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Die
Erfindung betrifft ein hydrostatisches Getriebe gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Derartige
hydrostatische Getriebe haben eine durch zumindest eine Pumpe gebildete
Primäreinheit und eine durch einen Hydromotor gebildete Sekundäreinheit,
die hydraulisch gekoppelt sind. Dabei lassen sich die Primär-
und Sekundäreinheit in einem offenen Kreislauf betreiben,
wobei über die Pumpe Druckmittel aus einem Tank angesaugt
und der mit Druck beaufschlagte Druckmittelvolumenstrom zum Hydromotor
der Sekundäreinheit geleitet wird und von dort zum Tank
abströmt.
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Bei
einem geschlossenen Kreislauf sind die Primäreinheit und
die Sekundäreinheit direkt miteinander verbunden, so dass
das Druckmittel vom Ablaufanschluss der Sekundäreinheit
zum Saug- oder Niederdruckanschluss der Primäreinheit geführt
wird und lediglich Druckmittelverluste über eine Speisepumpe
oder dergleichen ausgeglichen werden.
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In
der
DE 937 862 ist ein
hydrostatisches Getriebe für eine Werkzeugmaschine gezeigt,
bei dem die Primäreinheit durch eine Vielzahl von Pumpen gebildet
ist, die als Konstantpumpen oder Verstellpumpen ausgeführt
sein können. Im Druckmittelströmungspfad zwischen
dem Druckanschluss der Pumpe und dem Zulaufanschluss der Sekundäreinheit, die
bei dieser bekannten Lösung durch Hydrozylinder gebildet
ist, ist eine Ventilanordnung vorgesehen, über die eine
oder mehrere der Pumpen auf drucklosen Umlauf verstellbar ist, so
dass die Druckmittelversorgung der Sekundäreinheit in Abhängigkeit
vom Betriebszustand über allen Pumpen oder von einer Teilmenge
dieser Pumpen erfolgen kann, um die Vorschubgeschwindigkeit der
Sekundäreinheit zu verstellen. Das Druckmittel strömt
von der Sekundäreinheit zu einem Tank hin ab, aus dem die
Pumpen mit Druckmittel versorgt werden – es handelt sich
somit um einen offenen Kreislauf.
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In
der
DE 198 50 162
C1 ist ein Ausführungsbeispiel eines hydrostatischen
Getriebes mit offenem Kreislauf gezeigt, bei der die Primäreinheit
und die Sekundäreinheit jeweils durch verstellbare Hydromaschinen
ausgebildet sind, so dass das Verdrängungsvolumen der Sekundäreinheit
an den Druck der Primäreinheit angepasst werden kann, um
eine gewünschte Drehzahl des Hydromotors einzustellen.
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In
der
EP 0 494 236 B1 ist
ein hydrostatisches Getriebe mit einer Primär- und Sekundäreinheit
gezeigt, die jeweils nach dem DDU-Prinzip (Digital Displacement
Unit) aufgebaut sind. Dabei sind die Primär- und Sekundäreinheiten
jeweils als Hydromaschinen in Axial- oder Radialkolbenbauweise ausgeführt,
die somit eine diskontinuierliche Fördercharakteristik
aufweisen. Die Druckmittelzufuhr und -abfuhr zu Arbeitsräumen
dieser Hydromaschinen werden über elektrisch entsperrbare
bzw. sperrbare Rückschlagventile gesteuert, die über
die Pumpensteuerung ansteuerbar sind, um den jeweiligen Arbeitsraum
im „full mode”, im „partial mode” oder
im „idle mode” zu betreiben. Dadurch kann das
Förder- bzw. Schluckvolumen der Primär-/Sekundäreinheiten
in erster Näherung stufenlos von einem Maximalwert auf
Null verstellt werden, wobei die Ansteuerung derart erfolgt, dass
ein pulsationsarmer Summen-Fördervolumenstrom oder Summen-Schluckvolumenstrom
erzielt wird. Voraussetzung für die vorbeschriebene Art
der Steuerung (DDU) ist, dass die niederdruck- und hochdruckseitigen
Ventile mit hoher Dynamik geschaltet werden können, so
dass die Druckmittelströmungspfade zum oder vom Arbeitsraum sehr
schnell abgesperrt oder zum Durchströmen frei gegeben werden
können. Die niederdruckseitigen und hochdruckseitigen Kontrollelemente
können beispielsweise als Schaltventile, vorzugsweise in
Sitzbauweise ausgeführt sein, die beispielsweise durch einen
Magnetaktuator betätigt sind.
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Nachteilig
bei dieser Lösung ist, dass die Einstellung des Schluck-/Fördervolumens über
die schnell schaltenden Ventile eines erheblichen regelungstechnischen
und vorrichtungstechnischen Aufwands bedarf.
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Ein
Nachteil der in der
DE 937 862 beschriebenen
Lösung besteht darin, dass eine Anpassung des Schluckvolumens
der Sekundäreinheit nicht möglich ist.
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Bei
dem in der
DE 198
50 162 C1 beschriebenen hydrostatischen Getriebe kann die
Verstellung der Primär- und Sekundäreinheiten
nur relativ langsam durchgeführt werden, so dass Anpassungen
mit hoher Dynamik nicht möglich sind. Des Weiteren ist ein
erheblicher vorrichtungstechnischer Aufwand zur Realisierung der
verstellbaren Hydromaschine erforderlich.
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Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfach aufgebautes
hydrostatisches Getriebe zu schaffen, das mit hoher Dynamik an unterschiedliche
Betriebsbedingungen anpassbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein hydrostatisches Getriebe mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist
das hydrostatische Getriebe mit einer Primäreinheit und
einer Sekundäreinheit ausgeführt, von denen eine
als Pumpenanordnung und die andere als Hydromotoranordnung betrieben
ist. Die Pumpenanordnung hat eine Vielzahl von parallel geschalteten,
von einer gemeinsamen Antriebswelle angetriebenen Pumpeinheiten,
die wahlweise über eine Ventilanordnung hydraulisch mit der
Hydromotoranordnung verbindbar sind, die ihrerseits mit einer Abtriebswelle
in Wirkverbindung steht. Zwischen der Sekundäreinheit und
der Primäreinheit ist ein Drehrichtungsventil zur Einstellung
der Drehrichtung der Sekundäreinheit vorgesehen. Erfindungsgemäß hat
die Sekundäreinheit eine Vielzahl von Hydromotoreinheiten,
deren Zulaufanschlüsse jeweils über die Ventilanordnung
mit einer von den Pumpeinheiten gespeisten Druckleitung oder mit
einer Niederdruckleitung verbindbar sind.
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Demgemäß sind
bei dem erfindungsgemäßen hydrostatischen Getriebe
sowohl die Primäreinheit als auch die Sekundäreinheit
durch eine Vielzahl von Hydromaschineneinheiten gebildet, die vorzugsweise
als Konstanteinheiten ausgeführt sind. Durch wahlweise
Zu- oder Abschalten einer oder mehrerer Pumpeinheiten bzw. Hydromaschineneinheiten
kann sowohl das Schluckvolumen als auch das Fördervolumen
der Sekundär-/Primäreinheiten an unterschiedliche
Betriebsbedingungen angepasst werden, wobei durch geeignete Ausgestaltung
der die Druckmittelverbindung steuernden Ventilanordnung eine Anpassung
an unterschiedliche Drücke und Volumenströme mit
hoher Dynamik ermöglicht ist.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jeder Hydromotoreinheit
zulaufseitig ein Zulaufventil und/oder ablaufseitig ein Ablaufventil
zugeordnet, das in einer Position den Zulaufanschluss mit der Druckleitung
bzw. einen Ablaufanschluss mit einer Ablaufleitung und in einer
anderen Position den Zulaufanschluss bzw. den Ablaufanschluss mit
einer allen Hydromotoreinheiten gemeinsamen Ablaufleitung verbindbar
ist. Auf diese Weise ist es mit geringem Aufwand möglich,
die einzelnen Hydromaschinen auf drucklosen Umlauf umzuschalten,
so dass diese keinen Beitrag zum Antrieb des dem hydrostatischen
Getriebe zugeordneten Verbrauchers liefert.
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Entsprechend
kann jeder Pumpeinheit niederdruckseitig ein Niederdruckventil und/oder
hochdruckseitig ein Druckventil zugeordnet werden, das in einer
Position einen Niederdruckanschluss mit der Niederdruckleitung bzw.
den Druckanschluss mit der Druckleitung und in einer anderen Position
den Niederdruckanschluss bzw. den Druckanschluss mit einer allen
Pumpeinheiten gemeinsamen Niederdruckleitung verbindet. Durch diese
Variante können entsprechend auch eine oder mehrere der
Pumpeinheiten auf drucklosen Umlauf verstellt werden, um den Fördervolumenstrom
anzupassen.
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Bei
einem besonders einfach ausgeführten Ausführungsbeispiel
ist ein Niederdruckventil allen oder mehreren der Pumpeinheiten
zugeordnet, so dass all diese Pumpeinheiten in der gleichen Weise angesteuert
werden.
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Entsprechend
kann auch einer oder mehrerer der Hydromotoreinheiten ein gemeinsames
Ablaufventil zugeordnet werden, so dass diese entsprechend zu- oder
abgeschaltet werden können.
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Bei
einer besonders einfach aufgebauten Lösung sind die Zulauf-,
Ablauf-, Saug- oder Druckventile als elektrisch oder elektrohydraulisch
betätigte Wegeventile mit einer Durchflussposition und
einer Umlaufposition ausgeführt, wobei bei letzterer der
jeweilige Anschluss der Primär- bzw. Sekundäreinheit mit
Niederdruck verbunden ist.
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Derartige
Ventile lassen sich mit einem sehr geringen Aufwand ausführen,
so dass der vorrichtungstechnische Aufwand minimal ist.
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Zur
Speicherung von Bremsenergie, beispielsweise beim Abbremsen der
Sekundäreinheit kann das hydrostatische Getriebe mit einem
Hydrospeicher ausgeführt sein, der über ein Speicherladeventil
mit der Niederdruckleitung verbindbar ist.
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Bei
einer Variante der Erfindung kann das hydrostatische Getriebe mit
der Funktion einer Feststellbremse versehen sein, wenn das Drehrichtungsventil
mit einer Sperrstellung ausgeführt ist, in der die hydraulische
Verbindung zwischen Primär- und Sekundäreinheit
abgesperrt ist.
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Bei
einer besonders kompakt ausgeführten Lösung sind
das oder die im Zulauf bzw. im Ablauf der Hydromotoreinheiten und
niederdruckseitig und hochdruckseitig der Pumpeinheiten vorgesehenen Ventile
jeweils zu einem Ventil zusammengefasst.
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Ein
derartiges Ventil ist vorzugsweise mit einer Umlaufposition ausgeführt,
in der die jeweiligen Anschlüsse mit der Niederdruck- bzw.
Ablaufleitung verbunden sind.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel kann beispielsweise
zum lastfreien Start/Hochlauf des die Primäreinheit antreibenden
Motors ein Ventil der vorstehend genannten Bauart verwendet werden,
wobei dieses in Richtung seiner Umlaufposition vorgespannt ist.
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Eine
weitere Verbesserung des Wirkungsgrades im Teillastbereich lässt
sich erreichen, wenn die Einheiten, die sich im drucklosen Umlauf
befinden, durch eine Kupplung von der zugeordneten Welle (Antriebswelle/Abtriebswelle)
getrennt werden.
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Erfindungsgemäß wird
es bevorzugt, wenn die Primäreinheit von einem Verbrennungsmotor
angetrieben ist und die Abtriebswelle mit einem Differentialgetriebe
oder dergleichen in Wirkverbindung steht.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das
Förder- bzw. Schluckvolumen der Einheiten primär-
oder sekundärseitig unterschiedlich ausgeführt.
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Die
Primäreinheit und die Sekundäreinheit können
entweder in einem geschlossenen Kreislauf oder in einem offenen
Kreislauf angeordnet sein. Bei einem geschlossenen Kreislauf sind
die Ablaufleitungen der Hydromotoreinheiten mit den Zulaufleitungen
der Pumpeinheiten verbunden. Eine derartige Variante hat den Vorteil,
dass sich die Sekundäreinheit bei einer Schubumkehr, beispielsweise
bei einer Bergabfahrt auf der verbrennungsmotorseitigen Primäreinheit
abstützen kann, so dass der bei einem offenen Kreislauf
erforderliche vorrichtungstechnische Aufwand zur hydraulischen Abstützung
minimiert ist.
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Zum
Ausgleich einer Leckage wird dem geschlossenen Kreislauf vorzugsweise
eine Speisepumpe zugeordnet, über die Druckmittel einer
Niederdruckseite der Primär- oder Sekundäreinheit
zugeführt werden kann.
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Um
eine bessere Spülung und Kühlung der Pumpeinheiten
und Hydromotoreinheiten im drucklosen Umlauf zu ermöglichen,
sind bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die motor-
und hydromotorseitigen Anschlüsse separat mit einem Tank
verbunden.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispiels eines hydrostatischen
Getriebes mit offenem hydraulischem Kreislauf;
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2 eine
vereinfachte Variante des Ausführungsbeispiels des hydrostatischen
Getriebes gemäß 1;
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3 eine
weiter vereinfachte Variante, bei der zulaufseitige Ventile der
Primäreinheit und ablaufseitige Ventile der Sekundäreinheit
jeweils zu einem einzigen Ventil zusammengefasst sind;
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4 eine
Variante, bei der die niederdruck- und hochdruckseitigen Ventile
einer Einheit zu einem gemeinsamen Ventil zusammengefasst sind;
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5 eine
Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 4,
wobei dieses Ventil stromlos in eine Umlaufposition vorgespannt
ist;
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6 eine
Variante eines hydrostatischen Getriebes mit der Funktion einer
Feststellbremse;
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7 ein
Ausführungsbeispiel, bei dem Pumpeinheiten der Primäreinheit
und Hydromotoreinheiten der Sekundäreinheit über
Kupplungen vom Antriebs- bzw. Abtriebsstrang getrennt werden können;
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8 ein
im Grundaufbau dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 entsprechendes
Getriebe, bei dem die Primär- und Sekundäreinheiten
in einem geschlossenen hydraulischen Kreis betrieben sind;
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9 ein
hydrostatisches Getriebe mit geschlossenem hydraulischem Kreis und
einer Speisepumpe und
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10 eine
Variante des hydrostatischen Getriebes gemäß 9.
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1 zeigt
ein Schaltschema eines hydrostatischen Getriebes 1, über
das beispielsweise ein Fahrzeug, ein mobiles Arbeitsgerät,
eine Werkzeugmaschine oder dergleichen antreibbar ist. Das hydrostatische
Getriebe 1 besteht im Wesentlichen aus einer von einer
Brennkraftmaschine 2 angetriebenen Primäreinheit 4,
die über ein Drehrichtungsventil 6 hydraulisch
mit einer Sekundäreinheit 8 verbunden ist, die
ihrerseits mechanisch mit einem Differentialgetriebe 9 eines
Kraftfahrzeuges verbunden ist. Die Primäreinheit 4 hat
beim dargestellten Ausführungsbeispiel zumindest vier mit
konstantem Förder-/Verdrängungsvolumen ausgeführte
Hydromaschinen, im Folgenden Pumpeinheiten 10a, 10b, 10c, 10d genannt,
die über eine allen Pumpeinheiten 10 gemeinsame
Antriebswelle 12 von der Brennkraftmaschine 2 angetrieben
werden. Die Einheiten 10, 14 sind in beiden Drehrichtungen
betreibbar.
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Die
Sekundäreinheit 8 hat beim dargestellten Ausführungsbeispiel
zumindest vier Hydromaschinen, im Folgenden Hydromotoreinheiten 14a, 14b, 14c, 14d genannt,
die über eine Abtriebswelle 16 mechanisch mit
dem Differentialgetriebe 9 verbunden sind.
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Das
hydrostatische Getriebe 1 ist bei den Ausführungsbeispielen
gemäß den 1 bis 8 als
offener Hydraulikkreislauf ausgeführt. Bei Antrieb der
Primäreinheit 4 mit den Pumpeinheiten 10a, 10b, 10c, 10d wird
Druckmittel aus einem Tank T über eine gemeinsame Niederdruckleitung 18 angesaugt, von
der Zweigleitungen 20a, 20b, 20c, 20d zu
Niederdruckanschlüssen der Pumpeinheiten 10 abzweigen.
In jeder dieser Niederdruckzweigleitungen 20 ist bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel ein Niederdruckventil 22a, 22b, 22c, 22d angeordnet.
Dieses ist als 3/2-Wegeventil ausgeführt, das in einer
federvorgespannten Grundposition (a) die Durchströmung
der Niederdruckzweigleitung 20 ermöglicht und
bei Bestromung eines Elektromagneten 24a, 24b, 24c, 24d in
eine Umlaufposition (b) verstellbar ist, in der der hier als Sauganschluss
der jeweiligen Pumpeinheit 10a, 10b, 10c, 10d bezeichnete
Anschluss mit einer sich verzweigenden Ablaufleitung 26 verbindet,
die in den Tank T einmündet. Durch Umschalten des einer
Pumpeinheit 10 zugeordneten Niederdruckventils 22 kann
der jeweilige Niederdruckanschluss der Pumpeinheit 10 direkt
mit dem Tank T verbunden werden. In dem Fall, dass die Pumpeinheiten 10 als
Hydromotoren wirken, wäre dann der „Niederdruckanschluss” der
Ablaufanschluss der Hydromaschine 10 – dies gilt
für die anderen Einheiten/Hydromaschinen 10, 14 entsprechend.
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Die
Druckanschlüsse der Pumpeinheiten 10 sind über
Druckzweigleitungen 28a, 28b, 28c, 28d mit
einer gemeinsamen Druckleitung 30 verbunden. Entsprechend
der Niederdruckseite sind auch im Druckmittelströmungspfad
zwischen dem jeweiligen Druckanschluss der Pumpeinheiten 10 und
der Druckleitung 30 jeweils ein Druckventil 32a, 32b, 32c, 32d angeordnet,
dessen Aufbau demjenigen der Niederdruckventile 22 entspricht.
D. h. diese Druckventile 32 sind in eine Öffnungsstellung
(a) vorgespannt, in der das Druckmittel vom Druckanschluss der Pumpeinheiten 10 in
die gemeinsame Druckleitung 30 abströmen kann.
Durch Bestromen eines Elektromagneten 34a, 34b, 34c, 34d kann
jedes Druckventil 32 in eine Umlaufposition (b) verstellt werden,
in der der jeweilige Druckanschluss der Pumpeinheiten 10 mit
einer sich zu den Druckventilen 32 hin verzweigenden druckseitigen
Ablaufleitung 36 verbinden, die in eine Ablaufhauptleitung 38 einmündet.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ablaufleitungen 26, 38 als
getrennte Leitungen ausgeführt, prinzipiell können
jedoch diese Leitungen und auch die Leitung 36 als gemeinsame
Ablaufleitung ausgeführt sein.
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Die
Druckleitung 30 ist zu einem Druckanschluss P des Drehrichtungsventils 6 geführt.
Dieses ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als 4/2-Wegeventil
ausgeführt, das in seiner federvorgespannten Grundposition
(a) den Druckanschluss P mit einem Arbeitsanschluss A und die Hauptablaufleitung 38 mit
einem weiteren Arbeitsanschluss B verbindet. Durch Bestromen eines
Elektromagneten 40 kann das Drehrichtungsventil 6 für
eine Rückwärtsfahrt in eine Schaltstellung (b)
umgeschaltet werden, in der der Druckanschluss P mit dem Arbeitsanschluss
B und der Arbeitsanschluss A mit dem Anschluss T verbunden ist.
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An
den Arbeitsanschluss A ist eine Zulaufleitung 42 angeschlossen,
von der Zulaufzweigleitungen 44a, 44b, 44c, 44d zu
Zulaufanschlüssen der Hydromotoreinheiten 14a, 14b, 14c, 14d abzweigen. Ähnlich
wie bei der Primäreinheit 4 sind im Zulauf zu den
Hydromotoreinheiten 14 jeweils ein Zulaufventil 46a, 46b, 46c, 46d vorgesehen,
die wiederum den gleichen Aufbau wie die Niederdruckventile 22 und die
Druckventile 32 aufweisen. Demzufolge sind diese Zulaufventile 46 über
eine Feder in eine Öffnungsposition (a) vorgespannt, in
der die Zulaufleitung 42 mit dem jeweiligen Zulaufanschluss
der zugeordneten Hydromotoreinheit 14 verbunden ist. Bei
Bestromen eines Elektromagneten 48a, 48b, 48c, 48d wird der
jeweilige Zulaufanschluss der zugeordneten Hydromotoreinheit 14a, 14b, 14c, 14d mit
einer allen Einheiten gemeinsamen zulaufseitigen Ablaufleitung 50 verbunden,
die ebenfalls im Tank T mündet. Durch Umschalten der Zulaufventile 46 kann
somit der Zulaufanschluss der Hydromotoreinheiten 14 mit
dem Tank T verbunden werden (druckloser Umlauf).
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Die
niederdruckseitigen Ablaufanschlüsse der Hydromotoreinheiten 14a bis 14d sind über Rücklaufzweigleitungen 52a, 52b, 52c, 52d mit
einer an den Arbeitsanschluss B angeschlossenen gemeinsamen Rücklaufleitung 54 verbunden.
In jeder der Rücklaufzweigleitungen 52 ist ein
Ablaufventil 56a, 56b, 56c, 56d vorgesehen,
dessen Grundaufbau wiederum demjenigen der mit dem Bezugszeichen 22, 32, 46 bezeichneten Ventile
entspricht. Demgemäß sind die Ablaufventile 56 als
3/2-Wegeventile ausgeführt, die in eine Öffnungsstellung
(a) vorgespannt sind und die mittels eines Schaltmagneten 58a, 58b, 58c, 58d in
eine Umlaufposition (b) umschaltbar sind, in der der Ablaufanschluss
der Hydromotoreneinheiten 14a, 14b, 14c, 14d jeweils
mit einer sich zu den Ablaufventilen 56 hin verzweigenden ablaufseitigen
Ablaufleitung 60 verbunden sind, die in mit der in den
Tank T einmündenden zulaufseitige Ablaufleitung 50 verbunden
ist. Demzufolge wird durch Umschalten der Ablaufventile 56 in
die Schaltposition (b) der Ablaufanschluss der zugeordneten Hydromotoreneinheiten 14 direkt
mit dem Tank T verbunden.
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Wie
vorstehend ausgeführt, sind bei jeder Einheit 10, 14 niederdruck-
und hochdruckseitig jeweils eines der vorbeschriebenen 3/2-Wegeventile 56, 46, 32, 22 angeordnet,
so das unabhängig davon, ob die Einheit 10,14 als
Motor oder Pumpe betreiben wird, die betreffende Einheit 10, 14 in
drucklosen Umlauf geschaltet werden kann.
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Gemäß 1 ist
in der Niederdruckleitung 18 ein Speicherventil 62 vorgesehen,
das als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist und über
eine Feder in eine Grundposition (a) vorgespannt ist, in der die
Niederdruckleitung 18 in den Tank T einmündet.
Durch Bestromen eines Schaltmagneten 64 kann das Speicherladeventil 62 in
eine Position (b) verstellt werden, in der die Niederdruckleitung 18 mit
einem Hydrospeicher 66 verbunden ist, dessen Funktion im
Folgenden erläutert wird.
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Im „normalen” Betriebszustand
(Vorwärtsfahrt) treibt die Brennkraftmaschine 2 über
die Antriebswelle 12 die Pumpeinheiten 10 der
Primäreinheit 4 an. Diese Pumpeinheiten 10 sind
beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Konstantpumpen ausgeführt
und können beispielsweise durch Zahnradpumpen, Flügelzellenpumpen,
Gerotoren oder durch Kolbenpumpen ausgeführt sein. Wie
eingangs erläutert, kann die Anzahl der Pumpeinheiten beliebig
in Abhängigkeit von der Aufgabenstellung gewählt
werden, wobei die Pumpeinheiten 10 nicht notwendigerweise
mit dem gleichen Fördervolumen ausgelegt sein müssen.
Im „normalen” Betriebszustand sind sämtliche
Ventile 22, 32, 46, 56 in ihre Öffnungspositionen
(a) geschaltet (Schaltmagnete 24, 34, 48, 58 unbestromt).
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Das
Druckmittel wird über die Pumpeinheiten 10 und
die Niederdruckleitung 18 aus dem Tank T angesaugt und
mit Druck beaufschlagt über die geöffneten Druckventile 34 in
die Druckleitung 30 gefördert. Bei der Vorwärtsfahrt
des Fahrzeugs ist das Drehrichtungsventil 6 in seine Grundposition
(a) geschaltet (Schaltmagnet 40 unbestromt), so dass das von
der Primäreinheit 4 geförderte Druckmittel über die
Zulaufleitung 42 und die davon abzweigenden Zulaufzweigleitungen 44 und
die jeweils geöffneten Zulaufventile 46 zum Zulaufanschluss
der Hydromotoreneinheiten 14 gefördert wird. Über
die Hydroeinheiten 14 wird dann die Abtriebswelle 16 und
somit das Differentialgetriebe 9 angetrieben. Das vom Ablaufanschluss
der Hydromotoreinheiten 14 abströmende Druckmittel
fließt über die geöffneten Ablaufventile 56 und
die Rücklaufzweigleitungen 52 in die gemeinsame
Rücklaufleitung 54 und über den Arbeitsanschluss
B und den Tankanschluss T des Drehrichtungsventils 6 in
die Hauptablaufleitung 38 und von dort in den Tank T zurück.
Der vorbeschriebene Betriebszustand wird beispielsweise dann eingestellt,
wenn das Fahrzeug mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit fahren
soll, in der das maximale Schluckvolumen der Sekundäreinheit 8 ausgenutzt wird.
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Durch
Umstellen des Drehrichtungsventils 6 in die mit (b) gekennzeichnete
Schaltposition kann eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs
eingestellt werden. In diesem Fall liegen dann die Rücklaufleitung 54 und
die Rücklaufventile 56 im Druckmittelzulauf, während
die Zulaufventile 46 und die Zulaufleitung 52 im
Ablauf liegen.
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Zum
Anfahren des Fahrzeugs bzw. bei Langsamfahrt können einzelne
Pumpen der Primäreinheit 4 durch Umschalten der
Ventile 24 und 36 in ihre mit (b) gekennzeichnete
Umlaufpositionen auf drucklosen Umlauf geschaltet werden, so dass
sowohl die Niederdruckseite als auch die Druckseite der Pumpeinheiten 10 mit
dem Tank T verbunden sind. In entsprechender Weise kann auch das
Schluckvolumen der Sekundäreinheit 8 durch Umschalten
der Zulaufventile 46 und der Ablaufventile 56 in
ihre jeweilige Umlaufposition (b) reduziert werden. Diese Schaltung
vermindert im Bereich kleiner Volumenstromanforderung die Verluste
der Primäreinheit 4 und der Sekundäreinheit 8,
so dass insbesondere im Teillastbereich ein vergleichsweise hoher
Wirkungsgrad erzielt wird.
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Bei
einem hydraulischen Abbremsen des Fahrzeugs kann die Bremsenergie über
eine nicht dargestellte Schaltung in hydraulische Energie umgewandelt
werden, indem Druckmittel während des Bremsvorgangs durch
Umschalten des Speicherventils 62 in den Hydrospeicher 66 gefördert
wird, so dass dieser aufgeladen wird. Die im Hydrospeicher 66 gespeicherte
Energie kann dann beispielsweise bei einem Anfahrvorgang des Fahrzeugs
zur Unterstützung der Brennkraftmaschine 2 eingesetzt
werden.
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In
dem Fall, in dem die Bremsenergie des Fahrzeugs in hydraulische
Energie umgewandelt wird, wirken die in 1 mit 14 bezeichneten
Einheiten dann sozusagen als Primäreinheit (Pumpe), über die
der Hydrospeicher 66 aufgeladen werden kann.
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In 2 ist
ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel dargestellt, dessen
Grundaufbau demjenigen aus 1 entspricht.
Der einzige Unterschied besteht darin, dass den Pumpeinheiten 10a, 10b, 10c, 10d der
Primäreinheit 4 anstelle von jeweils einem Niederdruckventil 22a, 22b, 22c, 22d lediglich ein
allen Pumpeinheiten 10 gemeinsames Niederdruckventil 22 zugeordnet
ist, dessen in 2 mit A gekennzeichneter Ausgangsanschluss über
eine Saugleitung 68 mit den Niederdruckanschlüssen
der Pumpeinheiten 10a bis 10d verbunden ist. D.
h. die Primäreinheit 4 lässt sich niederdruckseitig
durch Umschalten eines einzigen Niederdruckventils 22 in seine
Umlaufposition (b) umschalten.
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3 zeigt
eine gegenüber der Variante in 2 weiter
vereinfachte Lösung, bei der anstelle der drei ablaufseitigen
Ablaufventile 56a, 56b, 56c, 56d der
Sekundäreinheit 8 ein einziges Ablaufventil 56 vorgesehen
ist, dessen hydromotorseitiger Eingangsanschluss A über
eine Leitung 70 mit den Ablaufanschlüssen der
Hydromotoreinheiten 14a bis 14d verbunden ist.
Der mit T gekennzeichnete Ausgangsanschluss des Ablaufventils 56 ist
dann – wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit
dem Arbeitsanschluss B des Drehrichtungsventils 6 verbunden.
Im Übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel
demjenigen aus 2, so dass weitere Erläuterungen
entbehrlich sind. Durch die in 3 dargestellte
Vereinfachung wird die Funktionalität für den Rückwärtsfahrmodus
und auch bei der Speicherung der Bremsenergie eingeschränkt.
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In 4 ist
anhand einer Pumpeinheit 10a des hydrostatischen Getriebes
gemäß 1 ein Ausführungsbeispiel
erläutert, bei dem die in 1 mit den
Bezugszeichen 22 und 32 bezeichneten Niederdruckventile
und Druckventile zu einem einzelnen Kombiventil 72 zusammengefasst
sind. Dieses ist als 4/2-Wegeventil ausgeführt, das in
seiner federvorgespannten Grundposition (a). die Druckleitung 30 (siehe 1)
mit der an den Druckanschluss der Pumpeinheit 10a angeschlossenen
Druckzweigleitung 28a und die Niederdruckleitung 18 mit
der an den Niederdruckanschluss der Pumpeinheit 10a angeschlossenen
Niederdruckzweigleitung 20a verbindet. Demzufolge wird
in der Schaltposition (a) des Kombiventils 72 die Funktionalität
bereitgestellt, die in den Grundpositionen (a) des Niederdruckventils 22 und des
Druckventils 32 im Ausführungsbeispiel gemäß 1 eingestellt
ist. D. h. in der Grundposition (a) des Kombiventils 72 wird
Druckmittel über die Niederdruckleitung 18 aus
dem Tank T angesaugt und über die von der Brennkraftmaschine 2 angetriebene Pumpeinheit 10 mit
Druck beaufschlagt und über die Druckzweigleitung 28a und
die Druckleitung 30 zur Sekundäreinheit 8 gefördert.
Selbstverständlich können auch die sekundäreinheitseitigen,
jeweils einer Hydromotoreinheit 14 zugeordneten Zulauf-
und Ablaufventile 46, 56 als Kombiventil 72 gemäß 4 ausgeführt
werden.
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Durch
Verstellen des Kombiventils 72 in seine mit (b) gekennzeichnete
Umlaufposition wird sowohl die Druckzweigleitung 28a als
auch die Niederdruckzweigleitung 20a mit der Niederdruckleitung 18 oder
einer Ablaufleitung verbunden, so dass die Pumpeinheit 10a auf
drucklosen Umlauf geschaltet ist.
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5 zeigt
eine Variante, bei der die Brennkraftmaschine 2 im Wesentlichen
lastfrei gestartet oder auf Drehzahl gebracht werden kann. Eine
derartige Variante ist des Weiteren für eine Failsafe-Funktion
einsetzbar. Bei dieser Variante ist das Kombiventil 72 in
eine Grundposition (a) vorgespannt, in der die Druckzweigleitung 28a und
die Niederdruckzweigleitung 20a beide mit der Niederdruckleitung 18 verbunden
sind, so dass die Pumpeinheit 10a bei unbestromtem Schaltmagneten 74 auf
drucklosen Umlauf umgeschaltet ist. D. h. bei Stromausfall oder
bei nicht bestromten Schaltmagneten 74 wird die Sekundäreinheit 8 nicht
mit Druckmittel versorgt. Diese Druckmittelversorgung erfolgt erst
nach Umschalten in die Schaltposition (b) mittels des Schaltmagneten 74,
in der dann die Druckzweigleitung 28a mit der Druckleitung 30 und
die Niederdruckleitung 18 mit der Niederdruckzweigleitung 20a verbunden
ist. Selbstverständlich kann das in 5 dargestellte
Kombiventil 72 mit einer stromlosen Umlaufstellung auch
bei den Hydromotoreinheiten 14 der Sekundäreinheit 8 eingesetzt
werden. D. h. die Kombiventile lassen sich sowohl in der aufgelösten
Ventilbauweise nach 1 als auch bei den vereinfachten
Ausführungsbeispielen gemäß den 2 und 3 realisieren.
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6 zeigt
ein dem hydrostatischen Getriebe gemäß 1 entsprechendes
Ausführungsbeispiel, bei dem über das Drehrichtungsventil 6 die Funktion
einer Feststellbremse dargestellt werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist das Drehrichtungsventil 6 als 4/3-Wegeventil ausgeführt,
mit einer federvorgespannten Grundposition (0), in der die Zulaufleitung 42,
die Rücklaufleitung 54, die Hauptablaufleitung 38 und
die Druckleitung 30 gegeneinander abgesperrt sind, so dass
die hydraulische Verbindung zwischen Primäreinheit 4 und
Sekundäreinheit 8 unterbrochen ist. Durch Bestromen der
beiden Schaltmagnete 40a, 40b kann das Drehrichtungsventil 6 zum
Einstellen der Vorwärtsfahrt in die mit (a) gekennzeichnete
Position und zum Einstellen der Rückwärtsfahrt
in die mit (b) gekennzeichnete Schaltposition verstellt werden.
In diesen Schaltpositionen (a), (b) entspricht die Funktion derjenigen
des Ausführungsbeispiels gemäß 1,
so dass auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen
werden kann.
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7 zeigt
eine Variante, über die sich der Wirkungsgrad im Teillastbereich,
d. h. in dem Bereich, in dem einige der Hydromotoreinheiten 14 und der
Pumpeinheiten 10 auf drucklosen Umlauf geschaltet sind
weiter verbessert werden kann. Zu diesem Zweck ist jeder der Pumpeinheiten 10a bis 10d und
der Hydromotoreinheiten 14a bis 14d jeweils eine
Kupplung 76a, 76b, 76c, 76d im
primärseitigen Antriebsstrang bzw. eine Kupplung 78a, 78b, 78c, 78d im
sekundärseitigen Abtriebsstrang zugeordnet, so dass die
auf drucklosen Umlauf umgeschalteten Pumpeinheiten bzw. Hydromotoreinheiten
durch Ausrücken der zugeordneten Kupplung 76, 78 mechanisch
von der Antriebswelle 12 bzw. der Abtriebswelle 16 getrennt
werden können. Diese Kupplungen 76, 78 können
in beliebiger Weise, beispielsweise durch mechanische, hydraulische
oder pneumatische Kupplungen ausgeführt sein. Bei dieser
Variante werden dann die in der Darstellung links angeordneten Einheiten 10, 14 auf
drucklosen Umlauf geschaltet und zur Minimierung der mechanischen
Verluste auch die zugehörigen Kupplungen 76, 78 geöffnet,
so dass lediglich noch die rechts davon liegenden Einheiten 10, 14 wirksam
sind.
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Selbstverständlich
lassen sich die anhand der 4, 5 und 6 erläuterten
Ventilvarianten bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen einsetzen.
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Bei
den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen werden die Sekundäreinheit 8 und
die Primäreinheit 4 in einem offenen hydraulischen
Kreislauf betrieben. Anhand der 8 bis 10 werden
Ausführungsbeispiele erläutert, bei denen diese
Einheiten in einem geschlossenen hydraulischen Kreis angeordnet
sind.
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8 zeigt
den Grundaufbau eines hydrostatischen Getriebes 1 gemäß 1 mit
geschlossenem hydraulischem Kreislauf, wobei im Prinzip der Aufbau
der Primär- und Sekundäreinheiten 4 und 8 gleich
wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist,
so dass auf eine Beschreibung der Einzelkomponenten verzichtet wird.
Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass die Rücklaufleitung 54 in
der in 8 dargestellten Grundposition des Drehrichtungsventils 6 direkt
mit der Niederdruckleitung 18 der Primäreinheit 4 verbunden
ist, d. h., es ist immer die Saugseite der Pumpeinheiten mit der
Ablaufseite der Hydromotoreinheiten verbunden.
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Der
Hydrospeicher 66 ist über das Speicherventil 62 bei
Bestromen des Schaltmagneten 64 und eine zum Ausgang eines
Wechselventils 80 führende Speicherleitung 82 mit
einem Eingang des Wechselventils 80 verbunden. Die beiden
Eingänge des Wechselventils 80 sind einerseits
an die Zulaufleitung 42 der Sekundäreinheit 8 und
andererseits an die Niederdruckleitung 18 der Primäreinheit 4 angeschlossen,
so dass die Speicherleitung 82 stets mit der den höheren
Druck führenden Leitung der beiden Leitungen 18 und 42 verbunden
ist.
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Die
Funktion des hydrostatischen Getriebes 1 in 8 entspricht
derjenigen der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele – wie
erwähnt, liegt der einzige Unterschied darin, dass der
Rücklauf der Sekundäreinheit 8 (Hydromotoreneinheiten 14)
mit dem Zulauf der Primäreinheit 4 (Pumpeinheiten 10)
verbunden ist. Durch Umschalten des Drehrichtungsventils 6 aus
der dargestellten Grundposition kann die Drehrichtung der Sekundäreinheit 8 umgedreht werden,
so dass eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs eingestellt
wird.
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Zum
Anfahren des Fahrzeugs bzw. beim Langsamfahren können einzelne
Pumpeinheiten 10 durch Umschalten der zugeordneten Ventile 22 und/oder 32 auf
drucklosen Umlauf geschaltet werden, wobei dann der Zulauf und/oder
der Ablauf der Pumpeinheit 10 – wie eingangs beschrieben – mit dem
Tank T verbunden ist.
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Bei
der in 8 durchgezogen dargestellten Lösung sind
die Umlaufanschlüsse der Zulaufventile 46 über
die gemeinsame Ablaufleitung 50 und die Umlaufanschlüsse
der Ablaufventile 56 über eine diesen gemeinsame
weitere Ablaufleitung 84 mit dem Tank T verbunden. In entsprechender
Weise sind die Umlaufanschlüsse der Druckventile 32 über eine
diesen gemeinsame Ablaufleitung 86 und die Umlaufanschlüsse
der Niederdruckventile 22 der Primäreinheit 4 über
die Ablaufleitung 26 mit dem Tank T verbunden, so dass
aufgrund der getrennten Ablaufleitungen 50, 84; 86, 26 in
der jeweiligen Umlaufposition dieser Ventile 46, 56; 32, 22 eine
bessere Spülung und Kühlung der zugeordneten Pumpeinheiten 10 bzw.
Hydromotoreinheiten 14 erzielt wird. Anstelle dieser separaten
Verbindung der Umlaufanschlüsse kann auch – wie
in 8 gestrichelt angedeutet und ausführlicher
anhand des Ausführungsbeispiels 9 erläutert – auf
eine separate Verbindung mit dem Tank verzichtet werden, so dass
die Umlaufanschlüsse der Ventile 22, 32 der
Primäreinheit 4 und der Ventile 56, 46 der
Sekundäreinheit 8 über gemeinsame Ablaufleitungen
(gestrichelt in 8) mit dem Tank T verbunden
sind.
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In
der vorbeschriebenen Umlaufschaltung (Leerlaufschaltung) werden
im Bereich kleiner Volumenstromanforderungen die Verluste der Pumpen-/Motorkombination
verringert und somit ein höherer Wirkungsgrad, insbesondere
im Teillastbereich erzielt.
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Zum
hydraulischen Abbremsen wird das Speicherventil 62 umgeschaltet,
so dass der Hydrospeicher 66 aufgeladen wird. Die gespeicherte
Bremsenergie kann dann z. B. beim Anfahren des Fahrzeugs oder zum
Starten der Brennkraftmaschine 2 ausgenützt werden.
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Bei
der Schubumkehr treiben die Räder des Fahrzeugs die Hydromotoreinheiten 14 über
die Abtriebswelle 16 schneller an, als dies durch den aktuell eingestellten Druckmittelvolumenstrom über
die Pumpeinheiten 10 der Fall wäre – die
Hydromotoreinheiten 14 wechseln dann in den Pumpmodus und
die Pumpeinheiten 10 in den Hydromotormodus, so dass entsprechend
auch die Druck- und die Saugseite dieser Hydromaschinen wechseln
und die Fahrzeugsmasse auf der Brennkraftmaschine 2 abgestützt
ist und der Hydrospeicher 60 bei umgeschaltetem Speicherventil 62 aufgeladen
wird. Dabei ist durch das Wechselventil 80 sichergestellt,
dass der Hydrospeicher 60 stets an die den höheren
Druck führende Leitung angeschlossen ist. Auch in diesem
Betriebsmodus ist die Saugseite der „Pumpen” (Hydromotoreinheiten 14)
mit der Ablaufseite der „Motoren” (Pumpeinheiten 10)
verbunden.
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Die
in 8 dargestellte Lösung wird vorzugsweise
bei einer Verwendung von Aussen- bzw. Innenzahnradmaschinen für
die Pumpeinheiten 10 bzw. die Hydromotoreinheiten 14 angewendet,
da dort die Leckageverluste minimal sind.
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Zum
Ausgleich der Leckageverluste kann das hydrostatische Getriebe im
geschlossenen Kreis mit einer Speisepumpe 88 gemäß 9 ausgeführt werden, über
die zum Ausgleich von Leckagen Druckmittel in die Niederdruckseite
des geschlossenen hydraulischen Kreises eingespeist wird. Der Druckanschluss
der Speisepumpe 88 ist über eine Speiseleitung 90 und
zwei Rückschlagventile 94, 96 mit der
Niederdruckleitung 18 oder Druckleitung 30 verbindbar.
Die Rückschlagventile 94, 96 schließen zur
Speisepumpe 88 hin, so dass diese stets mit der den niedrigeren
Druck führenden Leitung 18, 30 verbunden
ist. Der maximale Speisedruck in der Speiseleitung 90 ist über
ein Speisedruckbegrenzungsventil 98 begrenzt. Bei der in 9 dargestellten
Variante sind die Umlaufanschlüsse der Sekundärseite 8 und Primärseite 4 jeweils über
eine gemeinsame Ablaufleitung 50 bzw. 26 mit dem
Tank T verbunden.
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10 zeigt
schließlich ein Ausführungsbeispiel, das demjenigen
aus 9 entspricht, wobei – ähnlich
wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 8 – die
Umlaufanschlüsse der Ventile 46 über
die Ablaufleitung 50, der Ablaufventile 56 über
die Ablaufleitung 84, der Druckventile 32 über
die Ablaufleitung 86 und der Niederdruckventile 22 über
die Ablaufleitung 26 separat mit dem Tank T verbunden sind.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel
gemäß 10 demjenigen
aus 9, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich
sind.
-
Offenbart
ist ein hydrostatisches Getriebe mit einer Primäreinheit
und einer Sekundäreinheit, wobei diese jeweils durch eine
Vielzahl von Hydromaschinen mit konstantem Förder-/Schluckvolumen
ausgeführt sind, die in beiden Drehrichtungen betreibbar sind.
Die Primär- und Sekundäreinheit können
in einem geschlossenen hydraulischen Kreis betrieben sein.
-
- 1
- hydrostatisches
Getriebe
- 2
- Brennkraftmaschine
- 4
- Primäreinheit
- 6
- Drehrichtungsventil
- 8
- Sekundäreinheit
- 9
- Differentialgetriebe
- 10
- Pumpeinheit
- 12
- Antriebswelle
- 14
- Hydromotoreinheit
- 16
- Abtriebswelle
- 18
- Niederdruckleitung
- 20
- Niederdruckzweigleitung
- 22
- Niederdruckventil
- 24
- Elektromagnet
- 26
- Ablaufleitung
- 28
- Druckzweigleitung
- 30
- Druckleitung
- 32
- Druckventil
- 34
- Elektromagnet
- 36
- Ablaufleitung
- 38
- Hauptablaufleitung
- 40
- Schaltmagnet
- 42
- Zulaufleitung
- 44
- Zulaufzweigleitung
- 46
- Zulaufventil
- 48
- Schaltmagnet
- 50
- Ablaufleitung
- 52
- Rücklaufzweigleitung
- 54
- Rücklaufleitung
- 56
- Ablaufventil
- 58
- Schaltmagnet
- 60
- Ablaufleitung
- 62
- Speicherventil
- 64
- Schaltmagnet
- 66
- Hydrospeicher
- 68
- Saugleitung
- 70
- Leitung
- 72
- Kombiventil
- 74
- Schaltmagnet
- 76
- Kupplung
- 78
- Kupplung
- 80
- Wechselventil
- 82
- Speicherleitung
- 84
- Ablaufleitung
- 86
- Ablaufleitung
- 88
- Speisepumpe
- 90
- Speiseleitung
- 94
- Rückschlagventil
- 96
- Rückschlagventil
- 98
- Speisedruckbegrenzungsventil
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 937862 [0004, 0008]
- - DE 19850162 C1 [0005, 0009]
- - EP 0494236 B1 [0006]