DE4404829C2 - Hydrostatisch mechanisches Lastschaltgetriebe, insbesondere für mobile Bau- und Arbeitsmaschinen, sowie Verfahren zur Steuerung eines Lastschaltgetriebes - Google Patents
Hydrostatisch mechanisches Lastschaltgetriebe, insbesondere für mobile Bau- und Arbeitsmaschinen, sowie Verfahren zur Steuerung eines LastschaltgetriebesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein hydrostatisch mechanisches Lastschaltgetriebe,
insbesondere für mobile Bau- und Arbeitsmaschinen, gemäß gattungsbilden
dem Teil des ersten Patentanspruches.
Der DE- 39 07 633 C2 ist ein stufenlos regelbarer hydrostatischer Fahran
trieb mit mindestens einem über ein Vorgelege bestimmter Übersetzung fest
mit dem gemeinsamen Ausgang verbundener Konstantmotor sowie mindestens
einem bis in eine Nullstellung rückschwenkbarer Verstellmotor bekannt,
wobei zwischen Verstellmotor und Ausgang eine Schaltkupplung angeordnet
ist. Der Verstellmotor weist eine größere Übersetzung seines Vorgeleges
zum Ausgang auf als der fest mit dem Ausgang verbundene Konstantmotor.
Alternativ dazu können in hydraulischer Parallelschaltung ein erster bis
in Nullstellung und mindestens ein zweiter rückschwenkbarer Motor vorge
sehen werden.
Nach Erreichen der Grenzstellung des Verstellmotors wird dieser mit
schnellem Übergang auf den Verstellwinkel alpha = 0 oder mindestens in
den Bereich der Selbsthemmung geführt und im Verlauf dieses Vorganges
durch eine Schaltkupplung vom Ausgang abgetrennt, wobei gleichzeitig der
Ausschwenkwinkel der Fahrantriebspumpe um den Betrag zurückgenommen wird,
der dem letztlichen Hubvolumen des Verstellmotors entsprach. Der Aus
schwenkwinkel der Fahrantriebspumpe wird nun wieder zunehmend auf den
vollen Ausschwenkwinkel geführt, wobei dann die Endgeschwindigkeit mit
dem noch in Betrieb befindlichen Konstantmotor erreicht wird. Bei Verrin
gerung der Geschwindigkeit werden die vorstehend beschriebenen Schritte
und Vorgänge umgekehrt durchlaufen, wobei ab einem bestimmten Zugkraftbe
darf im unteren Geschwindigkeitsbereich die Schaltkupplung dann wieder
geschlossen und im Verlauf dieses Vorganges der Verstellmotor erneut zum
Einsatz gebracht wird. Der Nachteil dieses St.d.T. liegt im wesentlichen
darin, daß bei zwei Antrieben der eine in der Betriebsphase vollständig
abgekoppelt wird und demzufolge für eine mögliche Leistungserhöhung nicht
mehr eingesetzt werden kann.
Durch die EP 137 406 A1 ist eine Vorrichtung zum regelbaren Antrieb großer
Massen, insbesondere zum Antrieb der Räder von Fahrzeugen mit sehr großer
Nutzlast, zum Antrieb von Werkzeugmaschinen, Fördereinrichtungen oder
dgl., bekannt. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ein zumindest
einstufiges, einer Kraftquelle zugeordnetes Planeten- bzw. Umlaufgetriebe
mit wenigstens zwei Antriebswellen, die jeweils mit einem hydrostatischen
Antriebsmotor verbunden sind, sowie mit einer Einrichtung zur - insbeson
dere stufenlosen - Regelung der Drehzahl zumindest eines der hydrostati
schen Antriebsmotoren, wobei vorzugsweise eine der beiden Antriebswellen
direkt mit dem Sonnenrad des Planeten- bzw. Umlaufgetriebes und die ande
re der Antriebswellen mit dem drehbar gelagerten Hohlradkranz des Plane
ten- bzw. Umlaufgetriebes gekuppelt sind und der Planetenradträger des
Planeten- bzw. Umlaufgetriebes mit einer Antriebswelle antriebsmäßig
gekoppelt ist. Eine der Antriebswellen bzw. ein damit antriebsseitig
gekoppeltes Teil, insbesondere der Hohlradkranz eines Planetengetriebes
ist mittels einer Lamellenbremse stillsetzbar. Die Pumpen sind vorzugs
weise über ihren vollen Schwenkwinkel verstellbar und damit die von die
sen Pumpen gespeisten Motoren in beiden Richtungen antreibbar sowie bei
Nullhub der jeweiligen Pumpe stillsetzbar und durch die Lamellenbremse
sicherbar.
Die EP 137 406 A1 bietet die Möglichkeit, hohe Ausgangsdrehzahlen einzu
stellen, weil durch das Prinzip des Überlagerungsgetriebes die Eingangs
drehzahlen beider Hydromotore mechanisch addiert werden können. Das Dreh
momentenvermögen des Getriebes ist hierbei allerdings maximal so hoch,
wie das kleinere Drehmomentenvermögen der beiden Antriebseinheiten unter
Berücksichtigung der mechanischen Übersetzung zwischen den Antriebswel
len. Dieser Sachverhalt beruht darauf, daß die Motoren sich mechanisch
aufeinander abstützen und das entsprechende Drehmoment auf die Abtriebs
welle geleitet wird, welches unter Berücksichtigung der mechanischen
Übersetzung kleiner sein muß als das Drehmomentenvermögen der beiden
Motoren. Überschreitet das Drehmoment der Abtriebswelle unter Berücksich
tigung der mechanischen Übersetzungen mit welchen die jeweiligen Motore
auf die Abtriebswelle untersetzt sind das Drehmomentenvermögen einer der
beiden Motoren, so wird der entsprechende Motor mechanisch angetrieben.
In diesem Fall spricht man bei Überlagerungsgetrieben von Blindleistung.
Zur Verhinderung dieses rückwärtigen Antreibens durch die Abtriebswelle
bzw. zur Ermöglichung hoher Drehmomente läßt sich die Lamellenbremse
betätigen, so daß der nicht gebremste Motor sich mechanisch auf die Brem
se abstützt und der andere Motor festgesetzt wird. Nachteilig bei diesem
St.d.T. ist festzustellen, daß ein Antrieb in einer Betriebsphase kom
plett stillgelegt wird und deswegen in dieser Betriebsphase für weitere
Antriebsleistungen nicht mehr zur Verfügung steht.
Aus der DE 38 40 572 A1 ist ein hydro-mechanisches Getriebe für ein
Schwerfahrzeug bekannt, mit einer von einer Brennkraftmaschine angetrie
benen Verstellpumpe, einem ersten und einem zweiten Verstellmotor, die
beide von der Verstellpumpe mit Druckflüssigkeit versorgt werden und
mittels Absperrorganen regelbar sind, und einer Umlaufgetriebeeinheit mit
einem zylindrischen Gehäuse, das ein Innenhohlrad und ein Außenhohlrad
enthält, einem auf einer Abtriebswelle angeordneten Zentralrad, auf einem
Planetenträger angeordneten Planetenrädern, die mit dem Innenhohlrad und
dem Zentralrad in Eingriff stehen, und einer Kupplung, die im eingerück
ten Zustand eine Relativbewegung des Gehäuses und des Planetenträgers
verhindert, so daß die Einheit als starre Einheit umläuft. Der erste
Verstellmotor dreht das Gehäuse über ein mit dem Außenhohlrad kämmendes
Ritzel. Der zweite Motor dreht den Planetenträger, so daß drei verschie
dene Drehzahlen verfügbar sind: eine Niedrigdrehzahl, wenn die Umlaufrä
dereinheit als starre Einheit von beiden Motoren gleichzeitig gedreht
wird; eine Mitteldrehzahl, wenn der erste Motor das Gehäuse bei gelöster
Kupplung und stillstehendem zweiten Motor dreht; und eine Hochdrehzahl,
wenn der zweite Motor den Planetenträger dreht und der erste Motor still
steht.
Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, ausgehend von der DE 38 40 572 A1,
ein hydrostatisch mechanisches Lastschaltgetriebe, insbesondere für mobi
le Bau- und Arbeitsmaschinen, wie Radlader, Mobilbagger, Grader, Auto
krane oder dgl., dahingehend weiterzubilden, daß das Wandlungsverhältnis
gegenüber bekannten Lastschaltgetrieben deutlich erhöht wird, so daß auch
mit relativ geringer installierter hydraulischer Antriebsleistung Bau-
und Arbeitsmaschinen auch mit hohem Dienstgewicht betrieben werden kön
nen, wobei nur ein Schaltvorgang erforderlich sein soll.
Dieses Ziel wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentan
spruches erreicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den gegen
ständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
Wie in den gegenständlichen Ansprüchen dargelegt, kann das erfindungsge
mäße hydrostatisch mechanische Lastschaltgetriebe wahlweise mit Hyd
romotore in geschlossenem bzw. offenen und geschlossenen Kreisläufen
betrieben werden.
Das aus einem offenen und einem geschlossenen hydrostatischen Kreislauf
gebildete Antriebskonzept mit einer oder mehreren Pumpen kann beispiels
weise bei kleineren und mittleren Bau- und Arbeitsmaschinen, wie z. B.
einem Radlader mit Dienstgewichten entsprechend der Masse kleiner/gleich
12 t zum Einsatz gelangen. Mindestens zwei geschlossene hydrostatische
Kreisläufe mit zugehörigen Pumpen werden für gewichtsmäßig darüber hin
ausgehende Bau- und Arbeitsmaschinen als zweckmäßig angesehen. Die Aus
wahl ist hierbei auslegungsbedingt und von der Art der Bau- und Arbeits
maschine abhängig.
Bau- und Arbeitsmaschinen unterscheiden sich grundsätzlich in ihrer Be
triebsweise, und zwar im Hinblick auf den dynamischen Fahrzustand. So
weist z. B. ein Radlader einen wesentlich höheren dynamischen Fahrzustand
auf als beispielsweise ein Autokran. Mit den in den Patentansprüchen
dargelegten Merkmalen wird ein auf diesem Gebiet tätiger Fachmann in die
Lage versetzt, sämtlichen Kriterien unterschiedlicher dynamischer Fahrzu
stände gerecht zu werden.
Erfindungsgemäß werden weiterhin alternative Verfahren zur Steuerung
eines hydrostatisch mechanischen Lastschaltgetriebes vorgeschlagen.
Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Verfahren sind den zugehörigen Unter
ansprüchen zu entnehmen.
Somit wird zu Beginn des ersten Fahrbereiches eine Addition der Drehmo
mente der Hydromotore dadurch herbeigeführt, daß beide Eingangswellen des
Lastschaltgetriebes über eine Kupplung und Zahnradpaarung kraft- bzw.
formschlüssig miteinander verbunden sind. Das Hohlrad des Planetengetrie
bes wird hierbei über eine Bremse festgesetzt. Die stufenlose Drehzahler
höhung wird nun dadurch erreicht, daß die Hydropumpen aus- und die
Hydromotore eingeschwenkt werden. Spätestens bei Erreichen der maximalen
Drehzahl wird einer der beiden Hydromotore über eine Kupplung von der
Antriebswelle des anderen Hydromotors entkuppelt und auf die Drehzahl n =
0 U/min gesteuert. Über die weitere Kupplung wird dieser freigeschaltete
Hydromotor kraftschlüssig auf das Hohlrad des Planetengetriebes geschal
tet und anschließend die Bremse gelöst, welche des Hohlrad festgesetzt
hält. Dieser zweite Hydromotor wird anschließend in seiner Drehzahl stu
fenlos erhöht und zwar durch entsprechendes Ausschwenken der Hydropumpe
und Verringerung seines Fördervolumens. Die Drehzahlen beider Hydromotore
werden hierbei entsprechend dem Überlagerungsgetriebeprinzip mechanisch
addiert.
Die Reduzierung der Drehzahl wird dadurch erreicht, daß zunächst die
überlagerte Drehzahl stufenlos reduziert wird, und zwar durch Vergröße
rung des Fördervolumens des zweiten Hydromotors und durch entsprechendes
Einschwenken der zugehörigen Hydropumpe. Ist die Drehzahl n = 0 U/min
dieses zweiten Hydromotors erreicht, wird die Haltebremse des Hohlrades
wieder aktiviert und die Kupplung gelöst, welche den Kraftschluß zwischen
dem zweiten Hydromotor und dem Hohlrad bewirkt. Anschließend wird die
Drehzahl des zweiten Hydromotors erhöht und die Kupplung aktiviert, wel
che die beiden auf den Eingangswellen vorgesehenen Zahnradpaarungen wie
der kraftschlüssig dergestalt miteinander verbindet, daß die Drehmomente
beider Hydromotore wieder addiert werden.
Insbesondere Bau- und Arbeitsmaschinen arbeiten im Bereich einer Zug
kraft-/Geschwindigkeits-Hyperbel, welche in allen Betriebspunkten der
maximal installierten Leistung entspricht, und zwar unter Berücksichti
gung der entsprechenden Wirkungsgrade. Da im unteren Geschwindigkeitsbe
reich das Zugkraftvermögen groß bzw. mit Sicht auf das Getriebe im unte
ren Drehzahlbereich das Drehmomentvermögen hoch sein muß, wird im unteren
Drehzahlbereich die Schaltung zur Addition der Drehmomente betrieben. Mit
steigender Drehzahl bzw. Geschwindigkeit nimmt das zu übertragende Dreh
moment überproportional ab. Bei Erreichen des Drehmomentbereiches, wel
cher dem Drehmomentvermögen des ersten Hydromotors entspricht, kann wahl
weise der zweite Hydromotor auf Umlauf geschaltet werden und die Erhöhung
der Drehzahl mit dem ersten Hydromotor erfolgen oder es können beide
Motoren gemeinsam beschleunigen. Diese Entscheidung kann im Hinblick auf
eine Optimierung des Gesamtwirkungsgrades getroffen werden, z. B. ausge
hend davon, daß bei zwei treibenden Motoren der Betriebsdruck der einzel
nen Motoren reduziert wird, relativ zu nur einem treibenden Motor, oder
der Schwenkwinkel der Motoren groß gewählt werden kann, um den Wirkungs
grad so zu optimieren. Wird die Grenzdrehzahl eines oder beider Hyd
romotore erreicht, so wird zur Erhöhung der Drehzahl die Umschaltung auf
die Addition der Drehzahlen durchgeführt.
Bei dem erfindungsgemäßen Lastschaltgetriebe können die hydrostatischen
Motore im geschlossenen und/oder im offenen hydraulischen Kreislauf be
trieben werden, wobei in letzterem bevorzugtem Fall die für die Arbeits
hydraulik der Bau- und Arbeitsmaschine zum Einsatz gelangende Arbeitspum
pe, vorzugsweise den umschaltbaren Hydraulikmotor mit Druckmedium (Hy
drauliköl) beaufschlagt. Diese Maßnahme bietet gegenüber dem geschlosse
nen Kreislauf den Vorteil, daß eine ohnehin vorhandene und nicht ständig
im Einsatz befindliche Pumpe verwendet wird und somit keine zusätzliche,
nur für diesen Zweck vorgesehene Pumpe, in den Kreislauf integriert wer
den muß. Der umschaltbare Hydraulikmotor wird einem weiteren Gedanken der
Erfindung gemäß als Konstantmotor ausgebildet.
Bei Verwendung der für die Arbeitshydraulik der Bau- und Arbeitsmaschine
zum Einsatz gelangenden Arbeitspumpe zur Ansteuerung des Hydraulikmotors
kann der für die Arbeitshydraulik ohnehin ebenfalls vorhandene, aus meh
reren Einzelventilen gebildete Steuerblock in einfacher Weise um eine
weitere Funktionseinheit erweitert werden.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung
dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Prinzipskizze des erfindungsgemäßen hydrostatisch mechani
schen Lastschaltgetriebes in einem ersten Fahrbereich ge
ringerer Geschwindigkeit,
Fig. 2 Prinzipskizze des erfindungsgemäßen hydrostatisch mechani
schen Lastschaltgetriebes in einem zweiten Fahrbereich
höherer Geschwindigkeit,
Fig. 3 Leistungshyperbel für das erfindungsgemäße Lastschaltge
triebe gemäß den Fig. 1 und 2.
Fig. 1 zeigt eine mögliche Variante des erfindungsgemäßen Lastschaltge
triebes 1, wie es beispielsweise in einem Radlader mit einem Dienstge
wicht entsprechend einer Masse von m = 7,5 t eingesetzt werden könnte,
das im wesentlichen aus folgenden Komponenten besteht:
zwei Hydromotore 2, 3, von denen der eine Hydromotor 2 als Verstellmotor und der andere Hydromotor 3 als Konstantmotor ausgebildet ist, einer ersten mit der Antriebswelle 4 des Hydromotors 2 verbundenen Zahnradpaa rung 5, 6, einer zweiten mit der Antriebswelle 7 des Hydromotors 3 verbun denen Zahnradpaarung 8, 9 sowie einem diesen nachgeschalteten Planetenge triebe 10. Über einen Dieselmotor 11 wird einerseits eine Fahrpumpe 12 und andererseits eine für die hier nicht weiter dargestellte Baumaschine zum Einsatz gelangende Arbeitspumpe 13 angetrieben. Die Fahrpumpe 12 betreibt den Verstellmotor 2 in geschlossenem Kreislauf 14, während die Arbeitspumpe 13 den Konstantmotor 3 Über den Steuerblock 15 in einem offenen hydraulischen Kreislauf 16 mit Hydrauliköl versorgt.
zwei Hydromotore 2, 3, von denen der eine Hydromotor 2 als Verstellmotor und der andere Hydromotor 3 als Konstantmotor ausgebildet ist, einer ersten mit der Antriebswelle 4 des Hydromotors 2 verbundenen Zahnradpaa rung 5, 6, einer zweiten mit der Antriebswelle 7 des Hydromotors 3 verbun denen Zahnradpaarung 8, 9 sowie einem diesen nachgeschalteten Planetenge triebe 10. Über einen Dieselmotor 11 wird einerseits eine Fahrpumpe 12 und andererseits eine für die hier nicht weiter dargestellte Baumaschine zum Einsatz gelangende Arbeitspumpe 13 angetrieben. Die Fahrpumpe 12 betreibt den Verstellmotor 2 in geschlossenem Kreislauf 14, während die Arbeitspumpe 13 den Konstantmotor 3 Über den Steuerblock 15 in einem offenen hydraulischen Kreislauf 16 mit Hydrauliköl versorgt.
Alternativ ist natürlich auch denkbar, anstelle der Arbeitspumpe 13 eine
weitere Fahrpumpe 12 vorzusehen, die dann ebenfalls den ihr zugeordneten
Hydromotor 3 in geschlossenem Kreislauf betreiben könnte. Die Auswahl von
Pumpen und Hydromotore sollte in jedem Fall vom speziellen Anwendungsfall
abhängig gemacht werden.
Die Zahnradpaarungen 5/6 und 8/9 sind über eine vorzugsweise hydraulisch
betätigbare Kupplung 17 miteinander verbunden. Im Bereich der Antriebs
welle 7 ist in diesem Beispiel hinter dem Zahnrad 9 eine weitere, eben
falls hydraulisch betätigbare Kupplung 18 vorgesehen, während die An
triebswelle 7 durch ein weiteres Zahnrad 19 abgeschlossen wird. Zwischen
der Kupplung 18 und dem Zahnrad 19 ist eine Lamellenbremse 20 angeordnet.
Das in Fig. 1 dargestellte Lastschaltgetriebe soll den Fahrbereich I des
Radladers widerspiegeln. Der Leistungsfluß in diesem Fahrbereich ist
durch die eingefügten Pfeile erkennbar. Der Hydromotor 2 treibt hierbei
über seine Antriebswelle 4 unmittelbar das Sonnenrad 23 des Planetenge
triebes 10 an. Über die Planeten 24 wird das Drehmoment des Hydromotors 2
auf den Steg 25 des Planetengetriebes 10 und somit auf die damit verbun
dene, in diesem Beispiel einzige Abtriebswelle 21 übertragen. Der Hyd
romotor 3 treibt über seine Antriebswelle 7, die Zahnradpaarung 8/9 und
über die in diesem Zustand geschlossene, d. h. aktivierte Kupplung 17 die
auf die Antriebswelle 4 des Hydromotors 2 einwirkende Zahnradpaarung 5/6.
In Abhängigkeit vorgegebener auslegungsbedingter Parameter der Hyd
romotore 2, 3 ist zwischen den Antriebswellen 4 und 7 ein entsprechendes
Untersetzungsverhältnis gegeben. Die Drehmomente der beiden Hydromotore
2, 3 werden somit im Bereich der Antriebswelle 4 addiert und wie darge
stellt auf die Abtriebswelle 21 des Planetengetriebes 10 übertragen. Das
Hohlrad 22 ist hierbei über die Bremse 20 festgesetzt und die Kupplung 18
ist entkuppelt, d. h. sie ist inaktiv.
Fig. 2 zeigt das gleiche Lastschaltgetriebe 1, wie es in Fig. 1 darge
stellt ist, so daß gleiche Bezugszeichen gelten. Hier soll jetzt der
Fahrbereich II des Radladers erläutert werden. Analog zu Fig. 1 ist auch
in Fig. 2 der Leistungsfluß für diesen Fahrbereich mit Pfeilen markiert.
Die Drehzahl des Hydromotors 2 wird von der Antriebswelle 4 unmittelbar
über das Sonnenrad 23 und die Planeten 24 auf den Steg 25 und somit auf
die Abtriebswelle 21 übertragen. Die Drehzahl des Hydromotors 3 wird - da
die Kupplung 17 nun inaktiv, d. h. entkuppelt, die Kupplung 18 aktiv, d. h.
eingekuppelt und die Bremse 20 gelöst ist - über das Zahnrad 19 auf das
Hohlrad 22 übertragen und somit der Drehzahl des Hydromotors 2 überla
gert. Über die Planeten 24 wird die Drehzahl auf den Steg 25 und somit
auf die Abtriebswelle 21 übertragen.
Es wird somit ein Lastschaltgetriebe 1 vorgeschlagen, welches in diesem
Beispiel in seiner ersten Geschwindigkeitsphase (Fahrbereich I) von bei
den Hydromotoren 2, 3 angetrieben wird, wobei die von den Hydromotoren 2, 3
abgegebenen Drehmomente durch die Zahnradpaarungen 5/6 sowie 8/9 über die
Kupplung 17 zu einem Gesamtdrehmoment addiert werden. Das Gesamtdrehmo
ment wird über das Planetengetriebe 10 auf die Ausgangswelle 21 des Last
schaltgetriebes 1 geleitet. Die Übersetzungen der Zahnradpaarungen 5/6
bzw. 8/9 werden vorzugsweise dergestalt gewählt, daß beide Hydromotore
2, 3 bezüglich ihrer Maximaldrehzahl bis zur Endphase des ersten Geschwin
digkeitsbereiches voll ausgenutzt werden können, so daß deren Leistungs
vermögen auch in der ersten Geschwindigkeitsphase im Gegensatz zum
St.d.T. ausgenutzt wird. In der zweiten Geschwindigkeitsphase (Fahrbe
reich II) wird der Hydromotor 3 abweichend vom St.d.T. nicht abgeschaltet
sondern umgeschaltet, indem die Kupplung 17 gelöst, die Kupplung 18 akti
viert und die Bremse 20 anschließend gelöst wird. In dieser Phase wirkt
das System als Überlagerungsgetriebe. Die vom Hydromotor 3 eingeleitete
Drehzahl wird über das Zahnrad 19 auf das Hohlrad 22 des Planetengetrie
bes 10 geleitet und der eingeleiteten Drehzahl des Hydromotors 2 überla
gert bzw. mechanisch aufaddiert, wodurch sich eine hohe Ausgangsdrehzahl
und demzufolge eine hohe Geschwindigkeit im Fahrbereich II ergibt. Der
Vorteil gegenüber dem St.d.T. ist darin zu sehen, daß der Hydromotor 3 in
der ersten Geschwindigkeitsphase nicht abgeschaltet und nutzlos ist son
dern in beiden Fahrbereichen I und II antreibt und zwar im Fahrbereich I
mit seinem Drehmoment das Gesamtdrehmoment erhöht bzw. die Zugkraft des
nicht weiter dargestellten Fahrzeuges steigert und im Fahrbereich II mit
seiner Drehzahl die Gesamtdrehzahl bzw. die Geschwindigkeit des Fahrzeu
ges steigert.
Im folgenden wird ausgehend von den Fig. 1 und 2 eine Schaltstrategie
zum erfindungsgemäßen Lastschaltgetriebe 1 wiedergegeben:
Ausgangszustand: die Fahrpumpe 12 ist eingeschwenkt; die Hydromotore
2 und 3 sind voll ausgeschwenkt; der Hydromotor 3 ist über den Steu
erblock 15 auf Umlauf geschaltet; die Kupplung 17 und die Bremse 20
sind aktiviert; die Kupplung 18 ist gelöst.
- - die Fahrpumpe 12 wird stetig ausgelenkt und der Hydromotor 2 be schleunigt. Ist hierbei sein Druck größer als 70% und die Ge schwindigkeit der Bau- und Arbeitsmaschine kleiner als 20% der Maximalgeschwindigkeit, wird über den Steuerblock 15 der Hyd romotor 3 zugeschaltet,
- - die Drehmomente der Hydromotoren 2 und 3 werden über die Kupplung 17 addiert,
- - es wird solange mit beiden Hydromotoren 2, 3 gleichzeitig be schleunigt, bis ca. 20% der maximalen Geschwindigkeit erreicht werden (entspricht einem Zugkraftvermögen kleiner 50%),
- - der Hydromotor 3 wird über den Steuerblock 15 auf Umlauf geschal tet (der Hydromotor 2 kann das maximale Zugkraftvermögen nunmehr allein übertragen),
- - bei weiterer Geschwindigkeitszunahme wird die Kupplung 17 geöff net und im Anschluß daran die Kupplung 18 aktiviert,
- - vor Erreichen der Maximaldrehzahl des Hydromotors 2 wird der Hydromotor 3 über den Steuerblock 15 mit Druck beaufschlagt,
- - bei Erreichen der Maximaldrehzahl des Hydromotors 2 wird die Bremse 20 gelöst und das Hohlrad 22 über den Hydromotor 3 solange weiter beschleunigt, bis die maximale Ausgangsdrehzahl des Plane tengetriebes 10 (Überlagerungsgetriebe) erreicht ist.
- - die Drehzahl des Hydromotors 3 wird über den Steuerblock 15 bis auf Null reduziert,
- - die Bremse 20 wird aktiviert,
- - der Hydromotor 3 wird über den Steuerblock 15 auf Umlauf geschal tet,
- - die Kupplung 18 wird geöffnet und im Anschluß daran die Kupplung 17 aktiviert,
- - der Hydromotor 2 wirkt allein auf die Abtriebswelle 21,
- - bei Erreichen einer Geschwindigkeit kleiner als 20% wird der Hydromotor 3 über den Steuerblock 15 auf Druck geschaltet, wenn gleichzeitig der Druck am Hydromotor 2 größer als 70% ist, d. h. wenn der Zugkraftbedarf größer als 50% ist.
In Fig. 3 ist die Leistungshyperbel 26 des Lastschaltgetriebes 1 gemäß
den Fig. 1 und 2 dargestellt. Auf der Abszisse ist die Geschwindigkeit
v in km/h und auf der Ordinate die Zugkraft F in kN angegeben. Erkennbar
ist, daß der Zugkraftbedarf bei niedriger Geschwindigkeit hoch ist und
sich bei höherer Geschwindigkeit stark verringert, da mit steigender
Drehzahl bzw. Geschwindigkeit das zu übertragende Drehmoment überpropor
tional abnimmt. Das Schaltbild geht aus von einer Fahrleistung des
Radladers von etwa P = 42 kW, wobei die maximale Zugkraft F = 60 kN und
die maximale Fahrgeschwindigkeit v = 40 km/h betragen sollen. Dargestellt
sind zwei Geschwindigkeitsbereiche (Fahrbereiche I und II), wobei Fahrbe
reich I kleiner 20 km/h ist und Fahrbereich II zwischen v = 20 km/h und
v = 40 km/h liegt. Der Schaltbereich S liegt hierbei zwischen v = 5 km/h
und v = 20 km/h, so daß ein großer Geschwindigkeitsbereich für die
Schaltphase vorhanden ist und Beschädigungen an Hydraulikmotore und/oder
Pumpen somit sicher vermieden werden können. Es ist erkennbar, daß der
Zugkraftbedarf bereits bei einer Geschwindigkeit von v = 5 km/h auf etwa
die Hälfte seines Anfahrwertes abgesunken ist, wobei ein verhältnismäßig
großer Schaltbereich verbleibt, um den eigentlichen Umschaltvorgang des
Hydromotors 3 und somit die Geschwindigkeitserhöhung bis hin zur Endge
schwindigkeit im zweiten Fahrbereich herbeizuführen.
Claims (25)
1. Hydrostatisch mechanisches Lastschaltgetriebe, insbesondere für mobile Bau- und Ar
beitsmaschinen, mit mindestens zwei über mindestens eine Pumpe (12, 13) antreibbare,
eingangswellenseitig jeweils mit mindestens einer Zahnradpaarung (5/6, 8/9) in Wirk
verbindung stehende Hydromotore (2, 3), die für einen ersten Fahrbereich der Bau- und
Arbeitsmaschine zur Addition der Drehmomente beider Hydromotore (2, 3) über eine
Kupplung (17) miteinander verbunden sind, und mindestens einem mindestens eine Ab
triebswelle (21) des Lastschaltgetriebes beinhaltenden Planetengetriebe (10), dessen
Hohlrad (22) über mindestens eine Bremse (20) festsetzbar ist, wobei für einen sich an
den ersten Fahrbereich anschließenden weiteren Fahrbereich zumindest einer der Hy
dromotore (3) über die Kupplung (17) von der Antriebswelle (4) des anderen Hydromo
tors (2) entkuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Antriebswelle (4) des
anderen Hydromotors (2) entkuppelte Hydromotor (3) über eine weitere Kupplung (18) im
Bereich seiner Antriebswelle (7) zur mechanischen Addition der Drehzahlen beider Hy
dromotore (2, 3) entsprechend dem Überlagerungsprinzip kraftschlüssig auf das Hohlrad
(22) des Planetengetriebes (10) kuppelbar ist.
2. Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im zeitlichen Verlauf
der Zuschaltung der Kupplung (18) des Hydromotors (3) die Bremse (20) lösbar ist.
3. Lastschaltgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bremse (20) als insbesondere nasse Lamellenbremse ausgebildet ist.
4. Lastschaltgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein auf der An
triebswelle (7) des umschaltbaren Hydromotors (3) angeordnetes, mit dem Hohlrad (22)
des Planetengetriebes (10) in Eingriff stehendes Zahnrad (19).
5. Lastschaltgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hy
dromotore (2, 3) jeweils durch einen geschlossenen hydrostatischen Kreislauf mit Druck
medium beaufschlagbar sind.
6. Lastschaltgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen gemein
samen hydrostatischen Kreislauf für die Hydromotore (2, 3).
7. Lastschaltgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine
Hydromotor (2) durch einen geschlossenen (14) und der andere Hydromotor (3) durch
einen offenen hydrostatischen Kreislauf (16) mit Druckmedium beaufschlagbar ist.
8. Lastschaltgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Arbeitshy
draulik der Bau- und Arbeitsmaschine zum Einsatz gelangende Arbeitspumpe (13) den
Hydromotor (3) mit Druckmedium versorgt.
9. Lastschaltgetriebe nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hy
dromotor (3) ein Konstantmotor ist.
10. Lastschaltgetriebe nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hy
dromotor (2) ein Verstellmotor ist.
11. Lastschaltgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydromotore
(2, 3) als Verstellmotore ausgebildet sind.
12. Lastschaltgetriebe nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der aus
mehreren Einzelventilen gebildete für die Arbeitshydraulik vorgesehene Steuerblock (15)
bei Bedarf um eine Funktionseinheit erweitert wird, die den Konstantmotor (3) stufenlos
ansteuert.
13. Lastschaltgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bremse (20) hydraulisch betätigbar ist.
14. Lastschaltgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kupplungen (17, 18) hydraulisch betätigbar sind.
15. Lastschaltgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei Hydromotore (2, 3) gleicher Grenzdrehzahl das Übersetzungsverhältnis
ihrer beiden Antriebswellen (4, 7) i = 1 ist.
16. Lastschaltgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei höherer Grenzdrehzahl des einen (2 bzw. 3) gegenüber dem anderen
Hydromotor (3 bzw. 2) das Übersetzungsverhältnis ihrer Antriebswellen (4, 7) so gewählt
ist, daß beide Hydromotore (2, 3) gleichzeitig ihre Grenzdrehzahl erreichen.
17. Lastschaltgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Übersetzung zwischen der Antriebswelle (7) des umschaltbaren Hy
dromotors (3) und der Antriebswelle (4) des nicht umschaltbaren Hydromotors (2) so ge
wählt ist, daß der Hydromotor (3) seine Grenzdrehzahl vor dem Hydromotor (2) erreicht.
18. Lastschaltgetriebe nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß
das Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebswelle (7) des umschaltbaren Hydromo
tors (3) und der Abtriebswelle (21) des Planetengetriebes (10) kleiner ist, als die Ge
samtübersetzung der Antriebswelle (4) des nicht umschaltbaren Hydromotors (2) zur Ab
triebswelle (21) des Planetengetriebes (10).
19. Verfahren zur Steuerung eines hydrostatisch mechanischen Lastschaltgetriebes mit min
destens zwei über mindestens eine Pumpe (12, 13) antreibbare, eingangswellenseitig je
weils mit mindestens einer Zahnradpaarung (5/6, 8/9) in Wirkverbindung stehende Hy
dromotore (2, 3), die über eine Kupplung (17) miteinander verbunden sind und minde
stens einem, mindestens eine Abtriebswelle (21) beinhaltenden Planetengetriebe (10),
dessen Hohlrad (22) über mindestens eine Bremse (20) festsetzbar ist, gekennzeichnet
durch die Kombination folgender Merkmale:
- - im Stillstand der Bau- und Arbeitsmaschine werden bei Verwendung zweier Pum pen (12, 13) die Pumpen (12, 13) ein- und die Hydromotore (2, 3) voll ausge schwenkt, wobei einer der Hydromotore (3) hydraulisch auf Umlauf geschaltet ist; die die Zahnradpaarungen (5/6, 8/9) verbindende Kupplung (17) und die Bremse (20) sind aktiviert, während die andere Kupplung (18) inaktiv ist,
- - zum Anfahren der Bau- und Arbeitsmaschine in einem ersten Fahrbereich wird zumindest eine der Pumpen (12, 13) stetig ausgelenkt und der zugehörige Hydro motor (2, 3) beschleunigt, wobei in Abhängigkeit vorgegebener Parameter und Be schleunigung mit nur einem Hydromotor (2) der andere Hydromotor (3) über die zugehörige Pumpe (13) zugeschaltet wird,
- - bei einem Fahrbetrieb mit beiden Hydromotore (2, 3) werden die Drehmomente der Hydromotore (2, 3) über die miteinander gekuppelten Zahnradpaarungen (5/6, 8/9) addiert,
- - die Bau- und Arbeitsmaschine wird solange mit beiden Hydromotore (2, 3) be schleunigt, bis entweder
- - das notwendige Antriebsdrehmoment nur von beiden Hydromotore (2, 3) gemeinsam aufgebracht werden kann,
- - eine vorgebbare anteilige Maximalgeschwindigkeit erreicht ist, oder
- - durch entsprechendes Verschwenken der Hydromotore (2, 3) und/oder der Pumpen (12, 13) eine Optimierung des Wirkungsgrades herbeigeführt wer den kann, oder
- - der umschaltbare Hydromotor (3) wird mit dem Erreichen entweder
- - der vorgebbaren anteiligen Maximalgeschwindigkeit, oder
- - des Endes der Wirkungsgradoptimierung, oder
- - der Geschwindigkeitsphase, bei welcher ein Hydromotor (2 oder 3) das ma ximal erforderliche Drehmoment aufbringen kann auf Umlauf geschaltet
- - die aktivierte Kupplung (17) wird desaktiviert und die nicht aktive Kupplung (18) aktiviert, wobei der auf Umlauf geschaltete Hydromotor (3) für einen weiteren Fahrbereich mit dem Hohlrad (22) des Planetengetriebes (10) gekuppelt wird,
- - die Bremse (20) wird gelöst und der Hydromotor (3) wird über die zugehörige Pumpe (13) und den Steuerblock (15) solange beschleunigt, bis durch Addition der Drehzahlen der Bereich der maximalen Abtriebsdrehzahl des nunmehr als Überla gerungsgetriebe arbeitenden Planetengetriebes (10) erreicht ist,
- - zum Abbremsen der Bau- und Arbeitsmaschine, d. h. zum Umschalten des zweiten in den ersten Fahrbereich, werden die einzelnen vorstehend beschriebenen Schritte und Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen.
20. Verfahren zur Steuerung eines hydrostatisch mechanischen Lastschaltgetriebes mit min
destens zwei über mindestens eine Pumpe (12, 13) antreibbare, eingangswellenseitig je
weils mit mindestens einer Zahnradpaarung (5/6, 8/9) in Wirkverbindung stehende Hy
dromotore (2, 3), die über eine Kupplung (17) miteinander verbunden sind und minde
stens einem, mindestens eine Abtriebswelle (21) beinhaltenden Planetengetriebe (10),
dessen Hohlrad (22) über mindestens eine Bremse (20) festsetzbar ist, gekennzeichnet
durch die Kombination folgender Merkmale:
- - im Stillstand der Bau- und Arbeitsmaschine werden bei Verwendung zweier Pum pen (12, 13) die Pumpen (12, 13) ein- und die Hydromotore (2, 3) voll ausge schwenkt; die die Zahnradpaarungen (5/6, 8/9) verbindende Kupplung (17) und die Bremse (20) sind aktiviert, während die andere Kupplung (18) inaktiv ist,
- - zum Anfahren der Bau- und Arbeitsmaschine in einem ersten Fahrbereich wird zumindest eine der Pumpen (12, 13) stetig ausgelenkt und der zugehörige Hydro motor (2, 3) beschleunigt, wobei in Abhängigkeit vorgegebener Parameter und Be schleunigung mit nur einem Hydromotor (2) der andere Hydromotor (3) über die zugehörige Pumpe (13) zugeschaltet wird,
- - bei einem Fahrbetrieb mit beiden Hydromotore (2, 3) werden die Drehmomente der Hydromotore (2, 3) über die miteinander gekuppelten Zahnradpaarungen (5/6, 8/9) addiert,
- - die Bau- und Arbeitsmaschine wird solange mit beiden Hydromotore (2, 3) be schleunigt, bis entweder
- - das notwendige Antriebsdrehmoment nur von beiden Hydromotore (2, 3) gemeinsam aufgebracht werden kann,
- - eine vorgebbare anteilige Maximalgeschwindigkeit erreicht ist, oder
- - durch entsprechendes Verschwenken der Hydromotore (2, 3) und/oder der Pumpen (12, 13) eine Optimierung des Wirkungsgrades herbeigeführt wer den kann, oder
- - der umschaltbare Hydromotor (3) wird mit dem Erreichen entweder
- - der vorgebbaren anteiligen Maximalgeschwindigkeit, oder
- - des Endes der Wirkungsgradoptimierung, oder
- - der Geschwindigkeitsphase, bei welcher ein Hydromotor (2 oder 3) das ma ximal erforderliche Drehmoment aufbringen kann auf Umlauf geschaltet
- - die aktivierte Kupplung (17) wird desaktiviert und die nicht aktive Kupplung (18) aktiviert, wobei der auf Umlauf geschaltete Hydromotor (3) für einen weiteren Fahrbereich mit dem Hohlrad (22) des Planetengetriebes (10) gekuppelt wird,
- - die Bremse (20) wird gelöst und der Hydromotor (3) wird über die zugehörige Pumpe (13) solange beschleunigt, bis durch Addition der Drehzahlen der Bereich der maximalen Abtriebsdrehzahl des nunmehr als Überlagerungsgetriebe arbei tenden Planetengetriebes (10) erreicht ist,
- - zum Abbremsen der Bau- und Arbeitsmaschine, d. h. zum Umschalten des zweiten in den ersten Fahrbereich, werden die einzelnen vorstehend beschriebenen Schritte und Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeich
net, daß die Geschwindigkeit der Bau- und Arbeitsmaschine in einem Bereich geringen
Zugkraftbedarfes mit lediglich einem Hydromotor (2) aufgebracht wird.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet,
daß die Geschwindigkeit der Bau- und Arbeitsmaschine in einem Bereich geringerer
Fahrantriebsleistung des Antriebsmotors (11) mit lediglich einem Hydromotor (2) aufge
bracht wird.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet,
daß der umschaltbare Hydromotor (3) vor Erreichen der Maximaldrehzahl des verblei
benden Hydromotors (2) und vor dem Lösen der Bremse (20) sowie nach dem Aktivieren
der Kupplung (18) mit Druck beaufschlagt wird.
24. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Phase des Abbremsens der Bau- und Arbeitsmaschine die im offenen Kreis
lauf betriebenen Hydromotore (2, 3) so geschaltet werden, daß die Bremsenergie in min
destens einen nachgeschalteten Hydrospeicher eingebracht wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherte Energie
dem Fahrantrieb und/oder den Betätigungseinrichtungen der Arbeitswerkzeuge der Bau-
und Arbeitsmaschine zur Verfügung gestellt wird.
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