DE4408984C1 - Hydrostatisches Antriebssystem mit reduzierter Anzahl von Hydraulikpumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Antriebssystem für ein Fahrzeug mit Arbeits-, Fahr- und Lenkfunktionen, insbesondere für einen Baggerla­ der.

Heutige konventionelle Baggerlader sind in der Regel mit mehreren voneinander unabhängigen hydraulischen Kreisläufen versehen.

In der Druckschrift DE 32 37 019 C2 ist ein Hublader mit einer Lenkanlage mit hydrostatischer Lenkkraftunterstützungsanlage, einer Primärenergiequelle für den Fahrantrieb, einem hydrostatischen Getriebe und zwei von der Primärenergiequelle angetriebenen Pumpen beschrieben. Lenkkraftunterstützungsanlage und Fahrantrieb stellen jeweils einzelne hydraulische Kreisläufe dar.

Jeder einzelne hydraulische Kreislauf, ob er offen oder geschlossen ist, ist dabei mit mindestens einer entsprechenden hydraulischen Pumpe versehen. Derartige Pumpen sind Verstellpumpen, Füllpumpen und Konstantpumpen. Des weiteren werden für die unabhängigen hydrauli­ schen Kreisläufe zahlreiche entsprechende Ventile benötigt.

Wegen der zahlreichen hydraulischen Pumpen und Ventile sind Her­ stellungs- und Installationsaufwand, Instandhaltung und folglich Kosten sowie die Ausfallneigung des Antriebssystems vergleichsweise hoch.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Antriebssystem, insbesondere für einen Baggerlader zu schaffen, das mit einer reduzierten Anzahl von Versorgungs- und Regelungseinrichtungen einen hohen Grad an Betriebs­ zuverlässigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird mit einem hydrostatischen Antriebssystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.

Danach versorgt eine erste Verstellpumpe einen offenen hydraulischen Kreislauf für die Lenk- und/oder Frontladerfunktion eines Baggerladers und speist in einen geschlossenen Kreislauf für die Fahrantriebsfunktion ein. Und eine zweite Verstellpumpe versorgt den geschlossenen Kreislauf für die Fahrantriebsfunktion und ist mit einem Hydromotor oder mit dem Kreislauf für Baggerfunktionen verbindbar.

Zweckmäßige Weiterbildungen des Antriebssystems sind in den Unter­ ansprüchen 2-6 festgelegt. Danach ist die erste Verstellpumpe durch die Anordnung eines entsprechenden Ventils sowohl für die Lenk- als auch die Frontladerfunktion vorgesehen. Mit Hilfe eines Drei/Zwei-Wegeventils wird realisiert, daß die zweite Verstellpumpe einerseits den Hydromotor versorgen kann, wenn die Fahrantriebsfunktion gewünscht wird, oder andererseits die Baggerfunktionen versorgt, wenn keine Fahrantriebs­ funktion gewünscht wird. Bevor der Rücklauf von den Ventilen der Frontladerfunktionen und den Ventilen der Baggerfunktionen in den geschlossenen Kreislauf zur zweiten Verstellpumpe geführt wird, erfolgt eine Kühlung des Hydrauliköls in einem Wärmetauscher; von dem aus über eine Einspeiseventileinheit in den geschlossenen Kreislauf eingespeist wird.

Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Antriebssystems bestehen darin, daß bei Beibehaltung der für einen modernen Baggerlader notwen­ digen mehreren Kreisläufe die Anzahl der diese Kreisläufe versorgenden Pumpen verringert und dennoch eine hohe Betriebszuverlässigkeit er­ reicht werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei­ spiels in Verbindung mit der Zeichnung.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen hydraulischen Schaltplan eines Baggerladers nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Schaltplan eines Baggerladers.

Zum besseren Verständnis wird zunächst der hydraulische Schaltplan eines Baggerladers gemäß dem Stand der Technik entsprechend Fig. 1 beschrieben. Baggerlader des Standes der Technik besitzen in der Regel zwei oder drei voneinander unabhängige hydraulische Kreisläufe, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind.

Der erste Kreislauf besteht aus einer Verstellpumpe 1, die durch einen Verbrennungsmotor 14 angetrieben wird, einer Füllpumpe 2, zugehörigen Einspeise- und Druckbegrenzungsventilen 6, einem Speisedruckbegren­ zungsventil 7 und dem Hydromotor 5, der ein Verstellmotor ist. Dieser erste Kreislauf ist ein geschlossener Kreislauf und ist der bei üblichen hydrostatischen Antriebskonzepten für Fahrantriebe von z. B. Radladern, Mähdreschern, Kehrmaschinen usw. stets vorgesehene Kreislauf. Für diesen Kreislauf für die Fahrantriebsfunktion sind somit zwei Hydraulik­ pumpen erforderlich, und zwar die Verstellpumpe 1 und die Füllpumpe 2.

Der zweite Kreislauf, für den eine Konstantpumpe 3 vorgesehen ist, dient der Versorgung der Lenkfunktion, d. h. der Lenkzylinder, die über das Ventil 10 für die Lenkfunktion angesteuert werden. Bei dem zweiten Kreislauf handelt es sich um einen offenen Kreislauf.

Der dritte hydraulische Kreislauf, der ebenfalls ein offener Kreislauf ist, dient der Hydraulikversorgung für die Frontladerfunktion und für die Baggerfunktion. Die Versorgung der Frontladerfunktion erfolgt über die Ventile 11, und die Versorgung der Baggerfunktion erfolgt über die Ventile 12. Für diese beiden genannten Funktionen ist eine weitere Verstellpumpe 4 vorgesehen. Anstelle dieser Verstellpumpe 4 kann auch gelegentlich eine Konstantpumpe angeordnet werden. Bei neueren Anwen­ dungen wird eine Verstellpumpe eingesetzt, die druckgeregelt ist. Bei derartigen Antriebssystemen wird der höchste Verbraucherdruck zur Pumpe rückgemeldet und dient als Sollwert für die Pumpenregelung.

Für ein derartiges Antriebssystem des Standes der Technik sind somit mindestens drei, im beispielhaften Fall gemäß Fig. 1 sogar vier Hydrau­ likpumpen erforderlich.

Das Vorsehen von drei bis vier derartigen Hydraulikpumpen weist nicht nur den Nachteil hoher Installationskosten für das Antriebssystem, son­ dern auch den Nachteil einer erhöhten Störanfälligkeit auf.

Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, das den erfin­ dungsgemäßen hydraulischen Schaltplan eines Baggerladers zeigt, über­ windet diese entscheidenden Nachteile heutiger Antriebssysteme von Baggerladern, in dem für den Fahrantrieb, die Lenkfunktion, die Frontla­ derfunktion und die Baggerfunktionen nur noch zwei Hydraulikpumpen erforderlich sind. Dadurch kann der Kosten- und technologische Aufwand für ein derartiges Betriebssystem deutlich gesenkt und deren Betriebs­ zuverlässigkeit deutlich erhöht werden. Selbst wenn bei einem Kreislauf des Standes der Technik durch Verwendung eines Prioritätsventils 13 der zweite und der dritte Kreislauf kombiniert werden, d. h. zu einem Kreis mit nur einer Pumpe verändert werden, so sind bei einem Kreislauf des Standes der Technik immer noch drei Pumpen erforderlich.

Erhebliche Vorteile lassen sich dagegen durch ein hydrostatisches An­ triebssystem erreichen, das in dem Schaltbild gemäß Fig. 2 dargestellt ist. Bei einem derartigen hydrostatischen Betriebssystem sind nur noch zwei Pumpen erforderlich. Das kann dadurch erreicht werden, daß die Ver­ stellpumpe 4 des offenen Kreises sowohl zur Einspeisung in den ge­ schlossenen Kreislauf als auch zur Versorgung der Lenkung und des Frontladers dient, indem das oben genannte Prioritätsventil 13 vorgesehen wird, um den jeweils gewünschten Ansteuereffekt für die Lenkfunktion und/oder die Frontladerfunktion zu gewährleisten. Die Verstellpumpe 1 des geschlossenen Kreises dient für den Fahrantrieb und ist in der in Fig. 2 gezeichneten Stellung des Drei/Zwei-Wegeventils 8 mit dem Hydromotor 5 verbunden. Wenn das mit dem erfindungsgemäßen hydro­ statischen Antriebssystem ausgestattete Fahrzeug als Bagger arbeitet, wird es in der Regel nicht bewegt. Häufig ist das Fahrzeug beim Ausführen der Baggerfunktion aus Stabilitätsgründen durch eine Abstützvorrichtung hinten angehoben. Das bedeutet, daß der hydrostatische Kreislauf für den Fahrantrieb während des Baggerns nicht benötigt wird. Bei einem der­ artigen Betriebsmodus erfolgt ein Umschalten des Drei/Zwei-Wegeventils 8 derart, daß die Verstellpumpe 1 nun direkt mit den Ventilen 12 für die Ansteuerung der entsprechenden Aggregate zum Ausführen der Baggerfunktionen verbunden ist. Die hohe Belastung bzw. der hohe Leistungsbedarf während des Ausführens der Baggerfunktionen führt zu einem Ansteigen der Temperatur des Hydrauliköls. Deshalb wird der Rücklauf aus den Ventilen 12 zum Ansteuern der entsprechenden Ag­ gregate zum Ausführen der Baggerfunktionen durch einen Wärmetauscher 9 sowie einen Filter 15 geführt, bevor er über das Einspeiseventil 6 zurück zur Verstellpumpe 1 geführt wird. Eine Elektronikeinheit (nicht gezeigt) kann die Regelung der Verstellpumpe 1 ausführen, wobei als Eingangssignal der maximale Druck der Arbeitszylinder zum Ausführen der Baggerfunktionen erfaßt wird und der Systemdruck der Verstellpumpe 1 ca. 20 bar höher geregelt wird (stand by pressure).

Mit diesem neuartigen hydrostatischen Antriebssystem wird somit eine beträchtliche Vereinfachung der verschiedenen benötigten Hydraulikkreis­ läufe erreicht, indem von jeder der beiden vorhandenen Verstellpumpen 1, 4 mehrere Funktionen erfüllt werden können. Diese erhöhte Variabili­ tät bei der Steuerung der hydraulischen Kreisläufe führt des weiteren zu einer Erhöhung der Energieökonomie, da tatsächlich nur die für die jeweils benötigten Funktionen erforderliche Energie bereitgestellt werden muß. Bei abgeschalteter Fahrantriebsfunktion entfällt z. B. die Pumparbeit, die für die Zirkulation des Hydrauliköls durch den Kreislauf für den Fahrantrieb bei herkömmlichen hydrostatischen Antriebssystemen des Standes der Technik, wie z. B. demnach Fig. 1, benötigt wird.

Ein derartiges neues hydrostatisches Antriebssystem ist selbstverständlich nicht auf Baggerlader beschränkt; es kann für sämtliche mit einem hydrostatischen Antriebssystem ausgerüstete Fahrzeuge angewendet wer­ den, bei denen nicht immer sämtliche Funktionen wie z. B. Arbeits-, Lenk- und Fahrfunktionen benötigt werden.

Claims (6)

1. Hydrostatisches Antriebssystem für ein Fahrzeug mit Arbeits-, Lenk- und Fahrfunktionen, insbesondere für einen Baggerlader, bestehend 17 aus voneinander unabhängigen offenen und geschlossenen hydrauli­ schen Kreisläufen, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Verstellpumpe (4) den offenen Kreislauf für die Lenkfunktion und/oder die Frontladerfunktion versorgt und in den geschlossenen Kreislauf für die Fahrantriebsfunktion einspeist; und eine zweite Verstellpumpe (1) wahlweise den geschlossenen Kreislauf für die Fahrantriebsfunktion oder den Kreislauf für die Baggerfunktionen versorgt, indem sie mit einem Hydromotor (5) des Fahrantriebs oder mit dem Kreislauf für die Baggerfunktionen ver­ bindbar ist.

2. Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindung zwischen der zweiten Verstellpumpe (1) mit dem Hydromotor (5) oder dem Kreislauf für die Baggerfunk­ tionen ein 3/2-Wegeventil (8) herstellt.

3. Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstellpumpe (4) über ein Prioritäts­ ventil (13) mit einem Ventil (10) für die Lenkfunktion oder mit Ventilen (11) für die Frontladerfunktionen verbindbar ist.

4. Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rücklauf von Ventilen (11) der Frontladerfunktio­ nen und von Ventilen (12) der Baggerfunktionen über einen Wärme­ tauscher (9) und eine Einspeiseventileinheit (6) in den geschlossenen Kreislauf zur zweiten Verstellpumpe (1) führbar ist.

5. Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der zweiten Verstellpumpe (1) durch eine Elektronik­ einheit erfolgt, die als Eingangssignal den maximalen Druck der Arbeitszylin­ der für die Baggerfunktionen erfaßt.

6. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronikeinheit den Systemdruck (stand-by pressure) der zweiten Verstellpumpe (1) etwa 20 bar höher regelt als der maximal erforderliche Arbeitsdruck in den Zylindern.