DE10203160A1 - Hydrostatisches Antriebssystem - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Antriebssystem für eine mobile Arbeitsmaschine mit einem hydrostatischen Fahrantrieb und einer Arbeitshydraulik, wobei der Fahrantrieb eine mit einem Antriebsmotor in Wirkverbindung stehende Pumpe aufweist, die im geschlossenen Kreislauf an einen Motor angeschlossen ist, und die Arbeitshydraulik eine mit dem Antriebsmotor in Wirkverbindung stehende weitere Pumpe aufweist, die eingangsseitig mit einem Behälter in Verbindung steht und in eine Förderleitung fördert, an die zumindest ein Verbraucher der Arbeitshydraulik angeschlossen ist, und wobei der Arbeitshydraulik eine Belastungseinrichtung zugeordnet ist, mittels der im Brems- oder Schiebebetrieb des Fahrantriebs die Arbeitshydraulik belastbar ist.
- Derartige Antriebssysteme mit einem als geschlossenen Kreislauf ausgebildeten Fahrantrieb und einer im offenen Kreislauf betriebenen Arbeitshydraulik werden beispielsweise in Flurförderzeugen mit einem als Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, ausgebildeten Antriebsmotor eingesetzt.
- Der hydrostatische Fahrantrieb kann hierbei als Betriebsbremse verwendet werden. Im Bremsbetrieb wird der Antriebsmotor auf die untere Leerlaufdrehzahl verstellt und das Übersetzungsverhältnis des Fahrantriebs, beispielsweise durch ein Verstellung der Pumpe in Richtung des minimalen Fördervolumens, verändert. Durch die Massenträgheit des Fahrzeugs dreht sich der Leistungsfluss im geschlossenen Kreislauf um, wobei der Motor als Pumpe arbeitet und Druckmittel zu der als Motor arbeitenden Pumpe fördert. Im Schiebebetrieb, beispielsweise während einer Bergabfahrt der Arbeitsmaschine, wird ebenfalls der Motor angetrieben und arbeitet als Pumpe, die Druckmittel zu der als Motor arbeitenden Pumpe fördert.
- In der von dem Motor zur Pumpe geführten Druckmittelleitung des Fahrantriebs baut sich im Brems- oder Schiebebetrieb ein Bremsdruck auf, der an der Pumpe ein den Antriebsmotor beschleunigendes Drehmoment erzeugt. Das von dem Antriebsmotor aufnehmbare Schleppmoment kann somit zur Abbremsung der Arbeitsmaschine verwendet werden.
- Der Drehzahlanstieg des Antriebsmotors im Brems- oder Schiebebetrieb führt jedoch zu einer hohen Lärmbelastung. Zudem kann es zu einem Hochdrehen des Antriebsmotors auf unzulässig hohe Drehzahlen kommen, sofern das vom Antriebsmotor aufnehmbare Schleppmoment zur Abbremsung des Fahrzeugs nicht ausreicht, wodurch an dem Antriebsmotor mechanische Schäden und erhöhter Verschleiß auftreten kann.
- Um einen derartigen Drehzahlanstieg im Brems- oder Schiebebetrieb auf eine unzulässig hohe Drehzahl zu vermeiden, ist aus der gattungsgemäßen DE 38 25 726 C2 bekannt, die Arbeitshydraulik zu belasten, indem die zur Versorgung der Arbeitshydraulik vorgesehene Pumpe zur Vernichtung von Bremsenergie mitverwendet wird. Überschreitet im Brems- oder Schiebebetrieb die Drehzahl des Antriebsmotors einen Drehzahlgrenzwert, wird eine als Eingangsdruckwaage ausgebildete Belastungseinrichtung der Arbeitshydraulik durch den Förderdruck der Pumpe der Arbeitshydraulik in Richtung einer Sperrstellung beaufschlagt. In der Förderdruckleitung der Pumpe der Arbeitshydraulik wird hierdurch ein Staudruck aufgestaut, infolge dessen an der Pumpe der Arbeitshydraulik ein bremsenden Moment erzeugt wird, das dem Drehzahlanstieg des Antriebsmotors entgegenwirkt. Der Drehzahlgrenzwert kann hierbei durch ein in der Förderleitung der Pumpe der Arbeitshydraulik angeordnete Messblende erfasst werden.
- Durch die Belastung der Arbeitshydraulik in Abhängigkeit von dem Förderdruck der Pumpe der Arbeitshydraulik ist die hydraulische Verzögerung durch die Belastung der Arbeitshydraulik bei einem derartigen Antriebssystem auf einen Staudruck begrenzt, der dem maximal zulässigen Arbeitsdruck entspricht. Insbesondere bei Arbeitsmaschinen mit einer hohen Masse, beispielsweise einem Flurförderzeug mit Last, kann hierdurch ein Drehzahlanstieg auf eine unzulässig hohe Drehzahl nicht wirksam vermieden werden. Zudem ergibt sich durch die Belastung der Arbeitshydraulik in Abhängigkeit von dem Förderdruck der Pumpe der Arbeitshydraulik eine Drehzahlabhängigkeit der hydraulischen Verzögerung. Bei der Belastung der Arbeitshydraulik im Brems- oder Schiebebetrieb bei Überschreiten des Drehzahlgrenzwertes des Antriebsmotors kann hierbei die hydraulische Verzögerung durch die Belastung der Arbeitshydraulik bei einer sanften Abbremsung zu einer zu hohen hydraulischen Verzögerung und bei einer starken Abbremsung zu einer zu geringen hydraulischen Verzögerung durch die Arbeitshydraulik kommen. Hierdurch kann im Brems- oder Schiebebetrieb eine zu hohe Bremsverzögerung auftreten oder eine unzulässig hohe Drehzahl des Antriebsmotors nicht wirksam vermieden werden.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, mit dem im Brems- oder Schiebebetrieb der Antriebsmotor wirkungsvoll vor dem Auftreten einer unzulässig hohen Drehzahl geschützt werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Belastungseinrichtung im Brems- oder Schiebebetrieb des Fahrantriebs in Abhängigkeit von dem im Fahrantrieb anstehenden Bremsdruck beaufschlagbar ist. Erfindungsgemäß wird somit bei der Belastung der Arbeitshydraulik im Brems- oder Schiebebetrieb ein Staudruck in der Arbeitshydraulik erzeugt, der proportional zu dem Bremsdruck des Fahrantriebs ist. Die hydraulische Verzögerung durch die Beaufschlagung der Arbeitshydraulik ist somit abhängig von dem sich einstellenden Bremsdruck des Fahrantriebs. Hierdurch wird bei einer starken Abbremsung, bei der ein hoher Bremsdruck ansteht, ein hohe hydraulische Verzögerung durch die Beaufschlagung der Arbeitshydraulik erzeugt und bei einer sanften Abbremsung, bei der ein geringer Bremsdruck im Fahrantrieb ansteht, eine geringe zusätzliche hydraulische Verzögerung durch die Belastung der Arbeitshydraulik erzielt. Zudem kann durch die Belastung der Arbeitshydraulik in Abhängigkeit von dem Bremsdruck des Fahrantriebs ein Staudruck in der Arbeitshydraulik erzeugt werden, der höher als der maximal zulässige Arbeitsdruck in der Arbeitshydraulik ist. Durch die erfindungsgemäße bremsdruckbeeinflusste Verzögerung kann ein Drehzahlanstieg des Antriebsmotors auf eine unzulässig hohe Drehzahl somit wirkungsvoll und sicher vermieden werden.
- Die Belastungseinrichtung kann als eine in der Förderleitung der Pumpe der Arbeitshydraulik angeordnete Drosseleinrichtung ausgebildet sein. Ein geringer Bauaufwand ergibt sich, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Belastungseinrichtung als Druckwaage der Arbeitshydraulik ausgebildet, die eine die Förderleitung mit einem Behälter verbindende Durchflussstellung und eine die Förderleitung mit dem Behälter absperrende Sperrstellung aufweist, wobei die Druckwaage in Abhängigkeit von dem Bremsdruck des Fahrantriebs in Richtung der Sperrstellung beaufschlagbar ist. Durch die Beaufschlagung der bereits vorhandenen Druckwaage der Arbeitshydraulik, beispielsweise der Eingangsdruckwaage der Arbeitshydraulik, kann ohne zusätzlichen Bauaufwand eine hydraulische Verzögerung durch die Arbeitshydraulik erzielt werden, die abhängig von dem Bremsdruck im Fahrantrieb ist.
- Eine bremsdruckabhängige hydraulische Verzögerung durch die Belastung der Arbeitshydraulik kann hierbei sowohl in Vorwärtsfahrt als auch in Rückwärtsfahrt der Arbeitsmaschine erzielt werden, wenn der die Belastungseinrichtung beaufschlagende Bremsdruck mittels einer Auswahleinrichtung erfassbar ist.
- Zweckmäßigerweise steht hierbei die Auswahleinrichtung eingangsseitig mit den Druckmittelleitungen des Fahrantriebs und ausgangsseitig mit einer zu der Belastungseinrichtung geführten Steuerdruckleitung in Verbindung steht.
- Ein einfacher Aufbau der Auswahleinrichtung ergibt sich, wenn diese als Wechselventileinrichtung ausgebildet ist.
- Ein Drehzahlanstieg auf unzulässig hohe Drehzahlwerte des Antriebsmotors kann im Brems- oder Schiebebetrieb der Arbeitsmaschine bei Überschreiten einer Grenzdrehzahl des Antriebsmotors durch eine Belastung der Arbeitshydraulik in Abhängigkeit von dem Bremsdruck im Fahrantrieb kompensiert werden, wenn bei Überschreiten eines Drehzahlgrenzwertes des Antriebsmotors im Brems- oder Schiebebetrieb die Belastungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Bremsdruck beaufschlagbar ist.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist hierbei in der Steuerdruckleitung ein in Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebsmotors ansteuerbares entsperrbares Sperrventil angeordnet ist. Mit einem Sperrventil kann auf einfache Weise und mit geringem Bauaufwand bei Überschreiten eines Drehzahlgrenzwertes der Bremsdruck des Fahrantriebs in die Steuerdruckleitung gemeldet und somit zu der Belastungseinrichtung geführt werden.
- Das Sperrventil ist zweckmäßigerweise als Schaltventil mit einer Sperrstellung und einer Durchflussstellung ausgebildet ist und bei Überschreiten der Grenzdrehzahl des Antriebsmotors in die Durchflussstellung beaufschlagbar.
- Das Sperrventil kann hydraulisch ansteuerbar sein, wobei die Grenzdrehzahl mittels einer Drosseleinrichtung in der Förderleitung der Pumpe der Arbeitshydraulik ermittelt werden kann.
- Ein einfacher Aufbau ergibt sich, wenn das Sperrventil elektrisch betätigbar ist, wobei das Sperrventil ausgangsseitig mit einer elektronischen Steuereinrichtung in Wirkverbindung steht, die eingangsseitig mit einer die Drehzahl des Antriebsmotors erfassenden Sensoreinrichtung in Verbindung steht.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in der Steuerdruckleitung eine Drosseleinrichtung angeordnet und zweigt von der Steuerdruckleitung stromab der Drosseleinrichtung eine Behälterleitung ab, in der eine weitere Drosseleinrichtung angeordnet ist. Mit einer derartigen aus den Drosseleinrichtungen gebildeten Druckteilerschaltung kann durch entsprechende Wahl der Drosselquerschnitte der Drosseleinrichtungen ein bestimmter Druckanteil des im Fahrantrieb anstehenden Bremsdrucks als Steuerdruck zur Beaufschlagung der Belastungseinrichtung erzeugt werden.
- Der durch die Belastungseinrichtung im Brems- oder Schiebebetrieb erzeugte Staudruck der Arbeitshydraulik kann auf einfache über dem maximalen Arbeitsdruck der Arbeitshydraulik liegen, wenn der Arbeitshydraulik eine Maximaldruckabsicherung zugeordnet ist und die Maximaldruckabsicherung im Brems- oder Schiebebetrieb auf einen höheren Einstelldruck einstellbar ist. Die Maximaldruckabsicherung kann beispielsweise als Druckbegrenzungsventil ausgebildet sein, das der Förderleitung der Pumpe der Arbeitshydraulik oder einer Lastdruckmeldeleitung der Arbeitshydraulik zugeordnet ist.
- Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
- In der Figur ist der Schaltplan eines erfindungsgemäßen Antriebssystems dargestellt. Ein als Verbrennungsmotor, beispielsweise als Dieselmotor, ausgebildeter Antriebsmotor 1 steht über eine Antriebswelle 2 mit einer Pumpe 3 eines Fahrantriebs 4 und einer weiteren Pumpe 5 einer Arbeitshydraulik 6 in Verbindung.
- Der Fahrantrieb 4 ist als geschlossener Kreislauf ausgebildet und weist Druckmittelleitungen 4a, 4b auf, die von der Pumpe 3 zu zumindest einem hydraulischen Motor 7 geführt sind, der auf nicht mehr dargestellte Weise mit einem Antriebsrad der Arbeitsmaschine in trieblicher Verbindung steht.
- Die Arbeitshydraulik 6 ist als offener Kreislauf ausgebildet, wobei die Pumpe 5 eingangsseitig mit einem Behälter 10 in Verbindung steht und ausgangsseitig in eine Förderleitung 11 fördert. Die Förderleitung 11 ist zu einem Steuerventilblock 12 geführt, der zumindest ein Wegeventil zur Steuerung eines hydraulischen Verbrauchers aufweist. Bei der Ausbildung der Arbeitsmaschine als Flurförderzeug kann der Steuerventilblock Wegeventile zur Steuerung eines Hubzylinders, eines Neigezylinders und gegebenenfalls eines Zusatzverbrauchers sowie ein Wegeventil zur Steuerung einer hydraulischen Lenkung aufweisen. An den Steuerventilblock 12 ist weiterhin eine zu dem Behälter 10 geführte Behälterleitung 13 angeschlossen.
- Der Förderleitung 11 ist eine als Eingangsdruckwaage ausgebildete Druckwaage 15 zugeordnet, die stromauf des Steuerventilblocks 12 angeordnet ist und in einer von der Förderleitung 11 zu der Behälterleitung 13 geführten Verbindungsleitung 16 angeordnet ist. Die Druckwaage 15 ist als in Zwischenstellungen drosselndes Ventil ausgebildet und weist eine Sperrstellung 15a sowie ein Durchflussstellung 15b auf. In Richtung der Durchflussstellung 15b ist die Druckwaage von dem in der Förderleitung 11 anstehenden Förderdruck der Pumpe 5 beaufschlagbar. An eine in Richtung der Durchflussstellung 15b wirkende Steuerdruckfläche der Druckwaage 15 ist hierzu eine an die Förderleitung 11 angeschlossene Steuerdruckleitung 17 geführt. In Richtung der Sperrstellung 15a ist die Druckwaage 15 von einer Feder 18 und dem höchsten Lastdruck der angesteuerten Verbraucher der Arbeitshydraulik 6 beaufschlagbar. An eine in Richtung der Sperrstellung 15a wirkende Steuerdruckfläche der Druckwaage 15 ist hierzu eine mit dem Steuerventilblock 12 in Verbindung stehenden Lastdruckmeldeleitung 19 geführt.
- Bis hierher entspricht das Antriebssystem dem Stand der Technik.
- Erfindungsgemäß ist die Druckwaage 15 als Belastungseinrichtung 20 in Abhängigkeit von dem im Fahrantrieb 4 erzeugten Bremsdruck in Richtung der Sperrstellung beaufschlagbar. Hierzu steht die Lastdruckmeldeleitung 19 mit einer Steuerdruckleitung 21 in Verbindung, die ausgangsseitig an eine als Wechselventileinrichtung 22 ausgebildete Auswahleinrichtung 23 angeschlossen ist. Eingangsseitig steht die Wechselventileinrichtung 22 mittels Zweigleitungen 24a, 24b mit den Druckmittelleitungen 4a, 4b des Fahrantriebs 4 in Verbindung. In der Steuerdruckleitung 21 ist ein als Schaltventil 25 ausgebildetes Sperrventil 26 angeordnet, das eine Sperrstellung 25a und eine Durchflussstellung 25b aufweist. In Richtung der Sperrstellung 25a ist das Schaltventil 25 mittels einer Feder 27 beaufschlagbar. In Richtung der Durchflussstellung 25b ist das Schaltventil 25 elektrisch betätigbar, wobei beispielsweise eine als Schaltmagnet ausgebildete Betätigungseinrichtung 28 vorgesehen ist, die mittels einer Signalleitung 29 ausgangsseitig mit einer elektronischen Steuereinrichtung 30 in Verbindung steht. Eingangsseitig steht die Steuereinrichtung 30 mittels einer Signalleitung 31 mit einer die Drehzahl des Antriebsmotors 1 erfassenden Sensoreinrichtung 32 in Verbindung.
- Der Steuerdruckleitung 21 ist eine Druckteilerschaltung 35 zugeordnet. Die Druckteilerschaltung 35 weist eine Drosseleinrichtung 36, die in der Steuerdruckleitung 21 angeordnet ist, und eine weitere Drosseleinrichtung 37 auf, die in einer mit dem Behälter 10 in Verbindung stehenden Behälterleitung 38 angeordnet ist. Die Behälterleitung 38 ist hierbei stromab der Drosseleinrichtung 36 an die Steuerdruckleitung 21 angeschlossen.
- Im Brems- oder Schiebebetrieb des Fahrantriebs 4 arbeitet der Motor 7 als Pumpe und fördert Druckmittel zu der als Motor arbeitenden Pumpe 3, die sich am Antriebsmotor 1 abstützt. Entsprechend der Fahrtrichtung baut sich in der die Rücklaufleitung des Motors 4 bildenden Druckmittelleitung 4a bzw. 4b ein Bremsdruck auf, der über die Pumpe 3 ein den Antriebsmotor 1 antreibendes Moment erzeugt. Übersteigt dieses Moment das von dem Antriebsmotor 1 aufnehmbare Schleppmoment, kommt es zu einem Drehzahlanstieg des Antriebsmotors 1. Das Schaltventil 25 ist nicht angesteuert und befindet sich in der Sperrstellung 25a. Die Druckwaage 15 befindet sich in der Durchflussstellung 15b, wodurch die ebenfalls von dem Antriebsmotor 1 angetriebene Pumpe 6 nahezu drucklos in den Behälter 10 fördert.
- Übersteigt die Drehzahl des Antriebsmotors 1 im Brems- oder Schiebebetrieb eine vorgegebene Grenzdrehzahl steuert die elektronische Steuereinrichtung 30 das Schaltventil 25 in die Durchflussstellung 25b. Über die Wechselventileinrichtung 22 wird der in der rücklaufseitigen Druckmittelleitung 4a bzw. 4b anstehenden Bremsdruck in die Steuerdruckleitung 21 gemeldet. Durch die Wahl der Drosselquerschnitte der Drosseleinrichtungen 36, 37 der Druckteilerschaltung 35 kann hierbei ein bestimmter Anteil des Bremsdruckes als Steuerdruck zur Beaufschlagung der Druckwaage 15 erzeugt werden. Weisen beispielsweise die Drosseleinrichtungen 36, 37 gleiche Querschnitte auf, wird als Steuerdruck zur Beaufschlagung der Druckwaage 15 die Hälfte des Bremsdruckes des Fahrantriebs 4 erzeugt.
- Dieser Steuerdruck beaufschlagt die Druckwaage 15 in Richtung der Sperrstellung 15a, wodurch in der Förderleitung 11 ein Staudruck erzeugt wird, der dem vom Bremsdruck abhängigen Steuerdruck und der geringen Kraft der Feder 18 entspricht. Dieser in der Förderleitung 11 anstehende Staudruck erzeugt ein zusätzliches den Antriebsmotor 1 abbremsendes Moment.
- Durch die Beaufschlagung der Druckwaage 15 in Richtung der Sperrstellung 15a durch einen dem Bremsdruck des Fahrantriebs 4 proportionalen Steuerdruck, wird die Belastung der Pumpe 5 proportional zu dem Bremsdruck des Fahrantriebs 4 geregelt. Es wird eine zusätzliche hydraulische Verzögerung durch die Arbeitshydraulik 6 erzielt, die von dem Bremsdruck des Fahrantriebs 4 abhängig ist. Der Drehzahlanstieg des Antriebsmotors 1 wird somit in Abhängigkeit von dem im Fahrantrieb 4 anstehenden Bremsdruck durch eine Belastung der Pumpe 5 der Arbeitshydraulik 6 kompensiert, wobei sich die Abbremsung der Belastung der Arbeitsmaschine anpasst.
- Hierdurch wird auf einfache Weise erzielt, dass sich bei einer starken Abbremsung, bei der ein hoher Bremsdruck im Fahrantrieb 4 ansteht, eine hohe Belastung der Pumpe 5 und somit eine hohe belastungsabhängige Verzögerung und bei einer weichen Abbremsung, bei der ein geringer Bremsdruck im Fahrantrieb 4 ansteht, eine geringe Belastung der Pumpe 5 ergibt und somit eine geringe belastungsabhängige Verzögerung ergibt. Ein Drehzahlanstieg des Antriebsmotors 1 auf eine unzulässig hohe Drehzahl im Brems- oder Schiebebetrieb wird hierdurch wirkungsvoll vermieden.
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