Propulsion device for machines and vehicles, especially for construction vehicles, e.g. a shovel loader

Abstract: 1. A propulsion device for machines and vehicles, in particular for those with simultaneously driven units and especially for constructional vehicles such as wheeled loaders, comprising a variable speed driving motor (1) that drives a transmission unit (4) having an adjustable hydrostatic transmission including a pump (3) and a hydraulic motor, and followed by a gear-changing system (6), the hydrostatic transmission (4) being power-output-controlled as a function of the speed of the driving motor (1), characterised in that the hydrostatic transmission (4) has associated with it a control device (10) that during the changing effects inverse proportional matching of the output speed of the hydrostatic transmission (4) or the input speed of the gear changing system (6) to the change in speed required by the gear change, in that automatically controlled drives (13) are associated with a coupling and/or with the changing mechanism of the gear-changing system, and in that a control device (14) is provided for automatically changing the gear-changing system as a function of the input speed and the torque of the hydrostatic transmission (4).

Description: Fahr-Antriebsvorrichtung für Maschinen und Fahrzeuge, bevorzugt für Baufahrzeuge wie Radlader Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Antrixebsvorrichtungen dieser Bauart sind in der Praxis eingeführt und bekannt, Es ist z, B, für den Fahrantrieb bei Raaladern eine Antriebsvorrichtung bekannt, die aus einem Yerbrennungsmotor als Antriebsmotor und einem von diesem angetriebenen hydrostatischen Getriebe besteht, dem zur Vergrösserung des Geschwindiageits- bereichs ein Schaltgetflebe nachgeordnet ist Bei der bekannten Bauart ist das hydrostatische Getriebe in Anhängigkeit von der Drehzahl des Antriebsmotors leistuncsgeregelt, mm eine günstige Übertragung der Antriebskraft zu gewährleisten. Hierzu dient eine Verstelleinrichtuno für das hydrostatische Getriebe, wie sie im deutschen Patent 22 47 437 beschrieben und dargestellt ist. Eine willkürliche Verstellung des hydrostatischen Getriebes, d. h., eine willkürliche Verstellung seiner Auscanas- drehzahl ist bei der bekannten Bauart unabhanaig von der Drehzahl des Antriebsmotors nicht möglich Infolgedessen bedarf es bei der bekannten Bauart einer Anderung der Antrìebsmotordrehzahl, um das hydrostatische Getriebe an die durch die Schaltstufe bedingte Drehzahländerung anzupassen, Eine solche Drehzahlanpassung ist nicht nur deshalb nachteilig, weil sie eine hohe Aufmerksamkeit und Einfühlungsverinögen von der Bedienungsperson erfordert, sondern weil sie auch zu einem hohen Kraftstoffverbrauch und vorzeitigem Verschleiss führt. Darüberhinaus ergeben sich insbesondere bei verhältnismässig grosser Lastübertragung, wie es bei Baufahrzeugen, z. B. Radladern, der Fall ist, Schalt- und Betriebsschwierigkeiten, die durch die vorhandenen Schwungmassen bei gleichzeitiger verhältnismässig grosser Lastüber- tagung hervorgerufen werden. Ein Fahrantrieb in der bekannten Bauart für einen Radlader lässt sich deshalb praktisch nur bei Stillstand der Getriebeeinheit schalten. Die bekannte Bauart ist insbesondere dann unzureichend, wenn der vorhandene Antriebsmotor mehrere Antriebsfunktionen gleichzeitig erfüllt, was bei Baufahrzeugen meistens gegeben ist. In einem solchen Fall ist durch zusätzliche Bauteile und Vorrichtungen dafür zu sorgen, dass die vom Antriebsmotor aufgrund höherer Drehzahlen (beir. Herunterschalten) erbrachte Leistung' den weiteren Verbrauchern nicht übertragen wird, weil diese sie beispielsweise nicht ausnutzen können. Andererseits würde durch eine Herabsetzung der Antriebsinotordrehzahl (beim Hochschalten) die Antriebs leistung auch für die anderen gleichzeitig angetriebenen Aggregate verringert werden, wodurch der Antrieb der anderen Aggregate beeinträchtigt werden würde Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs beschriebenen Bauart so auszugestalten, dass das Schaltgetriebe im Betrieb automatisch so geschaltet werden kann, dass der Antriebsmotor im für Leistung oder Energieverbrauch günstigen Drehzahlbereich arbeitet. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 enthaltenen Merkmale gelöst. Die erfindungsgemässe Ausgestaltung ermöglicht beim Einsatz sowohl eines Lastschaltgetriebes als auch eines einfachen Schaltgetriebes einen automatischen Wechsel der Schaltstufen während des Betriebs, wobei es keiner Anpassung der Antriebsmotordrehzahl an die durch die Schaltstufe bedingte Drehzahländerung des Schaltgetriebes bedarf. Die Anpassung der durch das Schalten bedingten Drehzahländerung erfolgt innerhalb der Getriebeeinheit durch die Regeleinrichtung. Aufgrund dieser Drehzahlanpassung sind ruckfreie Schaltvorgänge bei automatischem Kupplungs- und/oder Schaltbetrieb möglich, wobei das Lastverhalten des Antriebsmotors für die Bestimmung der Schaltzeitpunkte indirekt durch die Leistungsregelung und die erfindungsgemässe Regelung am hydrostatischen Getriebe Berücksichtigung findet. Das automatische Schalten wird durch die Steuereinrichtung gesteuert. Beim Einsatz eines einfachen Schaltgetriebes werden mittels der Regeleinrichtung die beiden miteinander zu verbindenden Kupplungsteile auf eine gleiche Drehzahl gebracht. Die erfindungsgemässe Ausgestaltung bzw. Anordnung ermöglicht einen ruckfreien Gangwechsel auch beim Einsatz einer starr wirksamen Kupplung, z. B. einer Klauenkuppluncr, mit der insbesondere grössere Antriebskräfte sicher übertraoen werden können, wie es bei Antrieben für Bau fahrzeuge oder vergleichbare Fahrzeuge und Maschinen gefordert ist. Da bei der erfindungsgemässen Ausgestaltung die jeweilige Leistung des Antriebsmotors aufgrund unabhängiger Antriebsmotordrehzahlen beim Schalten im wesentlichen unverändert bleibt, eignet sich die erfindungsgemässe Ausgestaltung insbesondere für solche Anordnungen, bei denen der Antriebsmotor mehrere Antriebs funktionen gleichzeitio erfüllt. Durch die erfindunasgeinässe Ausgestaltung werden die eingangs beschriebenen Nachteile (Kraftstoffverbrauch, Antriebsmotorleistungsveränderung) vermieden und der leistungsgerechte Betrieb der weiteren vom Antriebsmotor gleichzeitig angetriebenen Aggregate gewährleistet. Die erfindungsgemässe Regeleinrichtung stellt sich als ein zusätzliches Regulativ dar, das gemass Anspruch 2 vorteilhaft in die Verstellvorrichtung für das hydrostatische Getriebe integriert werden kann oder so angeordnet werden kann, dass es auf die Verstellvorrichtung wirkt. In beiden Fällen können Bauteile eingespart werden, weil die Regeleinrichtung auf vorhandene Stellglieder wirkt und somit zusätzliche bzw. doppelte Stellglieder eingespart werden können. Bei dieser erfindungsgemässen Weiterbildung wird somit die an sich bekannte Verstellvorrichtung für den erfindungsgemä ssen Zweck ausgenutzt. Bei der lösbaren Kupplung kann es sich ur eine solche handeln, die innerhalb des Schalten triebes jeweils einer Schaltstufe zugeordnet ist, oder es kann sich auch um eine solche handeln, die gemäss Anspruch 3 zwischen dem hydrostatischen Getriebe und dcr. Sc###2tae trieb angeordnet ist. Im ersten Fall bedarf es einer gleichen Umfancsaeschwindigkeit der miteinander zu verbindenden Kupplungsteile. Im zweiten Fall bedarf es einer gleichen Drehzahl. Die Ausgestaltung nach Anspruch 4 führt zu einer erheblichen Vereinfachung der Antriebsvorrichtung durch den Einsatz eines sogenannten Lastschaltgetriebes, weil bei einem solchen eine Kupplung und ein sie steuernder Antrieb entfallen können. Im Anspruch 5EOd Einzelteile der Regeleinrichtung aufaezählt, die eine sichere Funktion der erfindungsgemässen Ausgestaltung gewährleisten. Es sind im Falle des Einsatzes eines einfachen Schaltgetriebes zwei Messeinrichtungen zur Ermittlung der Umfangsgeschwindigkeiten oder der Drehzahlen der miteinander zu verbindenden Kupplung teile und eine Steuerelektronik vorhanden, in der die Ergebnisse der Messeinrichtungen verarbeitet werden und die bei Übereinstimmung der Umfangsgeschwin- digkeit oder Drehzahlen die Zusammenführung der Kupplungsteile (Kuppeln) einleitet. Beim Vorhandensein eines Lastschaltgetriebes bezweckt die Regeleinrichtung eine Anpassung der Ausgangsdrehzahl des hydrostatischen Getriebes an die durch die Laststufe bedingte Drehzahl änderung. Deshalb ist eine Drehzahlmessung nur für die Ausgangsdrehzahl des hydrostatischen Getriebes notwendig, weil die durch die Schaltstufe bedingte Drehzahl änderung des Lastschaltgetriebes als von der Ausgangs cre;-¯hl des hydrostatischen Getriebes awhäncice Grösse rSc}-i.stufe) in der elektronischen Steuereinrichtung gespeichert werden kann. Im Rahmen der Erfindunc ist es auch möglich, die Ausgangsdrehzahl des Lastschalt- getriebes zu messen und in der elektronischen Steuereinrichtung mit der Ausgangsdrehzahl des hydrostatischen Getriebes zwecks Anpassung derselben zu vergleichen. Mit c±r kusbiicuno geP#ä± Anspruch 6 wird von einer eben alls durch den eingangs beschriebenen Stand der Technik schon bekannten und bewährten Ausgestaltung bzw. Anordnung Gebrauch gemacht. Für die Einwirkung der Regeleinrichtung auf die Pumpe des hydrostatischen Getriebes oder auf dessen vorhandene Verstellvorrichtung gibt es mehrere Möglichkeiten. Bei einem gemäss dem eingangs beschriebenen Stanc der Technik vom Steuerdruck einer Hilfspumpe beaufschlagten Stellglied ist es möglich, durch ein von der elektronischen Steuereinrichtung gesteuertes oder geregeltes Druckregelventil auf die Verstellvorrichtung einzuwirken. Es ist auch möglich, mit der Regeleinrichtung unmittelbar auf das Stellglied selbst oder auf Anbauteile desselben einzuwirken. Dabei empfiehlt sich ein proportionaler Betrieb, gemäss Anspruch 7, z.B. mittels Proportionalmagneten. In den Ansprüchen 8 und 9 werden Bemessungsgrössen zur Ermittlung des jeweiligen Lastverhaltens des Antriebsmotors angeführt. Gemäss Anspruch 8 dient hierzu der Arbeitsdruck und das Fördervolumen des hydrostatischen Getriebes. Gemäss Anspruch 9 dienen hierzu alternative Grössen, nämlich die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl des hydrostatischen Getriebes. Im Rahmen der Erfindung können natürlich auch die Drehzahlen synchron angetriebener Aggregate, nämlich beim Einsatz eines ##rbrennunc-,smotDflCdic Drehzahl der b#chtr#asohine' dienen. In beiden Fällen wird von der an sich bekannten Massnahme kein Gebrauch gemacht, beim Einsatz eines Verbrennungsmotors als Antriebsmotor unter anderem die Stellung des Gaspedals zur Ermittlung seines Lastver- haltens heranzuziehen. Beide Massnahmen führen unter Beibehaltung der drebzahlabhängigen Leistungsregeluna des hydrostatischen Getriebes zu den einzelnen Schalt stufen zugeoruneten günstigen Drehzahlbereichen des Antriebsmotors Bemessungsgrösse für das Fördervolumen des hydrostatischen Getriebes kann gemäss Anspruch 10 der jeweilige Schwenkwinkel der Verstellvorrichtung des hydrostatischen Getriebes bzw. die jeweilige Stellung eines synchron zur Verstellvorrichtung getriebenen Anbauteils sein. In den Ansprüchen 11 bis 14 sind Ausgestaltungsmerkmale enthalten, mit denen sich die vorbeschriebenen Be messungsgrössen, nämlich Arbeitsdruck, Fördermenge, Drehzahl und Schwenk- bzw. Längsbewegung in einfacher und funktionssicherer Weise messen lassen. Die Massnahmen gemäss Anspruch 15 verbessern das Fahrverhalten des durch die Antriebsvorrichtung angetriebenen Fahrzeugs. Z.B bei vergrössertem Schubbedarf beim Beschleunigen werden hierdurch gezielt grössere Leistungen übertragen. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer vereinfachten Zeichnung näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt einen hydraulischen Schaltplan für den Fahrantrieb eines Radladers. Die aus dem Schaltplan entnehmbare Antriebsvorrichtung umfasst einen Verbrennungsmotor als Antriebsmotor 1, dessen Antriebswelle 2 die Pumpe 3 eines hyarostatiscnen Getriebes 4 it aeschlossenem Kreislauf antreibt. Das hydrostatische Getriebe 4 ist durch eine Verbindungswelle 5 mit einem zweigängigen Lastschaltgetriebe 6 verbunden. Die Aus gangsdrehzahl des hydrostatischen Getriebes 4 urc die Eingangsdrehzahl des Lastschaltgetriebes 6 sind somit immer gleich. Die antriebsmässig mit dem andeutunasweise darçrs.e er Adern 11 r#undeE Auscancsvelle des Lastschaltgetriebes 6 ist mit 12 bezeichnet. Einzelheiten des Lastschaltgetriebes 6 sind nicht dargestellt. Es sind lediglich zwei Schaltantriebe 13 zur Durchführung der Schaltvorgänge sichtbar. Der Betrieb der Getriebeeinheit wird während der Schaltvorgänge durch eine Regel- und Steuereinrichtung 10, 14 mit einer Elektronik 15 geregelt, die durch elektrische Leitungen mit einem Schalter 17 für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt, mit den Schaltantrieben 13,mit einem der Verbindungswelle 5 zugeordneten Drehzahlmesser 19, mit einem den Antriebsmotor 1 zugeordneten Drehzahlmesser 20 und in noch zu beschreibender Weise mit einer allgemein mit 22 bezeichneten Verstellvorrichtung für das hydrostatische Getriebe 4 verbunden ist. Der Drehzahlmesser 20 ist der mit 21 bezeichneten Lichtmaschine des Antriebsmotors 1 zugeordnet. Die Frequenzen der Lichtmaschinenklemme werden in der Antriebsmotordrehzahl proportionale Gleichspannungen umgewandelt. Das hydrostatische Getriebe 4 ist durch die Verstellvorrichtung 22 in Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebsmotors 1 leistungsgeregelt. Die Verstellvorrichtung 22 umfasst eine durch die Antriebswelle 2 des Antriebsmotors 1 angetriebene Hilfspumpe 23 unver änderlichen Fördervolumens, die für den Betrieb in eine Förderrichtung eingerichtet ist. Die Pumpe 3, deren Fördermenge verstellbar ist und die für den Betrieb in beide Förderrichtungen eingerichtet ist, wird durch einen Hydraulikzylinder 24 verstellt, dessen durch Federn 25 mittelzentrierter Doppelkolben 26 durch wahlweise Beaufschlagung der Arbeitsräume 27, 28 verstellbar ist. Hierzu dient ein utseventii 29, das jeweils durch Vorwahl der Vorwärts- oder Rückwärts fahrt am Schalter 17 den einen oder anderen Arbeitsraum 27, 28 mit einer Hydraulikleitung 31 verbindet, in die die Hilfspumpe 23 fördert. In der Hydraulikleitung 31 ist eine sogenannte Druckwaage angeordnet, bestehend aus einer Drossel 32 in der Hydraulikleitung 31 und einem dieser in Strömungsrichtung nachgeordneten Druckregelventil 33, das durch den in der Hydraulikleitung 31 vor der Drossel 32 anstehenden Arbeitsdruck verstellbar ist. Dem Wegeventil 29 sind als Schaltmaqnete Proportionalmagnete 34 zugeordnet, die in bekannter Weise gegen andeutungsweise dargestellte Federn 35 wirksam sind. Im folgenden wird die Funktion der Antriebsvorrichtung erklärt. 1 Vor- oder Rückwärtsfahrt wird durch Vorwahl am Schalter 17 vorgewählt. Im Betrieb ist das hydrostatische Getriebe 4 durch die Verstellvorrichtung 22 in Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebsmotors 1 in bekannter Weise leistungsgeregelt. Eine solche Leistungsregelvor- richtung ist in DE-PS 22 47 437 beschrieben und dargestellt. Die Schaltzeitpunkte sind vom Lastverhalten des Antriebsmotors abhängig, Zur Ermittlung des Lastverhaltens werden mittelbar über die Drehzahl der Lichtmaschine 21 die Antriebsmotordrehzahl durch den Drehzahlmesser 20 und die Ausgangsdrehzahl des hydrostatischen Getriebes 4 durch den Drehzahlmesser 19 gemessen und miteinander verglichen. Die Schaltzeitpunkte sind so vorbestimmt, das der Antriebsmotor immer in einer, für Leistung und Kraftstoffverbrauch günstigen Drehzahlbereich arbeitet. Die Kriterien des Lastverhaltens, bei denen zu schalten ist, sind in der elektronischen Steuereinrichtung ge- speichert. Wenn der Antriebsmotor eine vom Lastverhalten abhängige obere Drehzahlgrenze im ersten Gang erreicht, wird automatisch der zweite Gang eingeschaltet. Hierzu werden durch die Steuereinrichtung 14 der Schaltantrieb 13 eingeschaltet und gleichzeitig durch die Regeleinrichtung 10 das sich in einer Endstellung befindliche #e##entil 29 durch den betreffenden Proportionalmagneten 34 im Sinne einer Verringerung der Beaufschlagung des Doppelkolbens 26 verstellt, wobei der Doppelkolben 26 durch die betreffende Feder 25 in Richtung auf seine Null-Stellung verstellt wird. Hierdurch wird die Fördermenge der Pumpe 3 um ein solches Mass verringert, dass sich die Ausgangsdrehzahl des hydrostatischen Getriebes 4 um ein solches Mass verringert, das der durch die Schaltstufe bedingten Drehzahländerung entspricht. Auf diese Weise kann das Lastschaltgetriebe 6 geschaltet werden, ohne dass die Drehzahl des Antriebsmotors 1 verändert werden muss. Beim Berunterschalten vom zweiten in den ersten Gang, das im übertragenen Sinne in vergleichbarer Weise erfolgt, wird die Ausgangsdrehzahl des hydrostatischen Getriebes 4 durch eine entgegengesetzte Beaufschlagunq des Doppelkolbens 26 (Ausschwenken der Pumpe 3) um das Mass der durch die Schaltstufe bedingten Drehzahl änderung vergrössert. Dabei kann die Drehzahl des Antriebsmotors 1 ebenfalls unverändert bleiben. Der Antriebsmotor 1 treibt gleichzeitig weitere Racre- gate des Radladers an, z.B. die Hub- und Schwenkein richtung für die Ladeschaufel. Dies ist aus Verein fachungsgründen nicht beschrieben und dargestellt. Anstelle einer mechanischen Einwirkung der Regelein ric:-tur. 10 au; die Verstellvorrichturig 22 ist auch eine hydraulische Einwirkung vorteilhaft möglich, z.B. mittels eines Druckregelventils, in der Hydraulikleitung 31 oder in der Hauptleitung des hydrostatischen Getriebes 4, das von einem Proportionalinagneten gesteuert wird und durch eine elektrische Leitung mit der elektronischen Steuereinrichtung 15 in Verbindung stehen kann. Die Erfindung ist nicht auf das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, primär- und/oder sekundärgeregelte hydrostatische Getriebe einzusetzen. Darüberhinaus können auch andere Wirkverbindungen zum Einsatz kommen, z.B. solche, bei denen die Regeleinrichtung 10 eigens auf das Verstellgestänge der Pumpe 3 wirkt. Auch in einem solchen Fall ka die Regeleinrichtung 10 unmittelbar auf das Verstellgestänge wirken, oder auf einen Hilfsantrieb zur Verstellung des hydrostatischen Getriebes 4.

Claims: A propulsion device for machines and vehicles, in particular for those with units to be driven simultaneously and especially for constructional vehicles such as wheeled loaders, comprising (a) a driving motor (1) and a transmission unit (4, 6) drivable thereby having an adjustable hydrostatic transmission including a pump (3) and a hydraulic motor, and followed by a gear-changing system (6), (b) the hydrostatic transmission (4) being power-output-controlled, through a hydraulic adjustment device (22) fed by an auxiliary pump driven by the driving motor, in dependence upon the speed of the variable speed driving motor (1), (c) the hydrostatic transmission (4) has associated with it a control device (10) effective during gear changing for the purpose of inverse proportional matching of the output speed of the hydrostatic transmission (4) or the input speed of the gear-changing system (6) to the change in speed required by the gear change, (d) the control device (10) has measuring devices for the output speed of the hydrostatic transmission (4) for actuating a control member (34) which acts upon a directional control valve (29) for the adjustment device (22), (e) and a control device (14) for gear changing the gear-changing system, characterised in that, (f) for power output control of the hydrostatic transmission (4), the adjustment device (22) has a throttle (32), a pressure control valve (33) and the directional control valve (29), wherein the directional control valve is effective as a proportionally working pressure control valve (29), on which the control member (34) acts, in that (g) control electronics (15) for operating the control member (34) are provided, in that (h) automatically controlled drives (13) are associated with a coupling and/or with the gear changing mechanism of the gear-changing system, and in that (i) the control device (14) is comprised within the control electronics (15) and the gear-changing system changes gear automatically in dependence upon the input speed and the torque of the hydrostatic transmission (4). A propulsion device according to claim 1, characterised in that the coupling is arranged between the hydrostatic transmission (4) and the gear-changing system (6). A propulsion device according to claim 1 or claim 2, characterised in that the gear-changing system (6) is a transmission that can be changed under load. A propulsion device according to claim 1, characterised in that the input shaft (2) and the output shaft (5) of the hydrostatic transmission (4) have respective revolution counters (19, 20) associated therewith.

Inventors: REISTLE WOLFGANG, WACHS EWALD, REISTLE, WOLFGANG, WACHS, EWALD
Applicants: HYDROMATIK GMBH
Application year: 1985
Main classification: B60K17
IPC codes: F16H59, F16H47, F16H61