DE102015002668A1

DE102015002668A1 - Fahrantrieb

Info

Publication number: DE102015002668A1
Application number: DE102015002668.2A
Authority: DE
Inventors: Josef Stock
Original assignee: Liebherr Werk Bischofshofen GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Bischofshofen GmbH
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2016-09-08
Also published as: EP3265700A1; WO2016138984A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrantrieb, insbesondere leistungsverzweigter Fahrantrieb, für eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Radlader, wobei der Fahrantrieb einen in einem hydraulischen System angeordneten hydraulischen Variator sowie einen Stellzylinder, insbesondere einen Gleichlaufstellzylinder aufweist, der mit dem Variator derart in Verbindung steht, dass der Variator mittels des Stellzylinders verstellbar ist, wobei des Weiteren ein mit dem hydraulischen System verbundenes Positionsstellelement vorgesehen ist, das mit dem Stellzylinder derart verbunden ist, dass der Stellzylinder mittels des Positionsstellelementes gestellt wird, wobei der Stellzylinder zwei durch einen verschieblich angeordneten Kolben getrennte Stellkammern aufweist, wobei eine die Stellkammern verbindende Leitung vorgesehen ist, so dass eine Fluidverbindung für das Hydraulikmedium von einer Stellkammer zu der anderen Stellkammer des Stellzylinders besteht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrantrieb, insbesondere einen leistungsverzweigten Fahrantrieb, für eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Radlader, wobei der Fahrantrieb wenigstens einen in einem hydraulischen System angeordneten hydraulischen Variator sowie wenigstens einen Stellzylinder, insbesondere einen Gleichlaufstellzylinder aufweist, der mit dem Variator derart in Verbindung steht, dass der Variator mittels des Stellzylinders verstellbar ist, wobei des Weiteren zumindest ein mit dem hydraulischen System verbundenes Positionsstellelement vorgesehen ist, das mit dem Stellzylinder derart verbunden ist, dass der Stellzylinder mittels des Positionsstellelementes gestellt wird, wobei der Stellzylinder wenigstens zwei durch zumindest einen verschieblich angeordneten Kolben getrennte Stellkammern aufweist.
Leistungsverzweigte Getriebe für mobile Arbeitsmaschinen unterliegen hohen Anforderungen hinsichtlich des Stellverhaltens des Variators. Der Variator umfasst üblicherweise zumindest zwei Hydrostatikeinheiten (Pumpe und Motor). Anzustreben ist, dass der Stellzylinder und somit der Variator präzise und rasch auf eine von dem Nutzer der Arbeitsmaschine gewünscht Änderung reagieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Fahrantrieb der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass der Fahrantrieb gegenüber bekannten Ausführungen hinsichtlich der Geschwindigkeit und der Präzision des Verstellverhaltens des Fahrantriebs verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Fahrantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass zumindest eine die Stellkammern verbindende Leitung vorgesehen ist, so dass eine Fluidverbindung für das Hydraulikmedium von einer Stellkammer zu der anderen Stellkammer des Stellzylinders besteht. Somit wird eine gezielte Leckage von einer Kammer zur anderen Kammer des Stellzylinders herbeigeführt, indem durch die Leitung Hydraulikfluid von einer Kammer zu der anderen Kammer des Stellzylinders strömt.
Um zu erreichen, dass der Stellzylinder trotz dieser bewusst herbeigeführten Leckage in derselben Position verbleibt (wenn keine nutzerseitige Änderung gewünscht ist), wird das Positionsstellelement entsprechend eingestellt. Das Positionsstellelement befindet sich somit nicht mehr (nahezu) in der Nullstellung, wie dies der Fall wäre, gäbe es keine Verbindung zwischen den Kammern des Stellzylinders, sondern das Positionsstellelement muss bereits geringfügig öffnen, d. h. übt eine dynamische Regelung aus. Die minimale Zuteilmenge wird somit erhöht und dadurch erhöht sich die Regelgüte.
Aufgrund der Tatsache, dass sich das Positionsstellelement bereits in einem dynamischen Zustand befindet, reagiert dieses rascher und präziser auf eine nutzerseitig gewünschte Änderung als in dem Fall, in dem sich das Positionsstellelement in einem statischen oder quasistatischem Zustand befindet.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Arbeitsmaschine, wobei dass das Positionsstellelement derart gesteuert oder geregelt wird, dass trotz des durch die Leitung von einer Stellkammer zu der anderen Stellkammer des Stellzylinders strömenden Hydraulikfluids keine oder im Wesentlichen keine Positionsänderung des Stellzylinders und somit auch keine Veränderung des Variators erfolgt.
Leistungsverzweigte Antriebe haben bauartbedingt ein vergleichsweise hartes und steifes Verhalten gegenüber Lasteinwirkungen von außen, z. B. von der Arbeitsausrüstung. Jedoch ist bei machen Arbeitstätigkeiten, bei denen es auf eine feinfühlige Verstellung ankommt, ein elastisches Verhalten bzw. eine elastische Reaktion des Antriebs auf äußere Lasteinwirkungen zwingend notwendig, um die Arbeitsmaschine beherrschbar zu machen.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 2, der diese Aufgabe löst.
Danach ist ein Fahrantrieb, insbesondere leistungsverzweigter Fahrantrieb, für eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Radlader, vorgesehen, wobei der Fahrantrieb wenigstens einen in einem hydraulischen System angeordneten hydraulischen Variator sowie wenigstens ein Stellglied aufweist, das mit dem Variator derart in Verbindung steht, dass der Variator mittels des Stellgliedes verstellbar ist, wobei des Weiteren zumindest ein mit dem hydraulischen System verbundenes Positionsstellelement vorgesehen ist, das mit dem Stellglied derart verbunden ist, dass das Stellglied mittels des Positionsstellelementes gestellt wird, und wobei wenigstens eine die Hochdruckseite des Variators mit der Niederdruckseite des Variators verbindende Leitung vorgesehen ist.
Dieser Aspekt der Erfindung betrifft somit eine die beiden Seiten des hydrostatischen Kreises verbindende Leitung. Durch diese Bypass-Leitung kann ein Freilauf bzw. ein elastisches Verhalten des Antriebs gegen äußere Lasteinwirkungen realisiert werden und die Steifigkeit des Antriebs kann ständig oder bei Bedarf gezielt verringert werden.
Auch eine Kombination der beiden erfindungsgemäßen Anordnungen ist denkbar und von der Erfindung umfasst. Somit kann der Fahrantrieb nach Anspruch 2 mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ausgebildet sein, d. h. es kann sowohl eine die beiden Seiten des hydrostatischen Kreises des Variators verbindende Bypassleitung vorgesehen sein, als auch eine Bypassleitung, die die beiden Kammern des Stellzylinders miteinander verbindet.
Bei dem Stellglied handelt es sich vorzugsweise um einen Stellzylinder, insbesondere um einen Gleichlaufstellzylinder.
Das Positionsstellelement ist vorzugsweise als Positionsregelventil ausgeführt.
Die Bypass-Leitung des Variators kann derart ausgebildet sein, dass eine Fluidverbindung für das Hydraulikmedium von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite des Variators besteht. Dies bedeutet, dass die Leitung so ausgebildet ist, dass Hydraulikmedium von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite durch die Leitung hindurchströmt.
Von der Erfindung ist jedoch auch der Fall umfasst, dass sich in der Leitung ein beweglich angeordneter Körper befindet, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass das Volumen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite von der Position des Körpers abhängt. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass ein Durchströmen der Leitung von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite mit Hydraulikmedium nicht möglich ist, sondern nur eine Volumenveränderung der Hochdruckseite und der Niederdruckseite in Abhängigkeit der Position des Körpers.
Der Körper kann ein in dessen Bewegungsrichtung vorlaufendes und nachlaufendes Ende aufweisen, wobei diese Enden als Dichtelemente ausgebildet sind. Dazu kann der Körper an einem oder beiden Enden z. B. eine konische Ausformung aufweisen, die gemeinsam mit einer Gegenfläche der Leitung als Dichtung fungiert.
Grundsätzlich sind auch andere Ausformungen des Körpers denkbar und von der Erfindung umfasst. Auch ist es denkbar, dass der Körper oder eine Gegenfläche Dichtelemente aufweist, die die Leitung fluiddicht absperren, wenn sich der Körper in einer Endlage befindet.
Das durch die Bewegung des Körpers verschobene Volumen, d. h. die Volumenänderung auf der Hochdruckseite bzw. auf der Niederdruckseite des Variators kann mit einem oder mehreren Parametern der Arbeitsmaschine, wie z. B. mit dem Radwinkel korrelieren. Ist eine vergleichsweise geringe Elastizität ausreichend, kann das Volumen relativ klein gewählt werden – im Gegensatz zu Ausführungen, bei denen eine größere Elastizität angestrebt ist.
Die Kanten des Körpers und/oder der Leitung können an die gewünschten Dämpfungseigenschaften angepasst sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die Abdichtung der Leitung auch an den Seitenflächen bzw. an der Umfangsfläche des Körpers erfolgen. Denkbar ist beispielsweise der Einsatz eines oder mehrerer Dichtungsringe, die zwischen dem Körper und der Leitung abdichten.
Vorzugsweise ist die genannte Bypassleitung des Stellzylinders und/oder die genannte Bypassleitung des Variators mit wenigstens einer Drossel versehen und/oder wirkt ihrerseits als Drossel, wobei die Drossel die Aufgabe hat, der Strömung des Hydraulikmediums in der Leitung einen Widerstand entgegenzusetzen.
Die Drossel kann z. B. als Blende, als Volumenstromteiler, als Verengung der Leitung etc. ausgebildet sein. Es können genau eine Drossel oder auch mehrere Drosseln vorgesehen sein.
Die Drossel wirkt als Dämpfungsvorrichtung, um die gewünschte elastische Eigenschaft zu erreichen.
Die Wirksamkeit der Drossel und/oder des genannten Körpers kann für beide Fahrtrichtungen identisch/kombiniert sein oder auch spezifisch für jede Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine getrennt aufgebaut und/oder parametrisiert sein.
Die genannte Drossel kann in ihrer Drosselcharakteristik unveränderlich oder auch veränderlich ausgebildet sein. Somit ist eine veränderliche Leckagemenge, d. h. Durchflussrate des Hydraulikmediums denkbar, ggf. bis hin zu einer Maximalleckagemenge. Somit kann ein Begrenzungselement vorgesehen sein, dass die Durchflussrate durch die Leitung auf einen Maximalwert begrenzt.
Die Drossel kann beispielsweise als Ventil mit einer veränderlichen Drosselcharakteristik, insbesondere als Stromregelventil ausgebildet sein.
Denkbar ist es, dass die Drossel manuell verstellbar ist oder dass eine Antriebseinheit, insbesondere ein Elektromotor vorgesehen ist, mittels derer die Drossel verstellbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Absperrelement, insbesondere ein Absperrventil vorhanden ist, mittels derer die Leitung absperrbar ist. Somit kann eine Deaktivierung des Verhaltens, z. B. mittels eines schaltbaren Ventils erfolgen. Dies kann beispielsweise in dem Fall gewünscht sein, in dem eine besondere Feinfühligkeit nicht erwünscht bzw. nicht erforderlich ist. Der Vorteil besteht dann darin, dass die Energieeffizienz erhalten bleibt, da eine Durchströmung der Leitung unterbunden wird. Dieser Zustand, in dem eine feine Abstimmung nicht erforderlich ist, könnte z. B. durch eine Lastvorhersage vorhergesagt, d. h. prädiziert werden.
Ein solches Absperrelement kann in der Bypassleitung des Stellzylinders und/oder in der Bypassleitung des Variators vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Positionsstellelement und dem hydraulischen System zumindest ein Druckminderer, insbesondere ein Druckminderventil angeordnet. Dadurch wird die Stellenergie an dem Positionsstellelement auf ein geringeres Niveau gebracht, so dass der Druckbereich, der von dem Positionsstellelement bewältigt werden muss, entsprechend geringer ist. Dadurch lässt sich das Ventil- bzw. Stellverhalten des Positionsregelventils oder des sonstigen Positionsstellelementes verbessern. Denkbar ist es, dass der Druckminderer derart ausgebildet ist, dass der an dem Positionsstellelement anliegende Druck auf ein einen Wert von 75% oder weniger und vorzugsweise auf einen Wert von 50% oder weniger des Druckes in dem hydraulischen System verringert wird. Beträgt der Druck in dem hydraulischen System beispielsweise bis zu 450 bar, ist es denkbar, dass das Positionsstellelement mit maximal 225 bar beaufschlagt wird.
Durch die Druckminderung reagiert das Positionsstellelement bzw. Positionsregelelement gutmütiger.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Speicher vorgesehen, der mit dem Positionsstelleelement derart verbunden ist, dass das Positionsstelleelement aus dem Speicher mit Hydrauliköl bzw. -medium versorgt wird. Der Speicher hat die Aufgabe, eine Mindestdruckversorgung des Positionsstellelementes sicherzustellen. Der Speicher stellt für den Fall von Druckeinbrüchen im hydraulischen System des Variators, wie beispielsweise bei einem Lastabwurf der mobilen Arbeitsmaschine, weiterhin die Stellenergie zur Verfügung, die zur Betätigung des Positionsstellelementes benötigt wird, wodurch ebenfalls die Stellgüte im transienten Bereich verbessert wird.
Vorzugsweise befindet sich der wenigstens eine Speicher in dem durch den Druckminderer druckreduzierten Bereich, d. h. der Speicher wird nicht mit dem vollen in dem hydraulischen Kreis herrschenden Druck beaufschlagt. Ein solcher Speicher wäre bei bekannten Ausführungen ohne Druckminderung insofern problematisch, als dass bei dem vollen Druckhub sowohl das Druckniveau als auch der Druckhub im Speicher ggf. dessen Lebensdauer gefährden könnten. Der Speicher hat somit die Aufgabe, in dem durch den Druckminderer reduzierten Druckniveau auch bei einer Unterversorgung aus dem hydraulischen System bzw. Kreis die notwendige Stellenergie für die Verstellung des Positionsstellelementes bereitzustellen.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist die Variatorstellung somit dadurch gekennzeichnet, dass die Stellenergie für das Positionsregelventil oder für das sonstige Positionsstellelement nicht vom Hochdruck, sondern von einem reduzierten Druckniveau gespeist wird, das durch den Einsatz wenigstens eines Druckminderers erhalten wird.
Denkbar ist es, dass das Stellglied mit wenigstens einem Speicher derart in Verbindung steht, dass Hydraulikmedium von dem Stellglied in den Speicher und/oder von dem Speicher zu dem Stellglied zu strömen vermag.
Wie oben ausgeführt, werden an den hydraulischen Variator hohe Anforderungen hinsichtlich der Stellgenauigkeit gestellt. Üblicherweise wird über eine elektronische Steuerung und Regelung die Stellposition an das Positionsstellelement vorgegeben. In hochtransienten Vorgängen kann der Fall eintreten, dass die Steuerung nicht schnell genug reagiert: es muss zunächst die sich anbahnende Situation erkannt werden, dann müssen die erforderlichen Schritte gesetzt werden. Dies kann unter Umständen dazu führen, dass es zu einem nicht zufriedenstellenden Fahrverhalten kommt. Der hydraulische Variator weist innere Kräfte auf, die bei Druckanstiegen dazu führen, dass die hydrostatischen Einheiten zurückgeschwenkt werden, d. h. weniger Öl fördern und somit selbsttätig dem Druckaufbau entgegenwirken. Bei bekannten Lösungen wird dies durch das Positionsstellelement unterbunden, das die Stellposition vorgibt. Das Positionsstellelement arbeitet somit vergleichsweise steif, wodurch ein feinfühliges Fahren der mobilen Arbeitsmaschine erschwert wird.
Um dieses Problem zu beheben, kann vorgesehen sein, dass eine oder beide Stellkammern des Stellgliedes, das insbesondere als Stellzylinder ausgebildet ist, mit einem oder mehreren Speichern verbunden sind. Kommt es zu einem Druckanstieg im hydraulischen Kreis des Variators, wirken die genannten Rückstellkräfte des Variators auf den oder die Speicher, d. h. können ausweichen, so dass ein „weicheres” Verhalten erhalten wird. Der im hydraulischen Kreis entstehende Druckgradient wird somit gemildert, was das Fahrverhalten verbessert.
Das weniger steife Verhalten wird nicht nur bei einem Druckanstieg, sondern auch bei einer Druckentlastung erhalten. Für den Fall eines hochtransienten Druckabfalls, wie er beispielsweise bei einem Lastabwurf auftritt, wird aus dem oder den Speichern Öl in den Stellzylinder oder das sonstige Stellelement nachgeschoben, so dass die Variatorregelung bzw. -einstellung stabil bleibt.
Das Stellglied kann als Stellzylinder, insbesondere als Gleichlaufstellzylinder ausgeführt sein, der zumindest zwei durch einen verschiebbaren Kolben getrennte Kammern aufweist, von denen jede mit einem eigenen Speicher in Verbindung steht. Zwischen dem Stellglied und dem Speicher kann ein Drosselelement, vorzugsweise ein hinsichtlich des Strömungswiderstandes einstellbares Drosselelement vorhanden sein, das den Strömungswiderstand einstellt, den das in den Speicher strömende Hydrauliköl erfährt.
Zur Sicherstellung eines großen Ölvolumenstroms vom Speicher zu dem Stellglied kann zwischen dem Stellglied und dem Speicher zumindest ein Rückschlagventil angeordnet sein.
Denkbar ist es, wenn zwischen dem Stellglied und dem Speicher wenigstens ein Absperrventil angeordnet ist, mittels dessen die hydraulische Verbindung zwischen dem Stellglied und dem Speicher trennbar ist.
Das Verhalten des oder der Speicher kann somit abgeschaltet werden. Ist ein weicheres Verhalten gewünscht, beispielsweise bei hochtransienten Druckänderungen zur Zugkraftregelung oder beispielsweise bei Fahrbereichsschaltungen, kann das gewünschte Eigenstellverhalten der hydrostatischen Einheiten des Variators mittels des oder der Speicher genutzt werden. Soll hingegen eine exakt definierte Stellung durch das Positionsstellelement diktiert werden, das dem Stellglied vorgeschaltet ist, kann die Verbindung zwischen dem Stellelement und dem oder den Speichern getrennt werden.
Somit kann durch wenigstens ein Absperrventil die Speicherwirkung auf den oder die Stellglieder, wie z. B. Stellzylinder abgeschaltet werden.
Denkbar ist es, dass wenigstens zwei Speicher vorhanden sind und dass ein Ventil vorgesehen ist, das in einer Ventilstellung die Speicher hydraulisch miteinander verbindet, so dass ein Druckausgleich zwischen den Speichern möglich ist. Dadurch wird sichergestellt, dass bei einem Zuschalten der Speicher (durch Öffnen des Absperrventils) keine unerwünschten Stellvorgänge stattfinden, ausgelöst etwa durch unterschiedliche Speicherdrücke. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass es sich bei dem Absperrventil und dem Ventil um ein und dasselbe Ventil handelt. Wird somit die Verbindung zwischen dem Stellglied und den Speichern getrennt, wird gleichzeitig eine Verbindung zwischen den Speichern hergestellt.
Denkbar ist es weiterhin, dass Mittel zur Vorhersage von Lastsituationen vorgesehen sind, die auf den Fahrantrieb derart einwirken, dass der Fahrantrieb in Abhängigkeit der vorhergesagten Lastsituation eingestellt wird. Eine Vorhersage von Lastsituationen kann beispielsweise genutzt werden für die Verstellung der Hydrostatik, für das vorzeitige Schalten in einen niedrigen Gang und/oder auch für das Anheben der Dieselmotordrehzahl, womit der Dieselmotor besser mit Lastspitzen umgehen kann. Diese Aufzählung ist exemplarischer Natur und nicht abschließend.
Gemäß dem Verfahren kann z. B. die Information bzgl. der Position der Arbeitsausrüstung in Bezug auf das Trägerfahrzeug berücksichtigt werden, um die Steuerbarkeit der Arbeitsmaschine zu verbessern und den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
Um die Steuerbarkeit von Fahrantrieben unter speziellen Betriebsbedingungen im Hinblick auf gutes Fahrverhalten und Kraftstoffverbrauch sicherstellen zu können, ist vorgesehen, für die Steuerung anspruchsvolle Betriebsbedingungen möglichst frühzeitig zu erkennen. Somit kann sich die Steuerung bzw. der Fahrantrieb auf diese anspruchsvollen Situationen einstellen. Insbesondere die beschränkte Verstelldynamik bei hydraulischen und bei hydraulisch-mechanischen Antrieben verlangt ein besonders hohes Maß an Steuerungsgüte, um möglichst schnell auch veränderliche Lasten reagieren zu können.
So kann beispielsweise die Position der Arbeitsausrüstung einer mobilen Arbeitsmaschine darauf hinweisen, ob in den nächsten Momenten mit anspruchsvollen Lastsituationen zu rechnen ist. Handelt es sich bei der mobilen Arbeitsmaschine beispielsweise um einen Radlader, kann dies die Position des Hubarmes und/oder die Position der Schaufel sein, die die Vorhersage eines Ereignisses bzw. einer Lastsituation erlauben. Somit kann vorgesehen sein, dass die mobile Arbeitsmaschine eine Arbeitsausrüstung aufweist und dass die vorhergesagte Lastsituation von der Position der Arbeitsausrüstung abhängt.
Denkbar ist es weiterhin, dass die Mittel derart ausgebildet sind, dass durch diese ein statistisches, modellprädikatives Verfahren durchführbar ist, das die Position der Arbeitsausrüstung berücksichtigt.
Es kann ein Zustandsautomat zur Vorhersage der Lastsituation vorgesehen sein. Dieser kann konservativ parametrisiert sein, um eine möglichst zuverlässige Treffersicherheit bzgl. des eintretenden Ereignisses zu erzielen. Ein Nachteil kann in einer Schmälerung der zu erzielenden Verbesserung richten. Das Verfahren kann somit die Steuerung eines Fahrantriebes eines mobilen Arbeitsgerätes umfassen, wobei die Ausrüstungsposition von Hubarm und/oder der Schaufel oder eines sonstigen Teiles der Arbeitsmaschine durch einen Zustandsautomat berücksichtigt wird.
Der Zustandsautomat steht mit dem Fahrantrieb in Verbindung und kann diesen entsprechend des vorhergesagten Zustandes ansteuern.
Eine zweite Vorhersagemöglichkeit ist die modellprädikative Vorhersage für zukünftige Lastsituationen, die die Betriebshistorie berücksichtigen und dadurch eine größere Ausreizung der zu erzielenden Verbesserung zulassen kann. In diesem Fall kann das Verfahren somit die Steuerung eines Fahrantriebes eines mobilen Arbeitsgerätes umfassen, wobei die Ausrüstungsposition von Hubarm und/oder der Schaufel oder eines sonstigen Teiles der Arbeitsmaschine durch ein statistisches modellprädikatives Verfahren berücksichtigt wird. Das Ergebnis der Vorhersage kann genutzt werden, um den Fahrantrieb entsprechend der Vorhersage anzusteuern.
Grundsätzlich können auch andere Signale als Signale, die die Arbeitsausrüstung betreffen, verwendet werden, um einen Lastzustand vorherzusagen und den Fahrantrieb entsprechend anzusteuern.
Gemäß einem Verfahren zur Steuerung eines Fahrantriebes, insbesondere eines leistungsverzweigten Fahrantriebes, für eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Radlader, kann die Vorhersage zukünftiger Lastsituationen vorgenommen werden sowie die Einstellung des Fahrantriebes in Abhängigkeit der vorhergesagten Lastsituation.
Wie oben ausgeführt, kann eine Vorhersage von Lastsituationen beispielsweise für die Verstellung der Hydrostatik, für das vorzeitige Schalten in einen niedrigen Gang und/oder auch für das Anheben der Dieselmotordrehzahl genutzt werden, womit der Dieselmotor besser mit Lastspitzen umgehen kann. Auch andere Beispiele für die Nutzung der Vorhersage der Lastsituation sind denkbar und von der Erfindung mit umfasst.
Die Vorhersage der Lastsituation kann durch einen Zustandsautomaten oder durch ein statistisches, modellprädikatives Verfahren erfolgen.
Der Zustandsautomat kann beispielsweise die Position der Ausrüstung, z. B. des Hubarmes und/oder der Schaufel berücksichtigen und basierend darauf, die wahrscheinlichste kommende Lastsituation vorhersagen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung eines hydrostatischen Getriebes mit einer die Kammern des Stellzylinders verbindenden Leitung;
2: eine schematische Darstellung eines hydrostatischen Getriebes mit einer die beiden Seiten des Variators verbindenden Leitung;
3: eine schematische Darstellung eines hydrostatischen Getriebes mit einer die Kammern des Stellzylinders verbindenden Leitung sowie mit einer beiden Seiten des Variators verbindenden Leitung;
4: eine schematische Darstellung eines hydrostatischen Getriebes mit einer die beiden Seiten des Variators verbindenden Leitung und Speichern,
5: eine schematische Darstellung des Variators mit eine beide Seites des Variators verbindenden Leitung sowie eine Detaildarstellung der Leitung mit Drossel und Absperrventil und
6: eine schematische Darstellung des Variators mit eine beide Seiten des Variators verbindenden Leitung sowie eine Detaildarstellung der Leitung mit Drosseln und Shuttleventil.
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein hydrostatisches Getriebe, d. h. ein Variator umfassend zweite hydrostatische Einheiten 2, 3 in Form wenigstens einer Pumpe und wenigstens eines Hydromotors dargestellt. Die beiden Hydrostatikeinheiten 2, 3 können in einem gemeinsamen Joch angeordnet sein, wie dies in der Figur dargestellt ist. Sie können jedoch auch separat verstellt werden. Die Variatoreinheiten 2, 3 werden mittels des Jochs durch einen Gleichlaufstellzylinder 4 in die erforderliche Position verstellt bzw. verschwenkt.
Der Zylinder 4 weist einen Kolben und zwei rechts bzw. links von dem Kolben sich erstreckende Zylinderkammern, d. h. Stellkammern auf, die jeweils über einen Anschluss A bzw. B verfügen. Die Anschlüsse A und B sind durch eine Verbindungsleitung 17 miteinander verbunden, die eine Bypassleitung um den Kolben bildet und die auch als Stellventilbypass STB bezeichnet ist. Die Bypassleitung 17 ermöglicht es, dass das Hydraulikfluid von einer Kammer des Stellzylinders 4 mit höherem Druck in die andere Kammer des Stellzylinders 4 mit geringerem Druck strömt.
Der Zylinder 4 wird durch ein Positionsregelventil (PRV) 5 gestellt.
Durch die Leitung 17 wird eine gezielte Leckage von einer Kammer zu der anderen Kammer des Stellzylinders 4 herbeigeführt. Um eine Positionsänderung des Kolbens des Stellzylinders 17 zu vermeiden, wenn diese nicht durch einen Nutzer angefordert wird, steuert das Positionsregelventil derart gegen, dass die Position des Kolbens und somit auch die Position des Variators trotz des Leckagestroms konstant bleibt. Somit befindet sich das Positionsregelventil bereits in einen dynamischen Zustand und kann daher schneller und präziser auf eine Änderung reagieren, als aus einem statischen bzw. quasi-statischen Zustand heraus.
Um den Volumenstrom durch die Leitung 17 zu begrenzen, kann diese selbst entsprechend ihres Innendurchmessers als Drossel wirken. Alternativ oder zusätzlich kann eine oder mehrere nicht veränderbare oder veränderliche Drossel in der Leitung 17 vorgesehen sein, z. B. in Form eines Stromregelventils, das vorzugsweise mit einer Mengenbegrenzung des maximalen Leckagestroms ausgeführt ist.
In dem Ausführungsbeispiel befindet sich die Leitung 17 zwischen zwei Anschlüssen A und B des Stellzylinders 4, die sich von den Anschlüssen unterscheiden, mit denen das PRV mit dem Stellzylinder 4 in Verbindung steht.
Grundsätzlich ist von der Erfindung auch der Fall umfasst, dass sich die Leitung 17 und ggf. darin befindliche Komponenten, wie Ventile, Drosseln etc. auch zwischen dem PRV und dem Stellzylinder 4 befinden oder auch in den Stellzylinder 4 oder in das Ventil PRV integriert sind.
Wie dies aus der Figur hervorgeht, steht das Ventil 5 mit dem hydrostatischen Kreis 9 des Variators 1 über den Anschluss P in Verbindung. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen wird das Ventil 5 über den abgewogenen Hochdruck 6 aus dem hydrostatischen Kreis 9 gespeist. Der abgewogene Hochdruck (HD) 6 ist der höhere der beiden Drücke im Kreis 9. Dieser Druck kann bis zu 450 bar betragen. Erfindungsgemäß befindet sich zwischen dem hydrostatischen Kreis 9 des Variators 1 und dem Ventil 5 ein Druckminderer 7, der dafür sorgt, dass die Druckversorgung, d. h. die Stellenergie für das Ventil 5 gegenüber bekannten Anordnungen auf ein geringeres Niveau gebracht wird. Durch das Druckminderventil 7 kann beispielsweise der Druck, der an dem Ventil 5 anliegt, gegenüber dem in dem Kreis 9 herrschenden abgewogenen Druck halbiert werden, wobei dies nur eine exemplarische Ausgestaltung der Erfindung darstellt. Auch andere Werte als eine Reduktion auf 50% sind möglich und von der Erfindung umfasst.
Ein weiterer Anschluss des Positionsregelventils 5 steht mit dem drucklosen Tank T in Verbindung.
Je nach der Stellung des Positionsregelventils oder eines sonstigen Positionsstellelementes wird die rechte oder die linke Kammer des Stellzylinders mit einem bestimmten Druck beaufschlagt. Das Positionsregelventil ist derart ausgebildet, dass auch die andere Kammer des Stellzylinders druckbeaufschlagt ist, um eine möglichst genaue Einstellung des Stellzylinders vornehmen zu können.
Das Bezugszeichen 8 stellt einen Speicher für das Hydraulikmedium dar, der ebenfalls mit dem Druckanschluss P des Positionsregelventils 5 verbunden ist. Der Speicher stellt für den Fall von Druckeinbrüchen im Kreis 9 sicher, dass immer ein bestimmter Druck an dem Positionsregelventil 5 anliegt. Somit kann ein zuverlässiges Stellverhalten auch bei einer Unterversorgung im Kreis 9 erreicht werden. Der Speicher 8 ist in dem Bereich stromabwärts des Druckminderers angeordnet, d. h. wird ebenfalls nur mit dem durch den Druckminderer reduzierten Druck beaufschlagt.
Der Stellzylinder 4 weist wie oben ausgeführt zwei Kammern auf, von denen jede je nach Stellung des Positionsregelventils 5 mit Druck über den Anschluss P versorgt wird oder mit dem Tank T verbunden wird.
2 zeigt eine Ausführung, die der gemäß 1 entspricht, mit Ausnahme der in der Ausführung der 2 nicht vorhandenen Leitung 17. Stattdessen ist eine die Hochdruckseite und die Niederdruckseite des Variators 1 verbindende Leitung HDB, d. h. eine Bypassleitung vorgesehen, die die Hochdruckseite und die Niederdruckseite des Variators 1 miteinander verbindet. Diese Leitung HDB kann selbst als Drossel fungieren oder ein oder mehrere Drosselelemente aufweisen, wie z. B. eine oder mehrere Blenden, Ventile etc.
Die Leitung HDB bringt den Vorteil mit sich, dass der Antrieb anstatt eines relativ steifen und harten Verhaltens ein elastisches Verhalten bzw. eine elastische Reaktion des Antriebs auf äußere Lasteinwirkungen zeigt, was feinfühlige Arbeiten mit der Arbeitsmaschine ermöglicht.
Vorzugsweise ist eine angepasste Dämpfungsvorrichtung, z. B. in Form einer oder mehrerer Drosseln etc. vorgesehen, um diese elastische Eigenschaft zu realisieren.
Je nach Anforderungsprofil und Effizienzerfordernissen können auch ein oder mehrere Rückschlagventile, Wechselventile etc. in der Leitung HDB vorhanden sein.
Im Übrigen entspricht die Anordnung gemäß 2 der in 1 beschriebenen, so dass entsprechend Bezug genommen wird.
3 zeigt eine Ausführung, bei der sowohl das Stellventil 4 mit einer Bypassleitung 17 bzw. STB gemäß 1 versehen ist als auch der Variator 1 mit einer Bypassleitung HDB versehen ist, so dass die vorgenannten vorteilhaften Eigenschaften beider Leitungen miteinander kombiniert vorliegen. Im Übrigen entspricht die Anordnung der gemäß 1 und 2, so dass entsprechend Bezug genommen wird.
Aus 4 ist eine Ausführung ersichtlich, bei der jede der beiden Kammern des Zylinders 4 über die Anschlüsse A und B mit jeweils einem Hydraulikspeicher 10, 11 in Verbindung stehen. Zwischen den Speichern 10, 11 und dem Stellventil 4 befindet sich das Absperrventil 16, das als 2/2-Wegeventil ausgeführt ist. Grundsätzlich sind auch andere Ventilausführungen denkbar und von der Erfindung mit umfasst. In der in der 4 gezeigten Position des Ventils 16 steht die linke Kammer des Zylinders 4 mit dem Speicher 10 und die rechte Kammer des Zylinders 4 mit dem Speicher 11 in Verbindung. In der geschlossenen Ventilstellung des Ventils 16 sind die Kammern des Stellzylinders 4 von den Speichern 10, 11 getrennt. Die Speicher 10, 11 sind in dieser Ventilstellung jedoch mittels des Ventils miteinander verbunden, so dass ein Druckausgleich zwischen diesen stattfindet.
Die Speicher 10, 11 haben die Aufgabe, ein gewisses Entweichen des Stellzylinders 4 bei Last zu ermöglichen, indem ein Teil des Hydraulikmediums in den betreffenden Speicher fließt. Auf diese Weise wird der im Kreis 9 auftretende Druckanstieg gedämpft, wodurch sich das Fahrverhalten verbessert.
Im Falle eine hochtransienten Druckabfalls wird aus dem betreffenden Speicher über das Rückschlagventil 14 bzw. 15 Öl in den Stellzylinder nachgeschoben, so dass die Variatorregelung stabil bleibt.
Die Bezugszeichen 12, 13 kennzeichnen ggf. einstellbare Drosselstellen im Zulauf zu den Speichern 10, 11.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist eine Bypassleitung HDB des Variators 1 vorgesehen. Grundsätzlich kann in dem Ausführungsbeispiel alternativ oder zusätzlich auch eine Bypassleitung vorgesehen sein, die die Stellkammern des Stellzylinders 4 miteinander verbindet. Auf die Ausführungen zu den 1 und 2 wird entsprechend Bezug genommen.
5 zeigt eine schematische Darstellung des Variators mit der beide Seiten des Variators verbindenden Leitung HDB sowie eine Detaildarstellung dieser Leitung. Wie dies aus der Detaildarstellung hervorgeht, befindet sich in der Leitung eine Drossel 21 sowie ein Absperrventil 22. Mittels des Absperrventils 22 kann die Leitung abgesperrt werden, so dass kein Hydraulikfluid mehr durch die Leitung strömen kann.
Bei geöffnetem Ventil 22 strömt entsprechend des durch den Drossel bestimmten Druckwiderstandes und der Druckdifferenz zwischen Hoch- und Niederdruckseite des Variators 1 Hydraulikfluid durch die Leitung HDB. Auf diese Weise wird ein hydrostatischer Hochdruckbypass realisiert. Der Bypass bzw. die Leitung HDB kann selbst die Drossel bilden. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Drosselelemente 21 verwendet werden, die dem Fluss durch die Hydraulikleitung HDB einen bestimmten oder veränderlichen Strömungswiderstand entgegensetzen.
5 zeigt eine Ausführungsform mit Blende 21 und Absperrventil 22. Soll das durch die Leitung HDB hervorgerufene elastische Verhalten nicht gewünscht sein, kann diese Funktion durch Schließen des Ventils 22 deaktiviert werden. In diesem Fall ist zwar eine weniger feinfühlige Arbeit erschwert, allerdings bestehen aufgrund der geschlossenen Bypassleitung keine Einbußen bei der Energieeffizienz.
6 zeigt eine schematische Darstellung des Variators mit der beide Seiten des Variators verbindenden Leitung HDB sowie eine Detaildarstellung dieser Leitung. Wie dies aus der Detaildarstellung hervorgeht, befinden sich in der Leitung ein Shuttleventil 32 und Drosseln 31, 33 die vor und nach dem Shuttleventil 32 angeordnet sind.
Das Shuttleventil 32 umfasst einen in Längsrichtung der Leitung HDB verschieblich angeordneten Körper, wie dies durch den Doppelpfeil gekennzeichnet ist. Der Körper weist an seinen beiden Enden z. B. konisch abgeschrägte Bereiche auf, die in den Endpositionen des Körpers dichtend an eckenförmig ausgestalteten Bereichen des Abschnittes der Leitung HDB anliegen, in dem der Körper verschieblich angeordnet ist. Somit wird eine Absperrung der Leitung erreicht. Auch können ein oder mehrere Dichtelemente am Umfang des Körpers bzw. zwischen dem Körper und der Wandung der Leitung vorgesehen sein.
Unabhängig von seiner Position sperrt der Körper die Leitung ab, so dass ein Übertritt von Hydraulikmedium von der Hochdruck- auf die Niederdruckseite des Variators ausgeschlossen ist. Die Abdichtung kann an den beiden Endlagen und/oder an den Seitenflächen erfolgen.
Der Körper bzw. Kolben des Shuttleventils kann mittels eines oder mehrerer Dämpfungselemente gedämpft werden, um an den Endlagen keine Beschädigung zu erhalten. Das oder die Dämpfungselemente können beispielsweise als Feder, als elastisches Element, wie z. B. als Gummipuffer, in Form der Kantengestaltung, die eine bestimmte Strömungsführung bedingt, etc. ausgebildet sein.
Das Shuttleventil 32 dient als Dämpfungsvolumen und ermöglicht eine Bewegung eines Volumens von der Hochdruckseite bzw. von der Niederdruckseite des Variators in die Leitung HDB. Eine Durchströmung der Leitung HDB von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite findet jedoch nicht statt, da der Körper die Leitung abdichtet. Das durch das Shuttleventil 32 erzeugte Dämpfungsvolumen dient als Dämpfungsvorrichtung, das die gewünschte elastische Eigenschaft bewirkt.
Die Drosseln 31, 33 können durch die Leitung HDB selbst gebildet werden oder auch als separate Bauteile ausgeführt sein. Die Drosseln 31, 33 stellen die Ausformungen und Widerstände im Bereich des jeweiligen Eingangs der Leitung HDB dar. Sie können ohne oder auch mit dem Ventil 32 eingesetzt werden. Wird kein Shuttleventil eingesetzt, kommt es zu einer Durchströmung der Leitung HDB von der Hochdruck- auf die Niederdruckseite des Variators 1, was ebenfalls eine Ausführungsform gemäß der Erfindung darstellt. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführung mit Shuttleventil, das keine Durchströmung der Leitung HDB, sondern nur eine „Volumenverschiebung” erlaubt.
Die in den 1 bis 4 dargestellten Speicher und Druckminderer sind Komponenten von bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung. Die vorliegende Erfindung umfasst jedoch auch Anordnungen ohne Druckminderer und/oder ohne Speicher, d. h. die Erfindung ist nicht auf Fahrantriebe mit Druckminderer und/oder mit einem oder mehreren Speichern beschränkt.

Claims

Fahrantrieb, insbesondere leistungsverzweigter Fahrantrieb, für eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Radlader, wobei der Fahrantrieb einen in einem hydraulischen System angeordneten hydraulischen Variator sowie einen Stellzylinder, insbesondere einen Gleichlaufstellzylinder aufweist, der mit dem Variator derart in Verbindung steht, dass der Variator mittels des Stellzylinders verstellbar ist, wobei des Weiteren ein mit dem hydraulischen System verbundenes Positionsstellelement vorgesehen ist, das mit dem Stellzylinder derart verbunden ist, dass der Stellzylinder mittels des Positionsstellelementes gestellt wird, wobei der Stellzylinder zwei durch einen verschieblich angeordneten Kolben getrennte Stellkammern aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Stellkammern verbindende Leitung vorgesehen ist, so dass eine Fluidverbindung für das Hydraulikmedium von einer Stellkammer zu der anderen Stellkammer des Stellzylinders besteht.
Fahrantrieb, insbesondere leistungsverzweigter Fahrantrieb, für eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Radlader, wobei der Fahrantrieb einen in einem hydraulischen System angeordneten hydraulischen Variator sowie ein Stellglied aufweist, das mit dem Variator derart in Verbindung steht, dass der Variator mittels des Stellgliedes verstellbar ist, wobei des Weiteren ein mit dem hydraulischen System verbundenes Positionsstellelement vorgesehen ist, das mit dem Stellglied derart verbunden ist, dass das Stellglied mittels des Positionsstellelementes gestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Hochdruckseite des Variators mit der Niederdruckseite des Variators verbindende Leitung vorgesehen ist.
Fahrantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ausgebildet ist.
Fahrantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Stellglied um einen Stellzylinder, insbesondere um einen Gleichlaufstellzylinder handelt.
Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung derart ausgebildet ist, dass eine Fluidverbindung für das Hydraulikmedium von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite des Variators besteht, so dass das Hydraulikmedium von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite des Variators strömt.
Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Leitung ein beweglich angeordneter Körper befindet, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sich das Volumen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des Variators in Abhängigkeit von der Position des Körpers ändert.
Fahrantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenänderung mit wenigstens einem Parameter und insbesondere mit dem Radwinkel der Arbeitsmaschine korreliert.
Fahrantrieb nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper ein in dessen Bewegungsrichtung vorlaufendes und nachlaufendes Ende aufweist und dass diese Enden als Dichtelemente ausgebildet sind oder ein Dichtelement aufweisen und/oder dass die Umfangsfläche des Körpers als Dichtfläche ausgebildet ist oder ein Dichtelement aufweist.
Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpfungselement vorgesehen ist, das die Bewegung des Körpers zumindest in dessen Endlage(n) dämpft.
Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung eine Drossel vorgesehen ist, die den Volumenstrom des durch die Leitung strömenden Hydraulikmediums begrenzt und/oder dass die Leitung selbst als Drossel ausgebildet ist.
Fahrantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel in ihrer Drosselcharakteristik unveränderlich oder veränderlich ausgebildet ist.
Fahrantrieb nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel als Ventil mit einer veränderlichen Drosselcharakteristik, insbesondere als Stromregelventil ausgebildet ist.
Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel eine Durchflussmengenbegrenzung aufweist.
Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel manuell verstellbar ist oder dass eine Antriebseinheit, insbesondere ein Elektromotor vorgesehen ist, mittels derer die Drossel verstellbar ist.
Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absperrelement, insbesondere ein Absperrventil vorhanden ist, mittels derer die Leitung absperrbar ist.
Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Positionsstellelement und dem hydraulischen System ein Druckminderer, insbesondere ein Druckminderventil angeordnet ist.
Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Positionsstellelement um ein Positionsregelventil handelt.
Verfahren zum Betrieb einer Arbeitsmaschine mit einem Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei dass das Positionsstellelement derart gesteuert oder geregelt wird, dass trotz des durch die Leitung von einer Stellkammer in die andere Stellkammer des Stellzylinders strömenden Hydraulikfluids keine oder im Wesentlichen keine Positionsänderung des Stellzylinders erfolgt.
Mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Radlader, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine mit einem Fahrantrieb nach einem Ansprüche 1 bis 17 ausgestattet ist.