DE3711233A1 - Antriebseinrichtung mit einer primaerenergiequelle, einem getriebe und einer pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung mit einer Primärenergiequelle, vorzugsweise Brennkraftmaschine, deren Einstellorgan mit einem Ausgang eines Reglers verbunden ist,und mit einem von dieser Primärenergiequelle angetriebenen Getriebe, vorzugsweise hydrostatischen Getriebe und mit einer weiteren, zur Beaufschlagung mindestens eines Ver­ brauchers hydraulischer Energie dienenden Pumpe, wobei zwischen dieser Pumpe und dem Verbraucher ein willkürlich betätigbares Ventil geschaltet ist, wobei der Schaltweg des Ventiles ein Signal für den Sollwert des den Ventil durchfließenden Stromes ist. Vorzugsweise dient die Antriebs­ einrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges mit hydraulischen Hilfsantrieben, insbesondere eines Hubladers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebs­ einrichtung zu schaffen, bei der der gewünschte Antriebs­ erfolg mit minimalem Energieaufwand und minimalem Bauauf­ wand erzielt wird.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß dem Regler ein Signal für den Sollwert der Getriebeaus­ gangsdrehzahl und ein Signal für die Primärenergiequelle- Istdrehzahl sowie ein Signal für den Ventilschaltweg zugeführt wird und daß an einen zweiten Ausgang des Reglers eine den das Ventil durchfließenden Strom steuernde Ein­ richtung angeschlossen ist.

Im Normalfall sind mehrere Verbraucher parallel zueinander an die Förderleitung der Pumpe über je ein Ventil ange­ schlossen. Zweckmäßigerweise ist das Ventil ein zumindest in der den Strom von der Pumpe zum Verbraucher freigebenden Schaltstellung nicht drosselndes Ventil, das heißt, das Ventil hat nur Schaltfunktion ohne Stromregelfunktion. Bei umgekehrter Strömungsrichtung kann eine Drosselung erforderlich sein, beispielsweise wenn der beaufschlagte Verbraucher ein Zylinder ist, der zum Anheben einer Last dient, wobei in der zweiten Stellung die Last unter der Wirkung ihres Eigengewichtes absinkt und die Absinkgeschwin­ digkeit durch Drosseln im Ventil gesteuert werden soll.

Die weitere, von der Primärenergiequelle angetriebene Pumpe kann einstellbar sein, wobei das Einstellorgan der Pumpe mit einem weiteren Reglerausgang verbunden ist, so daß die Pumpe immer derart eingestellt wird, daß sie genau den Strom liefert, der dem Sollwert entspricht, der durch das Betätigungsorgan für das Schaltventil vorge­ geben ist. Dadurch wird vermieden, daß unnötig ein Strom hydraulischen Druckmittels gegen einen Druck gefördert wird.

Einstellbare Pumpen sind jedoch teuer. Um unter Inkaufnahme eines geringen Energieverlustes einen anderen Lösungsweg unter Vermeidung einer einstellbaren Pumpe zu finden, ist ein Lösungsweg vorgeschlagen worden, bei dem die den das Ventil durchfließenden Strom steuernde Einrichtung ein Stromteiler ist, der im nicht angesteuerten Zustand den von der Pumpe geförderten Strom drucklos zu einem Behälter ablaufen läßt, im angesteuerten Zustand aber vor diesem Ventil den Druck anstaut, der erforderlich ist, um an dem angesteuerten Schaltventil den gewünschten Strom zu erzeugen. Wenn das angesteuerte Schaltventil ein Proportionalventil ist, ergibt sich diese Proportionali­ tät zwischen Druck und Steuerweg, wobei davon auszugehen ist, daß mit dem Weg, in dem das Betätigungsorgan des Schaltventiles verschoben wird, das Sollwertsignal für die Bewegungsgeschwindigkeit des mit diesem Ventil ange­ steuerten Verbrauchers gegeben ist. Bei den bisher üblichen Blockventilen ist in der Neutralstellung der Betätigungshebel und damit der Schieber ein druckloser Umlauf vorgesehen und erst bei willkürlichem Betätigen des Schiebers mit dem dieser aus seiner Neutralstellung herausgeführt wird, wird durch Feinsteuernuten in einem gewollten Maß ein Druck angestaut.

Besonders zweckmäßig ist, wenn das Getriebe, welches vorzugsweise das Fahrgetriebe eines Fahrzeuges ist, ein hydrostatisches Getriebe ist und wenn dieses hydraulisch gesteuert wird, in dem an die Förderleitung der Pumpe eine Zweigleitung angeschlossen ist, die zu der Stellein­ richtung des hydrostatischen Getriebes führt und in der ein auf konstanten Druck regelndes Druckminderventil angeordnet ist, dem dann das Ventil nachgeschaltet ist, durch das willkürlich der am Steuerdrucknehmerzylinder der Pumpe wirksame Steuerdruck eingestellt wird. In einer zweckmäßigen Weiterausgestaltung hierzu ist das Stellorgan der einstellbaren Pumpe ebenfalls an diese Leitung zwischen Druckminderventil und Einstellorgan des hydrostatischen Getriebes über ein vom Regler gesteuertes Druckminderven­ til angeschlossen, so daß durch diese Leitung die Energie­ versorgung des Stellorganes der einstellbaren Pumpe erfolgt und der Regler die Einstellung beeinflussen kann.

Es ist bekannt, daß ein Fahrzeug mit einem hydrostatischen Getriebe im Fahrantrieb gebremst werden kann, indem das hydrostatische Getriebe auf eine kleinere Abtriebsdrehzahl eingestellt wird.

Die Bremsenergie wird dann der Primärenergiequelle über das hydrostatische Getriebe zugeführt mit der Folge, daß zumindest dann, wenn die Primärenergiequelle eine Kolbenbrennkraftmaschine ist, die Drehzahl der Primärenergie­ quelle steigt und diese "Schleppleistung" aufnimmt. Es ist auch bekannt, in diesem Falle einen von der zusätzlichen Pumpe geförderten Strom in einem Ventil zu drosseln, um in diesem Ventil Bremsenergie in Wärme umzusetzen so daß dieser in dem Ventil umgesetzte Energieteil nicht der Primärenergiequelle zugeführt wird (DE-OS 32 47 335). Eine solche Wirkungsweise kann sehr gut mit der erfindungs­ gemäßen Antriebseinrichtung erzielt werden, wenn im Brems­ zustand der elektrische Regler bei einer Antriebseinrichtung mit hydraulischem Stromteiler den Stromteiler schließt und als Drosselventil benutzt oder bei einer Antriebsein­ richtung mit einer einstellbaren zusätzlichen Pumpe diese aussteuert, so daß deren Strom gegen das Druckbegrenzungs­ ventil fördert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Schaltschemata erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Antriebseinrichtung mit regelbarer Zusatzpumpe.

Fig. 2 zeigt eine Antriebseinrichtung mit Stromteilein­ richtung.

Die Brennkraftmaschine 1 treibt über eine Welle 2 die Pumpe 3 des hydrostatischen Fahrgetriebes an, in dem die Pumpe 3 über zwei Leitungen 4 und 5 im geschlossenen Kreis­ lauf mit den beiden Hydromotoren 6 und 7 verbunden ist. Die Welle 2 treibt weiterhin eine einstellbare Pumpe 8 an und eine weitere, nicht einstellbare Pumpe 9, die nur zur Beaufschlagung der Lenkeinrichtung 10 des Fahrzeuges dient.

An die Förderleitung 11 der Pumpe 8 sind Ventile 12, 13, 14 und 15 parallel zueinander angeschlossen, wobei von dem Ventil 12 eine Leitung 16 ausgeht, die zu einem Hubzylinder führt. An das Ventil 13 sind zwei Leitungen 17 angeschlossen, die zu einem Paar von Neigezylindern führen. An das Ventil 14 ist ein Paar von Leitungen 18 angeschlossen, die zu einem weiteren Verbraucher hydrostatischer Energie führen. Ebenso sind an das Ventil 15 zwei Leitungen 19 angeschlossen, die zu einem weiteren Verbraucher hydrostatischer Energie führen. Hubzylinder, Neigezylinder und weitere Verbraucher sind in der Zeichnung nicht mehr dargestellt.

Das Ventil 12 ist mit einem willkürlich betätigbaren Betätigungsorgan 20 versehen, das Ventil 13 ist mit einem willkürlich betätigbaren Betätigungsorgan 21 versehen und das Ventil 14 ist mit einem willkürlich betätigbaren Betätigungsorgan 22 versehen und das Ventil 15 ist mit einem willkürlich betätigbaren Betätigungsorgan 23 versehen. Die Ventile 12, 13, 14 und 15 sind weiterhin an eine Ablaufleitung 24 angeschlossen, die zu einem Behälter 25 führt.

Zwischen die Leitungen 11 und 24 ist ein die Leitung 11 gegen unzulässigen Überdruck absicherndes Druckbegrenzungs­ ventil 26 geschaltet, welches beispielsweise im Ausführungs­ beispiel auf 200 bar eingestellt ist.

An die Leitung 11 ist weiterhin eine Zweigleitung 27 angeschlossen, die zu einem Druckminderventil 28 führt, welches im Ausführungsbeispiel beispielsweise auf 18 bar eingestellt ist und an dessen Ausgang eine Leitung 29 angeschlossen ist, die zu dem elektrisch angesteuerten Proportionalventil 30 führt, welches über ein zweites, als Sicherheitsschaltung vorgesehenes Ventil 31 jeweils einen der beiden Druckräume im Stellzylinder 32 beauf­ schlagt, in dem der Stellkolben 33 verschiebbar ist, der mechanisch mit dem Stellglied der Pumpe 3 verbunden ist.

An die Leitung 29 ist weiterhin eine Einspeiseleitung 34 angeschlossen, die dazu dient, Druckmittel über die Ein­ speiseventile 35 in die jeweils den niedrigeren Druck führende der beiden Leitungen 4 und 5 einzuspeisen, um die Leckverluste in dem geschlossenen Kreislauf 3, 4, 5, 6, 7 auszugleichen.

An die Leitung 29 ist weiterhin eine Leitung 36 angeschlos­ sen, die über ein elektrisch gesteuertes Proportional­ ventil 37 zu dem Stellzylinder 38 führt, in dem gegen eine Feder 39 der Stellkolben 40 verschiebbar ist, der mit dem Stellglied der Pumpe 8 verbunden ist.

Die Primärenergiequelle 1 ist mit einem Drehzahlistwert­ geber 42 verbunden, der über eine elektrische Leitung 43 mit dem Regler 44 verbunden ist. An einen Ausgang dieses Reglers 44 ist eine Leitung 45 angeschlossen, die zu dem elektrisch ansteuerbaren Einstellorgan 46 der Primär­ energiequelle 1 führt.

Das Betätigungsorgan 20 ist mit einem Wegsignalgeber 47 verbunden, das Betätigungsorgan 21 ist mit einem Wegsignal­ geber 48 verbunden, das Betätigungsorgan 22 ist mit einem Wegsignalgeber 49 verbunden und das Betätigungsorgan 23 ist mit einem Wegsignalgeber 50 verbunden. Jeder dieser Wegsignalgeber 47, 48, 49, 50 ist über eine Leitung 51 bzw. 52 bzw. 53 bzw. 54 mit dem Regler 44 verbunden.

Der Sollwertsignalgeber 55 ist willkürlich betätigbar und liefert über die Leitung 56 ein Sollwertsignal als Führungsgröße an den Regler 44.

An einen weiteren Ausgang des Reglers 44 ist eine elektrische Signalleitung 59 angeschlossen, die zu dem Proportional­ ventil 37 führt.

An ein weiteres Paar von Ausgängen des Reglers 44 sind zwei Leitungen 60 angeschlossen, die zu den beiden Spulen des Ventiles 30 führen.

Die Wirkungsweise ist folgende: Im Normalfahrbetrieb wird der Sollwert für die Fahrgeschwindigkeit über den Soll­ wertgeber 55 dem Regler 44 eingegeben, der nun seinerseits das Einstellorgan 46 der Primärenergiequelle 1 und das Ventil 30, durch das die Einstellage der Pumpe 3 bestimmt wird, ansteuert. Die Pumpe 8 ist dabei nahezu in Nullhublage eingestellt, fördert also nur einen kleinen Strom. Wird eines der Betätigungsorgane 20, 21, 22 oder 23 betätigt, so wird von dem jeweils zugeordneten Wegsollwertgeber 47 oder 48 oder 49 oder 50 ein Signal an den Regler 44 gegeben, der aufgrund dessen durch die Leitung 59 ein Signal an das Ventil 37 gibt, durch das dann der Stellzylinder 38 derart beaufschlagt wird, daß das Stellglied der Pumpe 8 derart ausgeschwenkt wird, daß die Pumpe 8 den an dem angesteuerten Ventil 12 oder 13 oder 14 oder 15 geforderten Strom liefert.

In den Betriebszuständen, in denen die Ventile 12, 13, 14 und 15 in Neutralstellung geschaltet sind, das heißt kein Verbraucher angesteuert ist, ist die zusätzliche Pumpe 8 durch den Regler 44 auf eine solche Schwenklage eingestellt, daß gerade in der Leitung 11 der durch das Druckminderventil 28 eingestellte Druck aufrechterhalten ist. Der Druck, auf den das Druckbegrenzungsventil 26 eingestellt ist, ist höher als der Druck, auf den das Druckminderventil 28 regelt, so daß in der Leitung 29 stets der zum Beaufschlagen der Stelldruckräume im Stell­ zylinder 32 und des Stelldruckraumes im Stellzylinder 38 erforderliche Druck zur Verfügung steht.

Wird über das hydrostatische Getriebe 3, 4, 5, 6, 7 gebremst und dadurch die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 hochge­ trieben, so gibt der Drehzahlsignalgeber 42 ein Signal an den Regler 44, der entsprechend über die Leitung 59 an das Ventil 39 ein derartiges Signal gibt, daß das Ventil 39 ganz öffnet und somit die Pumpe 8 auf vollen Förderstrom ausgeschwenkt wird, wobei die Pumpe 8 den vollen Förderstrom gegen den Druck, auf den das Druckbe­ grenzungsventil 26 eingestellt ist, fördert, wobei der Förderstrom durch dieses Druckbegrenzungsventil 26 in den Behälter 25 abfließt mit der Folge, daß die Energie, die in der Pumpe 8 umgesetzt wird, um den vollen Förder­ strom gegen den Druck des Druckbegrenzungsventiles 26 zu erzeugen, als zusätzliche Bremsenergie umgesetzt wird.

Aus der Tatsache, daß das Druckbegrenzungsventil 26 parallel zu den Schaltventilen 12, 13, 14 und 15 geschaltet ist, ergibt sich, daß keiner der Verbraucher, die an die Leitungen 16, 17, 18 oder 19 angeschlossen sind, mit einem höheren Druck beaufschlagt werden kann als der Druck, auf den das Druckbegrenzungsventil 26 eingestellt ist.

Bei der Ausgestaltungsform gemäß Fig. 2 werden von der Brennkraftmaschine 1 über deren Welle 2 drei zusätzliche Pumpen 60, 61 und 62 angetrieben, die alle drei Konstant­ pumpen sind. Die Pumpe 61 dient lediglich dazu, über die Leitung 63, an die über die Leitung 34 ein Druckbegrenzungs­ ventil 69 angeschlossen ist, die Stelleinrichtung 30, 31, 32, 33 für die Getriebepumpe 3 zu beaufschlagen. Die Pumpe 62 dient lediglich dazu, über die Leitung 64 die hydrostatische Lenkhilfskrafteinrichtung 65 zu beauf­ schlagen.

Die Pumpe 60 fördert über die Leitung 66 zu den Ventilen 12, 13, 14 und 15. Parallel zu diesen Ventilen 12, 13, 14 und 15 ist zwischen die Leitungen 66 und 24 ein elektrisch angesteuertes Stromteilerdrosselventil 67 geschaltet, welches über die Leitung 68 an einen Ausgang des Reglers 44 angeschlossen ist.

Ist keiner der Verbraucher beaufschlagt, das heißt ist keines der Ventile 12, 13, 14 oder 15 angesteuert, ist durch die Leitung 68 das Stromteilerdrosselventil 67 in seine "Auf"-Stellung eingesteuert, so daß der Förderstrom der Pumpe 60 drucklos über das Ventil 67 durch die Leitung 24 in den Behälter 25 abläuft. Wird jedoch eines der Betätigungsorgane 20, 21, 22, 23 betätigt, so wird das Stromteilerdrosselventil 67 in eine drosselnde Stellung gefahren, wobei um so stärker gedrosselt wird, je weiter das Betätigungsorgan 20 bzw. 21 bzw. 22 bzw. 23 aus seiner Neutralstellung herausgeführt ist.

Zeigt im Bremsbetrieb der Drehzahlsignalgeber 42 an, daß die Brennkraftmaschine 1 auf eine einen vorgeschriebenen Grenzwert überschreitende Drehzahl hochgetrieben wird, wird das Stromteilerdrosselventil 67 in eine drosselnde Stellung gefahren. Zwischen die Leitungen 66 und 24 ist ein die Leitung 66 gegen unzulässig hohen Druck absichern­ des Druckbegrenzungsventil 70 geschaltet.

Doppelt wirkende Verbraucher sind in jeder Bewegungsrichtung über das zugeordnete Ventil 12 bzw. 13 bzw. 14 bzw. 15 mit der Pumpe verbunden. Das gilt nicht für Verbraucher, die in einer Betriebsrichtung nur gebremst werden, bei­ spielsweise bei einem Hublader die Hubhydraulik, die im Senkbetrieb nur gebremst wird. Für einen derartigen Ver­ braucher ist vorgesehen, daß das zugeordnete Ventil 12 bzw. 13 bzw. 14 bzw. 15 nur in der die Verbindung zwischen Pumpe und Verbraucher herstellenden Schaltstellung drossel­ frei arbeitet, in der entgegengesetzten Schaltstellung drosselnd wirkt.

Claims (10)

1. Antriebseinrichtung mit einer Primärenergiequelle, vorzugsweise Brennkraftmaschine, deren Einstellorgan mit einem Ausgang eines Reglers verbunden ist, und mit einem von dieser angetriebenen Getriebe und mit einer weiteren, zur Beaufschlagung mindestens eines Verbrauchers hydraulischer Energie dienenden Pumpe, wobei zwischen Pumpe und Verbraucher ein willkürlich betätigbares Ventil geschaltet ist, wobei der Schalt­ weg des Ventiles ein Signal für den Sollwert des das Ventil durchfließenden Stromes ist und wobei die An­ triebseinrichtung vorzugsweise zum Antrieb eines Fahr­ zeuges mit hydraulischen Hilfsantrieben, insbesondere eines Hubladers dient, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (44) ein Signal für den Sollwert der Getriebe­ ausgangsdrehzahl und ein Signal für die Primärenergie­ quellenistdrehzahl sowie ein Signal für den Ventil­ schaltweg zugeführt wird und daß ein zweiter Regler­ ausgang mit einer den das Ventil (12 bzw. 13 bzw. 14 bzw. 15) durchfließenden Strom steuernden Einrichtung verbunden ist.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventil (12 bzw. 13 bzw. 14 bzw. 15) ein zumindest in der den Strom von der Pumpe zum Verbraucher freigebenden Schaltstellung drosselfrei arbeitendes Ventil ist.

3. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Pumpe einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellorgan (39, 38, 39 a, 40) der Pumpe (8) mit einem weiteren Ausgang des Reglers (44) verbunden ist.

4. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den das Ventil (12 bzw. 13 bzw. 14 bzw. 15) durchfließenden Strom steuernde Einrichtung ein Stromteiler mit einem im unangesteuerten Zustand offenen, ablaufseitig an eine Tankablauf­ leitung (24) angeschlossenen, im angesteuerten Zustand drosselnden Stromteilerdrosselventil (67) ist.

5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, wobei das Getriebe ein hydraulisch angesteuertes Getriebe, vorzugsweise hydrostatisches Getriebe ist, dadurch gekennzeichnet, daß an die Leitung (11) zwischen Pumpe (8) und Schalt­ ventil (12 bzw. 13 bzw. 14 bzw. 15) eine Zweig­ leitung (27) angeschlossen ist, die zu der Stellein­ richtung (30, 31, 32, 33) des hydrostatischen Getriebes (3, 4, 5, 6, 7) führt und in der ein auf konstanten Druck einregelnden Druckminderventil (28) angeordnet ist.

6. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an die Leitung (29) zwischen Druck­ minderventil (28) und Einstellorgan (30, 31, 32, 33) des hydrostatischen Getriebes (3, 4, 5, 6, 7) über ein von dem Regler (44) gesteuertes Druckminder­ ventil (39) der Stellzylinder (38) der Pumpe (8) angeschlossen ist.

7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß parallel zu den Schaltventilen (12, 13, 14, 15) ein Druckbegrenzungsventil (26) angeordnet ist, welches auf einen höheren Druck eingestellt ist als das Druckminderventil (28) zwischen den Leitungen (27 und 29).

8. Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung gemäß Anspruch 3 im Bremsbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten eines Grenzwertes der Drehzahl der Primärenergiequelle (1) ein Signal an den Regler (44) gegeben wird und aufgrund dieses Signales die Pumpe (8) auf ihre Einstellage maximalen Hubvolumens pro Umdrehung gesteuert wird.

9. Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung gemäß Anspruch 4 im Bremszustand, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten eines Grenzwertes der Drehzahl der Primärenergiequelle (1) ein Signal an den Regler (44) gegeben wird und durch diesen das Strom­ teilerdrosselventil (67) in eine stark drosselnde Stellung eingesteuert wird.

10. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens eines der Ventile (12 bzw. 13 bzw. 14 bzw. 15) ein einen vom Verbraucher zur Ablaufleitung (24) fließenden Strom einstellungsabhängig drosselndes Ventil ist.