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Die Erfindung betrifft eine Fahrmotorenanordnung für einen hydrostatischen Fahrantrieb mit einem ersten stets angetriebenen Hydromotor und einem zweiten aktivierbaren oder zugschaltbaren Hydromotor.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 015 498 A1 zeigt einen hydrostatischen Fahrantrieb, bei dem über eine gemeinsame verstellbare Pumpe in einem gemeinsamen geschlossenen Kreis eine linksseitige und eine rechtsseitige Fahrmotorenanordnung versorgt werden. Die beiden Hydromotoren jeder Seite beziehungsweise jeder Fahrmotorenanordnung sind zueinander in Reihe geschaltet. Bei einem Normalbetrieb mit Zweiradantrieb des betroffenen Fahrzeugs werden die beiden stromaufwärtigen Hydromotoren angetrieben, während die beiden stromabwärtigen Hydromotoren im Wesentlichen nur mitlaufen. Dazu wird aus den Verbindungsleitungen zwischen den beiden Hydromotoren jeder Seite stets etwas Druckmittel abgeführt, so dass der jeweilige stromaufwärtige Hydromotor keine oder wenig Leistung wandelt und kein oder geringes Drehmoment abgibt. Dazu ist an die Verbindungsleitungen ein gemeinsames oder ein jeweiliges Mengenbegrenzungsventil angeschlossen, das im Folgenden als Stromregelventil bezeichnet wird.
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Eine automatische Umschaltung vom Zweiradantrieb auf Vierradantrieb erfolgt, wenn der Schlupf eines stromaufwärtigen Hydromotors zunimmt, wenn also das entsprechende Rad „durchdreht“. Dann wird auch der stromabwärtige Hydromotor mit Druckmittel derart versorgt, dass auch dieser im Sinne eines Allradantriebs Leistung wandelt und Drehmoment abgibt.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 118 255 A1 zeigt einen vergleichbaren hydrostatischen Fahrantrieb, dessen Verhalten bei Lenkbewegungen des betroffenen Fahrzeugs durch ein Steuerventil verbessert ist. Dieses Ventil ermöglich einen Druckmittelausgleich zwischen den Verbindungsleitungen der beiden Fahrmotorenanordnungen, also von der der Verbindungsleitung der kurveninneren zur Verbindungsleitung der kurvenäußeren Seite.
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In der
DE 10 2013 211 621 A1 ist eine Fahrmotorenanordnung einer Seite eines hydrostatischen Fahrantriebs mit einem stromaufwärtigen Hydromotor und einem stromabwärtigen Hydromotor im geschlossenen Kreis gezeigt. Die Druckschrift offenbart eine Integration des an die Verbindungsleitung angeschlossenen Stromregelventils in das Gehäuse eines der Hydromotoren.
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Nachteilig an derartigen Fahrmotorenanordnungen ist, dass ihre Hydromotoren stets ein festes Schluckvolumen aufweisen, so dass sich bei gleichbleibender Druckmittelversorgung eine konstante Fahrgeschwindigkeit, also nur eine Fahrstufe ergibt.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Fahrmotorenanordnung für einen hydrostatischen Fahrantrieb zu schaffen, die bei gleichbleibender Druckmittelversorgung zumindest zwei Fahrstufen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Fahrmotorenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Die erfindungsgemäße Fahrmotorenanordnung ist dazu ausgelegt eine Seite eines hydrostatischen Fahrantriebs zu bilden. Die Fahrmotorenanordnung weist einen ersten Radialkolbenmotor und einen in Reihe geschalteten zweiten Radialkolbenmotor auf, der bei zunehmendem Schlupf des ersten Radialkolbenmotors aktivierbar oder zuschaltbar ist. Alle gleichgerichteten Hochdruck- bzw. Arbeitsflanken jedes Radialkolbenmotors sind in zumindest zwei Gruppen unterteilt, wobei die Gruppen einzeln oder gemeinsam aktivierbar sind. Damit weist jeder Radialkolbenmotor ein insbesondere stufenweise veränderbares oder verstellbares Schluckvolumen und eine entsprechende Anzahl von Fahrstufen auf. An die Verbindung zwischen den Ausgängen der Gruppen des ersten Radialkolbenmotors und den Eingängen der Gruppen des zweiten Radialkolbenmotors ist ein Stromregelventil angeschlossen. Dies ermöglicht bei Vorwärtsfahrt des betroffenen Fahrzeugs die bedarfsgemäße Aktivierung oder Zuschaltung des zweiten Radialkolbenmotors zum stets angetriebenen ersten Radialkolbenmotor. Bei Rückwärtsfahrt des betroffenen Fahrzeugs mit umgekehrter Strömungsrichtung des Druckmittels durch die Fahrmotorenanordnung ermöglicht das Stromregelventil die bedarfsgemäße Aktivierung oder Zuschaltung des ersten Radialkolbenmotors zum stets angetriebenen zweiten Radialkolbenmotor.
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Das Stromregelventil ist bevorzugt von einer Messblende und einer dazu in Reihe geschaltete Druckwaage gebildet, deren Ventilkörper in Schließrichtung vom Druck stromauf der Messblende und in Öffnungsrichtung vom Druck stromab der Messblende und von der Kraft einer Feder beaufschlagt ist.
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Wenn das Stromregelventil an einem Gehäuse eines der Radialkolbenmotoren angeordnet oder in das Gehäuse integriert ist, und wenn ein Ausgang des Stromregelventils mit einem Innenraum des Gehäuses verbunden ist, ist eine Gehäusespülung des Radialkolbenmotors geschaffen. Vorzugsweise ist das Stromregelventil an dem Gehäuse des ersten Radialkolbenmotor angeordnet oder in dessen Gehäuse integriert, da dieser Radialkolbenmotor bei vorherrschender Vorwärtsfahrt und bei überwiegendem Zweiradantrieb die meiste Leistung wandelt und die größte Erwärmung aufweist.
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Die Ausgänge der Gruppen des ersten Radialkolbenmotors sind über jeweilige ausgangsseitige Zweigleitungen mit einer gemeinsamen Verbindungsleitung verbunden, wobei die Verbindungsleitung andererseits über jeweilige eingangsseitige Zweigleitungen des zweiten Radialkolbenmotors mit den Eingängen der Gruppen des zweiten Radialkolbenmotors verbunden ist. Die Zweigleitungen sind vorzugsweise als Zweigkanäle im Gehäuse der betroffenen Radialkolbenmaschine gebildet. Die gemeinsame Verbindungsleitung hat vorzugsweise einen jeweiligen Verbindungskanalabschnitt im Gehäuse jedes Radialkolbenmotors.
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Das Stromregelventil kann gemäß einer ersten Ausführungsform direkt an die Verbindungsleitung insbesondere an den Verbindungskanalabschnitt im Gehäuse des ersten Radialkolbenmotors angeschlossen sein. Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann das Stromregelventil an eine der ausgangsseitigen Zweigleitungen im Gehäuse des ersten Radialkolbenmotors angeschlossen sein.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Fahrmotorenanordnung ist die zumindest eine weitere Gruppe jedes Radialkolbenmotors mit einem jeweiligen Schluckvolumen-Umschaltventil aktivierbar und deaktivierbar.
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Über das Schluckvolumen-Umschaltventil werden vorzugsweise in einer durch eine Feder vorgespannten Deaktivierungsstellung ein Eingang und ein Ausgang der weiteren Gruppe miteinander verbunden, womit ein druckausgeglichener Umlauf oder quasi ein hydraulischer Kurzschluss der weiteren Gruppe geschaffen ist.
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Der Eingang der ersten Gruppe kann direkt mit dem Eingang des Radialkolbenmotors verbunden sein, oder er wird über das Schluckvolumen-Umschaltventil stets mit dem Eingang des Radialkolbenmotors verbunden.
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Gemäß einer vorrichtungstechnisch einfachen ersten Variante ist das Schluckvolumen-Umschaltventil ein 4/2-Wegeventil, über dessen Deaktivierungsstellung der Eingang und der Ausgang der weiteren Gruppe mit einem Ausgang des Radialkolbenmotors verbunden sind. Damit erfolgt der Umlauf des Druckmittels in der deaktivierten weiteren Gruppe beim ersten Radialkolbenmotor unter dem Druck der Verbindungsleitung, also einem Zwischendruck oder unter Niederdruck. Beim zweiten Radialkolbenmotor erfolgt der Umlauf des Druckmittels in der deaktivierten weiteren Gruppe unter Niederduck. Das gilt jeweils für Vorwärtsfahrt.
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Bei einer konkreten Ausgestaltung der ersten Variante ist in der Deaktivierungsstellung des 4/2-Wegeventils ein mit einem Eingang des Radialkolbenmotos verbundener erster Anschluss des 4/2-Wegeventils mit dem Eingang der ersten Gruppe verbunden, während ein mit dem Ausgang des Radialkolbenmotos verbundener zweiter Anschluss des 4/2-Wegeventils mit dem Eingang der weiteren Gruppe verbunden ist. In einer Aktivierungsstellung des 4/2-Wegeventils ist der mit dem Eingang des Radialkolbenmotos verbundene erste Anschluss mit den Eingängen beider Gruppen verbunden, während der mit dem Ausgang des Radialkolbenmotos verbundene zweite Anschluss abgesperrt ist.
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Gemäß einer zweiten vorrichtungstechnisch aufwändigeren Variante ist das Schluckvolumen-Umschaltventil ein 5/2-Wegeventil, über dessen Deaktivierungsstellung der Eingang und der Ausgang der weiteren Gruppe mit einem Steuerdruckanschluss verbindbar sind.
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Zwischen dem Steuerdruckanschluss und dem 5/2-Wegeventil kann ein Absperrventil angeordnet sein, das über den Steuerdruckanschluss gegen die Kraft einer Feder in seine Öffnungsstellung schaltbar ist.
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Bei einer konkreten Ausgestaltung der zweiten Variante sind in der Deaktivierungsstellung des 5/2-Wegeventils ein mit dem Eingang des Radialkolbenmotors verbundener erster Anschluss und ein mit dem Ausgang des Radialkolbenmotors verbundener zweiter Anschluss abgesperrt, während ein mit dem Absperrventil verbundener dritter Anschluss mit dem Eingang und mit dem Ausgang der weiteren Gruppe verbunden ist. In einer Aktivierungsstellung des 5/2-Wegeventils ist der erste Anschluss mit dem Eingang der weiteren Gruppe verbunden, während der zweite Anschluss mit dem Ausgang der weiteren Gruppe verbunden ist. Dabei ist der dritte Anschluss abgesperrt.
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Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Fahrmotorenanordnung für einen hydrostatischen Fahrantrieb detailliert beschrieben.
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Es zeigen
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1 einen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fahrmotorenanordnung und
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2 einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fahrmotorenanordnung.
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1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fahrmotorenanordnung mit einem ersten Radialkolbenmotor 1 und einem zweiten Radialkolbenmotor 2, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Über eine nicht dargestellte Pumpe und einen geschlossenen hydraulischen Kreis wird Druckmittel unter Hochdruck zum Eingang B des ersten Radialkolbenmotors 1 gefördert. Zwischen einem Ausgang A des ersten Radialkolbenmotors und einem Eingang B des zweiten Radialkolbenmotors ist eine Verbindungsleitung 4 oder insbesondere ein Hauptabschnitt 4b der Verbindungsleitung 4 vorgesehen. Im zweiten Fall hat die Verbindungsleitung 4 einen Verbindungskanalabschnitt 4a im Innern des Gehäuses 6 des ersten Radialkolbenmotors 1 und eine Verbindungskanalabschnitt 4c im Innern des Gehäuses 6 des zweiten Radialkolbenmotors 2.
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Die Radialkolbenmotoren 1, 2 haben jeweils eine Abtriebswelle 8, die mit einer jeweiligen ersten Gruppe 10 und mit einer zweiten Gruppe 12 zur Verdrängung von Druckmittel dienenden Arbeitsflanken in Wirkverbindung bringbar ist. Gemäß einer ersten Variante sind die Arbeitsflanken beider Gruppen jeweils gleichmäßig am Umfang eines gemeinsamen Hubkranzes jedes Radialkolbenmotors 1, 2 verteilt. Gemäß einer zweiten Variante sind die beiden Gruppen 10, 12 an voneinander getrennten Hubkurven des jeweiligen Radialkolbenmotors 1, 2 verteilt, so dass jeder Radialkolbenmotor 1, 2 quasi zwei nebeneinander angeordnete Teilmotoren hat, die beide mit der gemeinsamen Abtriebswelle 8 jedes Radialkolbenmotors 1, 2 gekoppelt sind.
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Jeder Radialkolbenmotor 1, 2 hat ein als 4/2-Wegeventil ausgebildetes Schluckvolumen-Umschaltventil 14. Sein Ventilkörper hat die in 1 gezeigte durch eine Feder vorgespannte Aktivierungsstellung 16. Dabei ist ein mit dem Eingang B des Radialkolbenmotors verbundener erster Anschluss 18 mit den Eingängen 20, 22 beider Gruppen 10, 12 verbunden. Die Ausgänge 24, 26 beider Gruppen 10, 12 sind über eine jeweilige ausgangsseitige Zweigleitung 29 und über den ersten Verbindungskanalabschnitt 4a mit dem Ausgang A des Radialkolbenmotors 1, 2 verbunden. Damit sind in der Aktivierungsstellung 16 des Schluckvolumen-Umschaltventils 14 beide Gruppen 10, 12 aktiv, womit der jeweilige Radialkolbenmotor 1, 2 maximales Schluckvolumen hat.
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Wenn das Schluckvolumen-Umschaltventil 14 durch Beaufschlagung mit Steuerdruckmittel über einen Steuerdruckanschluss X in eine Deaktivierungsstellung 28 gegen die Kraft der Feder umgeschaltet wird, bleiben die Verbindungen und damit die Funktion der ersten Gruppe 10 unverändert. Bei der zweiten Gruppe 12 hingegen wird der Eingang 22 mit dem Ausgang 26 verbunden, so dass die zweite Gruppe 12 druckausgeglichen und somit deaktiviert ist. Damit ist das Schluckvolumen des jeweiligen Radialkolbenmotors 1, 2 vermindert. Genauer gesagt wird der Eingang 22 und der Ausgang 26 der zweiten Gruppe 12 mit dem ersten Verbindungskanalabschnitt 4a verbunden, so dass beidseitig der zweiten Gruppe 12 beim ersten Radialkolbenmotor 1 der Druck der Verbindungsleitung 4 wirkt, während beim zweiten Radialkolbenmotor 2 der Niederdruck des Ausgangs A wirkt.
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Um bei zunehmenden Schlupf eines (nicht gezeigten) Rades, das an die Abtriebswelle 8 des ersten Radialkolbenmotors 1 gekoppelt ist, das Rad des zweiten Radialkolbenmotors 2 automatisch zuzuschalten, ist an den ersten Verbindungskanalabschnitt 4a des ersten Radialkolbenmotors 1 an seinem Gehäuse 6 oder im Innern seines Gehäuses 6 ein Stromregelventil 30 vorgesehen, das eine Messblende 32 und eine stromab der Messblende 32 in Reihe geschaltete Druckwaage 34 aufweist, deren Ventilkörper in Schließrichtung von dem Druck stromauf der Messblende 32 und in Öffnungsrichtung von dem Druck stromab der Messblende 32 und von einer Feder beaufschlagt ist. Durch das Druckäquivalent der Feder ist somit ein bestimmter Druckabfall über die Messblende 32 eingestellt. Zusammen mit der Größe des Durchflussquerschnitts der Messblende 32 ergibt sich ein über das Stromregelventil 30 fließender konstanter Druckmittelvolumenstrom, der aus der Verbindungsleitung 4 abgezweigt wird. Ausgangsseitig mündet das Stromregelventil 30 in eine Leckageleitung 36, die mit einem Leckageanschluss L und einem Anschluss F verbunden ist.
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1 zeigt die beiden Schluckvolumen-Umschaltventile 14 in ihrer jeweiligen Aktivierungsstellung, so dass beide Radialkolbenmotoren 1, 2 maximales Schluckvolumen haben. Dabei strömt das gesamt Druckmittel gemäß den Pfeilen zunächst durch den Eingang B des ersten Radialkolbenmotors 1, dann durch beide Gruppen 20, 22 des ersten Radialkolbenmotors 1, dann zum Ausgang A des ersten Radialkolbenmotors 1, weiter über den Hauptabschnitt 4b der Verbindungsleitung 4 zum Eingang B des zweiten Radialkolbenmotors 2 und von dort über die beiden Gruppen 10, 12 des zweiten Radialkolbenmotors 2 zu dessen Ausgang A.
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Beim ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fahrmotorenanordnung gemäß 1 kann bei umgekehrter Strömungsrichtung (entgegen den gezeigten Pfeilen) auch rückwärts gefahren werden, wobei die Druckmittelabzweigung aus der Verbindungsleitung 4 über das Stromregelventil 30 gesichert ist, so dass die automatische Zuschaltung bzw. Aktivierung des ersten Radialkolbenmotors zum stets angetriebenen zweiten Radialkolbenmotor möglich ist. Bei Rückwärtsfahrt ist allerdings nicht die Deaktivierung der jeweiligen zweiten Gruppe 12 der beiden Radialkolbenmotoren 1, 2 möglich.
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2 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fahrmotorenanordnung, wobei die beiden in Reihe geschalteten Radialkolbenmotoren 101, 102, deren jeweiligen Gehäusen 6, den jeweils daran gebildeten Anschlüssen A, B, X, L und F, einschließlich dem einen Stromregelventil 30 prinzipiell denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1 entsprechen.
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Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist das Stromregelventil 30 nicht direkt an die Verbindungsleitung 4 sondern an die ausgangsseitige Zweigleitung 29, die den Ausgang 24 der ersten Gruppe 10 mit der Verbindungsleitung 4 verbindet, angeschlossen.
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Durch eine aufwändigere Gestaltung des Schluckvolumen-Umschaltventils 114 ist beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 ein Vorwärts- und ein Rückwärtsfahren jeweils mit beiden Gruppen 10, 12 oder mit nur einer Gruppe 10 möglich. Dazu ist das Schluckvolumenumschaltventil 114 als 5/2-Wegeventil ausgebildet und hat neben dem ersten Anschluss 18, der mit dem Eingang B verbunden ist, und dem zweiten Anschluss 19, der mit dem Ausgang A des jeweiligen Radialkolbenmotors 101, 102 verbunden ist, einen dritten Anschluss 138, der über eine Steuerdruckleitung mit dem Steuerdruckanschluss X verbunden ist. In dieser Steuerdruckleitung ist ein Absperrventil 140 vorgesehen, das in einer durch eine Feder vorgespannten Stellung diese Verbindung absperrt.
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2 zeigt das jeweilige Schluckvolumen-Umschaltventil 114 der beiden Radialkolbenmotoren 101, 102 in der jeweiligen Aktivierungsstellung 16, in der beide Gruppen 10, 12 aktiviert sind. Genauer gesagt werden dabei die beiden Gruppen 10, 12 des ersten Radialkolbenmotors 101 mit Hochdruck versorgt, während die beiden Gruppen 10, 12 des zweiten Radialkolbenmotors 102 mit dem verminderten Druck der Verbindungsleitung 4 versorgt werden. Dazu ist der erste Anschluss 18 des Schluckvolumen-Umschaltventils 114 mit dem Eingang 22 der zweiten Gruppe 12 verbunden, während der zweite Anschluss 19 des Schluckvolumen-Umschaltventils 114 mit dem Ausgang 26 der zweiten Gruppe 12 verbunden ist.
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Wenn nun die erfindungsgemäße Fahrmotorenanordnung in eine zweite Fahrstufe geschaltet werden soll, werden die beiden Schluckvolumen-Umschaltventile 114 in ihre jeweilige Deaktivierungsstellung 28 umgeschaltet. Dies geschieht durch Beaufschlagung des Steuerdruckanschlusses X mit Steuerdruckmittel. Da eine Feder des Schluckvolumen-Umschaltventils 114 etwas schwächer ist (z. B. äquivalent zu 12 bar) als eine Feder des Absperrventils 140 (z. B. äquivalent 15 bar) schaltet zunächst das Schluckvolumen-Umschaltventil 114 in seine Deaktivierungsstellung 28, bevor das Absperrventil 140 eine Steuerdruckverbindung vom Steuerdruckanschluss X zum Eingang 22 und zum Ausgang 26 der zweiten Gruppe 12 freigibt. Damit ist die zweite Gruppe 12 druckausgeglichen unter Steuerdruck. Der erste Anschluss 18 und der zweite Anschluss 19 des Schluckvolumen-Umschaltventils 114 sind dann abgesperrt.
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Weiterhin ist an jeder Abtriebswelle 8 eine Bremse 142 vorgesehen, die über eine Versorgung eines Anschlusses Z freigegeben werden kann.
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Der Radialkolbenmotoren 1, 2 des ersten Ausführungsbeispiels benötigen 3 Kommutatoren oder Drehdurchführungen für die verschiedenen Betriebszustände, während die Radialkolbenmotoren 101, 102 des zweiten Ausführungsbeispiels 4 Kommutatoren oder Drehdurchführungen für die verschiedenen Betriebszustände benötigen.
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Offenbart ist eine Seite eines hydrostatischen Fahrantriebs mit einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen Radialkolbenmotor, die über eine Verbindungsleitung miteinander in Reihe geschaltet sind. Aus der Verbindungsleitung kann Druckmittel über eine Stromregelventil abgeführt werden, so dass der stromabwärtige Radialkolbenmotor erst bei einem gewissen Schlupf des stromaufwärtigen Radialkolbenmotors zugeschaltet wird. Jeder Radialkolbenmotor hat zumindest zwei Gruppen von Arbeitsflanken, die mit Hochdruck in Wirkverbindung bringbar sind, so dass jeder Radialkolbenmotor zumindest zwei Fahrstufen aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1; 101
- erster Radialkolbenmotor
- 2; 102
- zweiter Radialkolbenmotor
- 4
- Verbindungsleitung
- 4a
- erster Verbindungskanalabschnitt
- 4b
- Hauptabschnitt
- 4c
- zweiter Verbindungskanalabschnitt
- 6
- Gehäuse
- 8
- Abtriebswelle
- 10
- erste Gruppe
- 12
- zweite Gruppe
- 14; 114
- Schluckvolumen-Umschaltventil
- 16
- Aktivierungsstellung
- 18
- erster Anschuss
- 19
- zweiter Anschluss
- 20
- Eingang der ersten Gruppe
- 22
- Eingang der zweiten Gruppe
- 24
- Ausgang der ersten Gruppe
- 26
- Ausgang der zweiten Gruppe
- 28
- Deaktivierungsstellung
- 29
- ausgangsseitige Zweigleitung
- 30
- Stromregelventil
- 32
- Messblende
- 34
- Druckwaage
- 36
- Leckageleitung
- 138
- dritter Anschluss
- 140
- Absperrventil
- 142
- Bremse
- A
- Ausgang des Radialkolbenmotors
- B
- Eingang des Radialkolbenmotors
- F
- Anschluss
- L
- Leckageanschluss
- X
- Steuerdruckanschluss
- Z
- Anschluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010015498 A1 [0002]
- DE 102011118255 A1 [0004]
- DE 102013211621 A1 [0005]
