DE19648706C2 - Hydraulische Schaltung für einen Fahrzeugantrieb mit zwei Hydromotoren - Google Patents
Hydraulische Schaltung für einen Fahrzeugantrieb mit zwei HydromotorenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Schal
tung für einen Fahrzeugantrieb mit zwei Hydromotoren,
die über eine als Vorlaufleitung und eine als Rücklauf
leitung dienende Motorleitung mit einer Pumpenanordnung
verbunden und mittels eines Schaltventils wahlweise in
Reihe oder parallel schaltbar sind, wobei von der Ver
bindungsleitung, die im Reihenbetrieb die beiden Hydro
motoren verbindet, eine Druckkompensationsleitung ab
geht.
Eine solche Schaltung ist aus DE-AS 11 48 882 bekannt.
Die Pumpenanordnung weist eine Speisepumpe und eine
Nachfüllpumpe auf. Die Motorleitungen können wahlweise
als Vorlaufleitung und Rücklaufleitung verwendet wer
den. Die Druckkompensationsleitung geht von einem An
schluß des als Drehschieber ausgebildeten Schaltventils
aus, der im Reihenbetrieb mit der Verbindungsleitung
zwischen den beiden Hydromotoren verbunden und im Par
allelbetrieb abgesperrt ist. Tritt bei Reihenbetrieb
infolge Kurvenfahrt in der Verbindungsleitung zwischen
den Hydromotoren Kavitation auf, so kann Druckflüssig
keit aus der Rücklaufleitung über ein federbelastetes
Rückschlagventil in die Verbindungsleitung eingespeist
werden. Tritt dagegen Überdruck auf, kann dieser über
ein federbelastetes Rückschlagventil in die Rücklauf
leitung und außerdem über ein weiteres federbelastetes
Rückschlagventil in den Behälter abgeleitet werden.
Der Fahrer eines mit diesem Antrieb ausgestatteten
Fahrzeugs wählt durch Betätigen des Schaltventils einen
Geschwindigkeitsbereich, nämlich eine höhere Geschwin
digkeit bei Reihenbetrieb und eine geringere Geschwin
digkeit bei Parallelbetrieb, und durch Veränderung des
Fördervolumens der Speisepumpe eine bestimmte Geschwin
digkeit innerhalb des gewählten Bereichs. Eine Bremsung
ergibt sich, wenn die Fördermenge der Speisepumpe unter
den der augenblicklichen Fahrgeschwindigkeit entspre
chenden Wert verringert wird (DE-AS 10 23 342). Zum
Bremsen braucht daher der Fahrer lediglich den Fuß vom
Gaspedal abzuheben. In der Praxis hat es sich aller
dings häufig gezeigt, daß der Fahrer beim Bremsvorgang
nach vorn geschleudert und das Fahrzeug in eine Schie
flage gezogen wird.
Aus Patent Abstracts of Japan 05060236A ist eine hy
draulische Schaltung für einen Fahrzeugantrieb bekannt,
bei der eine einzelne Pumpe zwei Hydromotoren antreibt,
die mittels eines Schaltventils wahlweise in Reihe oder
parallel geschaltet werden können. Wenn bei Parallelbe
trieb der eine Motor durchdreht, erfolgt in Abhängig
keit vom Vorlaufdruck und vom Rücklaufdruck eine Um
schaltung auf den Reihenbetrieb, um eine Differential
sperrfunktion zu erreichen.
Aus DE-OS 22 49 743 ist ein Fahrzeugantrieb mit nur
einem Hydromotor bekannt, bei der jede der beiden Mo
torleitungen mit einem Druckschalter verbunden ist, der
anspricht, wenn der Rücklaufdruck in der zugehörigen
Motorleitung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Als
Folge hiervon wird ein Schaltventil in Durchgangsstel
lung geschaltet, das im Zusammenwirken mit einem ein
stellbaren Grenzdruckventil ein Sitzventil ansteuert,
wodurch eine Druckkompensationsleitung zum Ableiten von
rücklaufseitiger Druckflüssigkeit geöffnet wird. Auf
diese Weise kann die Bremswirkung beeinflußt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrau
lische Schaltung der eingangs beschriebenen Art anzuge
ben, die ein verbessertes Bremsverhalten hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
ein Drucksensor den Rücklaufdruck mißt, daß das Schalt
ventil von Reihenbetrieb auf Parallelbetrieb schaltet,
wenn der Rücklaufdruck einen vorgegebenen Grenzwert
überschreitet, und daß die Druckkompensationsleitung
zum Ableiten von rücklaufseitiger Druckflüssigkeit ge
öffnet ist.
Wenn die Fördermenge der Speisepumpe plötzlich auf Null
zurückgeführt wird, beispielsweise durch Abheben des
Fußes vom Pedal, drehen sich die Hydromotoren aufgrund
der Trägheit des sich bewegenden Fahrzeugs weiter. Es
ergibt sich eine plötzliche Druckerhöhung in der Rück
laufleitung und - bei Reihenbetrieb - mit einer kurzen
Verzögerung auch in der Verbindungsleitung zwischen den
beiden Hydromotoren. Dies führt zum Blockieren der an
getriebenen Räder, zum ruckartigen Stillstand und wegen
der Phasenverschiebung zu einer Schieflage des Fahr
zeugs. Erfindungsgemäß wird beim Bremsvorgang, der mit
tels des Rücklaufdrucks festgestellt wird, das Schalt
ventil automatisch in die Parallelbetriebsstellung ge
bracht, so daß Druckflüssigkeit aus der Rücklaufleitung
über das Schaltventil zusammen mit Druckflüssigkeit aus
der Verbindungsleitung über die geöffnete Druckkompen
sationsleitung abgeleitet wird. Dies bedeutet, daß das
Fahrzeug nicht plötzlich zum Stillstand kommt, sondern
allmählich, wobei der Bremsweg durch die Menge der ab
geleiteten Druckflüssigkeit, die durch die Auslegung
der Schaltung vorgegeben werden kann, bestimmt ist.
Insbesondere kann man eine sanfte allmähliche Abbrem
sung mit einem für den Fahrer guten Komfort schaffen.
Da beide Hydromotoren von der gleichen Druckdifferenz
beaufschlagt werden, ergibt sich ein selbsttätiger
Bremsausgleich und daher keine Schieflage des Fahrzeugs
beim Bremsen. Ein solches Bremssystem ist besonders
vorteilhaft für Hydromotoren mit fester Verdrängung.
Von Wichtigkeit ist es auch, daß als Druckkompensa
tionsleitung eine Leitung verwendet werden kann, die
schon aus anderen Gründen vorgesehen sein kann und daß
alle erforderlichen Bauteile als Standardkomponenten in
der Hydraulik zur Verfügung stehen.
Wenn die Druckkompensationsleitung im Parallelbetrieb
auch bei normaler Fahrt geöffnet wäre, ergäben sich
Verluste. Diese können auf einfache Weise durch ein
Sperrglied vermieden werden, das die Druckkompensa
tionsleitung im Parallelbetrieb zumindest in Ableit
richtung sperrt, wenn der Rücklaufdruck kleiner als der
vorgegebene Grenzwert ist, und öffnet, wenn der Rück
laufdruck größer als der vorgegebene Grenzwert ist. Die
Abhängigkeit vom Rücklaufdruck stellt sicher, daß
Sperrglied und Schaltventil gleichzeitig betätigt wer
den.
Zweckmäßigerweise öffnet das Sperrglied die Druckkom
pensationsleitung im Reihenbetrieb. Für den Reihenbe
trieb sind Druckkompensationen, die Kavitation und
Überdruck in der Verbindungsleitung zwischen den beiden
Hydromotoren verhindern, bekannt. Diese können daher
weiterhin wirksam bleiben.
Dies kann insbesondere dadurch geschehen, daß die
Druckkompensationsleitung die Parallelschaltung eines
ersten Ventils, das bei Überdruck in der Verbindungs
leitung in Ableitrichtung öffnet, und eines zweiten
Ventils, das bei Kavitation in der Verbindungsleitung
in Gegenrichtung öffnet, aufweist und im Normalbetrieb
über ein Richtungsventil mit der rücklaufseitigen Mo
torleitung verbunden ist.
Mit besonderem Vorteil ist dafür gesorgt, daß die
Druckkompensationsleitung über eine Ablaufleitung, die
eine Drosselblende aufweist, mit einem Behälter verbun
den ist. Durch die Drosselblende wird die Ableitmenge
der Druckflüssigkeit festgelegt.
Insbesondere kann die Drosselblende auswechselbar sein.
Sie kann daher der Pumpengröße und dem Fahrzeug ange
paßt werden. Ein schweres Fahrzeug fordert zum Beispiel
eine größere Blende, da es um eine größere Durchfluß
menge geht.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist da
für gesorgt, daß die Druckkompensationsleitung über ein
Richtungsventil mit der vorlaufseitigen Motorleitung
verbindbar ist, wenn der Rücklaufdruck den Vorlaufdruck
übersteigt. Hierdurch bleibt zumindest ein Teil der
abgeleiteten Druckflüssigkeit im System, was die Ver
luste minimiert.
Günstig ist es hierbei, daß in Reihe mit der Drossel
blende ein Ablaufventil angeordnet ist, das bei Über
schreiten eines vorgegebenen Grenzdrucks öffnet. Die
Verbindung der Druckkompensationsleitung mit dem Behäl
ter wird daher nur bei höheren Drücken geöffnet, so daß
die Ablaufleitung bei der normalen Druckkompensation
unwirksam ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der
Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbei
spiels näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt
eine hydraulische Schaltung gemäß der Erfindung.
Ein Motor M, insbesondere ein Verbrennungsmotor, treibt
eine Pumpenanordnung 1 an, die eine Speisepumpe 2 mit
einstellbarer Druckflüssigkeitsmenge und eine Nachfüll
pumpe 3 aufweist. Die Speisepumpe 2 arbeitet beispiels
weise mit veränderbarer Verdrängung und besitzt eine
durch ein Pedal verstellbare Schrägscheibe zur Verände
rung des Kolbenhubs. Sie ist zwischen zwei Motorleitun
gen 4 und 5 geschaltet. Die Druckseite der Nachfüllpum
pe 3 ist über ein zur Motorleitung 4 hin öffnendes
Rückschlagventil 6 mit der Motorleitung 4 und über ein
zur Motorleitung 5 hin öffnendes Rückschlagventil 7 mit
der Motorleitung 5 verbunden. Ein Druckhalteventil 8
ist zwischen die Druckseite der Nachfüllpumpe 3 und
einen Behälter 9 geschaltet. Dieser Behälter 9 steht
auch mit der Saugseite der Nachfüllpumpe 3 in Verbin
dung. Zwei antiparallel geschaltete Überdruckventile 10
und 11 sind zwischen die beiden Motorleitungen 4 und 5
geschaltet, um die Druckdifferenz zwischen diesen bei
den Leitungen zu begrenzen. Die bisher beschriebenen
Bauelemente befinden sich in einem Pumpenblock 12.
Zwei Hydromotoren 14 und 15 bilden eine Reihenschal
tung, welche über die Motorleitungen 4 und 5, die wahl
weise als Vorlauf- und Rücklaufleitung verwendet wer
den, versorgt wird. Zwischen diese Reihenschaltung und
den Ventilblock 12 ist ein Ventilblock 16 geschaltet.
Dieser enthält ein Richtungsventil 17, das einen mit
der Motorleitung 4 verbundenen ersten Anschluß 18, ei
nen mit der Motorleitung 5 verbundenen zweiten Anschluß
19 und einen dritten Anschluß 20 aufweist. Durch zwei
Neutralstellungsfedern 21 und 22 ergibt sich eine Neu
tralstellung, in der die Anschlüsse voneinander ge
trennt sind. Überwiegt der Druck in der Motorleitung 4,
werden die Anschlüsse 19 und 20 miteinander verbunden;
überwiegt der Druck in der Motorleitung 5, werden die
Anschlüsse 18 und 20 miteinander verbunden. Außerdem
ist der Anschluß 20 über eine Ablaufleitung 23 mit ei
nem Ableitventil 24, das bei einem vorgegebenen Grenz
druck öffnet, und einer austauschbaren Drosselblende 25
mit dem Behälter 9 verbunden. Ferner gibt es zwischen
dem Anschluß 20 und der Verbindungsleitung 26 zwischen
beiden Hydromotoren 14 und 15 eine Druckkompensations
leitung 27, die ein Ventil 28, nämlich ein Rückschlag
ventil, das bei Kavitation in der Verbindungsleitung 26
in Zuflußrichtung öffnet, und ein antiparallel ge
schaltetes Ventil 29, nämlich einem bei einem vorgege
benen Referenzdruck öffnenden Überdruckventil, das bei
Überdruck in der Verbindungsleitung 26 in Ableitrich
tung öffnet, aufweist. Die Druckkompensationsleitung 27
schließt an denjenigen Teil der Verbindungsleitung 26
an, der bei Parallelbetrieb mit der rücklaufseitigen
Motorleitung 4 verbunden wird. Ferner enthält die
Druckkompensationsleitung 27 noch ein Sperrventil 30,
das in der veranschaulichten Stellung den Durchgang
freigibt und ihn in der anderen Stellung in Ableitrich
tung sperrt. Schließlich umfaßt der Ventilblock 16 noch
ein Schaltventil 31, das in der veranschaulichten
Schaltstellung die Hydromotoren 14 und 15 in Reihe und
in der anderen Schaltstellung parallel zueinander
schaltet.
Ein Drucksensor 32 mißt den Druck in der Motorleitung
4, von der zum Zweck der Beschreibung angenommen wird,
daß sie bei Vorwärtsfahrt die Rücklaufleitung ist. Ein
Steuergerät 33, das über eine Signalleitung 34 das
Schaltventil 31 und über eine Signalleitung 35 das
Sperrventil 30 betätigt, besitzt einen ersten Eingang
36 zum Umschalten zwischen Parallelbetrieb und Reihen
betrieb während der normalen Fahrt und einen zweiten
Eingang 37, dem das Rücklaufdruck-Signal vom Drucksen
sor 32 zugeführt wird.
Die veranschaulichte Schaltung kann beispielsweise ver
wendet werden, um mit Hilfe der Hydromotoren 14 und 15
zwei Räder eines drei- oder vierrädrigen Fahrzeugs an
zutreiben, wobei das Fahrzeug noch weitere hydraulisch
betätigte Gerätschaften aufweist, sei es in Form einer
Multimaschine, die mit verschiedenen Werkzeugen be
stückt werden kann, sei es in Form einer Spezialmaschi
ne, die einem einzigen Zweck, beispielsweise als Gras
schneider, dient.
Es sind drei Betriebszustände möglich.
Hierbei haben das Sperrventil 30 und das Schaltven
til 31 die in der Zeichnung veranschaulichte Stel
lung. Wenn die beiden Hydromotoren 14 und 15 das
linke und das rechte Rad eines Radpaares eines
Fahrzeugs antreiben, kann bei einer Kurvenfahrt,
bei der das eine Rad schneller als das andere
dreht, in der Verbindungsleitung 26 entweder Kavi
tation oder Überdruck auftreten. Bei Kavitation
wird Druckflüssigkeit von der rücklaufseitigen Mo
torleitung 4 über das druckabhängige Richtungsven
til 17, das Rückschlagventil 28 der Druckkompensa
tionsleitung 27 und das Sperrventil 30 der Verbin
dungsleitung 26 zugeführt. Bei Überdruck wird
Druckflüssigkeit von der Verbindungsleitung 26 über
das Sperrventil 30, das Überdruckventil 29 der
Druckkompensationsleitung 27 und das Richtungsven
til 17 zur rücklaufseitigen Motorleitung 4 abge
führt.
Bei dieser Betriebsweise sind sowohl das Schaltven
til 31 als auch das Sperrventil 30 in ihrer zweiten
Schaltstellung. Die beiden Hydromotoren 14 und 15
sind mit der gleichen Druckdifferenz beaufschlagt.
Bei Kurvenfahrt ergibt sich ein interner Ausgleich
der Durchflußmengen der beiden Hydromotoren. Eine
Druckkompensation ist unnötig; daher ist die Druck
kompensationsleitung 27 zur Vermeidung von Verlu
sten abgeschaltet.
Beim Bremsbetrieb wird die Fördermenge der Speise
pumpe 2 vom Fahrer auf Null zurückgesetzt. Die
Speisepumpe 2 bildet daher ein Sperrglied, während
die Hydromotoren 14 und 15 aus Trägheitsgründen
weiterlaufen. Dies führt zu einem Druckanstieg in
der rücklaufseitigen Motorleitung 4 und bei Reihen
betrieb mit einer kleinen Verzögerung auch in der
Verbindungsleitung 26. Der Druckanstieg in der
rücklaufseitigen Motorleitung 4 wird vom Drucksen
sor 32 erfaßt. Das Steuergerät 33 gibt einen
Schaltbefehl an das Schaltventil 31 ab, das in die
Parallelbetriebs-Stellung geht oder in dieser ver
bleibt. Gleichzeitig erhält das Sperrventil 30 ei
nen Steuerbefehl, aufgrund dessen es in die veran
schaulichte Durchgangsstellung geschaltet wird oder
in dieser verbleibt. Nun ist die rücklaufseitige
Motorleitung 4 über das Schaltventil 31 und die
Verbindungsleitung 26 mit der Druckkompensations
leitung 27 verbunden. Aus der rücklaufseitigen Mo
torleitung 4 und der Verbindungleitung 26 wird
Druckflüssigkeit über die Druckkompensationsleitung
27 und das Ventil 29 abgeleitet. Ein Teil der abge
leiteten Druckflüssigkeit geht über die Ablauflei
tung 23 mit dem Ventil 24 und der Drosselblende 25
in den Behälter 9. Ein anderer Teil geht über das
Richtungsventil 17 zurück in die vorlaufseitige
Motorleitung 5. Dies ergibt sich, weil der Rück
laufdruck den Vorlaufdruck übersteigt und daher das
Richtungsventil 17 eine entsprechende Stellung ein
nimmt. Durch das Ableiten der Druckflüssigkeit wird
ein plötzlicher Stillstand vermieden. Es ergibt
sich ein weitgehend definierter Bremsweg mit all
mählicher Geschwindigkeitsverringerung.
Bei einem Ausführungsbeispiel hatten die auf Referenz
drücke ansprechenden Ventile die folgende Einstellung:
Druckhalteventil 8 | 20 bar |
Druckbegrenzungsventile 10, 11 | 170 bar |
Richtungsventil 17 | 2 bar |
Ablaufventil 24 | 15 bar |
Überdruckventil 29 | 85 bar |
Versuche haben gezeigt, daß der Referenzdruck des Über
druckventils 29 nicht geringer sein sollte als der hal
be maximale Betriebsdruck. Er kann aber auch bis zum
vollen maximalen Betriebsdruck eingestellt werden.
Der vorgegebene Grenzwert, bei dem der Drucksensor 32
anspricht, kann beispielsweise 20 bar betragen. Ohne
die vorgenommene Kompensation würde der Rücklaufdruck
während der Abbremsung Werte im Bereich des vollen Vor
laufdrucks annehmen, also beispielsweise bis 170 bar.
Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel bleibt
ein großer Teil der Druckflüssigkeit im Kreislauf, da
nur eine gewisse Menge in den Behälter zurückläuft.
Diese Menge bestimmt im wesentlichen die Bremsstrecke
des Fahrzeugs. Durch den Einbau einer Drosselblende 25
mit einem Lochdurchmesser von 1,5 mm erreicht man bei
25 km/h eine Bremsstrecke von 2,5 bis 3 m, wobei der
Druckverlust über der Drosselblende 8 bar beträgt.
Das veranschaulichte Richtungsventil kann auch einen
anderen Aufbau haben. Beispielsweise können zwei feder
belastete Rückschlagventile zwischen den beiden Motor
leitungen 4, 5 in Reihe geschaltet sein, je zu einer
Motorleitung hin öffnen und außerdem von der Druckdif
ferenz zwischen den beiden Motorleitungen belastet
sein. Der Anschluß 20 befindet sich dann zwischen den
beiden Rückschlagventilen.
Claims (8)
1. Hydraulische Schaltung für einen Fahrzeugantrieb
mit zwei Hydromotoren, die über eine als Vorlauf
leitung und eine als Rücklaufleitung dienende Mo
torleitung mit einer Pumpenanordnung verbunden und
mittels eines Schaltventils wahlweise in Reihe oder
parallel schaltbar sind, wobei von der Verbindungs
leitung, die im Reihenbetrieb die beiden Hydromoto
ren verbindet, eine Druckkompensationsleitung ab
geht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor
(32) den Rücklaufdruck mißt, daß das Schaltventil
(31) von Reihenbetrieb auf Parallelbetrieb schal
tet, wenn der Rücklaufdruck einen vorgegebenen
Grenzwert überschreitet, und daß die Druckkompensa
tionsleitung (27) zum Ableiten von rücklaufseitiger
Druckflüssigkeit geöffnet ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein
Sperrglied (30), das die Druckkompensationsleitung
(27) im Parallelbetrieb zumindest in Ableitrichtung
sperrt, wenn der Rücklaufdruck kleiner als der vor
gegebene Grenzwert ist, und öffnet, wenn der Rück
laufdruck größer als der vorgegebene Grenzwert ist.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Sperrglied (30) die Druckkompensationslei
tung (27) im Reihenbetrieb öffnet.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Druckkompensationsleitung
(27) die Parallelschaltung eines ersten Ventils
(29), das bei Überdruck in der Verbindungsleitung
(26) in Ableitrichtung öffnet, und eines zweiten
Ventils (28), das bei Kavitation in der Verbin
dungsleitung (26) in Gegenrichtung öffnet, aufweist
und im Normalbetrieb über ein Richtungsventil (17)
mit der rücklaufseitigen Motorleitung (4) verbunden
ist.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Druckkompensationsleitung
(27) über eine Ablaufleitung (23), die eine Dros
selblende (25) aufweist, mit einem Behälter (9)
verbunden ist.
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Drosselblende (25) auswech
selbar ist.
7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Druckkompensationsleitung
(27) über ein Richtungsventil (17) mit der vorlauf
seitigen Motorleitung (5) verbindbar ist, wenn der
Rücklaufdruck den Vorlaufdruck übersteigt.
8. Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Drosselblende
(25) ein Ablaufventil (24) angeordnet ist, das bei
Überschreiten eines vorgegebenen Grenzdrucks öff
net.
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