DE102017202273A1

DE102017202273A1 - Hydrostatisches Getriebe und Verfahren zur Bremsung damit

Info

Publication number: DE102017202273A1
Application number: DE102017202273.6A
Authority: DE
Inventors: Heiko Witte
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2018-08-16
Also published as: US20180231121A1; US10571020B2

Abstract

Offenbart ist ein hydrostatisches Getriebe, mit dem eine Bremsung realisierbar ist, bei der sich zumindest ein als Pumpe wirkender Fahrmotor über einen geschlossenen Kreis an einer als Motor wirkenden verstellbaren Axialkolbenpumpe abstützt, die wiederum an einem Verbrennungsmotor abstützbar ist. Da dieser nicht überdreht werden soll, erfolgt eine Vorsteuerung mit einer für den Verbrennungsmotor unterkritischen Drehzahl und danach eine Regelung mit einem Regler, der einen Korrekturwert in Abhängigkeit der Drehzahlabweichung der aktuellen Drehzahl von der maximalen und damit idealen Drehzahl des Verbrennungsmotors ausgibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Getriebe, mit dem eine hydrostatische Bremsung möglich ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Bremsung mit einem derartigen hydrostatischen Getriebe.
Aus dem Stand der Technik sind hydrostatische Getriebe für mobile Arbeitsmaschinen bekannt, bei denen eine hydrostatische Pumpe (Primäreinheit) und ein hydrostatischer Motor (Sekundäreinheit) über einen geschlossen Kreis fluidisch miteinander verbunden sind. An die Primäreinheit wird ein Verbrennungsmotor, z.B. ein Dieselmotor der mobilen Arbeitsmaschine, und an die Sekundäreinheit ein Abtrieb, z.B. eine Achse oder ein Rad der mobilen Arbeitsmaschine, drehfest gekoppelt. Damit hat die mobile Arbeitsmaschine einen Fahrantrieb, der ein hydrostatisches Getriebe aufweist.
In der Druckschrift EP 1 960 699 B1 ist ein derartiges hydrostatisches Getriebe offenbart, mit dem auch gebremst werden kann. Dabei fließt die Leistung gegenüber dem Zugbetrieb in umgekehrter Richtung von dem Abtrieb über die als Pumpe wirkende Sekundäreinheit und über die als Motor wirkende Primäreinheit zum Verbrennungsmotor, der dann in einem passiven Schleppbetrieb angetrieben wird. Die unter Hochdruck stehende Arbeitsleitung des geschlossenen Kreises ist dabei über ein Druckbegrenzungsventil abgesichert, über das während des Bremsens auch ein Teil der Bremsleistung abgebaut werden kann.
Problematisch bei derartigen Bremsungen ist, dass der Verbrennungsmotor nur mit einer maximalen Drehzahl angetrieben werden darf, um nicht zerstört zu werden. Daher wird die als verstellbare Axialkolbenmaschine ausgebildete und als Motor arbeitende Primäreinheit beim Bremsen dauerhaft auf einen Schwenkwinkel gestellt, bei dem ein Drehmoment erzeugt wird, das der Verbrennungsmotor noch abstützen kann, ohne überdreht zu werden. Dies geschieht unter Berücksichtigung des in der Arbeitsleitung durch die Einstellung des Druckbegrenzungsventils bestimmten Drucks.
Nachteilig an den hydrostatischen Getrieben des Standes der Technik ist, dass der Verbrennungsmotor in der Bremsfunktion nicht an seine maximale Drehzahl herangeführt wird. Daher muss in nachteiliger Weise ein erheblicher Teil der Bremsleistung über das Druckbegrenzungsventil der betroffenen Hochdruckleitung abgebaut werden.
Die Druckschriften DE 10 2014 211 393 A1 und DE 10 2014 211 394 A1 offenbaren ebenfalls jeweils ein hydrostatisches Getriebe, mit dem auch gebremst werden kann, wobei der Verbrennungsmotor vor Überdrehzahl geschützt werden soll. Ein erster Teil der Bremsleistung wird über die Primäreinheit an die Verbrennungsmaschine abgegeben, während ein zweiter Teil der Bremsleistung über das Druckbegrenzungsventil der betroffenen Hochdruckleitung in Wärme umgewandelt wird. Dabei wird eine zunächst geringfügig über der zulässigen Drehzahlgrenze liegende Drehzahl des Verbrennungsmotors akzeptiert.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein hydrostatisches Getriebe und ein Verfahren zu schaffen, bei dem der Schwenkwinkel und damit das Hubvolumen (im Bremsbetrieb ist dies ein Schluckvolumen) der Primäreinheit optimal gesteuert oder geregelt wird, so dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors möglichst schnell an seine maximale Drehzahl geführt wird und möglichst nahe an dieser maximalen Drehzahl gehalten wird. Dabei soll der Verbrennungsmotor seine maximale Drehzahl zu keiner Zeit überschreiten.
Diese Aufgabe wird bezüglich des hydrostatischen Getriebes gelöst durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 12.
Das beanspruchte hydrostatische Getriebe ist für einen Fahrantrieb vorgesehen der einen Verbrennungsmotor, z.B. einen Dieselmotor und einen Abtrieb, z.B. ein Rad oder eine Achse aufweist. Das hydrostatische Getriebe hat eine mit dem Verbrennungsmotor des Fahrantriebs koppelbare Triebwelle einer Primäreinheit, die im Zugbetrieb als Pumpe arbeitet, und eine mit dem Abtrieb des Fahrantriebs koppelbare Sekundäreinheit oder mehrere hydraulisch parallel geschaltete Sekundäreinheiten, die im Zugbetrieb als Motor(en) arbeiten. Beide Einheiten sind über zwei Arbeitsleitungen eines geschlossen Kreises miteinander fluidisch verbunden. Das hydrostatische Getriebe weist weiterhin eine elektrische Steuereinheit auf, über die eine Bremsung steuer- oder regelbar ist, bei der ein Bremsmoment der als Pumpe wirkenden Sekundäreinheit über die als Motor wirkende Primäreinheit an ihrer Triebwelle abgestützt ist. Mit Blick auf den gesamten Fahrantrieb ist damit das Bremsmoment des Abtriebs über die beiden Einheiten an dem Verbrennungsmotor abgestützt. Erfindungsgemäß wird ein vorgesteuerter Schwenkwinkel oder ein vorgesteuertes Hubvolumen für die Primäreinheit von der Steuereinheit vorgegeben, der unterhalb einer maximalen Drehzahl des Verbrennungsmotors liegt, so dass dieser zu Beginn der Bremsung sicher nicht überdreht. Dann wird über einen Regler ein Korrekturwert berechnet und ausgegeben, der zu dem vorgesteuerten Schwenkwinkel beziehungsweise dem vorgesteuertes Hubvolumen addiert wird. Damit werden der Schwenkwinkel und das Hubvolumen ausgehend von einem für den Verbrennungsmotor unterkritischen Bereich derart erhöht, dass der Verbrennungsmotor aus dem unterkritischen Bereich an seine maximale Drehzahl herangeführt wird, so dass die über die Primäreinheit zum Verbrennungsmotor fließende Bremsleistung maximiert wird, ohne dass dabei der Verbrennungsmotor überdreht.
Mit Blick auf das erfindungsgemäße hydrostatische Getriebe, das den Verbrennungsmotor nicht enthält, kann die zu begrenzende Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors über einen Signaleingang der Steuereinheit an diese übermittelt werden oder direkt an der Triebwelle der Primäreinheit abgegriffen werden, wenn die Kurbelwelle und die Triebwelle einstückig sind, oder auch aus einer Drehzahl der Triebwelle der Primäreinheit rechnerisch ermittelt werden, falls zwischen der Kurbelwelle und der Triebwelle eine mechanische Getriebestufe vorgesehen ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung hat Regler als Eingangsgröße eine Drehzahldifferenz zwischen einerseits einer Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotors oder einer davon abgeleiteten Größe, insbesondere der Ist-Drehzahl der Primäreinheit, und andererseits einer maximalen Drehzahl des Verbrennungsmotors oder einer entsprechend davon abgeleiteten Größe.
Vorzugsweise ist der Regler ein P- oder PI-Regler. Vorzugsweise weist die Steuereinheit den Regler auf.
Um das erfindungsgemäße hydrostatische Getriebe in verschieden Fällen nutzen zu können, in denen der Verbrennungsmotor gemäß dem Stand der Technik zumindest übergangsweise überdrehen könnte, kann die Steuereinheit derart weitergebildet sein, dass eine Bremsung entweder über ein Bedienelement, z.B. Bremspedal, insbesondere über einen Eingang für eine Signalleitung des Bedienelements, oder auf Grund einer automatischen Überwachung der Fahrgeschwindigkeit der mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere einen Eingang für ein Signal eines Geschwindigkeitsmessers, oder einer davon abgeleiteten Größe, wie z.B. der Drehzahl des Sekundäreinheit, oder auf Grund einer automatischen Überwachung der Drehzahl des Verbrennungsmotors oder der davon abgeleiteten Größe eingeleitet wird.
Vorzugsweise ist auch die Sekundäreinheit mit verstellbarem Hubvolumen ausgeführt. Dieses kann z.B. in Abhängigkeit des Bedienelements verstellt werden.
Um eine Hochleistungsbremsung zu ermöglichen wird es bevorzugt, wenn an den beiden Arbeitsleitungen jeweils ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist. Über das betroffene Druckbegrenzungsventil ist ein erster Teil der Bremsleistung abbaubar, während über die Primäreinheit und über den Verbrennungsmotor ein zweiter Teil der Bremsleistung abbaubar ist. Die realisierbare Bremsleistung ist besonders hoch, wenn der erste Teil größer als der zweite Teil ist.
Wenn während der Hochleistungsbremsung der Volumenstrom über die Primäreinheit zunimmt, nimmt der Volumenstrom über das betroffene Druckbegrenzungsventil ab. Damit kann der Druck in der unter Hochdruck stehenden Arbeitsleitung sinken. Um diese Druckverringerung zu minimieren oder um den Druck annähernd konstant zu halten werden Druckbegrenzungsventile bevorzugt, die bezüglich ihrer Druckdifferenz in Abhängigkeit ihres durchgelassenen Volumenstroms eine flache Kennlinie haben.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen hydrostatischen Getriebes sind der Schwenkwinkel und das Hubvolumen der Primäreinheit beidseitig einer Nullstellung verstellbar. Damit kann der betroffene Fahrantrieb bei gleichbleibender Drehrichtung des Verbrennungsmotors in beide Fahrtrichtungen der mobilen Arbeitsmaschine im Zugbetrieb genutzt werden und entsprechend in beide Richtungen erfindungsgemäß gebremst werden.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydrostatischen Getriebes wird als Primäreinheit eine lastfühlige Axialkolbenmaschine eingesetzt, an deren Triebwerk im Pumpenbetrieb in Richtung einer Verkleinerung ihres Schwenkwinkels Kräfte wirken, die von einer Druckdifferenz der beiden Arbeitsleitungen und einer Drehzahl der Triebwelle und dem Schwenkwinkel der Primäreinheit abhängen. Dann ist in der Steuereinheit ein Kennfeld der Primäreinheit abgelegt, in dem verschiedenen Druckdifferenzen und verschiedenen Drehzahlen ein jeweiliger Schwenkwinkel oder ein jeweiliges Hubvolumen zugeordnet ist. Auf Grund der Berücksichtigung des Kennfeldes wird keine Rückkopplung des Schwenkwinkels der Primäreinheit benötigt. Somit werden statt lagegeregelter Primäreinheiten, wie sie z.B. bei Landmaschinen zu finden sind, lastfühlige Primäreinheiten, die meist etwas günstiger sind, verwendet.
Besonders bevorzugt wird es, wenn von der Steuereinheit über ein elektrisches Stelldruckventil und einen Stellzylinder einer Verstelleinrichtung der Primäreinheit ein Stelldruck in Richtung einer Vergrößerung ihres Schwenkwinkels und damit ihres Hubvolumens steuerbar ist. In dem Kennfeld ist dabei die Abhängigkeit dieses Stelldrucks oder einer Stelldruckabweichung von der Druckdifferenz der beiden Arbeitsleitungen und der Drehzahl der Triebwelle und von dem Schwenkwinkel oder dem Hubvolumen der Primäreinheit hinterlegt.
Bei einer vorrichtungstechnisch einfachen Weiterbildung ist der Stellzylinder einfachwirkend gegen eine Feder, so dass der Stelldruck nur in Richtung Vergrößerung des Schwenkwinkel und des Hubvolumens wirkt, während die Feder in Richtung einer Verkleinerung des Schwenkwinkel und des Hubvolumens wirkt.
Bei einem doppelt wirkenden Stellzylinder, dessen beide Stelldruckkammern mit dem Stelldruck oder der Stelldruckabweichung über das gemeinsame oder ein jeweiliges elektrisch verstellbares Stelldruckventil beaufschlagbar sind, kann der betroffene Fahrantrieb bei gleichbleibender Drehrichtung des Verbrennungsmotors in beide Fahrtrichtungen der mobilen Arbeitsmaschine im Zugbetrieb genutzt werden und entsprechend in beide Richtungen erfindungsgemäß gebremst werden. Dabei ist eine beidseitige Federanordnung vorgesehen, die in Richtung einer mittleren Stellung wirkt, bei der Schwenkwinkel und das Hubvolumen null sind.
Dann sind entsprechend im Kennfeld die Druckdifferenzen der beiden Arbeitsleitungen und die Drehzahlen der Triebwelle für die Schwenkwinkel und Hubvolumina beidseitig der Nullstellung abgelegt.
Vorzugsweise ist dem Kennfeld ein Sicherheits-Korrekturwert des Hubvolumens oder des Schwenkwinkels zugeordnet oder überlagert, der eine Verringerung des Schwenkwinkels beziehungsweise des Hubvolumens bewirkt, oder der von dem Schwenkwinkel beziehungsweise dem Hubvolumen subtrahiert wird. Insbesondere kann der Sicherheits-Korrekturwert in das Kennfeld eingerechnet sein. Dies dient der Kompensation von Ungenauigkeiten des Kennfeldes insbesondere wegen Streuungen (Fertigungsungenauigkeiten) der Primäreinheit. Wegen des Sicherheits-Korrekturwertes ist der vorgesteuerte Schwenkwinkel beziehungsweise das vorgesteuerte Hubvolumen derart gering, dass die Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotors stets unterhalb seiner maximalen Drehzahl bleibt, so dass der Verbrennungsmotor beim Beginn der Bremsung sicher nicht überdreht. Direkt danach erfolgt über den erfindungsgemäßen Regler ein schnelles und genaues Annähern der Ist-Drehzahl an die maximale Drehzahl des Verbrennungsmotors.
Beim ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydrostatischen Getriebes mit der lastfühlenden Primäreinheit kann zum Beispiel eine elektrische direktgesteuerte Verstelleinrichtung, bei der ein Stelldruck in einem Stellzylinder durch ein elektrisch verstellbares Druckreduzierventil vorgegeben wird (EV-Verstellung mit einem einzigen Druckreduzierventil und einem Wegeventil oder ET-Verstellung mit zwei elektrisch verstellbaren Druckreduzierventilen), oder eine hydraulische drehzahlabhängige Verstelleinrichtung, bei der ein Stelldruck in einem Stellzylinder durch ein drehzahlabhängig verstellbares Regelventil vorgegeben wird (DA-Verstellung), vorgesehen sein.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydrostatischen Getriebes ist der Schwenkwinkel der Primäreinheit über eine Verstelleinrichtung verstellbar, die eine Rückkopplung des Schwenkwinkels aufweist. Die Verstelleinrichtung kann eine elektroproportionale (EP) Verstelleinrichtung sein, bei der das Hubvolumen proportional zu einem Strom ist, der durch einen ein Regelventil betätigenden Proportionalelektromagneten fließt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Bremsung mit einem vorbeschriebenen hydrostatischen Getriebe hat die Schritte:

- Zurückschwenken der Primäreinheit auf einen geringen Schwenkwinkel oder ein geringes Hubvolumen, z.B. auf etwa 10% des maximalen Schwenkwinkels oder des maximalen Hubvolumens,
- Vorsteuern des Schwenkwinkels oder des Hubvolumens, und
- Regeln des Schwenkwinkels oder des Hubvolumens, wobei ein Korrekturwert zu einem vorgesteuerten Schwenkwinkel oder einem vorgesteuerten Hubvolumen addiert wird.

Die beiden erstgenannten Schritte können in der genannten Reihenfolge erfolgen, womit ein Überdrehen des Verbrennungsmotors mit höchstmöglicher Zuverlässigkeit verhindert wird. Die beiden erstgenannten Schritte können gleichzeitig erfolgen, womit Zeit gespart wird und die Bremsung schnell eingeleitet werden kann.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das Regeln durch Ermittlung eines entsprechenden Korrekturwertes in Abhängigkeit einer Drehzahldifferenz zwischen einerseits einer Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotors oder einer davon abgeleiteten Größe, insbesondere der Ist-Drehzahl der Primäreinheit, und andererseits einer maximalen Drehzahl des Verbrennungsmotors oder einer entsprechend davon abgeleiteten Größe.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt ein vorausgehendes Einleiten der Bremsung durch einen Fahrerwunsch oder auf Grund einer Überschreitung der Drehzahl des Verbrennungsmotors oder der davon abgeleiteten Größe (Ist-Drehzahl überschreitet eine maximal zulässige Drehzahl) oder auf Grund einer Überschreitung einer Fahrgeschwindigkeit oder einer davon abgeleiteten Größe, insbesondere der Drehzahl der Sekundäreinheit (Fahrgeschwindigkeit überschreitet eine gewünschte oder eine maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit).
Beim erfindungsgemäßen Bremsen mit der hydrostatischen Getriebe kann gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel das Vorsteuern des Schwenkwinkels oder des Hubvolumens auf Basis des Kennfeldes erfolgen.
Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen hydrostatischen Getriebes und eines erfindungsgemäßen Antriebs sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen

1 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen hydrostatischen Getriebes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Übersicht der Vorsteuerung mit erfindungsgemäßer Regelung des Hubvolumens des Primäreinheit beim Bremsen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 ein Diagramm der Hubvolumina der Primäreinheit und der Sekundäreinheit des hydrostatischen Getriebes beim Bremsen gemäß beiden Ausführungsbeispielen,
4 ein Kennfeld der Primäreinheit des hydrostatischen Getriebes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Übersicht der kennfeldbasierten Vorsteuerung mit erfindungsgemäßer Regelung des Hubvolumens beim Bremsen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und
6 zwei Diagramme der kennfeldbasierten Vorsteuerung mit erfindungsgemäße Regelung beim Bremsen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

1 zeigt ein Schaltbild des erfindungsgemäßen hydrostatischen Getriebes. Es weist eine Primäreinheit 1 und eine Sekundäreinheit 2 auf, die beide mit verstellbarem Hubvolumen ausgeführt sind. Die Primäreinheit 1 ist eine Axialkolbenmaschine, an deren Triebwelle 4 eine Kurbelwelle eines (nicht gezeigten) Dieselmotors drehfest gekoppelt ist. Die Drehzahl der Triebwelle 4 ist über einen Drehzahlsensor 6 und eine elektrische Steuereinheit 8 überwacht. Damit ist indirekt auch die Drehzahl der Kurbelwelle des Dieselmotors überwacht.
Die Primäreinheit 1 ist über einen geschlossenen hydraulischen Kreis, der zwei Arbeitsleitungen 10 aufweist, fluidisch mit der Sekundäreinheit 2 verbunden. An eine Triebwelle 12 der Sekundäreinheit 2 ist ein (nicht gezeigter) Abtrieb drehfest gekoppelt. Der Abtrieb ist zum Beispiel ein Differentialgetriebe einer angetriebenen Achse der mobilen Arbeitsmaschine.
Das erfindungsgemäße hydrostatische Getriebe gemäß 1 bildet somit zusammen mit dem Dieselmotor und dem Abtrieb einen Fahrantrieb einer mobilen Arbeitsmaschine. In einem Fahrbetrieb dient die Triebwelle 4 der Primäreinheit 1 als Antriebswelle und die Primäreinheit 1 arbeitet als Pumpe, während die Sekundäreinheit 2 als Motor arbeitet, und die Triebwelle 12 der Sekundäreinheit 2 eine Abtriebswelle ist.
In einem Bremsbetrieb des erfindungsgemäßen hydrostatischen Getriebes stützt sich der Abtrieb über die Triebwelle 12 und über die als Pumpe arbeitende Sekundäreinheit 2 und über eine der beiden Arbeitsleitungen 10 und über die als Motor arbeitende Primäreinheit 1 und über die Triebwelle 4 der Primäreinheit 1 an dem Dieselmotor ab, der dann mitgeschleppt wird und über seine Reibungs- und Beschleunigungskräfte der Kolben zumindest einen Teil der Bremsenergie der mobilen Arbeitsmaschine abbaut.
An jeder Arbeitsleitung 10 ist ein Druckbegrenzungsventil 14 vorgesehen, über das die jeweilige Arbeitsleitung 10 zu einer Speiseleitung 16 entspannt werden kann. Diese wird von einer Speisepumpe 18, die drehfest an die Triebwelle 4 der Primäreinheit 1 gekoppelt ist, aus einem Tank T mit Speisedruckmittel befüllt. Weiterhin kann die Speiseleitung 16 über ein Druckbegrenzungsventil 20 zu einem Tank T entlastet werden.
Die Speiseleitung 16 ist über ein jeweiliges federbelastetes Rückschlagventil 22 mit den beiden Arbeitsleitungen 10 verbunden, so dass die jeweils Niederdruck führende Arbeitsleitung 10 gegebenenfalls mit ergänzenden Druckmittel aus der Speiseleitung 10 versorgt werden kann. Dazu sind die Öffnungsrichtungen der beiden Rückschlagventile 22 von der Speiseleitung 16 zur jeweiligen Arbeitsleitung 10 gerichtet.
Die Verstellung des Hubvolumens der Primäreinheit 1 erfolgt über eine Verstelleinrichtung 24. Diese hat einen doppelt wirkenden Stellzylinder 26, dessen beide Druckkammern an einem Stellkolben gegeneinander wirken, der an eine Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine 1 gekoppelt ist.
Beim ersten Ausführungsbeispiel ist jede der beiden Druckkammern über ein separates Stelldruckventil 28 mit Druckmittel aus der Speiseleitung 16 befüllbar. Beide Stelldruckventile 28 werden von der Steuereinheit 8 elektrisch verstellt. Weiterhin weist die Verstelleinrichtung 24 eine (nicht gezeigte) Federanordnung auf, über die der Kolben des Stellzylinders 26 und die Schrägscheibe der Primäreinheit 1 ein eine mittlere Stellung vorgespannt sind. Von dort kann die Primäreinheit 1 in beide Richtungen verstellt werden.
Da die Primäreinheit 1 bei beiden Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen hydrostatischen Getriebes einen Vier-Quadranten-Betrieb ermöglicht, kann damit vorwärts gefahren und vorwärts gebremst und rückwärts gefahren und rückwärts gebremst werden.
Bei beiden Ausführungsbeispielen ist - wie bereits erwähnt - auch die Sekundäreinheit 2 verstellbar ausgeführt. Dazu dient eine Verstelleinrichtung 30, die ein Ventil mit einem elektrischen Aktor aufweist, der ebenfalls von der Steuereinheit 8 angesteuert wird. Dabei hat die Verstelleinrichtung 30 eine Rückkoppelfeder 32, so dass eine Regelung des Schwenkwinkels der Sekundäreinheit 2 möglich ist.
2 zeigt eine schematische Übersicht der Vorsteuerung mit erfindungsgemäßer Regelung des Hubvolumens der Primäreinheit beim Bremsen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Eine Drehzahldifferenz Δn_eng zwischen einerseits der Ist-Drehzahl n_eng_act des Verbrennungsmotors oder der dazu proportionalen Drehzahl der Primäreinheit n_pump_act und andererseits einer maximalen Drehzahl n_eng_max des Verbrennungsmotors oder der dazu proportionalen Drehzahl der Primäreinheit n_pump_max ist eine Eingangsgröße eines PI-Reglers 138. Dieser gibt einen Korrekturwert Vg_pump_add_incr für das Hubvolumen Vg_pump aus. Genauer gesagt wird der Korrekturwert Vg_pump_add_incr zu dem vorgesteuerten Hubvolumen Vg_pump_ brake addiert, womit sich ein Ansteuersignal für die Verstelleinrichtung der Primäreinheit ergibt. Damit wird der Dieselmotor erfindungsgemäß aus einem unterkritischen Bereich an seine maximale Drehzahl n_eng_max herangeführt ohne diese zu überschreiten.
Die Verstelleinrichtung für den Schwenkwinkel der Primäreinheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist eine Rückkopplung des Schwenkwinkels auf und kann eine elektroproportionale (EP) Verstelleinrichtung sein. Die Verstelleinrichtung kann der Verstelleinrichtung der Sekundäreinheit des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1 entsprechen.
3 zeigt in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf der Hubvolumina Vg_pump, Vg_mot der Primäreinheit 1 und der Sekundäreinheit 2 beider Ausführungsbeispiele. Zunächst ist ein Übergang vom Fahrbetrieb in den Bremsbetrieb und dann ein Übergang vom Bremsbetrieb zurück in den Fahrbetrieb gezeigt. Eine derartige Bremsung über das erfindungsgemäße hydrostatische Getriebe kann eingeleitet werden durch:

a) eine Signalübermittlung von einem von einem Fahrer betätigtes Bedienelement, zum Beispiel einem Bremspedal, an die Steuereinheit 8,
b) eine grenzwertig hohe Drehzahl des Dieselmotors, die vom Drehzahlsensor 6 und von der Steuereinheit 8 ermittelt wurde,
c) eine grenzwertige Fahrgeschwindigkeit v_veh der mobilen Arbeitsmaschine, die von einem Drehzahlsensor 34 der Triebwelle 12 der Sekundäreinheit 2 indirekt ermittelt und an die Steuereinheit 8 übermittelt wurde.

Die Bremsung wird bei beiden Ausführungsbeispielen von der Steuereinheit 8 gesteuert beziehungsweise geregelt. Dazu wird zunächst der Schwenkwinkel angle_pump und damit das Hubvolumen Vg_pump der Primäreinheit 1 in kurzer Zeit auf einen geringen Wert verkleinert. Dieser geringe Wert kann zum Beispiel etwa 10 % des maximalen Schwenkwinkels angle_pump_max oder des maximalen Hubvolumens Vg_pump_max der Primäreinheit 1 betragen. Damit wird zunächst der Dieselmotor sicher vor einer zu hohen Drehzahl n_eng bewahrt, da er in der kurzen Zeit nicht die Drehzahl n_eng, die theoretisch zu dem geringen Schwenkwinkel angle_pump der Primäreinheit erreicht werden müsste. Damit steigt der Druck in der nun Hochdruck führenden Arbeitsleitung 10 schnell an und das entsprechende Hochdruckventil 14 öffnet eine Verbindung zur Speiseleitung 16.
Daraufhin wird bei beiden Ausführungsbeispielen von der Steuereinheit 8 die Verstelleinrichtung 30 der Sekundäreinheit 2 derart angesteuert, dass ihr Schwenkwinkel und damit ihr Hubvolumen Vg_mot vergrößert werden. Dabei wird auch der Schwenkwinkel angle_pump der Primäreinheit 1 wieder etwas vergrößert (nicht dargestellt), womit der Dieselmotor beschleunigt wird und ein Teil der Bremsleistung über diesen abgebaut wird.

Die weiteren Abkürzungen beziehungsweise Formelbuchstaben in dem Diagramm der 3 haben folgende Bedeutung:

phasein_mot_ms	Dauer des Einsprungs der Sekundäreinheit.
phasein_mot_delay_ms	Verzögerung des Einsprungs der Sekundäreinheit, wenn sie schneller reagiert als die Primäreinheit.
phasein_pump_ms	Dauer des Einsprungs der Primäreinheit.
phasein_pump_delay_ms	Verzögerung des Einsprungs der Primäreinheit, wenn sie schneller reagiert als die Sekundäreinheit.
phaseout_mot_ms	Dauer des Aussprungs der Sekundäreinheit.
phaseout_mot_delay_ms	Verzögerung des Aussprungs der Sekundäreinheit, wenn sie schneller reagiert als die Primäreinheit.
phaseout_pump_ms	Dauer des Aussprungs der Primäreinheit.
phaseout_pump_delay_ms	Verzögerung des Aussprungs der Primäreinheit, wenn sie schneller reagiert als die Sekundäreinheit

Um die Drehzahl des Dieselmotors zu maximieren und dabei eine zulässige Höchstdrehzahl nicht zu überschreiten, wird beim ersten Ausführungsbeispiel die mit Bezug zu den folgenden Figuren erläuterte Regelung und beim zweiten Ausführungsbeispiel die mit Bezug zu 2 erläuterte Regelung verwendet.
4 zeigt ein Kennfeld 36 der Primäreinheit 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, die als lastfühlende Einheit ausgebildet ist. Das Kennfeld 36 stellt den Einfluss der Druckdifferenz Δp zwischen den beiden Arbeitsleitungen 10 und der Ist-Drehzahl n_pump_act und darüber hinaus des Schwenkwinkels angle_pump der Primäreinheit 1 auf den im Stellzylinder 24 (vgl. 1) herrschenden Stelldruck p_st. Genauer gesagt ist der Zusammenhang so dargestellt, dass die Druckdifferenz Δp der beiden Arbeitsleitungen 10 entlang einer ersten Achse aufgetragen ist, wobei z.B. die positiven Druckdifferenzen Δp für den Schubbetrieb und die negativen Druckdifferenzen Δp die erfindungsgemäße Bremsung abbilden. Auf einer weiteren Achse ist die Ist-Drehzahl der Triebwelle 4 n_pump_act der Primäreinheit 1 aufgetragen. Die verschiedenen Flächen der gezeigten Flächenschar gelten beispielhaft für drei positive und drei negative Schwenkwinkel angle_pump der Schrägscheibe der Primäreinheit 1. An der senkrechten Achse ist eine Stelldruckabweichung p_st_comp aufgetragen, der nötig ist, um den Schwenkwinkel angle_pump in dem jeweiligen Betriebspunkt einzuhalten. Dabei stehen die positiven Druckwerte bei dem zuvor genannten Beispiel für den Schubbetrieb, während die negativen Druckwerte für die erfindungsgemäße Bremsung gelten. Das bedeutet, dass bei Einleiten der Bremsung bei der mit Bezug zur 1 erläuterten Verstelleinrichtung 24 ein Wechsel der mit Stelldruckmittel p_st beaufschlagten Druckkammer nötig ist.
Das Kennfeld 36 ist beim ersten Ausführungsbeispiel in der Steuereinheit 8 (vgl. 1) abgelegt, so dass mittels eines an den Arbeitsleitungen 10 jeweils vorgesehenen Drucksensors (nicht gezeigt) von der Steuereinheit 8 jeder gewünschte Schwenkwinkel angle_pump dadurch steuerbar ist, dass die entsprechende Stelldruckabweichung p_st_comp durch entsprechende Ansteuerung der Stelldruckventile 28 eingestellt wird. Dabei ist im Gegensatz zu den hydrostatischen Getrieben des Standes der Technik keine Rückkopplung des Schwenkwinkels angle_pump der Primäreinheit 1 nötig.
Durch Streuung bei der Fertigung der Primäreinheiten 1 und durch andere Faktoren, wie Verschleiß und Viskosität des verwendeten Druckmittels sind kleine Abweichungen der verschiedenen konkreten Primäreinheiten 1 von dem Kennfeld 36 möglich, so dass beim ersten Ausführungsbeispiel die oben beschriebene kennfeldbasierte Steuerung als Vorsteuerung genutzt wird und zusätzlich gemäß 5 verfeinert wird. Dort ist im mittleren Bereich das Kennfeld 36 aus 4 dargestellt, das verwendet wird, um dem Stelldruck p_st ein entsprechenden Korrekturwert p_st_comp zuzuordnen. In dem Kennfeld 36 ist noch ein Sicherheits-Korrekturwert eingerechnet, um die genannten möglichen Streuungen des Verhaltens des verschiedenen Primäreinheiten 1 zu berücksichtigen und durch die vorrichtungstechnisch einfache Vorsteuerung mittels des Kennfelds 36 stets ein Hubvolumen Vg_pump_comp einzustellen bei dem Dieselmotor sicher nicht überdreht wird und auch bei einem Ausfall der im Folgenden beschriebenen Funktionen eine hohe aber unkritische Bremsleistung abbaut.
Erfindungsgemäß wird der Vorsteuerung noch eine Regelung überlagert, welche die Ist-Drehzahl n_eng_act des Dieselmotors mit dessen maximal zulässiger Drehzahl n_eng_max vergleicht und einen weiteren Korrekturwert für den Stelldruck p_st generiert. Ersatzweise kann auch die Drehzahl n_pump_act der Primäreinheit 1 mit einer umgerechneten maximal zulässigen Drehzahl n_pump_max der Primäreinheit 1 verglichen werden und der weitere Korrekturwert für den Stelldruck p_st generiert werden.
Durch die Vorsteuerung gemäß dem Kennfeld 36 (vgl. 4 und 5) wird die Primäreinheit 1 damit bereits in die Nähe des idealen Wertes verschwenkt. Im gemäß dem Stand der Technik steht die Primäreinheit 1 aber noch auf einem insgesamt etwas zu großen Hubvolumen Vg_pump (Schluckvolumen), was zu einer etwas zu hohen Drehzahl n_eng_act des Dieselmotors führen würde. Im Falle des erfindungsgemäß verwendeten zu kleinen Schwenkwinkels angle_pump würde das Bremsvermögen des Dieselmotors nur teilweise genutzt werden. Damit ist zwar bereits eine sichere Bremsfunktion mit der beschriebenen lastfühligen Primäreinheit 1 grundsätzlich möglich, jedoch wird die der Teil der Bremsleistung, der über die Primäreinheit fließt, weiter verbessert.
Die letzte Abweichung vom Idealwert gleicht schließlich die überlagerte Regelung mit dem in 4 gezeigten PID-Regler 38 des ersten Ausführungsbeispiels oder mit dem in 2 gezeigten PI-Regler 138 des zweiten Ausführungsbeispiels aus, der die „letzte“ der Ist-Drehzahl n_eng_act des Dieselmotors von dessen maximal zulässigen Drehzahl n_eng_max als Eingangsgröße nutzt und ein erhöhtes Hubvolumen Vg_pump_add_incr ausgibt. So wird ein für die Bremsung unter den Gegebenheiten der konkreten Primäreinheiten 1 optimales Hubvolumen Vg_pump_brake_corr ermittelt.
Die Auswirkung ist beispielhaft in 6 dargestellt. Es ergibt sich eine gleichmäßige Auslastung des Dieselmotors während der Bremsung ohne dass dieser den unzulässigen Drehzahlbereich erreicht.
Offenbart ist ein hydrostatisches Getriebe, mit dem eine Bremsung realisierbar ist, bei der sich zumindest ein als Pumpe wirkender Fahrmotor über einen geschlossenen Kreis an einer als Motor wirkenden verstellbaren Axialkolbenpumpe abstützt, die wiederum an einem Verbrennungsmotor abstützbar ist. Da dieser nicht überdreht werden soll, erfolgt eine Vorsteuerung mit einer für den Verbrennungsmotor unterkritischen Drehzahl und danach eine Regelung mit einem Regler, der einen Korrekturwert in Abhängigkeit der Drehzahlabweichung der aktuellen Drehzahl von der maximalen und damit idealen Drehzahl des Verbrennungsmotors ausgibt. Damit ist auch bei einem Ausfall des Reglers stets eine wirksame Bremsung mit unterkritischer Drehzahl des Verbrennungsmotors gewährleistet.
Bezugszeichenliste

1: Primäreinheit
2: Sekundäreinheit
4: Triebwelle
6: Drehzahlsensor
8: Steuereinheit
10: Arbeitsleitung
12: Triebwelle
14: Druckbegrenzungsventil
16: Speiseleitung
18: Speisepumpe
20: Druckbegrenzungsventil
22: Rückschlagventil
24: Verstelleinrichtung
26: Stellzylinder
28: Stelldruckventil
30: Verstelleinrichtung
32: Rückkoppelfeder
34: Drehzahlsensor
36: Kennfeld
38: Regler
138: Regler
angle_pump: Schwenkwinkel der Primäreinheit
angle_pump_max: maximaler Schwenkwinkel der Primäreinheit
n_eng_act: Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotors
n_eng_max: maximal zulässige Drehzahl des Verbrennungsmotors
n_mot_act: Ist-Drehzahl der Sekundäreinheit
n_pump_act: Ist-Drehzahl der Primäreinheit
n_pump_max: Drehzahl der Primäreinheit abgeleitet von der maximalen
p_st: Drehzahl des Verbrennungsmotors Stelldruck der Primäreinheit
p_st_comp: Stelldruckabweichung der Primäreinheit
phasein_mot_ms: Dauer des Einsprungs der Sekundäreinheit
phasein_mot_delay_ms: Verzögerung des Einsprungs der Sekundäreinheit
phasein_pump_ms: Dauer des Einsprungs der Primäreinheit
phasein_pump_delay_ms: Verzögerung des Einsprungs der Primäreinheit
phaseout_mot_ms: Dauer des Aussprungs der Sekundäreinheit
phaseout_mot_delay_ms: Verzögerung des Aussprungs der Sekundäreinheit
phaseout_pump_ms: Dauer des Aussprungs der Primäreinheit
phaseout_pump_delay_ms: Verzögerung des Aussprungs der Primäreinheit
Vg_mot: Hubvolumen der Sekundäreinheit
Vg_pump: Hubvolumen der Primäreinheit
Vg_pump_add_incr: erhöhtes Hubvolumen der Primäreinheit zum Bremsen
Vg_pump_brake: vorgesteuertes Hubvolumen der Primäreinheit zum Bremsen
Vg_pump_brake_corr: Soll-Hubvolumen der Primäreinheit zum Bremsen
Vg_pump_comp: Hubvolumenabweichung der Primäreinheit
Vg_pump_max: maximales Hubvolumen der Primäreinheit
v_veh: Fahrgeschwindigkeit
Δn_eng: Drehzahldifferenz zwischen der Soll-Drehzahl und der Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotors
Δp: Druckdifferenz zwischen den beiden Arbeitsleitungen
T: Tank

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1960699 B1 [0003]
DE 102014211393 A1 [0006]
DE 102014211394 A1 [0006]

Claims

Hydrostatisches Getriebe für einen Fahrantrieb, das eine mit einem Verbrennungsmotor des Fahrantriebs koppelbare Triebwelle (4) einer Primäreinheit (1) und eine mit einem Abtrieb des Fahrantriebs koppelbare Sekundäreinheit (2) aufweist, wobei die beiden Einheiten (1, 2) über zwei Arbeitsleitungen (10) eines geschlossen Kreises fluidisch miteinander verbunden sind, und wobei die Primäreinheit (1) einen verstellbaren Schwenkwinkel (angle_pump) und ein verstellbares Hubvolumen (Vg_pump) hat, der oder das von einer elektrischen Steuereinheit (8) bei einer Bremsung des hydrostatischen Getriebes steuerbar ist, gekennzeichnet durch einen Regler (38; 138), von dem ein Korrekturwert (Vg_pump_add_incr) für den Schwenkwinkel (angle_pump) oder das Hubvolumen (Vg_pump) ausgebbar ist, wobei der Korrekturwert (Vg_pump_add_incr) zu einem von der Steuereinheit (8) vorgesteuerten Schwenkwinkel (angle_pump_brake) oder vorgesteuerten Hubvolumen (Vg_pump-brake) addierbar ist.
Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 1 wobei eine Eingangsgröße des Reglers (38; 138) eine Drehzahldifferenz (Δn_eng) zwischen einer Ist-Drehzahl (n_eng_act) des Verbrennungsmotors oder einer davon abgeleiteten Größe (n_pump_act) und einer maximalen Drehzahl (n_eng_max) des Verbrennungsmotors oder einer davon abgeleiteten Größe (n_pump_max) ist.
Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (8) derart ausgebildet ist, dass eine Bremsung über ein Bedienelement oder auf Grund einer automatischen Überwachung der Fahrgeschwindigkeit (v_veh) der mobilen Arbeitsmaschine oder einer davon abgeleiteten Größe (n_mot_act) oder auf Grund einer automatischen Überwachung der Ist-Drehzahl (n_eng_act) des Verbrennungsmotors oder der davon abgeleiteten Größe (n_pump_act) einleitbar ist.
Hydrostatisches Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an den beiden Arbeitsleitungen (10) jeweils ein Druckbegrenzungsventil (14) angeordnet ist, und wobei die Bremsung eine Hochleistungsbremsung ist, bei der über eines der Druckbegrenzungsventile (14) ein erster Teil der Bremsleistung abbaubar ist, während über die Primäreinheit (1) ein zweiter Teil der Bremsleistung abbaubar ist.
Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 4, wobei die Druckbegrenzungsventile (14) jeweils bezüglich ihrer Druckdifferenz in Abhängigkeit ihres durchgelassenen Volumenstroms eine flache Kennlinie haben.
Hydrostatisches Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schwenkwinkel (angle_pump) und das Hubvolumen (Vg_pump) der Primäreinheit (1) beidseitig einer Nullstellung verstellbar sind.
Hydrostatisches Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Primäreinheit (1) eine lastfühlige Axialkolbenmaschine ist, in deren Pumpenbetrieb in Richtung einer Verkleinerung ihres Schwenkwinkels (angle_pump) Kräfte wirken, die von einer Druckdifferenz (Δp) der beiden Arbeitsleitungen (10) und einer Drehzahl (n_pump_act) der Triebwelle (4) und dem Schwenkwinkel (angle_pump) abhängen, wobei in der Steuereinheit (8) ein Kennfeld (36) der Primäreinheit (1) abgelegt ist, in dem der Druckdifferenz (Δp) und der Drehzahl (n_pump_act) ein jeweiliger Schwenkwinkel (angle_pump) zugeordnet ist.
Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 7, wobei von der Steuereinheit (8) ein Stelldruck (p_st) über ein elektrisches Stelldruckventil (28) und einen Stellzylinder (26) einer Verstelleinrichtung (24) der Primäreinheit (1) steuerbar ist, und wobei der Stelldruck (p_st) in Richtung einer Vergrößerung ihres Schwenkwinkels (angle_pump) wirkt, und wobei in einem Kennfeld (36) die Abhängigkeit des Stelldrucks (p_st) oder einer Stelldruckabweichung (p_st_comp) von der Druckdifferenz (Δp) der beiden Arbeitsleitungen (10) und der Drehzahl (n_pump_act) der Triebwelle (4) und dem Schwenkwinkel (angle_pump) oder dem Hubvolumen (Vg_pump) hinterlegt ist.
Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 6 und nach Anspruch 7 oder 8, wobei im Kennfeld (36) die Druckdifferenzen (Δp) der beiden Arbeitsleitungen (10) und die Drehzahlen (n_pump_act) der Triebwelle (4) für die Schwenkwinkel (angle_pump) oder Hubvolumina (Vg_pump) beidseitig der Nullstellung abgelegt sind.
Hydrostatisches Getriebe nach Anspruch 9, wobei der Stellzylinder (26) doppelt wirkend ist und zwei Stelldruckkammern aufweist, und wobei der Stelldruck (p_st) in beiden Stelldruckkammern von der Steuereinheit (8) über ein gemeinsames oder ein jeweiliges elektrisch verstellbares Stelldruckventil (28) steuerbar ist.
Hydrostatisches Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schwenkwinkel (angle_pump) und das Hubvolumen (Vg_pump) der Primäreinheit (1) über eine Verstelleinrichtung (24) verstellbar sind, die eine Rückkopplung des Schwenkwinkels (angle_pump) aufweist. z.B. eine elektroproportionale (EP) Verstelleinrichtung
Verfahren zur Regelung einer Bremsung mit einem hydrostatischen Getriebe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten - Zurückschwenken der Primäreinheit (1), - Vorsteuern des Schwenkwinkels (angle_pump) oder des Hubvolumens (Vg_pump) und - Regeln des Schwenkwinkels (angle_pump) oder des Hubvolumens (Vg_pump), in dem ein Korrekturwert (Vg_pump_add_incr) zu einem vorgesteuerten Schwenkwinkel (eng_pump_brake) oder einem vorgesteuerten Hubvolumen (Vg_pump_brake) addiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12 wobei bei dem Regeln eine Ermittlung des Korrekturwertes (Vg_pump_add_incr) in Abhängigkeit einer Drehzahldifferenz (Δn_eng) zwischen einer Ist-Drehzahl (n_eng_act) des Verbrennungsmotors oder einer davon abgeleiteten Größe (n_pump_act) und einer maximalen Drehzahl (n_eng_max) des Verbrennungsmotors oder einer davon abgeleiteten Größe (n_pump_max) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 13 mit dem vorausgehenden Schritt: - Einleiten der Bremsung durch einen Fahrerwunsch oder auf Grund einer Überschreitung der Ist-Drehzahl (n_eng_act) des Verbrennungsmotors oder einer davon abgeleiteten Größe (n_pump_act) oder auf Grund einer Überschreitung einer Fahrgeschwindigkeit (v_veh) oder einer davon abgeleiteten Größe (n_mot_act).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Vorsteuern des Schwenkwinkels (angle_pump) oder des Hubvolumens (Vg_pump) auf Basis eines Kennfeldes (36) der Primäreinheit (1) erfolgt.