem bestimmten Zugkraftbedarf im unteren Geschwindig­ keitsbereich die Schaltkupplung (8) dann wieder geschlossen und im Verlauf dieses Vorganges der Verstellmotor (2) erneut zum Einsatz gebracht wird.

2. Verfahren zum Betrieb eines stufenlos regelbaren hydrostatischen Fahrantriebes für selbstfahrende Maschinen, mit mindestens einer verstellbaren Fahrantriebspumpe, die mindestens zwei Verstellmotoren in hydraulischer Parallelschaltung speist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) zum Anfahren der selbstfahrenden Maschine werden die auf volles Schluckvolumen gestellten Fahrmotoren mit zunehmendem Ausschwenk­ winkel der Fahrantriebspumpe (1) gespeist,
• b) bei vollem Ausschwenkwinkel der Fahrantriebspumpe (1) wird dann mindestens ein Verstellmotor, der die Möglichkeit des Stellwin­ kels alpha = 0 hat, kontinuierlich bis in eine Grenzstellung zurückgeschwenkt, bei der entweder die höchstzulässige Drehzahl für diesen Verstellmotor erreicht ist, oder aber wegen des sich zunehmend verschlechternden Wirkungsgrades mit kleiner werdendem Stellwinkel von einem weiteren einbezogenen Betrieb abgesehen wird,
• c) nach Erreichen der Grenzstellung werden der Verstellwinkel des bzw. der Verstellmotoren mit schnellem Übergang auf den Verstell­ winkel alpha = 0 oder mindestens bis in den Bereich der Selbsthem­ mung geführt und der Ausschwenkwinkel der Fahrantriebspumpe (1) um den Betrag zurückgenommen, der dem letztlichen Schluckvolumen des bzw. der Verstellmotoren entsprach und im Verlauf dieses Vorganges durch eine Schaltkupplung (8) vom Ausgang (6) abgeschal­ tet,
• d) der Schwenkwinkel der Fahrantriebspumpe (1) wird dann wieder zunehmend auf den vollen Ausschwenkwinkel geführt und nach seinem Erreichen dann der verbleibende Verstellmotor kontinuierlich bis zu der Grenzstellung seiner höchsten nach technischen oder wirt­ schaftlichen Gesichtspunkten bestimmten zugelassenen Drehzahl zurückgeschwenkt, wobei dann die höchste Antriebsdrehzahl er­ reicht ist,
• e) zum Wiederabsenken der Abtriebsdrehzahl des Ausganges (6) werden die vorstehenden Schritte und Vorgänge umgekehrt durchlaufen.

3. Hydrostatischer Fahrantrieb nach Anspruch 1, mit mindestens einem über ein Vorgelege bestimmter Übersetzung fest mit dem gemeinsamen Ausgang verbundener Konstantmotor sowie mindestens einem bis in eine Nullstellung rückschwenkbaren Verstellmotor, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Verstellmotor (2) und Ausgang (6) eine Schaltkupplung (8) angeordnet ist, und daß der Verstellmotor (2) eine größere Über­ setzung seines Vorgeleges (4) zum Ausgang (6) als der fest mit dem Ausgang (6) verbundene Konstantmotor (3) aufweist.

4. Fahrantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstell­ motor (2) und der Konstantmotor (3) mit verschiedenen Antriebswellen (Ausgängen) der Maschine, insbesondere unter Zwischenschaltung von Vorgelegen, verbindbar sind.

5. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in hydraulischer Parallelschaltung ein erster bis in Nullstellung und mindestens ein zweiter rückschwenkbarer Motor vorgesehen wird und der oder die in mindestens einem Fall über ein Vorgelege auf einen gemein­ samen Ausgang (6) arbeiten, wobei zwischen dem ersten Verstellmotor und dem Ausgang (6) eine Schaltkupplung angeordnet ist, der eine größere Übersetzung seines Vorgeleges zum Ausgang als der oder die übrigen Verstellmotor(en) aufweist bzw. aufweisen.