Beschreibung

Hydrostatisches Getriebe

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Unter einem hydrostatischem Getriebe versteht man die Kombination einer Hydro- pumpe (Primärteil) mit einem Hydromotor (Sekundärteil), im einfachsten Fall mit einem Hydrozylinder, dessen Verdrängerräume im Betrieb idealer Weise strömungs- widerstandsfrei verbunden sind. Derartige hydrostatische Getriebe bedürfen aufgrund der externen Leckagen der hydraulisch-mechanischen Wandler einer Einrichtung, die die Zuführung von Druckmittel in das Getriebe realisiert, um diese Verluste auszugleichen und die Funktionsfähigkeit des Getriebes zu erhalten. Durch diese Einrichtung muß insbesondere verhindert werden, dass sich in den Druckräumen Kavitationserscheinungen ausbilden. Als besonders vorteilhaft erweist sich ein Getriebe mit beidseitiger Einspannung des Abtriebsmotors (Sekundäreinheit), wobei durch eine derartige Einspannung sowohl die Antriebsdynamik als auch die Laststei- figkeit gegenüber herkömmlichen Getrieben mit offenen Hydraulikkreisläufen wesentlich verbessert ist.

In der DE 40 08 792 A1 ist ein hydrostatisches Getriebe offenbart, bei dem ein Differentialzylinder über zwei Verstellpumpen mit Druckmittel versorgt wird. Die Verstellpumpen sind unabhängig voneinander verstellbar und werden von einem gemeinsamen Motor angetrieben, wobei über eine der Verstellpumpen ein Ringraum des Differentialzylinders mit einem bodenseitigen Zylinderraum verbunden ist, während die andere Verstellpumpe den Zylinderraum aus einem Tank mit Druckmittel versorgt.

Die beiden Verstellpumpen werden über eine Steuereinheit derart angesteuert, dass beispielswiese beim Ausfahren des Hydrozylinders der Zylinderraum mit etwas mehr Druckmittel versorgt wird als zur Ausfahrbewegung erforderlich ist, während beim Einfahren des Zylinders der Ringraum mit einer überschußmenge versorgt wird. Durch diese Steuerung wird im jeweils anderen Druckraum ein Gegenhaltedruck aufgebaut, so dass der Koiben des Differentialzylinders beidseitig eingespannt ist. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die Ansteuerung der beiden Verstellpumpen einen erheblichen vorrichtungstechnischen Aufwand erfordert.

Aus der CA 605 046 ist ein hydrostatisches Getriebe bekannt, bei der die Sekundäreinheit über zwei von einem gemeinsamen Motor angetriebene Konstantpumpen mit Druckmittel versorgt wird. über eine der Konstantpumpen kann Druckmittel aus einem der Druckräume des Hydrozylinders in den jeweils anderen Pumpenraum gefördert werden, während die zweite Pumpe des Primärteils den bodenseitigen Zylinderraum mit Druckmittel aus einem hydrostatischen Speicher versorgt. Dieser Speicher ist auch direkt mit den Druckräumen des Hydrozylinders verbindbar, um Leckageverluste auszugleichen und den Hydrozylinder beidseitig einzuspannen.

Auch bei dieser Lösung ist ein erheblicher vorrichtungstechnischer Aufwand zum Ansteuern der beiden Pumpen und zum Vorspannen des Hydrozylinders erforderlich.

In der DE 103 42 102 A1 der Anmelderin ist ein hydrostatisches Getriebe offenbart, bei dem die Vorspannung des Hydrozylinders über eine zusätzliche Ladeeinrichtung mit zwei von einem gemeinsamen Lademotor angetriebenen Ladepumpen erfolgt, wobei das zum Ein- oder Ausfahren des Hydrozylinders erforderliche Druckmittel über zwei gekoppelte, von einem gemeinsamen Motor angetriebene Konstantpumpen gefördert wird.

Auch bei dieser Lösung ist ein hoher vorrichtungstechnischer Aufwand zum Vorspannen und Betätigen des Abtriebsmotors (Hydrozylinders) erfoderlich.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisches Getriebe zu schaffen, bei dem eine Vorspannung eines Abtriebsmotors mit geringem vorrichtungstechnischen und regelungstechnischen Aufwand ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird durch ein hydrostatisches Getriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß hat das hydrostatische Getriebe einen Abtriebsmotor, beispielsweise einen Differentialzylinder, dessen Vorlauf- und Rücklaufanschluß mit einer Pumpenanordnung verbunden ist, die zwei Druck- und zwei Sauganschlüsse hat. über diese Pumpenanordnung kann Druckmittel aus einem sich verkleinernden Druckraum des Abtriebsmotors oder aus einem Druckmittelspeicher in einen sich vergrößernden Druckraum des Abtriebsmotors gefördert werden, wobei das Fördervolumen so gewählt ist, dass der Abtriebsmotor hydraulisch vorgepannt ist. Erfindungsgemäß ist im Rücklauf des sich verkleinernden Druckraums (je nach Wirkrichtung des Abtriebsmotors) eine Vorspannventileinrichtung vorgesehen, über

die ein Drosselquerschnitt zu dem Druckmittelspeicher aufsteuerbar ist und entsprechend der Vorspanndruck einstellbar ist. Das Fördervolumen der Pumpenanordnung ist so eingestellt, dass der dieser zugeführten Druckmittelstrom stets kleiner als der aus dem sich verkleinernden Druckraum verdrängte Druckmittelvolumenstrom ist - der überschüssige Druckmittelvolumenstromanteil wird dann über den Drosselquerschnitt zum Druckmittelspeicher abgeführt.

Bei einer besonders einfach aufgebauten Lösung werden über die beiden Druckanschlüsse der Pumpenanordnung gleich große Fördervolumina geführt. Dabei ist es bevorzugt, wenn der Antriebsmotor als Differentialzylinder ausgeführt ist, wobei dessen Flächenverhältnis zur Einhaltung der im Anspruch 1 definierten Druckmittelvolumenstromverhältnisse kleiner als 2 gewählt ist.

Die Vorspannventileinrichtung ist vorzugsweise über den Druck im Vorlauf des Abtriebsmotors in öffnungsrichtung und von einer Vorspannfeder in Schließrichtung vorgespannt, so dass der öffnungsquerschnitt des Vorspannventils vom Druck im Vorlauf abhängt.

In dem Fall, in dem der Abtriebsmotor als Differentialzylinder ausgeführt ist, sind zwei Anschlüsse der Pumpenanordnung über eine Druckleitung mit einem bodenseitigen Zylinderraum verbunden, wobei in die Druckleitung eine Förderleitung einmündet, die an einen mit dem Druckmittelspeicher verbindbaren weiteren Anschluß der Pumpenanordnung angeschlossen ist und in der ein zum Zylinderraum hin öffnendes Rückschlagventil vorgesehen ist, so dass bei einer Vergrößerung des bodenseitigen Zylinderraums Druckmittel aus dem Druckspeicher angesaugt und über die Pumpenanordnung zum Zylinderraum gefördert werden kann.

Bei einem hydrostatischen Getriebe mit einem Differentialylinder ist vorzugsweise jedem der Druckräume ein Vorspannventil zugeordnet.

Die Pumpenanordnung ist besonders einfach aufgebaut, wenn diese zwei synchron verstellbare Pumpen hat. Alternativ können auch eine Split-Flow-Verstellpumpe, eine Split-Flow-Konstantpumpe mit variabler Drehzahl und umkehrbarer Förderrichtung, eine sogenannte Floating-Cup-Verstellpumpe mit Synchronverstellung (siehe hierzu DE 10 2006 003 122) oder eine Floating-Cup-Konstantpumpe mit variabler Drehzahl und umkehrbarer Förderrichtung oder ähnliche Pumpenkonstruktionen eingesetzt werden.

Der Druckspeicher kann als Tank oder als vorgespannter Niederdruckspeicher ausgeführt sein.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand sche- matischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Schaubild eines ersten Ausführungsbeispiels eines hydrostatischen Getriebes mit Differentialzylinder und zwei synchron verstellbaren Pumpen und

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel mit einer Split-Flow-Verstellpumpe.

In Figur 1 ist ein hydrostatisches Getriebe 1 mit einem Primärteil 2 und einem Sekundärteil 4 dargestellt. Letzteres ist durch einen Differentialzylinder 6 gebildet, dessen Differentialkolben 8 die Wirkflächen A-| und A2 hat. Der Differentialkolben 8 unterteilt den Differentialzylinder in einen bodenseitigen Zylinderraum 10 mit der Querschnittsfläche A-| und einen kolbenstangenseitigen Ringraum 12 mit der Ringfläche A2. Das Sekundärteil 4 ist bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel durch zwei synchron verstellbare Verstellpumpen 14, 16 ausgebildet, die von einem gemeinsamen Motor 18 angetrieben werden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass die Verstellpumpen 14, 16 das gleiche Fördervolumen haben. Erfindungsgemäß ist der Differentialkolben 8 dann so ausgelegt, dass das Stirnflächenverhältnis A-) / A2 < 2 ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die aus dem Differentialzylinder 6 verdrängte Druckmittelmenge stets größer ist als die den beiden Pumpen 14, 16 zugeführte Durckmittelvolumenmenge ist. Die überschußmenge wird - wie im Folgenden noch näher erläutert - zu einem Tank 20 hin abgeführt. Der Zylinderraum 10 ist über eine sich verzweigende Druckleitung 22 mit den beiden in Figur 1 oben liegenden Anschlüssen P-| und P2 der beiden Verstellpumpen 14, 16 verbunden. Diese Anschlüsse werden im Folgenden als Druckanschlüsse bezeichnet obwohl sie beim Einfahren des Differentialkolbens 8 als Sauganschlüsse wirken, wobei entsprechend dann auch die Druckleitung 22 eine Saugleitung ist.

Der Ringraum 12 des Differentialzylinders 6 ist über eine Rücklaufleitung 24 mit einem Sauganschluß S2 der Verstellpumpe 14 verbunden. Ein Sauganschluß S-| der weiteren Verstellpumpe 16 ist über eine Saugleitung 26 und ein in Richtung zum Tank 20 sperrendes Rückschlagventil 28 mit dem Tank 20 verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist desweiteren die Saugleitung 26 über eine

Förderleitung 30 und ein weiteres in Richtung zum Tank 20 sperrendes Rückschlagventil 32 mit der Druckleitung 22 verbunden. Von der Rücklaufleitung 24 zweigt eine Tankleitung 34 ab, in der ein Vorspannventil 36 angeordnet ist, über das ein Drosselquerschnitt zum Tank 20 hin einstellbar ist. Das Vorspannventil 36 hat einen Schieber 38, der in Richtung seiner Schließstellung durch die Kraft einer Vorspannfeder 40 und in Richtung einer Vergrößerung des öffnungsquerschnitts durch einen Steuerdruck beaufschlagt ist, der über eine Vorspannsteuerleitung 42 von der Druckleitung 22 abgegriffen ist. Sobald der in der Vorspannsteuerleitung 42 und damit in der Druckleitung 22 wirkende Druck so groß ist, dass die in öffnungsrichtung auf den Schieber 38 wirksame Kraft größer ist als die Kraft der Vorspannfeder 40, wird der Schieber 38 aus seiner dargestellten Schließposition herausbewegt und über eine Steuerkante 44 ein Drosselquerschnitt zum Tank hin aufgesteuert. Dieser Drosselquerschnitt hängt - wie gesagt - vom Druck in der Druckleitung 22 ab und ist somit variabel.

In entsprechender Weise zweigt von der Saugleitung 26 eine weitere Tankleitung 46 ab, in der ein weiteres Vorspannventil 48 angeordnet ist, dessen Aufbau gleich demjenigen des Vorspannventils 36 ist. Dementsprechend hat das weitere Vorspannventil 48 einen Schieber 50 mit einer Steuerkante 52, der durch eine Vorspannfeder 54 in seine dargestellte Schließposition vorgespannt ist und in Richtung einer Vergrößerung des Drosselquerschnitts vom Steuerdruck in einer Steuerleitung 56 beaufschlagt ist, die von der Rücklaufleitung 24 abzweigt. Dementsprechend ist der Drosselquerschnitt des Vorspannventils 48 vom Druck in der Rücklaufleitung 24 bestimmt.

Zum Ausfahren des Differentialzylinders 6 wird der Motor 18 über eine nicht dargestellte Pumpensteuerung derart angesteuert, dass beide Verstellpumpen 14, 16 Druckmittel über die Druckleitung 22 in den Zylinderraum 10 fördern. Dabei wird aus dem Ringraum 12 verdrängtes Druckmittel über die Rücklauf leitung 24 zum Sauganschluß S2 der Verstellpumpe 14 geführt. Die zusätzliche, zum Füllen des Zylinder- ' raums 10 erforderliche Druckmittelmenge wird von der Verstellpumpe 16 über den Sauganschluß S-| , die Saugleitung 26, das sich öffnende Rückschlagventil 28 aus dem Tank 20 angesaugt. Zu Beginn der Verfahrbewegung ist das Vorspannventil 36 noch geschlossen und der Druck im Zylinderraum 10 steigt relativ schnell an. Durch diesen ansteigenden Druck in der Druckleitung 22 wird dann gegen die Kraft der Vorspannfeder 40 der Drosselquerschnitt des Vorspannventils 36 aufgesteuert, so dass die überschüssige Druckmittelmenge zum Tank 20 gefördert wird und der Differentialzylinder 6 entsprechend des Drosselquerschnitts vorgespannt ist. Dieser Vorspanndruck nimmt mit zunehmenden Druck in der Druckleitung 22 ab. Während dieser Ausfahrbewegung bleibt das weitere Vorspannventil 48 geschlossen, da der

Druck in der Rücklaufleitung 24 nicht ausreicht, um dieses gegen die Kraft der Vorspannfeder 54 zu öffnen. Die Ausfahrgeschwindigkeit wird über das synchrone Schwenken der beiden Verstellpumpen 14, 16 eingestellt.

Zum Einfahren des Differentialzylinders 6 werden die Verstellpumpen so verschwenkt, dass die Förderrichtung umgekehrt wird, so dass über die Verstellpumpe 14 Druckmittel in den Ringraum 12 gefördert wird. Die beiden "Druckanschlüsse" P-| und P2 der beiden Verstellpumpen 14, 16 wirken dann als Sauganschlüsse, über die das Druckmittel aus dem Zylinderraum 10 den beiden Verstellpumpen 14, 16 zugeführt wird. Die Verstellpumpe 16 fördert dann über den als Druckanschluß wirkenden Anschluß S-| Druckmittel in die Saugleitung 26 und von dort über das sich öffnende weitere Rückschlagventil 32 und die Förderleitung 30 zurück zur Saugleitung 22. Der aufgrund der vorgeschriebenen Flächenverhältnisse vorhandene überschüssige Anteil des Druckmittels wird über die weitere Tankleitung 46 und das sich bei einem Druckaufbau in der Rücklaufleitung 24 öffnende weitere Vorspannventil 48 zum Tank 20 hin abgeführt. Genau wie beim vorbeschriebenen Ausfahren des Differentialzylinders 6 hängt der eingestellte Drosselquerschnitt und damit die Vorspannung des Differentialzylinders 6 vom Druck in der Rücklaufleitung 24 ab, so dass der Drosselquerschnitt mit zunehmenden Druck im Ringraum 12 vergrößert wird und somit die Vorspannung abnimmt.

Das Ausführungsbeispiel ist nicht darauf beschränkt, dass beide Pumpen 14, 16 mit dem gleichem Fördervolumen fördern. Prinzipiell ist auch keine synchrone Ansteuerung erforderlich, diese Pumpen 14, 16 könnten auch unabhängig voneinander ansteuerbar sein. Bei ungleichen Fördermengen sollte auch der verdrängte Druckmittelvolumenstrom stets etwas größer als der den Pumpen zugeführte Druckmittelvolumenstrom sein, so dass die überschußmenge über zumindest ein Vorspannventil zum Tank hin abgeführt werden kann und entsprechend der Einstellung des Drosselquerschnitts eine Vorspannung erfolgt.

Anstelle der vorbeschriebenen Verstellpumpen 14, 16 können auch andere Pumpenkonstruktionen eingesetzt werden. Figur 2 zeigt ein entsprechendes Ausführungsbeispiel, bei dem anstelle der beiden von einer gemeinsamen Motorwelle angetriebenen Verstellpumpen 14, 16 eine sogenannte Split-Flow- Verstellpumpe 58 verwendet werden kann. Derartige Split-Flow-Verstellpumpen 58 können beispielsweise in Axialkolbenbauweise ausgeführt sein, wobei die Vielzahl von Axialkolben in zwei gleiche Teile aufgeteilt ist, um zwei getrennte Druckmittelvolumenströme gleicher Größe bereit zu stellen. Bei dem in Figur 2 verwendeten Symbol einer derartigen Pumpe würde dann ein Teil der Axialkolben (je nach Förderrichtung) beispielsweise

Druckmittel über die Sauganschlüsse Si bzw. S 2 ansaugen und dann über die beiden getrennten Druckanschlüsse P-| bzw. P2 in die Druckleitung 22 fördern. Im übrigen ist der Aufbau des hydrostatischen Getriebes identisch zu denjenigen aus Figur 1 , so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.

Anstelle der in Figur 1 verwendeten Verstellpumpen können selbstverständlich auch ähnlich wie beim Stand der Technik gemäß der DE 103 42 102 A1 zwei von einem gemeinsamen Motor angetriebene Konstantpumpen verwendet werden, wobei dann entsprechend der Motor in seiner Drehrichtung umkehrbar und hinsichtlich seiner Drehzahl verstellbar ausgeführt sein muß. Als besonders gut geeignet haben sich desweiteren noch sogenannte "Floating-Cup- Pumpen" herausgestellt, die auf eine Entwicklung der Anmelderin zurückgehen und die als Verstellpumpe mit Synchronverstellung oder als Konstantpumpe mit variabler und umkehrbarer Drehzahl ausgeführt sein können. Derartige Floating-Cup-Pumpen sind beispielsweise in der DE 10 2006 003 122 der Anmelderin beschrieben.

Offenbart ist ein hydrostatisches Getriebe mit einem Antriebsmotor, dessen Vorlauf- und Rücklaufanschluß mit einer Pumpenanordnung verbunden ist, über die Druckmittel aus einen sich verkleinernden Druckraum des Abtriebsmotors oder aus einem Druckmittelspeicher in einen sich vergrößernden Druckraum derart förderbar ist, dass der Abtriebsmotor hydraulisch vorgespannt ist. Im Rücklauf aus dem sich verkleinernden Druckraum ist eine Vorspannventileinrichtung vorgesehen, über die ein Drosselquerschnitt zum Druckspeicher aufsteuerbar ist. Das Fördervolumen der Pumpenanordnung ist dabei so eingestellte, dass der der Pumpenanordnung zugeführte Druckmittelvolumenstrom kleiner ist als der aus dem sich verkleinernden Druckraum verdrängte Druckmittelvolumenstrom.