DE19546762A1 - Synchronisierter hydrostatischer Antrieb mit Steuer-Kreislauf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Antrieb, insbesondere für Fahrzeuge.

Ein hydrostatisches Getriebe mit Direktdurchtrieb entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist aus der DE-35 40 218 A1 bekannt. Der bekannte Antrieb umfaßt einen Antriebsmotor, ein hydrostatisches Getriebe mit einer in einem hydraulischen Kreislauf angeordneten Hydropumpe, die an den Antriebsmotor gekoppelt ist, und einen Hydromotor, der an eine ausgangsseitige Antriebswelle gekoppelt ist. Ferner ist eine Direktdurchtriebswelle vorhanden, die den Antriebsmotor über eine Trennkupplung lösbar mit der ausgangsseitigen Antriebswelle direkt verbindet. Die Trennkupplung wird bei einer vorgegebenen Drehzahl des Antriebsmotors geschlossen, um den Antriebsmotor unter Umgehung des hydrostatischen Getriebes unmittelbar mit der ausgangsseitigen Antriebswelle zu verbinden. Beim Umschalten von dem Antrieb über das hydrostatische Getriebe auf einen Antrieb mittels der Direktdurchtriebswelle kann jedoch ein Schaltdruck auftreten.

Ausgehend von der DE 35 40 218 A1 liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydrostatischen Antrieb mit Direktdurchtriebswelle so weiterzubilden, daß das Umschalten von einem Antrieb über das hydrostatische Getriebe auf einen Antrieb mittels der Direktdurchtriebswelle im wesentlichen ruckfrei erfolgt, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen hydrostatischen Getriebes anzugeben.

Die Erfindung wird hinsichtlich des hydrostatischen Antriebs durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 oder 6 jeweils in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst.

Die Erfindungsidee nach Anspruch 1 besteht darin, einen hydraulischen Steuer-Kreislauf vorzusehen, in welchem ein mit dem Haupt-Hydromotor verbundener Steuer-Hydromotor und eine mit der Haupt-Hydropumpe verbundene Steuer-Hydropumpe angeordnet sind. Ferner ist ein Förderstrom-Sensor zum Erfassen des Förderstromes in dem Steuer- Kreislauf und eine Abbrems- und Beschleunigungseinrichtung vorgesehen, die in Abhängigkeit von dem erfaßten Förderstrom des Steuer-Kreislaufes so auf die gekoppelten Hydromotoren einwirkt, daß der erfaßte Förderstrom mit einem vorgegebenen Förderstrom in Übereinstimmung gebracht wird. Dabei entspricht der vorgegebene Förderstrom der erwünschten Synchronisation der antriebswellenseitigen Drehzahl mit der antriebsmotorseitigen Drehzahl an der Trennkupplung der Direktdurchtriebswelle.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß bei Erreichen der maximalen Drehzahl des Antriebsmotors und somit bei maximaler konstanter Drehzahl der Steuer- Pumpe der Förderstrom in dem Steuer-Kreislauf unmittelbar von der Drehzahl des Steuer- Motors abhängt. Durch Erfassen des Förderstroms in dem Steuer-Kreislauf und durch Vergleichen mit einem vorgegebenen Förderstrom kann daher die Drehzahl der gekoppelten Hydromotoren auf eine vorgegebene Synchronisations-Drehzahl, bei der die antriebswellenseitige Drehzahl mit der antriebsmotorseitigen Drehzahl an der Trennkupplung übereinstimmt, eingeregelt werden.

Bei der gegenüber Anspruch 1 alternativen Lösung nach Anspruch 6 wird anstelle des Förderstroms in dem Steuer-Kreislauf der Differenzdruck zwischen der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung des Steuer-Kreislaufs erfaßt und als Regelgröße herangezogen. Ferner ist eine Abbrems- und Beschleunigungseinrichtung vorgesehen, die in Abhängigkeit von dem erfaßten Differenzdruck des Steuer-Kreislaufs so auf die gekoppelten Hydromotoren einwirkt, daß der erfaßte Differenzdruck mit einem vorgegebenen Differenzdruck in Übereinstimmung gebracht wird.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß der Differenzdruck zwischen der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung in dem Steuer-Kreislauf ein Maß für die Synchronisation des Steuer-Hydromotors mit der Steuer-Hydropumpe ist.

Die Ansprüche 2 bis 5 und 7 bis 13 betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs.

Gemaß Anspruch 2 kann als Abbrems- und Beschleunigungseinrichtung ein mit dem Haupt-Motor mechanisch starr gekoppelter Hilfs-Hydromotor vorgesehen sein, der in dem Haupt-Kreislauf parallel zu dem Haupt-Hydromotor angeordnet ist. Dabei wird das Fördervolumen des Hilfs-Hydromotors verringert, wenn der erfaßte Förderstrom kleiner als der vorgegebene Förderstrom ist, und umgekehrt das Fördervolumen des Hilfs-Motors erhöht, wenn der erfaßte Förderstrom größer als der vorgegebene Förderstrom ist.

Die der Verstellung des Hilfs-Hydromotors dienende Hilfs-Verstellvorrichtung kann gemaß Anspruch 3 ein Steuerventil umfassen, das das Stellglied des Hilfs-Hydromotors mit einem vom Förderstrom des Steuer-Kreislaufs abhängigen Arbeitsdruck beaufschlagt.

Als Förderstrom-Sensor kann nach Anspruch 4 in dem Steuer-Kreislauf eine drosselartige Verengung vorgesehen sein, wobei der sich dort einstellende Differenzdruck dem Förderstrom in dem Steuer-Kreislauf proportional ist. Dieser Differenzdruck kann nach Anspruch 5 unmittelbar das Steuerventil regeln, um auf den Stellwinkel des Hilfs- Hydromotors einzuwirken.

Nach Anspruch 10 kann zwischen der Hochdruckleitung und der Niederdruckleitung des Steuer-Kreislaufs ein Schaltventil angeordnet sein, das den Steuer-Kreislauf im Normalbetrieb kurzschließt und lediglich während des Synchronisationsvorganges aktiviert.

Die einzelnen gekoppelten Hydromotoren und Hydropumpen können jeweils vorteilhaft entsprechend den Ansprüchen 12 und 13 auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sein.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens zum Betreiben des hydrostatischen Antriebs durch die Merkmale des Anspruches 14 oder des Anspruches 16 gelöst.

Die Ansprüche 15 und 17 bis 20 betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens, die sich jeweils auf konkrete Weiterbildungen des erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs beziehen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigt die

Fig. 1 einen Schaltplan eines hydrostatischen Antriebs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine konkrete Realisierung der Ansteuerung des Hilfs-Hydromotors entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schaltplan eines hydrostatischen Antriebs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung des Differenzdrucks in dem Steuer-Kreislauf als Regelgröße;

Fig. 4 eine konkrete Realisierung der Ansteuerung des Hilfs-Hydromotors entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Antriebsmotor 1 treibt über eine Antriebsmotorwelle 2 eine Haupt-Hydropumpe 3 an, die Bestandteil eines hydrostatischen Getriebes ist. Die Drehzahl des Antriebsmotors 1 wird von einer elektronischen Steuereinheit 4 erfaßt. Das hydrostatische Getriebe besteht aus einem hydraulischen Haupt- Kreislauf 5, 6, der die Haupt-Hydropumpe 3 mit dem Haupt-Hydromotor 7 und dem in dem Haupt-Kreislauf 5, 6 parallel zu dem Haupt-Hydromotor 7 angeordneten Hilfs- Hydromotor 8 verbindet. Der Haupt-Hydromotor ist über eine Trennkupplung 9 mit der ausgangsseitigen Antriebswelle 10 verbunden, die z. B. die Räder eines Fahrzeugs antreibt.

Um den Antriebsmotor 1 bei Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl direkt mit der ausgangsseitigen Antriebswelle 10 zu verbinden und somit das hydrostatische Getriebe zu überbrücken, ist weiterhin in an sich bekannter Weise eine nur schematisch dargestellte Direktdurchtriebswelle 11 vorgesehen, die mittels einer weiteren Trennkupplung 12 die Antriebsmotorwelle 2 lösbar mit der ausgangsseitigen Antriebswelle 10 direkt verbindet. Die Haupt-Hydropumpe 3 und der Haupt-Hydromotor 7 weisen in an sich bekannter Weise jeweils eine Haupt-Verstellvorrichtung 13 bzw. 14 auf, die es erlaubt, das Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Getriebes stufenlos zu variieren. Die Verstellvorrichtungen 13 und 14 sowie die Betätigungsvorrichtungen 15 und 16 der Trennkupplungen 9, 12 sind über Steuerleitungen mit der elektronischen Steuereinheit 4 verbunden. Das Schließen und Öffnen der Trennkupplungen 12 und 9 kann, wenn die antriebsmotorseitige Drehzahl mit der antriebswellenseitigen Drehzahl nicht übereinstimmt, einen Schaltdruck verursachen, was höchst unerwünscht ist.

Zur Synchronisation der antriebswellenseitigen Drehzahl mit der antriebsmotorseitigen Drehzahl an den Trennkupplungen beim Umschalten von dem hydrostatischen Getriebe auf den Direktdurchtrieb und umgekehrt ist daher erfindungsgemäß eine Synchronisationsvorrichtung vorgesehen. Diese besteht aus einem hydraulischen Steuer- Kreislauf 17, 18 mit einer Vorlaufleitung 17 und einer Rücklaufleitung 18, die mit einem Druckmitteltank 19 verbunden ist. In dem hydraulischen Steuer-Kreislauf 17, 18 sind eine an die Haupt-Hydropumpe 3 gekoppelte Steuer-Hydropumpe 20 und ein an den Haupt- Hydromotor 7 und den Hilfs-Hydromotor 8 gekoppelter Steuer-Hydromotor 21 angeordnet. Die Haupt-Hydropumpe 3 und die Steuer-Hydropumpe 20 können auf einer gemeinsamen Hydropumpenwelle 22 angeordnet sein, während der Haupt-Hydromotor 7, der Hilfs-Hydromotor 8 und der Steuer-Hydromotor 21 durch eine gemeinsame Hydromotorenwelle 23 verbunden sein können.

Vorzugsweise ist die Vorlaufleitung 17 mit der Rücklaufleitung 18 des hydraulischen Steuer-Kreislaufes durch ein Schaltventil 24 verbunden, das von der elektronischen Steuereinheit 4 ansteuerbar ist. Das Schaltventil 24 schließt den Steuer-Kreislauf 17, 18 im Normalbetrieb kurz und unterbricht den Kurzschluß durch entsprechende Ansteuerung durch die elektronische Steuereinheit 4 lediglich während einer der Synchronisation dienenden Zeitspanne.

Ferner weist der Steuer-Kreislauf 17, 18 erfindungswesentlich einen Förderstrom-Sensor 25 zum Erfassen des Förderstroms, d. h. der Fördermenge pro Zeiteinheit, in dem Steuer- Kreislauf 17, 18 auf. Der Förderstrom-Sensor 25 kann aus einer geeignet ausgebildeten Verengung, z. B. in Form einer Meßblende oder einer Drossel bestehen, wobei der sich an der Verengung als Differenzdruck einstellende Druckabfall Δ p dem Förderstrom in dem Steuer-Kreislauf 17, 18 proportional ist. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Förderstrom-Sensor 25 als eine derartige Verengung in Form einer Meßblende ausgebildet und der an der Verengung des Förderstrom-Sensors 25 abfallende Differenzdruck wird mittels der hydraulischen Meßleitungen 26 und 27 der Verstellvorrichtung 28 des verstellbaren Hilfs-Hydromotors 8 zugeführt. Selbstverständlich sind auch andere bekannte Ausbildungen eines Sensors 25 zum Erfassen des Förderstroms geeignet und die Übertragung des Meßwerts an die Verstellvorrichtung 28 kann auch auf elektronischem Wege erfolgen. Die Verstellvorrichtung 28 verstellt den Schwenkwinkel des Hilfs-Hydromotors 7 in Abhängigkeit von dem von dem Förderstrom-Sensor 25 erfaßten Förderstrom des Steuer-Kreislaufs 17, 18 in einer noch genauer zu beschreibenden Art und Weise.

Fig. 2 zeigt ein detaillierteres Ausführungsbeispiel der Verstellvorrichtung 28 als Ausschnitt aus dem in Fig. 1 dargestellten hydraulischen Schaltplan. Der Förderstrom- Sensor 25 ist in Form einer Meßblende als Verengung ausgeführt, so daß die Druckdifferenz Δ p zwischen den Drücken, die die Meßleitungen 26 und 27 führen, dem Förderstrom des Steuer-Kreislaufs 17, 18 proportional ist. Die Druckdifferenz Δ p zwischen den Meßleitungen 26 und 27 steuert ein Steuerventil 30. In seiner Ruheposition wird das Steuerventil 30 durch die Rückstellfeder 35 beaufschlagt, so daß die Arbeitsdruckleitung 31 mit dem Druckmitteltank 19 in Verbindung steht. Mit zunehmendem Förderstrom in dem Steuer-Kreislauf 17, 18 steigt die Druckdifferenz zwischen den Meßleitungen 26 und 27 an. Dies bewirkt eine Verstellung des Steuerventils 30, so daß die Arbeitsdruckleitung 31 mit zunehmendem Förderstrom in dem hydraulischen Steuer-Kreislauf 17, 18 zunehmend mit dem Druck der Hochdruckleitung 5 des hydraulischen Haupt-Kreislaufs beaufschlagt wird. Der Arbeitsdruck in der Arbeitsdruckleitung 31 ist daher im wesentlichen proportional zum Förderstrom in dem Steuer-Kreislauf 17, 18.

Der Arbeitsdruck der Arbeitsdruckleitung 31 beaufschlagt den Kolben 32 eines Stellglieds 33, wobei die Kolbenstange 34 auf den Schwenkwinkel der Schrägscheibe oder Taumelscheibe des Hilfs-Hydromotors 8 so einwirkt, daß der Hilfs-Hydromotor 8 mit zunehmendem Förderstrom in dem Steuer-Kreislauf 17, 18 weiter ausgeschwenkt wird und mit abnehmendem Förderstrom in dem Steuer-Kreislauf 17, 18 zurückgeschwenkt wird.

Im folgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs näher beschrieben. Beim Anfahren eines mit dem erfindungsgemaßen, hydrostatischen Antrieb ausgestatteten Fahrzeugs ist die Trennkupplung 12 geöffnet, während die Trennkupplung 9 geschlossen ist. Der Antrieb erfolgt daher über das hydrostatische Getriebe. In bekannter Weise ist beim Anfahren des Fahrzeugs zunächst der Haupt- Hydromotor 7 auf maximalen Schwenkwinkel ausgeschwenkt, während die Haupt- Hydropumpe 3 ausgehend von der Neutralstellung langsam ausgeschwenkt wird. Bei weiterer Beschleunigung des Fahrzeugs wird mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit der Schwenkwinkel der Haupt-Hydropumpe 3 erhöht, so daß das Fördervolumen der Haupt- Hydropumpe 3 zunimmt. Dagegen wird der Schwenkwinkel des Haupt-Hydromotors 7 mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit reduziert, so daß das Schluckvolumen des Haupt- Hydromotors 7 mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt. Bei Erreichen eines vorgegebenen Schaltpunktes ist es aus Gründen des Wirkungsgrades vorteilhaft, von dem Antrieb über das hydrostatische Getriebe auf einen direkten Antrieb der ausgangsseitigen Antriebswelle 10 mittels der Direktdurchtriebswelle 11 umzuschalten. Um den Umschaltvorgang ruckfrei auszuführen, ist erfindungsgemäß eine Synchronisation der antriebswellenseitigen Drehzahl mit der antriebsmotorwellenseitigen Drehzahl an der Trennkupplung 12 vorgesehen.

Bei noch geöffneter Trennkupplung 12 und noch geschlossener Trennkupplung 9 wird zunächst der hydraulische Steuer-Kreislauf 17, 18 aktiviert, indem das Schaltventil 24 geschlossen wird und der Kurzschluß des Steuer-Kreislaufs 17, 18 somit aufgehoben wird. Die Synchronisation erfolgt dabei folgendermaßen:

Mittels der Förderstrom-Sensors 25 wird fortlaufend der Förderstrom in dem hydraulischen Steuer-Kreislauf 17, 18 erfaßt und der Verstellvorrichtung 28 des Hilfs- Hydromotors 8 über die Meßleitungen 26, 27 zugeführt. Wenn die Drehzahl der ausgangsseitigen Antriebswelle 10 zu groß ist, weist auch die Hydromotorenwelle 23 und somit der Steuer-Hydromotor 21 bei geschlossener Trennkupplung 9 eine relativ große Drehzahl auf. Dies bewirkt einen relativ großen Förderstrom in dem Steuer-Kreislauf 17, 18. Wenn der Förderstrom-Sensor 25 wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 eine drosselartige Verengung aufweist, entsteht zwischen den hydraulischen Meßleitungen 27 und 26 eine erhöhte Druckdifferenz, die auf das Steuerventil 30 so einwirkt, daß der Arbeitsdruck in der Arbeitsdruckleitung 31 erhöht wird. Dadurch wird der Hilfs- Hydromotor 8 auf ein größeres Fördervolumen weiter ausgeschwenkt, so daß der Hilfs- Hydromotor 8 verzögert wird. Dies bewirkt eine Verminderung der Drehzahl der Hydromotorenwelle 23 und somit auch der Drehzahl des an die Hydromotorenwelle 23 gekoppelten Haupt-Hydromotors 7 und der Antriebswelle 10. Gleichzeitig wird die Drehzahl des Steuer-Hydromotors 21 erniedrigt, so daß der Förderstrom in dem Steuer- Kreislauf 17, 18 abnimmt und sich einem Regelwert annähert, der einem vorgegebenen Soll-Förderstrom in dem hydraulischen Steuer-Kreislauf 17, 18 entspricht. Der vorgegebene Soll-Förderstrom in dem hydraulischen Steuer-Kreislauf 17, 18 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 durch die justierbare Rückstellfeder 35 des Steuerventils 30 so einstellbar, daß bei dem vorgegebenen Soll-Förderstrom die antriebswellenseitige Drehzahl an der Trennkupplung 12 gerade der antriebsmotorwellenseitigen Drehzahl an der Trennkupplung 12 entspricht.

Umgekehrt bewirkt eine zu geringe Drehzahl der ausgangsseitigen Antriebswelle 10 und somit der über die Trennkupplung 9 mit dieser gekoppelten Hydromotorenwelle 23 und des Steuer-Hydromotors 21 einen reduzierten Förderstrom in dem hydraulischen Steuer- Kreislauf 17, 18. Der von dem Förderstromsensor 25 erfaßte reduzierte Förderstrom bewirkt über die Verstellvorrichtung 28 ein Zurückschwenken des Hilfs-Hydromotors 8 auf ein geringeres Fördervolumen. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 stellt sich zwischen den hydraulischen Meßleitungen 26 und 27 eine reduzierte Druckdifferenz ein, die über das Steuerventil 30 den Arbeitsdruck in der Arbeitsdruckleitung 31 vermindert und den Hilfs-Hydromotor 8 zurückschwenkt. Somit wird der Hilfs-Hydromotor 8 beschleunigt, was eine Beschleunigung der Hydromotorenwelle 23 bewirkt. Somit erhöht sich die Drehzahl des mit dem Hilfs-Hydromotor 8 gekoppelten Haupt-Hydromotors 7 sowie der ausgangsseitigen Antriebswelle 10. Dadurch wird über die ebenfalls erhöhte Drehzahl des Steuer-Hydromotors 21 das Fördervolumen in dem Steuer-Kreislauf 17, 18 erhöht, bis der vorgegebene Förderstrom, der einer Synchronisation der antriebswellenseitigen und der antriebsmotorseitigen Drehzahl an der Trennkupplung 12 entspricht, erreicht ist.

Mit der erfindungsgemäßen Weiterbildung des hydrostatischen Antriebs läßt sich daher eine äußerst wirkungsvolle Synchronisation beim Umschalten auf die Direktdurchtriebswelle 11 erreichen. Das Umschalten auf den Direktdurchtrieb erfolgt in der Weise, daß zunächst die Trennkupplung 12 geschlossen und sodann die Trennkupplung 9 geöffnet wird. Das hydrostatische Getriebe wird nachfolgend stillgesetzt, indem zumindest die Haupt-Hydropumpe 3 in eine Neutralstellung ohne Fördervolumen zurückgeschwenkt wird. Vorzugsweise werden auch der Haupt-Hydromotor 7 und der Hilfs-Hydromotor 8 in diese Neutralstellung zurückgeschwenkt. Ferner wird das Schaltventil 24 geöffnet.

Beim Umschalten von dem Direktdurchtrieb mittels der Direktdurchtriebswelle 11 auf den Antrieb mittels des hydrostatischen Getriebes kann in gleicher Weise vorgegangen werden, wobei die Trennkupplung 9 erst geschlossen wird, wenn eine Synchronisation der Hydromotorenwelle 23 mit der ausgangsseitigen Antriebswelle 10 durch das vorstehend beschriebene Regelverfahren erreicht ist. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Vorrichtung ohne Drehzahlsensoren auskommt und eine rein hydraulische Regelung ermöglicht.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei als Regelgröße der Differenzdruck zwischen der Vorlaufleitung 17 und der Rücklaufleitung 18 verwendet wird. Hinsichtlich der Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise des in Fig. 3 dargestellten hydrostatischen Antriebs kann weitgehend auf die Beschreibung der Fig. 1 verwiesen werden. Im folgenden wird lediglich auf die Unterschiede dieser alternativen Lösung eingegangen.

Der Unterschied im Vergleich zur Ausführungsform nach Fig. 1 besteht im wesentlichen darin, daß anstatt des Förderstroms in dem hydraulischen Steuer-Kreislauf (17, 18) der Differenzdruck zwischen der Vorlaufleitung 17 und der Rücklaufleitung 18 erfaßt wird und als Regelgröße herangezogen wird. Die Meßleitungen 26 und 27 greifen daher nicht die Druckdifferenz gegenüber einer als Förderstrom-Sensor dienenden Drossel 25, sondern unmittelbar die Druckdifferenz zwischen der Vorlaufleitung 17 und der Rücklaufleitung 18 ab. Der Differenzdruck zwischen den Leitungen 17, 18 des Steuer-Kreislaufs dient dann unmittelbar als Regelgröße für die Stellvorrichtung 28, die das Verdrängungsvolumen des Hilfs-Hydromotors 8 einstellt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel bedeutet eine Synchronisation an der Trennkupplung 12 Drehzahlgleichheit zwischen der Steuer-Hydropumpe 20 und dem Steuer-Hydromotor 21, da die Steuer-Hydropumpe 20 über die Hydropumpenwelle 22 und die Antriebsmotorwelle 2 unmittelbar mit dem antriebsmotorseitigen Teilstück der Direktdurchtriebswelle 11 verbunden ist und der Steuer-Hydromotor 21 über die Hydromotorwelle 23 und die Antriebswelle 10 unmittelbar mit dem antriebswellenseitigen Teilabschnitt der Direktdurchtriebswelle 11 verbunden ist. Eine Synchronisation an der Trennkupplung 12 wird daher erreicht, wenn die Steuer-Hydropumpe 20 und der Steuer- Hydromotor 21 mit gleicher Drehzahl laufen. Ist dieser Synchronisationszustand erreicht, so nimmt die Druckdifferenz zwischen der Vorlaufleitung 17 und der Rücklaufleitung 18 des hydraulischen Steuer-Kreislaufs 17, 18 einen vorgegebenen Wert an. Läuft der antriebsmotorseitige Teilabschnitt der Direktdurchtriebswelle und somit die Steuer- Hydropumpe 20 schneller als der antriebswellenseitige Teilabschnitt der Direktdurchtriebswelle und somit des Steuer-Hydromotors 21, so bewirkt dies einen Stau in der Vorlaufleitung 17, so daß die Vorlaufleitung 17 mit einem erhöhten Druck beaufschlagt ist. Umgekehrt fällt der Druck in der Vorlaufleitung 17 ab, wenn die Steuer- Hydropumpe 20 langsamer als der Steuer-Hydromotor 21 läuft. Der Differenzdruck zwischen den beiden Leitungen des Steuer-Kreislaufs kann daher zum gezielten Abbremsen oder Beschleunigen der Hydromotorwelle 23 herangezogen werden. Eine Beschleunigung kann, wie bereits beschrieben, dadurch erreicht werden, daß mittels der Verstellvorrichtung 28 der Hilfs-Hydromotor 8 zurückgeschwenkt wird, so daß der Hilfs- Hydromotor 8 beschleunigt wird. Umgekehrt kann eine Abbremsung der gemeinsamen Hydromotorwelle 23 dadurch erreicht werden, daß mittels der Verstellvorrichtung 28 der Hilfs-Hydromotor 8 auf ein größeres Verdrängungsvolumen weiter ausgeschwenkt wird, so daß der Hilfs-Hydromotor 8 verzögert wird.

Fig. 4 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel zur Ausgestaltung der Verstellvorrichtung 28, die bereits eingehend anhand der Fig. 2 beschrieben wurde. Die Funktionsweise soll nachfolgend in Bezug auf das hier vorliegende Ausführungsbeispiel nochmals zusammenfassend dargestellt werden.

Die Meßleitungen 26, 27 greifen den Differenzdruck Δ p zwischen der Vorlaufleitung 17 und der Rücklaufleitung 18 des hydraulischen Hilfs-Kreislaufs 17, 18 ab und übertragen diesen auf das Steuerventil 30. Das Steuerventil 30 steht mit der Hochdruckleitung 5 des hydraulischen Haupt-Kreislaufs sowie mit dem Druckmitteltank 19 in Verbindung. Die Arbeitsdruckleitung 31, die das Steuerventil 30 mit dem Stellglied 33 verbindet, ist dabei bei Ansteigen des Drucks in der Vorlaufleitung 17 gegenüber der Rücklaufleitung 18 mit einem abnehmenden Arbeitsdruck beaufschlagt. Der Kolben 32 wird daher durch die Rückstellfeder des Stellglieds 33 so bewegt, daß über die Kolbenstange 34 das Verdrängungsvolumen des Hilfs-Hydromotors 8 verringert wird, d. h. der Hilfs- Hydromotor 8 auf ein geringeres Verdrängungsvolumen zurückgeschwenkt wird. Daraus resultiert eine Beschleunigung des Hilfs-Hydromotors 8, so daß die Drehzahl der Hydromotorenwelle 23 und somit auch des Hilfs-Hydromotors 21 zunimmt. Die Zunahme der Drehzahl des Hilfs-Hydromotors 21 bewirkt ihrerseits einen Abbau des Druckmittelstaus in der Vorlaufleitung 17 und somit eine Reduktion des Differenzdrucks Δ p. Der Regelvorgang dauert so lange an, bis die Hilfs-Hydropumpe 20 mit dem Hilfs- Hydromotor 21 synchronisiert ist.

Umgekehrt bewirkt ein erniedrigter Druck in der Vorlaufleitung 17 in Bezug auf die Rücklaufleitung 18 über das Steuerventil 30 eine Zunahme des Arbeitsdrucks an die Arbeitsdruckleitung 31 und somit ein weiteres Ausschwenken des Hilfs-Hydromotors 8 auf ein größeres Verdrängungsvolumen. Somit wird der Hilfs-Hydromotor 8 verzögert. Daraus resultiert ein Abbremsen der Hydromotorenwelle 23 und somit des Hilfs- Hydromotors 21, bis der Hilfs-Hydromotor 21 mit der Hilfs-Hydropumpe synchronisiert ist.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beinhaltet daher eine weitere Möglichkeit der effizienten Synchronisation der Hydropumpenwelle 22 mit der Hydromotorenwelle 23 und führt somit zur Angleichung der antriebsmotorwellenseitigen Drehzahl an die antriebswellenseitige Drehzahl an der Trennkupplung 12.

Die Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere kann die anhand der Fig. 2 und 4 beschriebene hydraulische Ausgestaltung des Regelkreislaufs auch durch entsprechende elektronische oder pneumatische Komponenten ersetzt werden. Ferner kann anstelle einer elektromechanischen Einwirkung der elektronischen Steuereinheit 4 auf die Stellvorrichtungen 13, 14 und 28 sowie die Betätigungseinrichtung 15 und 16 auch eine hydraulische oder pneumatische Einwirkung vorgesehen sein. Desweiteren kann eine Haupt-Hydropumpe 3 oder ein Haupt-Hydromotor 7 mit festem, nicht regelbarem Verdrängungsvolumen Verwendung finden.

Anstelle des Hilfs-Hydromotors 8 kann selbstverständlich auch eine andere geeignete Abbrems- und Beschleunigungseinrichtung vorgesehen sein, die den Haupt-Hydromotor 7 und den mit diesem gekoppelten Steuer-Hydromotor 21 in Abhängigkeit von dem erfaßten Förderstrom des Steuer-Kreislaufs 17, 18 so abbremst bzw. beschleunigt, daß der erfaßte Förderstrom mit dem vorgegebenen Förderstrom in Übereinstimmung gebracht wird, wobei der vorgegebene Förderstrom einer Synchronisation der antriebswellenseitigen Drehzahl mit der antriebsmotorseitigen Drehzahl an der Trennkupplung entspricht.

Claims (20)

1. Hydrostatischer Antrieb, insbesondere für Fahrzeuge, mit
einem Antriebsmotor (1),
einem hydrostatischen Getriebe, das eine in einem hydraulischen Haupt-Kreislauf (5, 6) angeordnete Haupt-Hydropumpe (3) und einen Haupt-Hydromotor (7) sowie eine auf das Verdrängungsvolumen der Haupt-Hydropumpe (3) und/oder des Haupt-Hydromotors (7) einwirkende Haupt-Verstellvorrichtung (13, 14) aufweist, wobei die Haupt-Hydropumpe (3) an den Antriebsmotor (1) und der Haupt-Hydromotor (7) an eine ausgangsseitige Antriebswelle (10) gekoppelt ist, und
einer Direktdurchtriebswelle (11), die den Antriebsmotor (1) über eine erste Trennkupplung (12) lösbar mit der ausgangsseitigen Antriebswelle (10) direkt verbindet,
gekennzeichnet durch
einen hydraulischen Steuer-Kreislauf (17, 18) mit einer Vorlaufleitung (17) und einer Rücklaufleitung (18), in dem eine an die Haupt-Hydropumpe (3) gekoppelte Steuer- Hydropumpe (20) und ein an den Haupt-Hydromotor (7) gekoppelter Steuer-Hydromotor (21) vorgesehen sind,
einen Förderstrom-Sensor (25) zum Erfassen des Förderstroms in dem Steuer-Kreislauf (17, 18) und
eine Abbrems- und Beschleunigungseinrichtung (28, 8), die in Abhängigkeit von dem erfaßten Förderstrom des Steuer-Kreislaufes (17, 18) so auf die gekoppelten Hydromotoren (7, 21) einwirkt, daß der erfaßte Förderstrom mit einem vorgegebenen Förderstrom in Übereinstimmung gebracht wird, der der Synchronisation der antriebswellenseitigen Drehzahl mit der antriebsmotorseitigen Drehzahl an der ersten Trennkupplung (12) entspricht.

2. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbrems- und Beschleunigungseinrichtung (28, 8) einen mit dem Haupt- Hydromotor (7) mechanisch starr gekoppelten Hilfs-Hydromotor (8), der in dem hydraulischen Haupt-Kreislauf (5, 6) parallel zu dem Haupt-Hydromotor (7) angeordnet ist, und eine auf den Hilfs-Hydromotor (8) einwirkende Hilfs-Verstellvorrichtung (28) aufweist, die das Fördervolumen des Hilfs-Hydromotors (8) verringert, wenn der erfaßte Förderstrom des Steuerkreislaufs (17, 18) kleiner als der vorgegebene Förderstrom ist, und die das Fördervolumen des Hilfs-Hydromotors (8) erhöht, wenn der erfaßte Förderstrom des Steuer-Kreislaufs größer als der vorgegebene Förderstrom ist.

3. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs-Verstellvorrichtung (28) ein mit der Hochdruckleitung (5) des Haupt- Kreislaufs (5, 6) und einem Druckmitteltank (19) verbundenes Steuerventil (30) umfaßt, das ein das Fördervolumen des Hilfs-Hydromotors (8) verstellendes Stellglied (33) mit einem vom Förderstrom des Steuer-Kreislaufs (17, 18) abhängigen Arbeitsdruck beaufschlagt.

4. Hydrostatischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderstrom-Sensor (25) eine in dem Steuer-Kreislauf (17, 18) angeordnete drosselartige Verengung aufweist, an der sich ein dem Förderstrom proportionaler Differenzdruck (Δ p) einstellt.

5. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (30) von dem Differenzdruck (Δ p) angesteuert wird und das Stellglied (33) mit einem dem Differenzdruck (Δ p) proportionalen oder reziprok proportionalen Arbeitsdruck beaufschlagt.

6. Hydrostatischer Antrieb, insbesondere für Fahrzeuge mit
einem Antriebsmotor (1),
einem hydrostatischen Getriebe, das eine in einem hydraulischen Haupt-Kreislauf (5, 6) angeordnete Haupt-Hydropumpe (3) und einen Haupt-Hydromotor (7) sowie eine auf das Verdrängungsvolumen der Haupt-Hydropumpe (3) und/oder des Haupt-Hydromotors (7) einwirkende Haupt-Verstellvorrichtung (13, 14) aufweist, wobei die Haupt-Hydropumpe (3) an den Antriebsmotor (1) und der Haupt-Hydromotor (7) an eine ausgangsseitige Antriebswelle (10) gekoppelt ist, und
einer Direktdurchtriebswelle (11), die den Antriebsmotor (1) über eine erste Trennkupplung (12) lösbar mit der ausgangsseitigen Antriebswelle (10) direkt verbindet,
gekennzeichnet durch
einen hydraulischen Steuer-Kreislauf (17, 18) mit einer Vorlaufleitung (17) und einer Rücklaufleitung (18), in dem eine an die Haupt-Hydropumpe (3) gekoppelte Steuer- Hydropumpe (20) und ein an den Haupt-Hydromotor (7) gekoppelter Steuer-Hydromotor (21) vorgesehen sind,
eine Druck-Erfassungseinrichtung (30) zum Erfassen des Differenzdrucks zwischen der Vorlaufleitung (17) und der Rücklaufleitung (18) des Steuer-Kreislaufs (17, 18) und
eine Abbrems- und Beschleunigungseinrichtung (28, 8), die in Abhängigkeit von dem erfaßten Differenzdruck zwischen der Vor- (17) und Rücklaufleitung (18) des Steuer- Kreislaufs (17, 18) so auf die gekoppelten Hydromotoren (7, 21) einwirkt, daß der erfaßte Differenzdruck mit einem vorgegebenen Differenzdruck in Übereinstimmung gebracht wird, der der Synchronisation der antriebswellenseitigen Drehzahl mit der antriebsmotorseitigen Drehzahl an der ersten Trennkupplung (12) entspricht.

7. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abbrems- und Beschleunigungseinrichtung (28, 8) einen mit dem Haupt- Hydromotor mechanisch starr gekoppelten Hilfs-Hydromotor (8), der in dem hydraulischen Haupt-Kreislauf (5, 6) parallel zu dem Haupt-Hydromotor (7) angeordnet ist, und
eine auf den Hilfs-Hydromotor (8) einwirkende Hilfs-Verstellvorrichtung (28) aufweist, die das Fördervolumen des Hilfs-Hydromotors (8) verringert, wenn der erfaßte Differenzdruck zwischen der Vor- (17) und Rücklaufleitung (18) des Steuerkreislaufs (17, 18) größer als der vorgegebene Differenzdruck ist, und die das Fördervolumen des Hilfs- Hydromotors (8) erhöht, wenn der erfaßte Differenzdruck zwischen der Vor- (17) und Rücklaufleitung (18) des Steuer-Kreislaufs geringer als der vorgegebene Differenzdruck ist.

8. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs-Verstellvorrichtung (28) ein mit der Hochdruckleitung (5) des Haupt- Kreislaufs (5, 6) und einem Druckmitteltank (19) verbundenes Steuerventil (30) umfaßt, das ein das Fördervolumen des Hilfs-Hydromotors (8) verstellendes Stellglied (33) mit einem von dem Differenzdruck zwischen der Vor- (17) und Rücklaufleitung (18) des Steuer-Kreislaufs (17, 18) abhängigen Arbeitsdruck beaufschlagt.

9. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (30) von dem Differenzdruck (Δ p) zwischen der Vor- (17) und Rücklaufleitung (18) des Steuer-Kreislaufs angesteuert wird und das Stellglied (33) mit einem dem Differenzdruck (Δ p) proportionalen oder reziprok proportionalen Arbeitsdruck beaufschlagt.

10. Hydrostatischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vorlaufleitung (17) und der Rücklaufleitung (18) des Steuer-Kreislaufs (17, 18) ein Schaltventil (24) angeordnet ist.

11. Hydrostatischer Antrieb nach einem der Ansprüche l bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Trennkupplung (9) vorgesehen ist, die den Haupt-Hydromotor (7) lösbar mit der ausgangsseitigen Antriebswelle (10) verbindet.

12. Hydrostatischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupt-Hydromotor (7), der Steuer-Hydromotor (21) und ggfs. der Hilfs- Hydromotor (8) auf einer gemeinsamen Welle (33) angeordnet sind.

13. Hydrostatischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt-Hydropumpe (3) und die Steuer-Hydropumpe (22) auf einer gemeinsamen Welle (20) angeordnet sind.

14. Verfahren zum Synchronisieren eines hydrostatischen Antriebs nach Anspruch 1, mit den Verfahrensschritten:

• - Erfassen des Förderstroms in dem Steuer-Kreislauf (17, 18),
• - Abbremsen der gekoppelten Hydromotoren (7, 21), wenn der erfaßte Förderstrom größer als der vorgegebene Förderstrom ist, bis die Drehzahl des mit dem Haupt-Hydromotor (7) gekoppelten Steuer-Hydromotors (21) sich so weit erniedrigt hat, daß der erfaßte Förderstrom mit dem vorgegebenen Förderstrom im wesentlichen übereinstimmt,
• - Beschleunigen der gekoppelten Hydromotoren (7, 21), wenn der erfaßte Förderstrom kleiner als der vorgegebene Förderstrom ist, bis die Drehzahl des mit dem Haupt- Hydromotor (7) gekoppelten Steuer-Hydromotors (21) sich so weit erhöht hat, daß der erfaßte Förderstrom mit dem vorgegebenen Förderstrom im wesentlichen übereinstimmt, und
• - Schließen der ersten Trennkupplung (12).

15. Verfahren nach Anspruch 10 zum Synchronisieren eines hydrostatischen Antriebs nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abbremsen der gekoppelten Hydromotoren (7, 8, 21) der Hilfs-Hydromotor (8) auf ein größeres Fördervolumen weiter ausgeschwenkt wird und zum Beschleunigen der gekoppelten Hydromotoren (7, 8, 21) der Hilfs-Hydromotor (8) auf ein geringeres Fördervolumen zurückgeschwenkt wird.

16. Verfahren zum Synchronisieren eines hydrostatischen Antriebs nach Anspruch 6, mit den Verfahrensschritten:

• - Erfassen des Differenzdrucks zwischen der Vor- (17) und Rücklaufleitung (18) des Steuer-Kreislaufs (17, 18),
• - Abbremsen der gekoppelten Hydromotoren (7, 21), wenn der erfaßte Differenzdruck geringer als der vorgegebene Differenzdruck ist, bis die Drehzahl des mit dem Haupt- Hydromotor (7) gekoppelten Steuer-Hydromotors (21) sich so weit erniedrigt hat, daß der erfaßte Differenzdruck mit dem vorgegebenen Differenzdruck im wesentlichen übereinstimmt,
• - Beschleunigen der gekoppelten Hydromotoren (7, 21), wenn der erfaßte Differenzdruck größer als der vorgegebene Differenzdruck ist, bis die Drehzahl des mit dem Haupt- Hydromotor (7) gekoppelten Steuer-Hydromotors (21) sich so weit erhöht hat, daß der erfaßte Differenzdruck mit dem vorgegebenen Differenzdruck im wesentlichen übereinstimmt, und
• - Schließen der ersten Trennkupplung (12).

17. Verfahren nach Anspruch 16 zum Synchronisieren eines hydrostatischen Antriebs nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abbremsen der gekoppelten Hydromotoren (7, 8, 21) der Hilfs-Hydromotor (8) auf ein größeres Fördervolumen weiter ausgeschwenkt wird und zum Beschleunigen der gekoppelten Hydromotoren (7, 8, 21) der Hilfs-Hydromotor (8) auf ein geringeres Fördervolumen zurückgeschwenkt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17 zum Synchronisieren eines hydrostatischen Antriebs nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Synchronisationsverfahrens das Schaltventil (24) geschlossen wird und am Ende des Synchronisationsverfahrens wieder geöffnet wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18 zum Synchronisieren eines hydrostatischen Antriebs nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schließen der ersten Trennkupplung (12) die zweite Trennkupplung (9) geöffnet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Öffnen der zweiten Trennkupplung (9) die Haupt-Hydropumpe (3) und/oder der Haupt-Hydromotor (7) in eine Neutralstellung ohne Verdrängungsvolumen zurückgeschwenkt werden und in dieser Neutralstellung verbleiben, solange die zweite Trennkupplung (9) geöffnet ist.