DE19751001A1

DE19751001A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verhinderung der Zugkraftunterbrechung beim Zu- und Abschalten von Hydromotoren

Info

Publication number: DE19751001A1
Application number: DE19751001A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Gebhard; Egon Mann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 1999-05-20
Also published as: US5992145A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verhinderung der Zugkraftunterbrechung beim Zu- und Abschalten von Hydromotoren in bzw. aus dem Antriebsstrang von Mobilfahrzeugen, insbesondere Radla dern, nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 4.

Bei Mobilfahrzeugen werden vermehrt die Antriebsräder mit Hilfe von Hydraulikmotoren angetrieben. Um bei höheren Geschwindigkeiten Pumpen mit geringerem Fördervolumen verwenden zu können, ist es wünschenswert, einzelne Hy dromotoren abzuschalten, d. h. aus dem Antriebsstrang auszukoppeln und bei Bedarf wieder zuzuschalten. Diese Hydromotoren benötigen im abgeschalteten Zustand keinen Ölfluß von der Pumpe. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Antriebs erhöht werden, da weniger bewegte Teile im An triebsstrang im abgeschalteten Zustand verbleiben. Die noch im Antriebsstrang verbleibenden Hydromotoren über nehmen nach dem Abschalten eines Hydromotors bei höheren Geschwindigkeiten und geringerer Zugkraft. Handelt es sich bei den verwendeten Hydromotoren um schnellaufende Axialkolbenmotoren, so ist deren Abtriebswelle über eine Kupplung mit dem Antriebsstrang im Einsatz verbunden.

Handelt es sich bei den verwendeten Hydromotoren um au ßenabgestützte langsamlaufende Radialkolbenmotoren, so werden im abgeschalteten Zustand die Kolben mit Rollen in die zugehörigen Zylinder gedrückt.

Eine hydraulische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, das insbesondere von einem Dieselmotor angetrieben wird, und mit einer von diesem Dieselmotor angetriebenen Hy draulikpumpe wurde in der DE-A 196 24 534.6 der Anmelde rin vorgeschlagen, wobei mittels einer Hydraulikpumpe ein Hydromotor mit veränderbarem Schluckvolumen und druckbe aufschlagbaren Kolben angetrieben wird. Die Kolben sind entlang einer im Hydromotor angeordneten Kurvenscheibe bewegbar, wobei ein innerer zur Druckbeaufschlagung der Kolben im Hydromotor dienender Verteiler vorgesehen ist. Dieser Verteiler ist derart ausgebildet, daß eine defi nierte Anzahl von Kolben mit einem ersten Hoch- /Niederdruckkreis und eine definierte Anzahl von Kolben mit einem zweiten separaten Hoch-/Niederdruckkreis ver bunden ist, wobei die beiden Hoch-/Niederdruckkreise mit einem Tank zur Druckmittelabfuhr verbunden sind.

Durch diese beiden Hoch-/Niederdruckkreise kann die Hoch druckseite der Hydraulikpumpe bzw. die Hochdruckseite des jeweiligen Hydromotors mit einem Tank verbunden werden, wodurch die abgeschalteten Kolben im Hydromotor nicht mehr mit Niederdruck beaufschlagt werden, sondern mit dem nahezu druckfreien Tank verbunden sind. Die Kurven bzw. Profile der Kurvenscheibe drücken bei Rotation des Hydro motors die abgeschalteten Kolben in ihren Zylindern nach innen in Richtung der Rotationsachse. Die Kolben verblei ben damit in ihrer eingeschobenen Position in den Zylin dern und verursachen keinen Wirkungsgradverlust, da nun mehr keine Hydraulikflüssigkeit mehr in diese Kolben strömt und auch die mechanischen Reibungsverlust weitge hend eliminiert sind, da die Kolben keinen Kontakt mehr zur Kurvenscheibe im abgeschalteten Zustand des Hydromo tors mehr aufweisen.

Wird nun während der Fahrt des Fahrzeugs ein Hydromotor, dessen Schluckvolumen vor der Abschaltung größer Null war, abgeschaltet, so kann sich die Pumpe nicht in dieser kurzen Zeit der Abschaltung auf das nun weniger benötigte Ölvolumen einstellen. Ein Schaltstoß wird deshalb vom Fahrer während des Abschaltens wahrgenommen. Beim Zu schalten des abgeschalteten Hydromotors kann sich die Pumpe auf die veränderte Situation genauso wenig während der kurzen Schaltzeit einstellen, d. h. daß die Pumpe zu wenig Öl fördert; auch hierbei wird vom Fahrer ein unan genehmer Schaltstoß wahrgenommen.

Es wurde daher bereits in der DE-A 196 24 531.1 der An melderin vorgeschlagen, eine hydraulische Antriebsvor richtung für ein Fahrzeug, die eine von einem Motor ange triebene verstellbare Hydraulikpumpe aufweist, von der wenigstens eine Antriebseinheit angetrieben wird, dahin gehend auszugestalten, daß wenigstens zwei unabhängig voneinander schaltbare Hydromotoren vorgesehen sind, de ren Schluckvolumina jeweils mittels eines Hydromotorab schaltventiles und eines zwischen diesem und dem Hydromo tor zwischengeschalteten Hubraumabschaltventiles steuer bar sind, wobei während des Zu- und Abschaltens von Kol ben wenigstens eines Hydromotors die Hydraulikpumpe durch ein zwischen dieser und den Hydromotorabschaltventilen angeordnetes Synchronisierventil von der Antriebseinheit abtrennbar ist. Durch das Vorsehen dieses Synchronisier ventiles können Schaltstöße beim Zuschalten bzw. Ab schalten vermieden werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verhinderung der Zugkraftunter brechung beim Zu- und Abschalten von Hydromotoren in bzw. aus dem Antriebsstrang von Mobilfahrzeugen zu schaffen, die einen erhöhten Wirkungsgrad bezüglich der durch das Zu- bzw. Abschalten hervorgerufenen Schaltstöße aufwei sen.

Diese Aufgabe wird durch die in den kennzeichnenden Tei len der Ansprüche 1 und 4 angegebenen Merkmale gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen durch die sogenannte Bypass- Schaltung des Motors während des Zu- und Abschaltens ei nen Hydromotorbetrieb, der unabhängig von der von der Pumpe zur Verfügung gestellten Fördermenge ist. Die Men genregelung bei konstantem Druck mit Hilfe des erfin dungsgemäßen Mengenteilers führt dazu, daß das Fahrzeug während des Schaltvorgangs mit gleicher Geschwindigkeit und gleicher Zugkraft vorwärts bewegt wird. Das Zuschal ten bzw. das Abschalten eines der Hydromotoren ohne Zug kraftunterbrechung ermöglicht die Verwendung kleinerer Fördermengen und damit kleinerer Pumpen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung na her erläutert, in der schematisch die einzelnen Verfah rensschritte dargestellt sind; es zeigen

Fig. 1 das hydraulische Schaltschema vor dem Abschalten,

Fig. 2 das hydraulische Schaltschema während des Ab schaltens, und

Fig. 3 das hydraulische Schaltschema nach dem Abschal ten.

Die Erfindung wird im Zusammenhang mit einem Mobilfahr zeug mit zwei als Einzelradantriebe ausgestalteten Hydro motoren erläutert, wovon während des Gangwechsels einer der Hydromotoren abgeschaltet und später wieder zuge schaltet werden soll, während der andere Hydromotor per manent im Antriebsstrang verbleibt.

In den Figuren, in denen gleiche Teile mit gleichen Be zugszeichen versehen sind, bezeichnet 1 den ab- bzw. zu zuschaltenden Hydromotor, 2 den permanent im Antriebs strang 9 verbleibenden Hydromotor und 3 eine regelbare Pumpe. Der ab- bzw. zuzuschaltende Hydromotor 1 ist mit einer Bremse 7 versehen und über eine Kupplung 8 mit dem von den beiden Hydromotoren 1, 2 gemeinsam beaufschlagten Antriebsstrang 9 für das Fahrzeug verbunden.

Mit 5 ist ein mit der Pumpe 3 verbundener Mengenteiler bezeichnet, dessen Hochdruckleitung 10 und dessen Nieder druckleitung 11 über ein Mehrstufenventil 6 mit dem Hy dromotor 1 verbunden ist.

Eine elektronische Steuerschaltung 4 ist über eine erste Leitung 12 mit dem Mengenteiler 5, über eine weitere Lei tung 13 mit der regelbaren Pumpe 3, über eine Leitung 14 mit dem Mehrstufenventil 6, über eine Leitung 15 mit der dem Hydromotor 1 zugeordneten Bremse 7 und über eine Lei tung 16 mit der Kupplung 8 verbunden, über die der Hydro motor 1 mit dem Antriebsstrang 9 verbunden ist.

Fig. 1 zeigt nun das hydraulische Schaltschema vor Be ginn des Abschaltens des Hydromotors 1, der in den darge stellten Ausführungsbeispielen als schnellaufender Axialkolbenmotor ausgeführt ist. Bevor das Abschalten eingeleitet wird, steht der Hydromotor 1 über seine Hoch druckleitung 10' und das Mehrstufenventil 6 in Verbindung mit der Hochdruckleitung 10 des Mengenteilers und mit seiner Niederdruckleitung 11' über das Mehrstufenventil 6 in Verbindung mit der Niederdruckleitung 11 des Mengen teilers.

Während des Abschaltens (Fig. 2) wird nun mit Hilfe des Mehrstufenventils 6 die Hochdruckleitung 10' des Hydromo tors 1 mit seiner Niederdruckleitung 11' verbunden. Der Mengenteiler 5 wird in dieser Stellung des Mehrstufenven tils 6 derart nachgeregelt, daß die Ölmenge, die zum ab zuschaltenden Hydromotor 1 fließt, sich nicht durch den Druckabfall im Hydromotor 1 erhöht. Dies ist dadurch mög lich, daß der Druck, gemessen am Hochdruck des im An triebsstrang verbleibenden Hydromotors 2, über den Men genteiler 5 so geregelt wird, daß der Druck während des Abschaltens auf einen neuen Wert erhöht wird.

Der neue Wert berechnet sich dabei nach der Formel

wobei
P₂ der neue Druck ist,
P₁ der alte Druck ist,
V_M2 das Schluckvolumen des im Antriebsstrang verbleiben den Hydromotors 2 ist und
V_M1 das Schluckvolumen des abzuschaltenden Hydromotors 1 ist.

Dieser erhöhte Druck P₂ wird während des Abschaltens kon stant gehalten bis der Schaltvorgang beendet ist. Dadurch erfährt das Fahrzeug während des Schaltvorgangs die glei che Zugkraft wie vor der Schaltung.

Anschließend wird die Pumpe 3 auf die verringerte För dermenge durch die elektronische Steuerschaltung 4 einge regelt. Die Ölmenge, die nun dem antreibenden Hydromotor 2 fehlen würde, wird über den Mengenteiler 5 dem abzu schaltendem Hydromotor 1 entzogen, da der Druck während des Schaltvorgangs durch den Mengenteiler 5 konstant ge halten wird. Die Ölmenge, die nun dem abzuschaltenden Hy dromotor 1 fehlt, holt sich dieser Motor über seine mit einander verbundenen Hochdruck- und Niederdruckleitungen.

Hat die Pumpe 3 ihre neue Fördermenge erreicht (die vor Einleitung des Abschaltens bekannt ist und dem Schluckvo lumen des abzuschaltenden Hydromotors 1 entspricht), so wird der abzuschaltende Hydromotor 1 komplett vom Hoch druck und vom Niederdruck mit Hilfe des Mehrstufenventils 6 getrennt und damit aus dem Antriebsstrang 9 ausgeschal tet (Fig. 3).

Mit Erreichen der neuen Fördermenge der Pumpe 3 ist der Ölfluß vom Mengenteiler 5 zum abzuschaltenden Hydromotor 1 nahezu Null, da nun der im Antriebsstrang 9 verbleiben de Hydromotor 2 die volle Fördermenge der Pumpe 3 benö tigt.

Vor dem Abschalten eines der Hydromotoren ist die durch die elektronische Steuerschaltung 4 angesteuerte, ihm zu geordnete Bremse 7 geöffnet und die ihm zugeordnete, ebenfalls durch die Schaltung angesteuerte Kupplung 8 ge schlossen; nach dem Abschalten ist die Bremse 7 geschlos sen und die Kupplung 8 geöffnet. Durch die Erfindung wird also jeglicher Schaltstoß durch eine ungewollte Drucker höhung infolge einer unzulässigen Erhöhung der von der Pumpe zum Motor geförderten Menge mit Sicherheit verhin dert.

Bei dem in der Zeichnung verwendeten Hydromotor handelt es sich um einen Axialkolbenmotor, der mit Hilfe der Kupplung 8 mit dem Antriebsstrang 9 verbunden bzw. von diesem getrennt wird; wird anstelle dieses Hydromotors ein außenabgestützter Radialkolbenmotor verwendet, so entfallen Kupplung und Bremse und die Trennung vom An triebsstrang 9 erfolgt in herkömmlicher Weise durch Ein drücken der Kolben.

Wird nun der abgeschaltete Hydromotor 1 wieder zugeschal tet, so werden die gleichen Verfahrensschritte in umge kehrter Reihenfolge durchgeführt. Zuerst wird also der Hydromotor einschließlich der Bypass-Schaltung mit Hilfe der Kupplung 8 (oder des Niederdrucks bei einem Radial kolbenmotor) in den Antriebsstrang 9 zugeschaltet. Der Mengenteiler 5 gibt in diesem Stadium dem zuzuschaltenden Hydromotor 1 noch kein Öl. Nun wird die Fördermenge der Pumpe 3 vergrößert und diese Überschußmenge dem Hydro motor 1 über den Mengenteiler 5 und das Mehrstufenventil 6 zur Verfügung gestellt. Der Druck wird hierbei konstant gehalten, d. h. nicht verringert. Nach Erreichen der ge wünschten Fördermenge wird der Bypass abgeschaltet und der Hydromotor 1 wieder mit der Hochdruckleitung und der Niederdruckleitung direkt verbunden. Danach wird die Druckkonstantregelung des Mengenteilers 5 abgeschaltet, so daß auch hier das Fahrzeug keinen Schaltstoß durch das Zuschalten des Hydromotors 1 erfährt.

Die elektronische Steuerschaltung 4 kann wahlweise mit einer Schaltautomatik versehen werden, welche in einem bestimmten Druck- und Drehzahlbereich das Zu- oder Ab schalten veranlaßt. Auch nicht sinnvolle Schaltvorgänge können verhindert werden, z. B. das Abschalten eines Hy dromotors bei einem vorgegebenen, sehr großen Hochdruck, wodurch die Abschaltung eine Druckerhöhung zur Folge hät te, die über die zulässigen Druckwerte der Vorrichtung gehen.

Bezugszeichenliste

1

Hydromotor

2

Hydromotor

3

Pumpe

4

Zugschaltung

5

Mengenteiler

6

Mehrstufenventil

7

Bremse

8

Kupplung

9

Antriebsstrang

10

' Hochdruckleitung

11

' Niederdruckleitung

12

Leitung

13

Leitung

14

Leitung

15

Leitung
P₁

alter Druck
P₂

neuer Druck
V_M1

Schluckvolumen des abzuschaltenden Motors
V_M2

Schluckvolumen des nicht abgeschaltenden Motors

Claims

1. Verfahren zur Verhinderung der Zugkraftunterbrechung beim Zu- und Abschalten von Hydromotoren in bzw. aus dem Antriebsstrang von Mobilfahrzeugen, insbesondere Radladern, wobei der zu- bzw. abzuschaltende Hydromo tor von einer regelbaren Pumpe über einen Mengentei ler, ein Mehrstufenventil und eine Hochdruckleitung sowie eine Niederdruckleitung mit Öl beaufschlagt und eine elektronische Steuerschaltung die benötigten Öl mengen steuert, dadurch gekennzeichnet, daß während der Abschaltung eines der Hydromotoren (1) dessen Hochdruckleitung (10') mit dessen Niederdruckleitung (11') verbunden wird, daß ein Mengenteiler (5), der die beiden Hydromotoren (1, 2) mit Öl versorgt derart von der elektronischen Steuerschaltung (4) nachgere gelt wird, daß die dem abzuschaltenden Hydromotor (1) zugeführte Ölmenge nicht durch den dabei auftre tenden Druckabfall erhöht wird, sondern dem nicht ab zuschaltenden Hydromotor (2) zugeführt wird durch Druckerhöhung am abzuschaltenden Hydromotor (1) auf einen Wert
(wobei:
P₂ = neuer Druck,
P₁ = alter Druck
V_M2 = Schluckvolumen des nicht abgeschalteten Hydromotors (2) und
V_M1 = Schluckvolumen des abzuschaltenden Motors (1)) ist,

der während der Abschaltung konstant gehalten wird, daß die Pumpe (3) durch die elektronische Steuer schaltung (4) auf die verringerte Fördermenge gere gelt wird, wobei der Mengenteiler (5) dem abzuschal tenden Hydromotor (1) Öl entzieht und dieses dem im Antriebsstrang (9) verbleibenden Hydromotor (2) zu führt, daß nach Einstellen der Pumpe (3) auf die neue Fördermenge zur Versorgung des verbleibenden Hy dromotors (2) die Verbindung der Hochdruckleitung (10') mit der Niederdruckleitung (11') des abzuschal tenden Hydromotors (1) getrennt wird, so daß dieser Hydromotor (1) aus dem Antriebsstrang abgeschaltet wird und daß diese Verfahrensschritte während des Zuschaltens des abgeschaltenden Hydromotors (1) in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall der Verwendung von Axialkolbenmotoren als Hydromotoren (1, 2) diese mit einer Bremse (7) versehen werden und über eine Kupplung (8) mit dem Antriebsstrang des Mobilfahrzeugs verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall der Verwendung von außenabgestützten Radialkolbenmotoren als Hydromotoren (1, 2) diese mit Rollen versehen werden, die beim Abschalten die Kol ben in die zugehörigen Zylinder drücken.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An sprüchen 1, 2 oder 3, bestehend aus einer regelbaren Ölpumpe (3), mindestens einem abzuschaltendem Hydro motor (1) und mindestens einem nicht abzuschaltendem permanent im Antriebsstrang (9) des durch die Hydro motoren (1, 2) angetriebenen Fahrzeugs verbleibenden Hydromotors (2) und einer elektronischen Steuerschal tung (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Ölpumpe (3) über einen mit der elektrischen Steuerschaltung (4) verbundenen Mengenteiler (5) und über ein mit der elektronischen Steuerschaltung (4) verbundenes Mehr stufenventil (6) mit dem abzuschaltendem Hydromotor (1) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der abzuschaltende Hydromotor ein Axialkolbenmo tor ist, der mit einer Bremse (7) versehen ist und über eine Kupplung (8) mit dem Antriebsstrang (9) verbunden ist, wobei die Bremse (7) und die Kupplung (8) mit der elektronischen Steuerschaltung (4) ver bunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der abzuschaltenden Hydromotor ein Radialkolbenmotor ist, der mit Rollen zum Eindrücken der Kolben in die zugehöri gen Zylinder versehen ist.