DE9204246U1 - Fahrantrieb für Baumaschinen oder Baufahrzeuge - Google Patents
Fahrantrieb für Baumaschinen oder BaufahrzeugeInfo
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Description
Die Neuerung betrifft einen Fahrantrieb für Baumaschinen oder Fahrzeuge
mit hydrostatischem Zusatzantrieb für eine oder mehrere Achsen und insbesondere für Grader nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Neben Baumaschinen können beispielsweise auch Landmaschinen, Zugmaschinen,
deren Anhänger für niedrige Geschwindigkeiten einen Antrieb aufweisen, Militärfahrzeuge und dgl. zweckmäßigerweise mit einem solchen hydrostatischen
Zusatzantrieb ausgerüstet sein.
Die der Neuerung zugrunde liegende Problematik wird im folgenden zur
besseren Verständlichkeit am Beispiel eines Graders erläutert. Sie ist
jedoch auf andere Baumaschinen und Fahrzeuge übertragbar, die gleichermaßen wie ein Grader über einen Hauptantriebsstrang ständig angetriebene
Treibräder sowie einen zuschaltbaren Zusatzantrieb für weitere Räder, also beispielsweise die Vorderräder aufweisen.
Bei einem Fahrantrieb der gattungsgemäßen Art besteht in erster Linie die
grundsätzliche Forderung, daß die zusätzlich angetriebenen Räder mit den Haupttreibrädern gleichlaufen, also sich bei gleicher Radgröße mit gleicher
Drehzahl drehen. Zur Erzielung eines solchen Gleichlaufs ist es aus der DE 29 21 698 ZZ bzw. der DE 29 21 756 C2 bekannt, über Sensoren sowohl
die Drehzahl der zusätzlich angetriebenen Räder, als auch eine der Drehzahl der Haupttreibräder entsprechende Drehzahl eines rotierenden
Teils des Hauptantriebsstranges zu erfassen. Diese Drehzahlen werden als Steuergrößen einer elektronischen Steuereinrichtung zugeführt, die entsprechend
einem Vergleich der beiden Drehzahlen eine in ihrem Fördervolumen pro Umdrehung verstellbare Stellpumpe so steuert, daß die Drehzahl
der zusätzlich angetriebenen Räder der der Hauptantriebsräder nachgeführt wird, um so den geforderten Gleichlauf zu erzielen.
Diese bekannte Art der Steuerung der Drehzahl der zusätzlich angetriebenen
Räder weist verschiedene Nachteile auf. So liegen im angesprochenen Fall eines Graders die zusätzlich angetriebenen Vorderräder offen, so daß
die dort anzuordnenden empfindlichen Sensoren zur Drehzahlerfassung des
Rades einer starken Verschmutzung ausgesetzt sind und sehr leicht beschädigt werden können. Als Ausweg bietet sich hier nur eine aufwendige
Kapselung an. Weiterhin werden bei Gradern als Hydraulikmotoren für den
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Zusatzantrieb der Vorderräder neben Axial- auch Radi al kolbenmotoren verwendet,
bei denen es sich um sogenannte Langsamläufer handelt. Bei solchen Motoren drehen sich die rotierenden Teile entsprechend der Drehzahl
des davon angetriebenen Rades. Dies bedeutet, daß im Langsamfahrbetrieb von den Drehzahl sensoren, bei denen es sich in der Regel um Induktivgeber
handelt, lediglich niederfrequente Signale erzeugt werden, die eine genaue Gleichlaufregelung nur sehr schwer ermöglichen. Darüber hinaus müssen
zur Verkabelung der Drehzahl sensoren an den Vorderrädern eines Graders lange Leitungswege in Kauf genommen werden.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrantrieb der gattungsgemäßen
Art derart weiterzubilden, daß sich eine direkte Drehzahlerfassung
der zusätzlich angetriebenen Räder mit Hilfe eines entsprechenden Drehzahlsensors
erübrigt und somit die vorstehend erörterten Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Schutzanspruches
1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Neuerung geht dabei von folgender Erkenntnis aus: Unter der Forderung, daß sich die Haupttreibräder und die zusätzlich
angetriebenen Räder mit gleicher Drehzahl drehen, ist der zum Antrieb der Hydraulikmotoren des Zusatzantriebes notwendige Förderstrom an Hydraulikflüssigkeit
direkt abhängig von der Drehzahl der Haupttreibräder und vom Schluckvolumen der Hydraulikmotoren pro Umdrehung. Dieser Förderstrom muß
von der Stellpumpe des Zusatzantriebes bereitgestellt werden und ist
wiederum direkt abhängig von der Drehzahl des die Pumpe treibenden Antriebsmotors
und dem Fördervolumen pro Umdrehung der Pumpe. Aufgrund dieser gegenseitigen Abhängigkeit ist es möglich, die Drehzahl der Hydraulikmotoren
durch eine von der Steuereinrichtung gesteuerte Einstellung des Pumpenfördervolumens pro Pumpenumdrehung in Abhängigkeit des Verhältnisses
der Drehzahl der Haupttreibräder zu der Drehzahl des Antriebsmotors einzustellen, wie dies im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 u.a.
angegeben ist. Es genügt also, die elektronische Steuereinrichtung eingangsseitig
mit je einem geeigneten Sensor zur Erfassung der Drehzahl der Hauptantriebsräder bzw. des Antriebsmotors auszurüsten. Ausgangsseitig
ist die Steuereinrichtung mit einem Stellglied an der Stellpumpe verbun-
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den, um deren Fördervolumen pro Umdrehung entsprechend einer aus den
Drehzahl-Eingangsgrößen abgeleiteten Stellgröße einzustellen.
Vorteilhafterweise kann also auf die unmittelbare Erfassung der Drehzahl
der zusätzlich angetriebenen Räder verzichtet werden, da diese unmittelbar vom Wert des Pumpenfördervolumens pro Pumpenumdrehung und der Drehzahl
der Pumpe und damit der Drehzahl des die Pumpe treibenden Motors abhängt. Die Drehzahl der Haupttreibräder bzw. des Antriebsmotors kann
dabei über Sensoren erfaßt werden, die üblicherweise am Antriebsmotor bzw. im Hauptantriebsstrang vorgesehen sind, also beispielsweise Induktivgeber,
die die Drehzahl des Schwungrades des Antriebsmotors zur Ansteuerung eines Drehzahlmessers bzw. die eines Getriebezahnrades, das zu den
Haupttreibrädern ein festes Übersetzungsverhältnis aufweist, erfassen. Letzterer Induktivgeber wird beispielsweise zur Ansteuerung des Fahrzeugtachometers
verwendet.
Besonders einfach ist das Pumpenfördervolumen pro Pumpenumdrehung einzustellen,
wenn - wie in Anspruch 2 als bekannt vorausgesetzt ist - als Stellpumpe eine Axialkolbenpumpe mit in ihrem Schwenkwinkel hydraulisch
verstellbarer Schwenkwiege verwendet wird, da hierbei das Fördervolumen
pro Pumpenumdrehung proportional zum Tangens des Schwenkwinkels der Schwenkwiege ist.
Dadurch ist es möglich, den Schwenkwinkel der Schwenkwiege mit der im
kennzeichnenden Teil des 2. Schutzanspruches angegebenen Beziehung zu berechnen, wobei in die Beziehung einerseits die beiden zu messenden
Steuergrößen, nämlich die Drehzahl eines von Sensor erfaßten Rotationsteils im Hauptantriebsstrang als Maß für die Drehzahl der Haupttreibräder
und die Drehzahl des Antriebsmotors und andererseits die von der Auslegung der gesamten Fahrantriebsvorrichtung abhängigen konstruktiven Kenngrößen
eingehen, nämlich das Schluckvolumen der für den Zusatzantrieb sorgenden Hydraulikmotoren pro Motorumdrehung, der maximale Schwenkwinkel
der Schwenkwiege, das maximale Fördervolumen der Axialkolbenpumpe pro
Pumpenumdrehung, ein konstantes Übersetzungsverhältnis eines ggf. zwischen Antriebsmotor und Axialkolbenpumpe zwischengeschalteten Übersetzungsgetriebes
so wie das konstante Übersetzungsverhältnis zwischen dem vom Sensor erfaßten Rotationsteil im Hauptantriebsstrang und den vom
Hauptantriebsstrang angetriebenen Rädern. Aus der Berechnung des Schwenk-
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winkeis nach dieser Beziehung kann ein Steuersignal erzeugt werden, das
über den Steuerausgang der Steuereinrichtung dem Stellorgan für den Schwenkwinkel der Axialkolbenpumpe zuführbar ist.
Im Zusammenhang mit der mittelbaren Erfassung der Drehzahl der Haupttreibräder
durch die Abtastung eines Rotationsteils im Hauptantriebsstrang, also beispielsweise eines Zahnrades im Lastschaltgetriebe, dessen Drehzahl
in einem festen Übersetzungsverhältnis zur Drehzahl des zugehörigen Haupttreibrades steht, ergibt sich der Vorteil, daß das von dem sich in
der Regel schneller drehenden Rotationsteil im Hauptantriebsstrang abgeleitete Meßsignal auch bei Langsamfahrt hochfrequent genug ist, um eine
ausreichend genaue Drehzahlerfassung und schnelle Einstellung des Fördervolumens
pro Pumpenumdrehung der Axialkolbenpumpe zu ermöglichen. Unkritisch ist in diesem Zusammenhang die Drehzahlerfassung am Antriebsmotor,
da dieser in der Regel mit einer Drehzahl von etwa 1000 bis 2500/min
läuft.
Durch die im Anspruch 3 angegebene Ausgestaltung der neuerungsgemäßen
Fahrantriebsvorrichtung wird die Gleichlaufsteuerung der zusätzlich angetriebenen
Räder noch in der Hinsicht verbessert, daß eine Kompensation des sich mit abnehmender Drehzahl und mit zunehmendem Betriebsdruck verringernden
volumetrisehen Wirkungsgrades der Hydraulikmotoren und der
Pumpe des Zusatzantriebs erfolgt. Mit Hilfe dieser Kompensation wird also einerseits der Gleichlauf zwischen zusätzlich angetriebenen Rädern und
den Haupttreibrädern optimiert. Andererseits kann das Maß der Kompensation auch so eingestellt werden, daß die zusätzlich angetriebenen Räder mit
einem gewissen Vorlauf - also schneller - gegenüber den Haupttreibrädern laufen. Bei Gradern mit zusätzlich angetriebenen Vorderrädern hat dies
beispielsweise den Vorteil, daß beim Fahren von Kurven sich der von den Vorderrädern befahrene größere Kurvenradius nicht nachteilig auf das
Fahrverhalten des Graders auswirkt. Bei einer Gleichlaufsteuerung der Vorderräder nach dem St.d.T., wo direkt die Drehzahl der Vorderräder
erfaßt wird, führen der wegen des größeren Kurvenradius der Vorderräder bedingte Vorlauf und die damit verbundene höhere Drehzahl der Vorderräder
dazu, daß die Steuerung den Ölförderstrom zurücknimmt, da sie die erhöhte Drehzahl der Vorderräder dahingehend wertet, daß die Vorderräder zu stark
angetrieben werden. Dadurch können die Vorderräder so stark abgebremst werden, daß sie insbesondere bei losem Untergrund zum Rutschen kommen.
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Dieser Effekt tritt bei der neuerungsgemäßen Fahrantriebsvorrichtung
nicht auf, da die Drehzahl der Vorderräder nicht unmittelbar erfaßt wird. Weisen die Vorderräder einen kompensationsbedingten Vorlauf auf, so bringen
sie auch beim Durchfahren von Kurven noch eine Zugkraft auf den Boden auf. Die Wirkungskompensation bewirkt also auch, daß Kurven weitgehend
ohne Aufbau von Spannungen zwischen Zusatz- und Hauptantrieb durchfahren werden können. Der dabei auftretende notwendige Vorlauf der Vorderräder
und der dadurch größere Schluckstrom erhält seine Zusatzmenge aus dem kompensationsbedingten Überangebot der Stellpumpe. Dabei nimmt naturgemäß
der Förderdruck und damit die erreichbare Zugkraft zwar ab, jedoch werden Verspannungen - wie bereits erläutert - vermieden, so daß ein Abschalten
oder eine Frei!aufschaltung des Zusatzantriebs, wie es bei den Antrieben
nach dem eingangs genannten St.d.T. notwendig ist, entfallen kann.
Nach Schutzanspruch 4 kann die Kompensationskurve als WertepaartabelIe
oder Berechnungsformel in der Steuereinrichtung abgespeichert sein. Aus der Drehzahl des Hauptantriebsstranges, die unmittelbar mit der Fahrgeschwindigkeit
des Graders zusammenhängt, kann ein den Grad der Fördervolumenvergrößerung der Stellpumpe bestimmender Kompensationswert ermittelt
und das Pumpenfördervolumen pro Pumpenumdrehung entsprechend durch die Steuereinrichtung eingestellt werden. Aufgrund der vorstehenden Maßnahmen
kann der Grad der Kompensation durch eine Änderung der WertepaartabelIe
oder der Berechnungsformel relativ einfach und schnell geändert werden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der praktische Fahreinsatz eine
solche Änderung wünschenswert macht. Hier ist insbesondere auch an Verschleißerscheinungen
im Zusatzantrieb zu denken, da sich der volumetrische Wirkungsgrad durch einen Verschleiß im Laufe der Zeit verringern
kann.
Ein die Fahreigenschaften eines Grader stark beeinflussendes Kriterium
ist die sogenannte "Aggressivität" der Vorderräder, womit ein bestimmter ständig vorhandener Vorlauf der Vorderräder gegenüber den Haupttreibrädern
verstanden wird. Gemäß der in Anspruch 5 angegebenen Maßnahmen kann eine solche Aggressivität der Vorderräder durch die angegebene Zusatzschalteinrichtung
eingestellt werden, mittels derer das Pumpenfördervolumen pro Pumpenumdrehung ggf. auch noch über das Maß der Wirkungsgradkompensation
hinaus vergrößerbar ist. Dabei hat sich gezeigt, daß eine stufenweise Vergrößerung des Pumpen-Fördervolumens pro Pumpenumdrehung (An-
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spruch 6) für eine befriedigende Einstellung der Aggressivität vorteilhaft
ist. Eine stufenlose Einstellbarkeit der Aggressivität würde den Maschinenführer nur dazu veranlassen, unnötig oft eine Änderung der Einstellung
vornehmen zu wollen. Es hat sich gezeigt, daß bereits Stufensprünge von ca. 2 % zweckmäßig sind, um den gewünschten Effekt, nämlich
ein starkes Ziehen der Vorderräder, zu erreichen.
Besonders geeignet für eine Steuereinrichtung ist ein Mikroprozessor
(Anspruch 7), da er die variablen Betriebsdaten über entsprechende Signaleingänge
erfassen, mit den intern gespeicherten, konstanten konstruktiven Kenngrößen, also z.B. die zum Anspruch 2 genannten Kenngrößen des Zusatzantriebs
und der im Anspruch 4 angegebenen Kompensationskurve weiterverarbeiten und entsprechende Steuersignale für die Einstellung des Pumpenfördervolumens
pro Pumpenumdrehung über Steuerausgänge abgeben kann. Ein solcher Mikroprozessor ist auch mit Vorteil mit einem Dateneingabe-Gerät
zur Eingabe und/oder Änderung der konstruktiven Kenngrößen der Fahrantriebsvorrichtung
(Anspruch 8) kombinierbar. Zur Vermeidung einer Feineinstellung
der Fahrantriebsvorrichtung durch den Anwender kann dabei vorgesehen sein, daß über ein solches Eingabegerät nur mit der Betreuung des
Graders beauftragte Servicepersonen verfügen.
Zusammenfassend ergeben sich durch die neuerungsgemäße Ausgestaltung der
Fahrantriebsvorrichtung in fahrtechnischer Hinsicht weitere Vorteile, nämlich, daß über eine Zugkraftvorwahl durch entsprechende Einstellung
der Aggressivität der Vorderräder eine optimale Anpassung des Graders an die jeweiligen Einsatz- und Bodenverhältnisse erfolgen kann. Darüber
hinaus kann sich der Maschinenführer beim Einsatz des Graders nach dem Schlupfverhalten der Vorderräder orientieren und muß nicht mehr die
schwer einsehbaren Hinterräder beobachten. Weiterhin können die Vorderräder bei teilentlasteter Vorderachse nicht mehr durchdrehen, so daß keine
Blindleistung verbraucht wird. Dadurch wird der Grader insgesamt leistungsstärker.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Neuerung sind der nachfolgenden
Beschreibung entnehmbar, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert wird. Es zeigen:
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Figur 1 - eine teilweise aufgebrochene, schematisierte Seitenansicht
eines Graders mit der neuerungsgemäßen Fahrantriebsvorrichtung,
Figur 2 - ein Blockschaltbild einer neuerungsgemäßen Fahrantriebsvorrichtung
und
den Zusatzantrieb zugeordneten Stellpumpe und Hydraulikmotoren
in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit des Grader mit einer Kompensationskurve.
Wie in Figur 1 erkennbar ist, weist der Grader an seinem (nicht dargestellten)
Hinterrahmen gelagert einen Antriebsmotor 1 auf, an den ein Lastschaltgetriebe 2 entweder mit integriertem Drehmomentwandler oder mit
Kupplung gekoppelt ist. Über diesen Hauptantriebsstrang mit einer ebenfalls nicht näher dargestellten Tandemachse werden die Hinterräder 3 des
Graders ständig angetrieben. Der Fahrantrieb des Graders umfaßt weiterhin einen zuschaltbaren Zusatzantrieb für die Vorderräder 3' in Form von in
die Vorderräder 3' integrierten Hydraulikmotoren, von denen in Figur 1
der Hydraulikmotor 9 des linken Vorderrades 3' gestrichelt dargestellt
ist.
Die weiteren in Figur 1 erkennbaren Bauteile des Graders sind völlig
üblich und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.
Aus Figur 2 wird der grundsätzliche Aufbau eines Fahrantriebs deutlich,
wie er in dem Grader nach Figur 1 eingesetzt ist. Es ist wiederum der zentrale Antriebsmotor 1 in Form eines 6-Zylinder-Dieselmotors erkennbar,
der mit einem Lastschaltgetriebe 2 mit integriertem Drehmomentwandler zum Antrieb der in Figur 2 schematisch dargestellten Hinterräder 3 des
Graders gekoppelt ist. Das Lastschaltgetriebe 2 ist über den elektrohydraulischen
Steuerblock 4 elektrisch mit einem Gangschalter 5 verbunden, über den der jeweilige Fahrgang anwählbar ist. Dem Lastschaltgetriebe
2 sind zwei Induktivgeber 6,7 zugeordnet, deren erster 6 die Drehzahl des Schwungrades des Antriebsmotors 1 erfaßt. Der zweite Induktivgeber 7
erfaßt die Drehzahl eines abtriebsseitig am Lastschaltgetriebe 2 angeord-
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neten Zahnrades 8, das ein festes Übersetzungsverhältnis c$ zum Hinterrad
3 aufweist.
Als Zusatzantrieb für die beiden Vorderräder 3' des Graders dienen die
beiden hydraulisch parallel geschalteten Hydromotoren 9,10, bei denen es sich um sogenannte Langsamläufer in Form von Radi al kolbenmotoren handelt.
Die Vorlaufleitung 11 und die Rücklaufleitung 12 können mit Hilfe eines Steuerventils 13 kurzgeschlossen bzw. mit den beiden Ausgängen der vom
Antriebsmotor 1 direkt angetriebenen Stellpumpe 14 verbunden werden. Weiterhin ist jeweils ein Steuereingang an den Hydraulikmotoren 9,10 mit
einer hydraulischen Steuerleitung 15 verbunden, in der ein Umschaltventil 16 angeordnet ist. Mit dessen Hilfe kann das Schluckvolumen der Hydraulikmotoren
9,10 verändert werden.
Bei der Stellpumpe 14 handelt es sich um eine Axialkolbenpumpe mit einer
in ihrem Schwenkwinkel A hydraulisch verstellbaren Schwenkwiege. Das
Fördervolumen Vp der Stellpumpe 14 pro Pumpenumdrehung ist proportional zum Tangens des Schwenkwinkels A der Schwenkwiege. Es gilt also:
mit Vpmax = maximales Fördervolumen pro Pumpenumdrehung,
Amax = maximaler Schwenkwinkel der Schwenkwiege.
Der Schwenkwinkel A ist mit Hilfe einer nicht näher dargestellten hydraulischen
Verstellvorrichtung an der Stellpumpe 14 variierbar, die durch eine Speisepumpe 17 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird. Die hydraulische
Stellvorrichtung wird mit Hilfe zweier Proportionalmagnetventile 18,19 gesteuert. Diese Speisepumpe 17 ergänzt auch das aus Stellpumpe 14
und Radi al kolbenmotoren 9,10 austretende Lecköl und tauscht einen Teilstrom
vom im geschlossenen Kreislauf befindlichen Öles zur Kühlung aus.
Als zentrale Steuereinrichtung dient der Mikroprozessor 20, der eingangsseitig
mit dem Gangschalter 5 bzw. dem elektro-hydraulisehen Steuerblock 4, mit den beiden Induktivgebern 6,7, einem Ein-Aus-Schalter 21 und einem
8-stufigen Stufenschalter 22 verbunden ist. Ausgangsseitig ist der Mikroprozessor
20 mit dem Steuerventil 13, dem Umschaltventil 16 und den beiden Proportional-Magnetventilen 18,19 verbunden. Darüber hinaus kann der
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Mikroprozessor 20 über eine entsprechende Steckverbindung 23 mit einem
externen Dateneingabegerät 24 verbunden werden.
Alle elektrischen Komponenten werden vom Bordnetz mit elektrischer Energie
versorgt, was durch die Batterie 25 in Figur 2 angedeutet ist.
Mit Hilfe des Mikroprozessors 20 werden die eingangsseitig anstehenden
Signale von den verschiedenen elektrischen Komponenten entsprechend einem im Mikroprozessor 20 abgespeicherten Steuerprogramm weiterverarbeitet.
Als Ergebnis gibt der Mikroprozessor 20 über seine Steuerausgänge verschiedene Signale an das Steuerventil 13, das Umschaltventil 16 und die
Proportional-Magnetventile 18,19 ab. Dies erfolgt entsprechend der nachfolgenden
Beschreibung:
Der Mikroprozessor 20 ermittelt aus dem vom Induktivgeber 6 am Schwungrad
des Antriebsmotors 1 herangeführten Signal die Drehzahl n^ des Antriebsmotors
1, die bei Vorhandensein eines Übersetzungsgetriebes zwischen Antriebsmotor 1 und Stellpumpe 14 mit dem Übersetzungsverhältnis c^ des
Übersetzungsgetriebes zu dividieren ist. Für den in Figur 2 dargestellten Fall des Direktantriebs der Stellpumpe 14 durch den Antriebsmotor 1 hat
das Übersetzungsverhältnis c^ den Wert 1. Weiterhin ermittelt der Mikroprozessor
20 aus dem vom Induktivgeber 7 erzeugten Signal die Drehzahl n$ des Zahnrades 8 und setzt diese durch Division mit dem Übersetzungsverhältnis
es zwischen dem Zahnrad 8 und dem Hinterrad 3 in die Drehzahl des
Hinterrades 3 um. Neben dem Wert des Übersetzungsverhältnisses c$ und
ggf. des Übersetzungsverhältnisses qy| sind im Speicher des Mikroprozessors
20 weitere Betriebskenngrößen der Fahrantriebsvorrichtung gespeichert, nämlich das Schluckvolumen Vr der Hydraulikmotoren 9,10 pro Umdrehung,
der maximale Schwenkwinkel Amax der Schwenkwiege der Stellpumpe 14
und das maximale Fördervolumen Vpmax der Stellpumpe 14 pro Pumpenumdrehung.
Mit Hilfe dieser Kenngrößen ermittelt der Mikroprozessor 20 den Schwenkwinkel A der Schwenkwiege nach der Beziehung:
tg A = (2 &khgr; VR &khgr; tg Amax &khgr; ns/cS)/(VPmax &khgr; nM/cM).
Unter theoretischen Bedingungen würde sich bei diesem Schwenkwinkel A ein
Gleichlauf zwischen den von den Hydraulikmotoren 9,10 angetriebenen Vorderrädern
und den Hinterrädern 3 des Graders ergeben. Allerdings ist
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hierbei noch der volumetrische Wirkungsgrad vernachlässigt, der in Figur
3 näher dargestellt ist. Auf der Abszisse dieses Diagramms ist die Fahrgeschwindigkeit des Graders dargestellt, die proportional zur Drehzahl
der Hinterräder ist. Auf der Ordinate ist der volumetrische Gesamtwirkungsgrad EV0] für die Kombination aus den Hydraulikmotoren 9,10 und
der Stellpumpe 14 angegeben. Die vier dünn ausgezogenen Kurven stellen den Verlauf des volumetrisehen Gesamtwirkungsgrades in Abhängigkeit der
Fahrgeschwindigkeit bei vier unterschiedlichen Betriebsdrücken - nämlich 100 bar, 200 bar, 300 bar und 400 bar - des hydraulischen Zusatzantriebs
dar. Daraus ist erkennbar, daß der volumetrische Gesamtwirkungsgrad mit abnehmender Fahrgeschwindigkeit und zunehmendem Betriebsdruck absinkt.
Zur Kompensation dieser Wirkungsgradabnahme ist die stark ausgezeichnete Kompensationskurve K als Berechnungsformel im Speicher des Mikroprozessors
20 abgespeichert. Wird nun über die Erfassung der Drehzahl der Hinterräder 3 eine Fahrgeschwindigkeit von beispielsweise 2,0 km/h ermittelt,
berechnet der Mikroprozessor 20 mit Hilfe der Berechnungsformel daraus den volumetrisehen Wirkungsgrad zu Ev0] = 79,6 %. Mit diesem Wert
wird der wie oben geschildert berechnete Wert des Schwenkwinkels A kompensiert zu:
tg Acomp = t§ A/Evo") = 1,256 &khgr; tg A
Im Zusammenhang mit der Kompensationskurve K ist zu ergänzen, daß diese
bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten unterhalb etwa 4 km/h etwa dem Verlauf des volumetrisehen Wirkungsgrades bei 200 bar entspricht. Wird nun
der hydraulische Zusatzantrieb bei 100 bar betrieben, so findet eine Überkompensation der Wirkungsgradabnahme mit einem erhöhten Vorlauf der
Vorderräder statt. Dies ist jedoch durchaus wünschenswert, da dadurch beispielsweise beim Befahren von Kurven die Vorderräder trotz ihres größeren
Kurvenradius nach wie vor angetrieben laufen und somit Zugkräfte aufbauen können.
Falls andererseits der hydraulische Zusatzantrieb mit einem Druck von
größer 200 bar betrieben wird, ist die druckbedingte Absenkung des volumetrisehen Wirkungsgrades so gering, daß bei den bei hohen Zugkräften
ohnehin auftretenden Schlupfwerten der etwas geringere Schlupf der Vorderräder sich nicht nachteilig auf das Fahrverhalten auswirkt, weil dabei
die ausgeübte hohe Zugkraft nicht nennenswert abfällt.
PAT2264AT
Darüber hinaus wirkt sich der Vorlauf der Kompensationsmenge, also die
beschriebene Überkompensation vorteilhaft auf die Befahrbarkeit enger Kurven aus. Aus fahrtechnischen Gründen können enge Kurven nur langsam
durchfahren werden, wobei jedoch ein größerer Vorlauf der Vorderräder wegen des größeren Unterschiedes im Kurvenradius gegenüber den Hinterrädern
notwendig ist. Dieser größere Vorlauf ist jedoch gerade bei engen Kurven gegeben, da diese mit kleinerer Geschwindigkeit durchfahren werden
und damit eine größere Überschußmenge von der Pumpe geliefert wird.
Über die Wirkungsgradkompensation hinaus ist mit Hilfe des Stufenschalters
22 eine weitere Erhöhung des Schwenkwinkels A und damit des Vorlaufes
der Vorderräder gegenüber den Hinterrädern möglich. Dazu ist über den Stufenschalter 22 dem Mikroprozessor 20 ein Stufensignal eingebbar, aufgrund
dessen der Schwenkwinkel A in Stufen von 2 %, 4 %, 6 %, 8 %, 10 %
gegenüber dem ermittelten kompensierten Schwenkwinkel Acomp erhöht werden
kann. Damit läßt sich die sogenannte "Aggressivität" der Vorderräder steigern, da diese aufgrund des höheren Fördervolumens der Stellpumpe 14
pro Pumpenumdrehung eine höhere Zugkraft aufbauen können. Stellt der Maschinenführer bei Einstellung einer bestimmten Schaltstufe - beispielsweise
6 % - fest, daß die Vorderräder zum Durchdrehen neigen, kann er durch Zurückdrehen des Stufenschalters 22 auf beispielsweise 4 % eine
entsprechend geringere Aggressivität der Vorderräder einstellen. Weiterhin ist für den Fall, daß der Vorderradantrieb nur wenig Zugkraft aufbringen
soll, auch eine "negative" Aggressivitätseinstellung mit -2 % und -4 % neben 0 % möglich.
Über das mit dem Mikroprozessor 20 verbindbare Dateneingabegerät 24 können
sowohl die im Mikroprozessor 20 gespeicherten Kenngrößen als auch die Kompensationskurve entsprechend speziellen Anforderungen verändert werden.
Durch den Ein-Aus-Schalter kann der Zusatzantrieb zu- bzw. abgeschaltet
werden. Entsprechend gibt der Mikroprozessor 20 Signale an das Steuerventil 13 und die Proportional-Magnetventile 19,19 ab. Wird der Zusatzantrieb
beispielsweise ausgeschaltet, so wird das Steuerventil 13 auf die in Figur 2 gezeigte Kurzschlußstellung geschaltet und der Schwenkwinkel A
PAT2264AT
der Schwenkwiege durch entsprechende Ansteuerung der Proportional-Magnetventile
19,19 auf den Wert 0 gestellt.
Aufgrund der eingangsseitigen Verbindung des Mikroprozessors 20 mit dem
Gangschalter 5 bzw. dem elektro-hydraulisehen Steuerblock 4 kann einerseits
ein automatisches Abschalten des Zusatzantriebs beispielsweise bei einem Fahrbetrieb im höchsten, d.h. 6. Gang des Graders erfolgen.
Darüber hinaus kann der Mikroprozessor 20 durch die genannte Verbindung
über eine entsprechende Ansteuerung des Umschaltventils 16 das Schluckvolumen der Hydraulikmotoren 9,10 um ein bestimmtes, konstantes Verhältnis
verändern. Durch Umschaltung des Schluckvolumens auf den kleineren Wert in den höheren Gängen und damit größeren Geschwindigkeiten wird der nötige
Förderstrom für die Radi al kolbenmotoren verringert. Deshalb können Stellpumpe 14 und Schlauchleitungen kleiner dimensioniert werden. Zwar
sinkt dann die von den Vorderrädern 3' aufbringbare Zugkraft, doch kann dies hingenommen werden, da bei höheren Geschwindigkeiten aufgrund der
vorgegebenen Leistung des Antriebsmotors 1 auch die Zugkraft der Hinterräder 3 entsprechend absinkt. Falls das Schluckvolumen um den Faktor f
reduziert wird, ist in der Formel für die Errechnung von tg A für den Wert Vr dann f &khgr; Vr zu setzen.
PAT2264AT
Claims (8)
1. Fahrantrieb für Baumaschinen oder Fahrzeuge mit hydrostatischem Zusatzantrieb
für eine oder mehrere Achsen, insbesondere für Grader, mit
einem Antriebsmotor (1)
Haupttreibrädern (Hinterräder 3), die über einen Hauptantriebsstrang (Lastschaltgetriebe 2) mit dem Antriebsmotor (1) gekoppelt
sind, und
einem zuschaltbaren Zusatzantrieb für weitere Räder (Vorderräder 3') in Form von den Rädern (Vorderrädern 3') zugeordneten Hydraulikmotoren
(9,10), die von einer mit dem Antriebsmotor (1) ggf. über ein Übersetzungsgetriebe gekoppelten Stellpumpe (14) mit
verstellbarem Fördervolumen pro Umdrehung über eine elektronische Steuereinrichtung (Mikroprozessor 20) mit einer von der Drehzahl
der Haupttreibräder (Hinterräder 3) abhängigen Drehzahl betreibbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinrichtung (Mikroprozessor
20) eingangsseitig mit je einem Sensor (Induktivgeber 6,7) zur Erfassung der Drehzahlen der Haupttreibräder (Hinterräder 3)
bzw. des Antriebsmotors (1) und ausgangsseitig mit einem Stellglied (Proportional-Magnetventile 18,19) an der Stellpumpe (14) zur Einstellung
des Pumpenfördervolumens pro Pumpenumdrehung verbunden ist,
wobei die Drehzahl der Hydraulikmotoren (9,10) durch eine von der Steuereinrichtung (Mikroprozessor 20) gesteuerte Einstellung des
Pumpenfördervolumens pro Pumpenumdrehung in Abhängigkeit des Verhältnisses
der Drehzahl der Hauptantriebsräder (Hinterräder 3) zur Drehzahl des Antriebsmotors (1) einstellbar ist.
PAT2264AP
2. Fahrantrieb nach Anspruch 1, wobei die Stellpumpe (14) eine Axialkolbenpumpe
mit in ihrem Schwenkwinkel (A) hydraulisch verstellbarer
Schwenkwiege und das Fördervolumen pro Pumpenumdrehung proportional
zum Tangens des Schwenkwinkels (A) der Schwenkwiege sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinrichtung (Mikroprozessor
20) eingangsseitig zur Erfassung der Drehzahl der Haupttreibräder (Hinterräder 3) mit einem Sensor (Induktivgeber 7) zur Abtastung der
Drehzahl eines Rotationsteils (Zahnrad 8) im Hauptantriebsstrang (Lastschaltgetriebe 2) verbunden ist, das zu den Haupttreibrädern
(Hinterrädern 3) ein festes Übersetzungsverhältnis aufweist, und daß der Schwenkwinkel (A) der Schwenkwiege mittels der Steuereinrichtung
(Mikroprozessor 20) nach der Beziehung
tg A = (2 &khgr; VR &khgr; tg Amax &khgr; ns/cS)/(VPn,ax &khgr; nM/cM)
mit
Vr : Schluckvolumen des Hydraulikmotors (9,10) pro Umdrehung,
Amax : maximaler Schwenkwinkel der Schwenkwiege,
Vpmax : maximales Fördervolumen der Stellpumpe (14) pro Pumpenumdrehung
n^ : Drehzahl des Antriebsmotors (1),
cm : Übersetzungsverhältnis eines Übersetzungsgetriebes zwischen
Antriebsmotor (1) und Stellpumpe (14),
ns : Drehzahl eines vom Sensor erfaßten Rotationsteils (Zahnrad 8)
im Hauptantriebsstrang (Lastschaltgetriebe 2) und
es : Übersetzungsverhältnis zwischen dem vom Sensor erfaßten Rotationsteil
(Zahnrad 8) im Hauptantriebsstrang (Lastschaltgetriebe 2) und den Haupttreibrädern (Hinterräder 3)
berechenbar und über einen Steuerausgang der Steuereinrichtung (Mikroprozessor
20) entsprechend einstellbar ist.
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3. Fahrantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Fördervolumen Vp der Stellpumpe (14) pro Pumpenumdrehung mittels der
Steuereinrichtung (Mikroprozessor 20) zur Kompensation des mit abnehmender Umdrehungszahl und mit zunehmendem Beaufschlagungsdruck sich
verringernden volumetrisehen Wirkungsgrades (Ev0]) der Hydraulikmotoren
(9,10) und der Stellpumpe (14) vergrößerbar ist.
4. Fahrantrieb nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine in der Steuereinrichtung
(Mikroprozessor 20) als WertepaartabelIe oder Berechnungsformel abgespeicherte Kompensationskurve (K), anhand derer aus der
Drehzahl der Haupttreibräder (Hinterräder 3) ein den Grad der Fördervolumenvergrößerung
bestimmender Kompensationswert ermittelbar und das Fördervolumen der Stellpumpe (14) pro Pumpenumdrehung entsprechend
durch die Steuereinrichtung einstellbar ist.
5. Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch
eine der Steuereinrichtung (Mikroprozessor 20) eingangsseitig vorgeschaltete, manuell betätigbare Zusatzschalteinrichtung (Stufenschalter
22), mittels derer das Fördervolumen der Stell pumpe (14) pro Pumpenumdrehung zur Erhöhung des Vorlaufs der vom Zusatzantrieb angetriebenen
Räder (Vorderräder 3') gegenüber den Haupttreibrädern (Hinterrädern 3) veränderbar ist.
6. Fahrantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzschalteinrichtung
(Stufenschalter 22) mehrere Schaltstufen zur stufenweisen Vergrößerung des Pumpen-Fördervolumens pro Pumpenumdrehung
aufweist.
7. Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung einen Mikroprozessor (20) beinhaltet.
8. Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (Mikroprozessor 20) mit einem Dateneingabegerät (24) zur Eingabe und/oder Änderung von konstruktiven Kenngrößen
des Fahrantriebs oder ggf. der Kompensationskurve (K) verbindbar ist.
PAT2264AP
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9204246U DE9204246U1 (de) | 1992-03-28 | 1992-03-28 | Fahrantrieb für Baumaschinen oder Baufahrzeuge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9204246U DE9204246U1 (de) | 1992-03-28 | 1992-03-28 | Fahrantrieb für Baumaschinen oder Baufahrzeuge |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE9204246U1 true DE9204246U1 (de) | 1993-07-22 |
Family
ID=6877843
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE9204246U Expired - Lifetime DE9204246U1 (de) | 1992-03-28 | 1992-03-28 | Fahrantrieb für Baumaschinen oder Baufahrzeuge |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE9204246U1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0905326A1 (de) * | 1997-09-29 | 1999-03-31 | FKI Fai Komatsu Industries S.p.A. | Elektronische Lenkvorrichtung für Baumaschinen |
-
1992
- 1992-03-28 DE DE9204246U patent/DE9204246U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0905326A1 (de) * | 1997-09-29 | 1999-03-31 | FKI Fai Komatsu Industries S.p.A. | Elektronische Lenkvorrichtung für Baumaschinen |
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