DE19509869A1 - Steuer- und Regelsystem für ein automotives hydrostatisches Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuer- und Regelsystem für ein automotives hydrostatisches Getriebe mit einer Verstellpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei den heute bekannten Antrieben mit hydraulisch automotiv verstell­ baren Pumpen werden die Verstellmotoren bei Anwendungen wie z. B. für Radlader und Teleskopstapler als proportional verstellte Motoren einge­ setzt, die eine überlagerte Druckregelung mit Abschaltung für den gene­ ratorischen Betrieb haben. Derartig geregelte Motoren ermöglichen ein stufenloses Ändern des Übersetzungsverhältnisses in Abhängigkeit von der Verbrennungsmotordrehzahl und des Systemdruckes. Infolge seiner Druck­ regelung schwenkt ein solcher druckgeregelter Motor oberhalb eines eingestellten Systemdruckes zu maximalem Schluckvolumen. Dies tritt auf, wenn ein hoher Zugkraftbedarf infolge z. B. hoher Beschleunigung, Bergfahrt oder Füllen der Schaufel erforderlich ist. Innerhalb der Motor­ verstellung begrenzt ein Druckregler die übertragbare Leistung im An­ triebssystem und gewährleistet, daß das Fahrzeug mit idealen Werten beschleunigt wird. Diese Druckregler haben jedoch den Nachteil, daß bezüglich der Fahrzeugverzögerung im Falle des Bremsens unzulässig hohe Verzögerungswerte die Folge sind. Um entsprechend niedrige Brems­ verzögerungen zu realisieren, muß deshalb der Druckregler durch ein zusätzliches Ventil, das die sogenannte Bremsdruckabschaltung realisiert, außer Kraft gesetzt werden.

Der proportionalen Servoverstellung des Motors ist ein 3/2 Wegeventil vorgeschaltet, damit der Fahrer für das Arbeiten mit dem Fahrzeug eine maximale Geschwindigkeit je nach Anwendung zwischen 5 bis 10 km/h und für die Straßenfahrt bei minimalem Schluckvolumen des Verstell­ motors eine maximale Fahrgeschwindigkeit zwischen 20 und 40 km/h erreicht. Problematisch ist diese Aufteilung, da für bestimmte Arbeiten die eine Schaltstellung eine zu geringe Fahrgeschwindigkeit und die andere eine zu hohe Fahrgeschwindigkeit erzeugt. Wird, um effektiver arbeiten zu können, das minimale Schluckvolumen vorgewählt, muß mit der Inchung an der Pumpenverstellung die Pumpenfördermenge zurück­ genommen werden, um nicht zu schnell zu fahren. Dieses erfordert die regelmäßige Betätigung des Inchpedales vom Fahrer.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, den Fahrer von dieser Aufgabe zu entlasten und die Steuerung des Motors zu verbessern.

Dieses Ziel wird mit einem Steuer- und Regelsystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 erreicht.

Danach wird das im Stand der Technik eingesetzte 3/2-Wegeventil für die Verstellung des Hydromotors über das Servoventil durch ein propor­ tionales Druckminderventil ersetzt. Dieses Druckminderventil ist in einer Steuerleitung vorgesehen, welche die Ausgangsleitung der mit der Ver­ stellpumpe verbundenen Förderpumpe mit dem Servoventil des Hydromo­ tors verbindet. Mit diesem Druckminderventil kann der Ausgangsdruck des Hydromotors und damit die maximale Fahrgeschwindigkeit limitiert bzw. eingestellt werden. Die Begrenzung der maximalen Fahrgeschwindig­ keit kann dabei auf der Basis des Stromes oder einer mechanischen Einstellung erfolgen. In beiden Fällen wird diese Begrenzung der maxi­ malen Fahrgeschwindigkeit vom Fahrer am Armaturenbrett über eine entsprechende Einrichtung eingestellt, welche ein Potentiometer oder ein Handrad bzw. Hebel sein kann. Mit einer derartigen, auf Basis eines proportionalen Druckminderventils arbeitenden Steuer- und Regelsystem­ anordnung bekommt der Fahrer somit die Möglichkeit, die maximale Fahrgeschwindigkeit innerhalb der Motorverstellung stufenlos zu begren­ zen bzw. zu regeln und damit optimal auf die gewünschte Arbeitsanfor­ derung einzustellen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit einem den Stand der Technik repräsentierenden An­ triebskonzept unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein konventionelles Antriebskonzept für Radlader, bei welchem die Fahrgeschwindigkeit bei maximaler Verbrennungsmotordreh­ zahl in zwei Stufen einstellbar ist;

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Antriebskonzept für Radlader, bei wel­ chem die Fahrgeschwindigkeit bei maximaler Verbrennungsmotor­ drehzahl durch eine Schaltung mit Potentiometer sowie dem elektrisch proportionalen Druckminderventil stufenlos einstellbar ist.

Fig. 1 zeigt ein Steuer- und Regelsystem für Radlader und Teleskopstap­ ler, wie es bekannt ist. In ebenfalls bekannter Weise werden die Ver­ stellpumpe 1 und die Füllpumpe 2 direkt durch eine Verbrennungskraft­ maschine angetrieben. Der Volumenstrom, den die Füllpumpe 2 fördert, ist drehzahlproportional und wird über eine einstellbare Blende 3 geleitet und in die beiden Arbeitsleitungen 5, 6 des geschlossenen Hydraulik­ kreises eingespeist. Durch in dem geschlossenen Kreis angeordnete Rückschlagventile 7, 8 wird erreicht, daß das Hydrauliköl der Füllpumpe 2 stets in die Arbeitsleitung 5, 6 gelangt, welche den geringeren Druck aufweist. Dieser niedrigere Druck, der auch Speisedruck genannt wird, wird durch ein Speisedruckbegrenzungsventil 4 vorgegeben. Der maxima­ le Systemdruck der Arbeitsleitungen 5, 6 wird durch zwischen den Ar­ beitsleitungen angeordnete Druckbegrenzungsventile 13, 14 limitiert.

Der Volumenstrom des Hydraulikfluids von der Füllpumpe 2 erzeugt an der Blende 3 einen Druckabfall, der mit zunehmendem Volumenstrom bzw. zunehmender Drehzahl der Füllpumpe quadratisch ansteigt. Der Druck vor und hinter der Blende 3 wird an ein Regelventil 9 angelegt. An zwei weiteren Angriffsflächen für den Hydraulikdruck liegt der Ge­ häusedruck der Verstellpumpe sowie ein Ausgangsdruck 10 des Regelven­ tils 9 an. Das Regelventil 9 erzeugt einen Stelldruck 10, der propor­ tional zum Druckabfall an der Blende 3 ist und auf den Gehäusedruck der Verstellpumpe bezogen ist. Der Stelldruck 10 wird mittels eines 4/3-Wegeventils 11, welches über einen Fahrtrichtungsschalter angesteuert wird, mit einer entsprechenden Seite eines zum Servosystem der Verstell­ pumpe 1 gehörenden Kolbens 12 verbunden. Der Steuerdruck des Servosystems, der von der Drehzahl der Füllpumpe 2 und somit von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine abhängig ist, verändert den Schwenkwinkel der Verstellpumpe 1, wodurch die Fördermenge der Verstellpumpe ebenfalls verändert wird. Im Servosystem stehen der am Servokolben 12 anliegende Stelldruck 10, die Federkräfte des Servosy­ stems sowie die Kräfte des Triebwerks, welches im wesentlichen die Reaktionskräfte der Kolben des Triebwerks auf das Servosystem sind, im Gleichgewicht.

Da das maximale Drehmoment der Verstellpumpe 1 in der Regel das maximale Drehmoment des Verbrennungsmotors um das ca. 3- bis 4- fache übersteigt, muß das Antriebsmoment der Verstellpumpe an das verfügbare Abtriebsmoment des Verbrennungsmotors angepaßt werden. Dies geschieht durch eine gezielte Auslegung der Triebwerkskräfte, insbesondere bei einer Umsteuerung von Hochdruck auf Niederdruck oder umgekehrt, der Federn des Servosystems sowie der durch den Druckgradienten bestimmten Stelldruckkurve infolge der Blende 3. Der Regler für einen Verstellmotor 21 weist ein Servoventil 15, ein 3/2- Wegeventil 16, einen Druckregler 17 und ein Bremsdruck-Abschaltventil 18 auf. Das Servoventil 15 steuert das Schluckvolumen des Verstell­ motors proportional zum Stelldruck. Dieser Stelldruck wird direkt aus der Leitung hinter der Füllpumpe 2 entnommen und liegt am Servoventil 15 an. Die Aufgabe des Servoventils ist es, den Verstellmotor 21 bei niedriger Drehzahl des Verbrennungsmotors und somit niedrigem Stell­ druck auf maximalem Schluckvolumen zu halten, damit das Fahrzeug gute Fahreigenschaften im Bereich niedriger Fahrzeuggeschwindigkeiten besitzt.

Bei einem bekannten Antriebssystem gemäß Fig. 1 steht der Verstell­ motor bereits bei mittlerer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine auf minimalem Schluckvolumen. Damit bei bestimmten Arbeitszyklen der Verstellmotor 21 auf maximalem Schluckvolumen bleibt, ist das 3/2- Wegeventil 16 in den Regler des Verstellmotors 21 integriert. Das maximale Schluckvolumen für diese bestimmten Arbeitszyklen wird durch einen Schalten am Armaturenbrett vom Fahrer des Fahrzeuges vorgege­ ben.

Der Druckregler 17 bewirkt, daß der Verstellmotor 21 oberhalb eines eingestellten Druckes das Servoventil 15 überlagert und den Verstellmotor 21 zu maximalem Schluckvolumen bringt. Ohne einen derartigen Druck­ regler 17 würde das Fahrzeug bei steigendem Zugkraftbedarf zum Still­ stand kommen, da der Verstellmotor 21 auf minimalem Schluckvolumen bleiben würde. Das eingangs bereits erwähnte Bremsdruck-Abschaltventil 18 schaltet den Druckregler 17 bei einer Fahrzeugverzögerung aus, da ansonsten der Druckregler 17 beim Abbremsen den Verstellmotor 21 auf maximales Schluckvolumen bringen würde und die Verzögerung des Fahrzeuges untragbar hoch wäre.

Schließlich sind in den Regler des Verstellmotors 21 auch noch Ventile 19 und 20 vorgesehen, welche zum Ausspülen von heißem Öl aus dem geschlossenen Kreislauf und somit zur Kühlung und Reduzierung der Verschmutzung des Kreislaufhydrauliköles dient. Mit dem Ausspülen von heißem Öl gelangt gleichzeitig gefiltertes Hydrauliköl geringerer Tempera­ tur über die Füllpumpe 2 und die Rückschlagventile 7, 8, welche der Einspeisung von Hydrauliköl in den geschlossenen Kreislauf dienen, in den Hydraulikkreislauf.

Ein derartiger Antrieb wird automotiv genannt, da der Fahrer lediglich den Fahrtrichtungsschalter und das Gaspedal zur Leistungsregelung des Verbrennungsmotors zu bedienen hat und sich die Übersetzungsverhält­ nisse des Getriebes automatisch an seine Belastungszustände sowie die des Verbrennungsmotors anpassen.

Durch ein Inchventil 22 hat der Fahrer die Möglichkeit, die oben be­ schriebene Abhängigkeit zwischen der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges aufzuheben. Das ist deshalb erforderlich, damit bei hoher Drehzahl des Verbrennungsmotors auch langsam gefahren werden kann, wenn für die Zusatzhydraulik, z. B. für das Heben der Schaufel, mehr Leistung verfügbar sein soll. Das Inch­ ventil 22 wird entweder über ein eigenes damit gekoppeltes Pedal gesteu­ ert oder kann auch über den Druck der hydraulischen Betriebsbremse als hydraulisches Inchen beaufschlagt werden. In beiden Fällen wird der wirksame Druck am Servokolben 12 und somit das Fördervolumen der Verstellpumpe 1 und damit die Fahrgeschwindigkeit reduziert.

Fig. 2 zeigt eine Steuer- und Regeleinrichtung mit einer Ansteuerung des Verstellmotors 21 gemäß der Erfindung. Anstelle des 3/2-Wegeventiles 16 ist ein proportionales Druckminderventil 26 eingesetzt.

Das proportionale Druckminderventil 26 ist über eine Verbindungsleitung durch den in der Steuerleitung 23 herrschenden Druck beaufschlagt. Ein in der Steuerleitung 23 nach der Stelle angeordnetes Rückschlagventil 24, an der die Beaufschlagung des proportionalen Druckminderventils 26 von der Leitung 23 erfolgt, sichert den Durchgang des von der Förderpumpe 2 geförderten Fluidstromes durch das Servoventil 15, und zwar gemäß der in Fig. 2 gezeigten Stellung des Servoventils 15. Die hydraulische Verbindung zwischen dem proportionalen Druckminderventil 26 und dem Servoventil 15 ist durch eine Verbindungsleitung 25 realisiert.

Im wie in Fig. 2 dargestellten Fall eines elektrisch proportionalen Druck­ minderventils 26 wird der Elektromagnet des Druckminderventils 26 elektrisch angesteuert. Dazu ist am Armaturenbrett des Fahrzeuges der ansonsten vorhandene Schalter für Arbeitsgang/Schnellgang durch ein Potentiometer 28 mit einem nachgeschalteten Chopperverstärker 27 ersetzt, wobei sich der Chopperverstärker zwischen Potentiometer und Elektromagnet des proportionalen Druckminderventils 26 befindet. Der Chopperverstärker 27 wandelt die Ausgangsspannung des Potentiometers 28 in ein geeignetes Stromsignal für den Elektromagneten des Druckmin­ derventils 26 um. Mit einem derartigen System ist der Fahrer in die Lage versetzt, die Geschwindigkeit des Fahrzeuges stufenlos limitieren bzw. einstellen zu können. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht somit darin, daß er die maximale Fahrgeschwindigkeit optimal auf seine gemäß Arbeitszyklus vorhandenen Anforderungen einstellen kann. Dieses hat bei Planierarbeiten des Radladers Vorteile, da sonst über die In­ chung die Pumpe zurückgeschwenkt werden muß, was den ständigen Eingriff sowie ein Nachregeln des Fahrers erfordert. Diese Vorteile können mit einem mechanisch betätigten Druckminderventil ebenfalls erreicht werden.

Claims (7)

1. Steuer- und Regelsystem für ein automotives hydrostatisches Getriebe mit einer durch eine Verbrennungskraftmaschine angetriebene und mit einer Förderpumpe (2) und einem Servosystem versehenen Verstellpumpe (1) und mit einem Verstellmotor (21), welcher durch ein Servoventil (15) angesteuert wird, das durch eine in einer Steu­ erleitung (23) von der Ausgangsseite der Förderpumpe (2) angeord­ nete Ventileinheit ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit ein proportionales Druckminderventil (26) ist, mit welchem die maximale Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges durch den Fahrer stufenlos einstellbar ist.

2. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Potentiometer (28) zur stufenlosen Einstellung der maximalen Fahrgeschwindigkeit vorgesehen ist und eine Verbindung mit dem proportionalen Druckminderventil (26) aufweist.

3. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Chopperverstärker (27) zwischen dem Potentiome­ ter (28) und dem proportionalen Druckminderventil (26) angeordnet ist.

4. Steuer- und Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit ein elektrisch propor­ tionales Druckminderventil (26) ist.

5. Steuer- und Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit ein mechanisch pro­ portionales Druckminderventil (26) ist

6. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die maximale Fahrgeschwindigkeit mittels eines Hand­ rades oder Stellhebels manuell durch den Fahrer einstellbar ist.

7. Steuer- und Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem proportionalen Druckmin­ derventil (26) und dem Servoventil (15) ein Rückschlagventil (24) vorgesehen ist.