DE102005060992A1 - Hydrostatischer Antrieb mit Rückgewinnug von Bremsenergie - Google Patents

Hydrostatischer Antrieb mit Rückgewinnug von Bremsenergie Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Antrieb zur Rückgewinnung von Bremsenergie. Der hydrostatische Antrieb umfasst eine Hydropumpe (2) und einen Hydromotor (3). Die Hydropumpe (2) und der Hydromotor (3) sind über eine erste Arbeitsleitung (4) und über eine zweite Arbeitsleitung (5) miteinander verbindbar. Ferner umfasst der hydrostatische Antrieb ein Speicherelement (41) zum Speichern von Druckenergie. Das Speicherelement (41) ist zur Rückgewinnung der gespeicherten Energie mit einem saugseitigen Anschluss der Hydropumpe (2) verbindbar.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Antrieb mit Rückgewinnung von Bremsenergie.
  • Beim hydrostatischen Fahrantrieben wird in der Regel durch einen Verbrennungsmotor ein hydrostatisches Getriebe angetrieben. Das hydrostatische Getriebe weist eine Hydropumpe und einen damit im geschlossenen Kreislauf verbunden Hydromotor auf. Kommt es bei einem so angetriebenen Fahrzeug zu einem Schiebebetrieb, so wirkt der Hydromotor als Pumpe. Diese Pumpwirkung des Hydromotors kann zum Abbremsen des Fahrzeugs verwendet werden. Dabei ist es bereits bekannt, das gepumpte Druckmittel in einen Hochdruckspeicher zu fördern und so die Bremsenergie wieder verfügbar zu machen. Umgekehrt kann beim Beschleunigen die in dem Hochdruckspeicher gespeicherte Energie eingesetzt werden, um die dann wieder als Hydromotor arbeitende Maschine anzutreiben.
  • Ein solcher Fahrantrieb mit einem verstellbaren Hydromotor und einem Hochdruckspeicher sowie einem Niederdruckspeicher, die an den Arbeitsleitungen des hydrostatischen Getriebes unmittelbar angeschlossen sind, ist aus der AT 395 960 B bekannt. Der dort vorgeschlagene Fahrantrieb weist einen verstellbaren Hydromotor auf, der aus einer Neutralposition heraus in einer ersten Richtung und einer entgegengesetzten zweiten Richtung auslenkbar ist. Während des normalen Fahrbetriebs wird der Hydromotor in einer ersten Richtung ausgelenkt und der Hydromotor zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt. Ist eine gewünschte Fahrgeschwindigkeit erreicht so wird der Schwenkwinkel durch Zurücknehmen der Auslenkung eines Verstellmechanismus des Hydromotors verringert. Wird der Schwenkwinkel bis in seine Neutralstellung zurückgenommen, so befindet sich das Fahrzeug in einem antriebslosen Zustand und rollt.
  • Zum Abbremsen des Fahrzeugs wird der Hydromotor in entgegengesetzter Richtung ausgelenkt. Dadurch pumpt der Motor nun das Druckmittel in entgegengesetze Richtung in dem hydraulischen Kreislauf. Durch dieses Umschwenken des Hydromotors wird es erreicht, dass immer die selbe Anschlussseite des Hydromotors die mit dem Hochdruck beaufschlagte Seite ist. Durch die Pumpwirkung des Hydromotors wird das Druckmittel in den Hochdruckspeicher gepumpt. Das hierzu erforderliche Druckmittel wird durch den Hydromotor aus einem Niederdruckspeicher angesaugt. Für eine anschließende Beschleunigung steht die in dem Hochdruckspeicher gespeicherte Energie zur Verfügung. Der Hydromotor wird nunmehr wieder in Richtung seiner ersten Auslenkung ausgeschwenkt und das in dem Hydrospeicher unter hohem Druck stehende Druckmittel wird dem Hydromotor zugeführt und so zur Beschleunigung genutzt. Auf der Niederdruckseite des Hydromotors ist der Niederdruckspeicher angeordnet, in den das aus dem Hochdruckspeicher unter hohem Druck entnommene Druckmittel nach Entspannung über den Hydromotor zugeführt wird.
  • Die beschriebene Anordnung hat den Nachteil, dass zum Aufladen des Hochdruckspeichers ein Verschwenken des Hydromotors erforderlich ist. Dies führt insbesondere dazu, dass jeweils beim Wechsel von einem Last- in einen Bremsbetrieb der Hydromotor über seine Neutrallage hinaus verstellt werden muss. Dadurch entsteht zwischenzeitlich eine ungebremste Bewegung, z.B. ein frei rollendes Fahrzeug, was insbesondere in überraschend auftretenden Bremssituationen zu kritischen Situationen führen kann. Je nach Fahrzeuggeschwindigkeit legt das Fahrzeug in dem zur Umsteuerung des Hydromotors erforderlichen Zeitraum eine erhebliche Wegstrecke zurück, bevor eine Bremswirkung eintritt.
  • Zudem ist es nachteilig, dass zur Speicherung und Rückgewinnung der Bremsenergie bei dem bekannten hydraulischen Kreislauf zwei Speicherelemente vorhanden sein müssen, von denen einer die Funktion des Hochdruckspeichers und der andere einen Volumenausgleich übernimmt. Die Rückgewinnung der gespeicherten Energie erfolgt direkt über den Hydromotor.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen hydraulischen Antrieb zu schaffen, bei dem eine Speicherung und Rückgewinnung von Bremsenergie mit lediglich einem Speicherelement indirekt möglich ist.
  • Die Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen hydrostatischen Antrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Der erfindungsgemäße hydrostatische Antrieb umfasst eine Hydropumpe und einen Hydromotor. Die Hydropumpe und der Hydromotor sind über eine erste Arbeitsleitung und eine zweite Arbeitsleitung in einem geschlossenen Kreislauf miteinander verbindbar. Der hydrostatische Antrieb weist weiterhin einen Speicher zum Speichern von Druckenergie auf. Zur Rückgewinnung der gespeicherten Energie des Speichers ist der Speicher mit einer saugseitigen Arbeitsleitung der Hydropumpe verbindbar.
  • Bei dem erfindungsgemäßen hydrostatischen Antrieb ist es besonders vorteilhaft, dass die in dem Speicher gespeicherte Energie durch Verbinden des Speichers mit der saugseitigen Arbeitsleitung der Hydropumpe zurück gewonnen wird. Dadurch ist kein direkter Anschluss an dem Hydromotor erforderlich, um aus dem Speicher den Hydromotor mit Druckmittel zu beaufschlagen. Vielmehr wird der saugseitige Druck der Hydropumpe erhöht, so dass die von der primären Antriebsquelle der Hydropumpe aufgenommene Energie reduziert wird. Durch die indirekte Rückführung der gespeicherten Energie ist der eingangsseitige Anschluss des Hydromotors stets mit dem förderseitigen Anschluss der Hydropumpe verbunden.
  • Die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs.
  • Insbesondere ist es vorteilhaft, den Speicher zum Speichern von Druckenergie parallel zu einer saugseitigen Arbeitsleitung der Hydropumpe zu schalten, so dass im Schiebebetrieb des hydrostatischen Antriebs durch den dann als Pumpe wirkenden Hydromotor sowohl die Saugseite der Hydropumpe als auch der Speicher durch den pumpenden Hydromotor mit Druckmittel beaufschlagt werden. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, ein Saugdrucksicherungsventil vorzusehen, welches in einem parallel zur Speicherleitung angeordneten Arbeitsleitungsabschnitt vorgesehen ist. Durch das dort angeordnete Saugdrucksicherungsventil wird bei Überschreiten eines Grenzwerts für den saugseitig der Hydropumpe herrschenden Druck eine Verbindung zwischen dem Hydromotor und der Hydropumpe unterbrochen. Damit wird sichergestellt, dass auf der Saugseite der Hydropumpe stets nur der erforderliche Mindestdruck herrscht. Die überschüssige geförderte Druckmittelmenge wird durch den Hydromotor in das Speicherelement gefördert. Bei einem Abfallen des Drucks in der saugseitigen Arbeitsleitung durch Ansaugen von Druckmittel durch die Hydropumpe, wie es beispielsweise bei einem von einem Nullhub verschiedenen Fördervolumen der Hydropumpe auftritt, wird dann automatisch durch den Hydromotor eine ausreichende Druckmittelmenge in die saugseitige Arbeitsleitung gefördert. Somit wird dem Speicher immer nur überschüssiges Druckmittel zugeführt.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, während der Rückgewinnung der gespeicherten Druckenergie den stromabwärtigen Anschluss des Hydromotors mit einer Saugdruckhaltevorrichtung verbinden zu können. Mit Hilfe der Saugdruckhaltevorrichtung wird in der saugseitigen Arbeitsleitung ein Mindestdruck aufrechterhalten. Durch das Aufrechterhalten des Mindestdrucks in der saugseitigen Arbeitsleitung wird auf der Saugseite der Hydropumpe der für den sicheren Betrieb der Hydropumpe erforderliche Mindestsaugdruck sichergestellt. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, bei Unterschreiten des Mindestsaugdrucks in der saugseitigen Arbeitsleitung einen stromabwärtigen Anschluss des Hydromotors mit der saugseitigen Arbeitsleitung zu verbinden. Durch das automatische Verbinden wird das durch den Hydromotor im Schiebebetrieb geförderte Druckmittel wieder unmittelbar dem Sauganschluss der Hydropumpe zugeführt. Eine solche Situation tritt beispielsweise auf, wenn während eines Beschleunigungsvorgangs die Energie des Speichers rückgewonnen wird und der Druck im Speicherelement so weit gefallen ist, dass ein ausreichender Druck in der saugseitigen Arbeitsleitung allein aufgrund des Speicherelements nicht sichergestellt werden kann. Die Saugdruckhaltevorrichtung umfasst vorzugsweise ein Saugdruckbegrenzungsventil, durch welches der stromabwärtige Anschluss des Hydromotors mit einem Tankvolumen verbindbar ist. Mit Hilfe des Saugdruckbegrenzungsventils wird das durch den Hydromotor geförderte Druckmittel in ein Tankvolumen entspannt, sofern der in der saugseitigen Arbeitsleitung herrschende Druck im Hinblick auf den Mindestsaugdruck ausreichend ist.
  • Besonders vorteilhaft ist es, dem Speicher eine Speicherdruckhaltevorrichtung vorzuschalten. Mit Hilfe der Speicherdruckhaltevorrichtung wird der in dem Speicher herrschende Druck oberhalb eines Mindestwerts gehalten. Dies hat zur Folge, dass im Schiebebetrieb durch den Hydromotor von Anfang an gegen einen mindestens in dem Speicherelement vorhandenen Druck gefördert werden muss. Dadurch lässt sich beispielsweise die Bremswirkung, die durch das Fördern von Druckmittel gegen den Speicherdruck erzielt wird, erhöhen. Insbesondere ist es vorteilhaft, die Speicherdruckhaltevorrichtung mit einem Rückschlagventil und einem Druckbegrenzungsventil auszubilden. Durch das Rückschlagventil wird sichergestellt, dass bei auftretender Leckage und in Folge dessen sinkendem Speicherdruck unabhängig von dem tatsächlich vorhandenen Speicherdruck ein Befüllen des Speichers möglich ist, sofern in der angeschlossenen Leitung ein Druck herrscht, welcher den Speicherdruck übersteigt. Gleichzeitig wird durch die Verwendung eines Speicherdruckbegrenzungsventils sichergestellt, dass eine Entnahme von Druckmittel aus dem Speicher jeweils nur dann erfolgen kann, wenn der in dem Speicher vorhandene Druck oberhalb eines absoluten Werts liegt. Damit wird die Entnahme unabhängig von einem zwischen dem Speicher und einem Teil des hydraulischen Antriebs herrschenden Differenzdruck. Eine Entnahme von Druckmittel ist ausschließlich von dem in dem Speicher herrschenden absoluten Druck abhängig.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, den stromaufwärtigen Anschluss des Hydromotors unabhängig von dem jeweiligen Betriebszustand des hydrostatischen Antriebs mit der förderseitigen Arbeitsleitung der Hydropumpe zu verbinden. Das Verbinden des stromaufwärtigen Anschlusses des Hydromotors mit der förderseitigen Arbeitsleitung hat den Vorteil, dass die unterschiedlichen Betriebssituationen ausschließlich auf der stromabwärts des Hydromotors gelegenen Seite des hydrostatischen Antriebs geschaltet werden. Hierzu ist besonders vorteilhaft stromaufwärts und stromabwärts des Hydromotors jeweils ein Aktuator-betätigtes Wegeventil angeordnet. Durch das Vorsehen von zwei Aktuator-betätigten Wegeventilen kann die Förderrichtung in dem hydraulischen Kreislauf umgekehrt werden. Damit ist unabhängig von der Förderrichtung innerhalb des hydraulischen Kreislaufs jeweils stromabwärts des Hydromotors ein Wegeventil angeordnet. Durch das stromaufwärts des Hydromotors gelegene Wegeventil wird dabei lediglich die Verbindung des stromaufwärtigen Anschlusses des Hydromotors mit der stromaufwärtigen Arbeitsleistung realisiert. Das Umschalten zwischen verschiedenen Betriebssituationen, also dem Bremsen und Aufladen des Speichers sowie dem nachfolgenden Rückgewinnen der gespeicherten Bremsenergie erfolgt dagegen ausschließlich auf der stromabwärts des Hydromotors gelegenen Seite durch das dort vorgesehene Wegeventil.
  • Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs.
  • In der 1 ist ein erfindungsgemäßer hydrostatischer Antrieb 1 dargestellt. Der hydrostatische Antrieb 1 weist eine in ihrem Fördervolumen und Förderrichtung einstellbare Hydropumpe 2 auf. In dem hydrostatischen Antrieb ist ein ebenfalls verstellbarer Hydromotor 3 in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf angeordnet. Der geschlossene hydraulische Kreislauf wird durch eine erste Arbeitsleitung 4 und eine zweite Arbeitsleitung 5 gebildet, die mit jeweils einem Anschluss an der Hydropumpe 2 verbunden sind. Die erste Arbeitsleitung 4 verzweigt sich in einen ersten Arbeitsleitungsabschnitt 4a und einen zweiten Arbeitsleitungsabschnitt 4b. Dementsprechend verzweigt sich auf der dem Hydromotor 3 zugewandten Seite des geschlossenen hydraulischen Kreislaufs die zweite Arbeitsleitung 5 in einen ersten Arbeitsleitungszweig 5a und einen zweiten Arbeitsleitungszweig 5b. Um einen geschlossenen hydraulischen Kreislauf zu realisieren, ist unmittelbar mit dem Hydromotor 3 eine erste Hydromotoranschlussleitung 6 und eine zweite Hydromotoranschlussleitung 7 vorgesehen, die von der Förderrichtung abhängig einen stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigen Anschluss des Hydromotors 3 bilden. Während des normalen Fahrbetriebs, der einem herkömmlichen hydrostatischen Antrieb entspricht, ist der zweite Arbeitsleitungsabschnitt 4b der ersten Arbeitsleitung 4 über ein erstes Schaltventil 8 mit der ersten Hydromotoranschlussleitung 6 verbunden.
  • Für die nachfolgende Beschreibung wird angenommen, dass für eine Vorwärts-Fahrt die Hydropumpe 2 Druckmittel in die erste Arbeitsleitung 4 und weiter über den zweiten Arbeitsleitungsabschnitt 4b der ersten Arbeitsleitung 4 und das erste Schaltventil 8 sowie über die erste Hydromotoranschlussleitung 6 zu dem Hydromotor 3 fördert. Stromabwärts des Hydromotors 3 ist die zweite Hydromotoranschlussleitung 7 über ein zweites Schaltventil 9 mit dem zweiten Arbeitsleitungsabschnitt 5b der zweiten Arbeitsleitung 5 sowie die zweite Arbeitsleitung 5 mit dem saugseitigen Anschluss der Hydropumpe 2 verbunden. Bei Rückwärts-Fahrt kehrt sich dementsprechend die Förderrichtung der Hydropumpe 2 um, so dass bei Rückwärts-Fahrt die Hydropumpe 2 in die zweite Arbeitsleitung 5 fördert. Diese und die möglichen weiteren Schaltstellungen des ersten Schaltventils 8 sowie des zweiten Schaltventils 9 werden nachfolgend noch ausführlich erläutert.
  • Der beschriebene hydrostatische Antrieb 1 kann z. B. ein Fahrantrieb einer Baumaschine sein. In diesem Fall wird als Antriebsmaschine 10 vorzugsweise eine Dieselbrennkraftmaschine eingesetzt. Die Antriebsmaschine 10 ist über eine Antriebswelle 11 mit der Hydropumpe 2 verbunden und treibt diese an. Ebenfalls mit der Antriebswelle 11 ist eine Speisepumpe 12 zum Erzeugen eines Mindestdrucks in dem geschlossenen hydraulischen Kreislauf vorgesehen. Die Speisepumpe 12 saugt aus einem Tankvolumen 13 Druckmittel über eine Saugleitung 14 an und fördert es in eine Speiseleitung 15. Die Speiseleitung 15 verzweigt sich in einen ersten Speiseleitungsabschnitt 15' und einen zweiten Speiseleitungsabschnitt 15''. In dem ersten Speiseleitungsabschnitt 15', welcher die Speiseleitung mit der ersten Arbeitsleitung 4 verbindet, sowie in dem zweiten Speiseleitungsabschnitt 15'', der die Speiseleitung 15 mit der zweiten Arbeitsleitung 5 verbindet, ist eine erste Speiseventileinheit 16 bzw. eine zweite Speiseventileinheit 17 angeordnet. Die erste Speiseventileinheit 16 und die zweite Speiseventileinheit 17 sind identisch aufgebaut. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden wird nachfolgend lediglich der Aufbau der Speiseventileinheit 16 ausführlich erläutert.
  • Die erste Speiseventileinheit 16 weist ein in Richtung auf die erste Arbeitsleitung 4 hin öffnendes Rückschlagventil 18 auf. In einer parallel dazu angeordneten Bypass-Leitung 21 ist ein Druckbegrenzungsventil 19 zur Absicherung des in der ersten Arbeitsleitung 4 herrschenden Drucks vorgesehen. Das Druckbegrenzungsventil 19 ist durch eine Druckfeder 20 in Schließrichtung belastet. Entgegengesetzt zu der Kraft der Druckfeder 20 wirkt auf das Druckbegrenzungsventil 19 über eine Messleitung 22 der in der Bypass-Leitung 21 und somit in der ersten Arbeitsleitung 4 herrschende Druck. Übersteigt der Druck in der ersten Arbeitsleitung 4 folglich einen durch die Druckfeder 20 festgelegten Grenzwert, so wird durch die hydraulische Kraft das Druckbegrenzungsventil 19 in Öffnungsrichtung verstellt.
  • Die vorzugsweise als Konstantpumpe ausgeführte Speisepumpe 12 ist zur Förderung in lediglich eine Richtung vorgesehen. Zur Absicherung des Speisesystems ist mit der Speiseleitung 15 ein Speisedruckventil 23 vorgesehen. Das Speisedruckventil 23 dient der Absicherung des Speisesystems und öffnet bei Überschreiten eines Speisedruckmaximalwerts. In geöffnetem Zustand verbindet das Speisedruckventil 23 die Speiseleitung 15 mit dem Tankvolumen 13.
  • Tritt ein kritischer Druck in der ersten Arbeitsleitung 4 auf, so wird das in der ersten Speiseventileinheit 16 angeordnete Rückschlagventil 18 durch das Druckbegrenzungsventil 19 umgangen und Druckmittel aus der ersten Arbeitsleitung 4 in Richtung auf die Speiseleitung 15 hin entspannt. Durch das in der zweiten Speiseventileinheit 17 angeordnete Rückschlagventil ist eine Entspannung des Drucks in die zweite Arbeitsleitung 5 möglich. Ist der in der zweiten Arbeitsleitung 5 herrschende Druck jedoch höher als der durch das Speisedruckventil 23 eingestellte Druck, so erfolgt eine Entspannung über die Speiseleitung 15 und das Speisedruckventil 23 in das Tankvolumen 13.
  • Betrifft der hydrostatische Antrieb 1 einen Fahrantrieb, so ist der verstellbare Hydromotor 3 über eine Abtriebswelle 25 mit einem Fahrzeugantrieb 26 gekoppelt. Der Fahrzeugantrieb 26 kann dabei beispielsweise ein Radantrieb, ein Differenzialgetriebe oder ein nachgeschaltetes Lastschaltgetriebe oder Schaltgetriebe sein.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind das erste Schaltventil 8 und das zweite Schaltventil 9 als 5/3-Wegeventile ausgeführt. Das erste Schaltventil 8 weist eine erste Schaltposition 27 und eine zweite Schaltposition 28, sowie eine dazwischen angeordnete Neutralposition 29 auf. Dementsprechend weist das zweite Schaltventil 9 eine erste Schaltposition 30, eine zweite Schaltposition 31 sowie eine dazwischen angeordnete Neutralposition 32 auf. Das erste Schaltventil 8 wird durch eine erste Rückstellfeder und eine zweite Rückstellfeder 33, 34 in seiner Neutralposition 29 gehalten. Gleichsinnig mit den Rückstellfedern 33, 34 wirken auf das erste Schaltventil 8 zwei Aktuatoren, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als erster Elektromagnet 35 und zweiter Elektromagnet 36 ausgeführt sind und das erste Schaltventil 8 in Richtung seiner ersten bzw. zweiten Schaltposition 27, 28 beaufschlagen.
  • Das erste Schaltventil 8 und das zweite Schaltventil 9 sind entsprechend aufgebaut. Dementsprechend weist auch das zweite Schaltventil 9 eine erste Rückstellfeder 37 und eine zweite Rückstellfeder 38 sowie einen ersten Elektromagneten 39 und einen zweiten Elektromagneten 40 als Aktuatoren auf.
  • Während des normalen Fahrbetriebs befindet sich bei Vorwärts-Fahrt das erste Schaltventil 8 in seiner in der 1 dargestellten Neutralposition 29. In der Neutralposition 29 ist der zweite Arbeitsleitungsabschnitt 4b der ersten Arbeitsleitung 4 mit der ersten Hydromotoranschlussleitung 6 verbunden. Während des zunächst angenommenen gewöhnlichen Fahrbetriebs ohne Speicherbetrieb des hydrostatischen Antriebs, befindet sich das zweite Schaltventil 9 ebenfalls in seiner Neutralposition. Damit wird ein geschlossener hydraulischer Kreislauf in der zuvor bereits beschriebenen Weise geschaltet.
  • Zum Speichern von Energie während eines Bremsvorgangs des Fahrzeugs ist ein Speicher 41 vorgesehen. In dem Speicher 41 kann gegen den Druck eines kompressiblen Volumens Druckmittel gespeichert werden, so dass die Bremsenergie in Form von Druckenergie in dem Speicher 41 gespeichert wird. Der Speicher 41 ist hierzu über eine erste Speicherleitung 42 oder eine zweite Speicherleitung 43 mit dem hydraulischen Kreislauf verbindbar. Um ein Abfallen des in dem Speicher 41 herrschenden Speicherdrucks unter einen Mindestspeicherdruck zu verhindern, ist eine Druckhalteeinrichtung 44 vorgesehen. Die Druckhalteeinrichtung 44 umfasst ein Rückschlagventil 45. Das Rückschlagventil 45 öffnet in Richtung auf den Speicher 41 hin. Parallel zu dem Rückschlagventil 45 ist in der Druckhalteeinrichtung 44 ein Speicherdruckbegrenzungsventil 46 angeordnet. Das Speicherdruckbegrenzungsventil 46 wird durch eine Schließfeder 47 in Richtung seiner geschlossenen Position beaufschlagt. Entgegengesetzt wirkt auf das Speicherdruckbegrenzungsventil 46 eine hydraulische Kraft, die durch den in dem Speicher 41 herrschenden Druck erzeugt wird, der über eine Messleitung 48 auf eine Messfläche des Druckbegrenzungsventils 46 wirkt. Übersteigt der in dem Speicher 41 herrschende Druck einen durch die Schließfeder 47 festgelegten Mindestdruck, so wird das Speicherdruckbegrenzungsventil 46 in seine geöffnete Position gebracht. In seiner geöffneten Position ist ein Ausgangsanschluss des Speichers 41 mit der ersten und der zweiten Speicherleitung 42, 43 verbunden und Druckmittel, welches in dem Speicher 41 gespeichert ist, kann in Richtung zu dem hydraulischen Kreislauf hin abströmen.
  • Die nachfolgende Erläuterung zum Füllen des Speichers 41 während eines Bremsvorgangs, in dem sich der Hydromotor 3 im Schiebebetrieb befindet und somit als Pumpe wirkt, geht von einer Vorwärts-Fahrt aus. Eine Vorwärts-Fahrt ist im nachfolgenden Beispiel so definiert, dass die erste Arbeitsleitung 4 die förderseitige Arbeitsleitung der Hydropumpe 2 ist.
  • Während einer solchen Vorwärts-Fahrt sind das erste Schaltventil 8 und das zweite Schaltventil 9 in den in der 1 gezeigten Neutralpositionen 29 bzw. 32. Geht das angetriebene Fahrzeug nun in einen Schiebebetrieb über, in dem der Hydromotor 3 als Pumpe wirkt und aus der ersten Hydromotoranschlussleitung 6 seinerseits Druckmittel ansaugt und in die zweite Hydromotoranschlussleitung 7 pumpt, so wird dem ersten Elektromagneten 39 des zweiten Schaltventils 9 ein Signal zum Schalten zugeführt. In Folge dessen wird das zweite Schaltventil 9 in die erste Schaltposition 30 gebracht.
  • In dieser ersten Schaltposition 30 ist eine durchströmbare Verbindung zwischen der zweiten Hydromotoranschlussleitung 7 und der zweiten Speicherleitung 43 hergestellt. Gleichzeitig wird die zweite Hydromotoranschlussleitung 7 mit einem ersten Arbeitsleitungsabschnitt 5a der zweiten Arbeitsleitung 5 verbunden. In dem ersten Arbeitsleitungsabschnitt 5a der zweiten Arbeitsleitung 5 ist ein Saugdrucksicherungsventil 50 angeordnet. Das Saugdrucksicherungsventil 50 ist durch eine einstellbare Feder 51 in Richtung seiner geöffneten Position beaufschlagt. In entgegengesetzter Richtung wirkt auf das Saugdrucksicherungsventil 50 eine hydraulische Kraft. Die hydraulische Kraft wird durch den in der zweiten Arbeitsleitung 5 herrschenden Druck erzeugt, welcher über eine Saugdruckmessleitung 52 auf eine entsprechende Messfläche des Saugdrucksicherungsventils 50 wirkt. Das Saugdrucksicherungsventil 50 hat die Aufgabe, einen mindestens erforderlichen Druck in der saugseitigen Arbeitsleitung, welche in der beschriebenen Bremssituation durch die zweite Arbeitsleitung 5 gebildet wird, sicherzustellen. Unterschreitet der in der zweiten Arbeitsleitung 5 herrschende Druck den durch die einstellbare Feder 51 festgelegten Wert, so bringt die einstellbare Feder 51 das Saugdrucksicherungsventil 50 in seine geöffnete Position. Das von dem Hydromotor 3 geförderte Druckmittel fließt dann über die zweite Hydromotoranschlussleitung 7 sowie das zweite Schaltventil 9 in seiner Neutralposition 32 und den ersten Arbeitsleitungsabschnitt 5a der zweiten Arbeitsleitung 5 zu dem saugseitigen Anschluss der Hydropumpe 2. Durch das zweite Schaltventil 9 sind somit während des beschriebenen Schiebebetriebs sowohl die saugseitige Arbeitsleitung mit dem stromabwärtigen Anschluss des Hydromotors 3 verbunden als auch der Speicher 41.
  • Durch die parallele Verbindung des Speichers 41 sowie der saugseitigen Arbeitsleitung 5 über das Saugdrucksicherungsventil 50 wird sichergestellt, dass in der saugseitigen Arbeitsleitung, beim beschriebenen Ausführungsbeispiel die zweite Arbeitsleitung 5, einen zum sicheren Betrieb der Hydropumpe 2 mindestens erforderlichen Saugdruck bereitstellt. Das nicht zum Aufrechterhalten des Mindestsaugdrucks erforderliche Druckmittel wird über die zweite Speicherleitung 43 sowie das Rückschlagventil 45 dem Speicher 41 zugeführt. In dem Speicher 41 wird damit der Druck erhöht und die frei werdende Bremsenergie in Form von Druckenergie in dem Speicher 41 gespeichert.
  • In dem ersten Arbeitsleitungsabschnitt 4a der ersten Arbeitsleitung 4 ist ein entsprechendes Saugdrucksicherungsventil 50' angeordnet. Auf die ausführliche Beschreibung der einzelnen Elemente des Saugdrucksicherungsventils 50' wird, um Wiederholungen zu vermeiden, verzichtet. Das Saugdrucksicherungsventil 50', welches in dem ersten Arbeitsleitungsabschnitt 4a der ersten Arbeitsleitung 4 angeordnet ist, erfüllt dieselbe Funktion wie das Saugdrucksicherungsventil 50 im Falle einer sich umkehrenden Strömungsrichtung in dem hydraulischen Kreislauf.
  • Befindet sich also das Fahrzeug in Rückwärts-Fahrt, so dass die zweite Arbeitsleitung 5 die förderseitige Arbeitsleitung ist, so befindet sich das zweite Schaltventil 9 in seiner Neutralposition 32. Gleichzeitig wird durch Bestromen des ersten Elektromagneten 35 das erste Schaltventil 8 beim Bremsen in seine erste Schaltposition 27 gebracht. In der ersten Schaltposition 27 des ersten Schaltventils 8 wird die erste Hydromotoranschlussleitung 6, welche in diesem Fall die stromabwärtige Hydromotoranschlussleitung ist, mit dem ersten Arbeitsleitungsabschnitt 4a sowie der ersten Speicherleitung 42 verbunden. Damit ist auch bei Rückwärts-Fahrt im Schiebebetrieb der Speicher 41 parallel zu der dann saugseitigen ersten Arbeitsleitung 4 mit dem stromabwärtigen Anschluss des Hydromotors 3 verbunden.
  • Für die Erläuterung der Rückgewinnung der Bremsenergie wird nachfolgend wieder von einer Vorwärts-Fahrt des Fahrzeugs ausgegangen, bei der die erste Arbeitsleitung 4 die förderseitige und zweite Arbeitsleitung 5 die saugseitige Arbeitsleitung ist. Das erste Schaltventil 8 befindet sich in seiner Neutralposition 29. In zuvor beschriebener Weise wird durch das Fördern von Druckmittel durch den Hydromotor 3 der Speicher 41 mit Druckmittel befüllt. Zur Rückgewinnung der gespeicherten Druckenergie wird nun das zweite Schaltventil 9 durch Beaufschlagen des zweiten Elektromagneten 40 in seine zweite Schaltposition 31 gebracht. In der zweiten Schaltposition 31 des zweiten Schaltventils 9 wird die zweite Speicherleitung 43 mit dem zweiten Arbeitsleitungsabschnitt 5b der zweiten Arbeitsleitung 5 verbunden. Die stromabwärtige, zweite Hydromotoranschlussleitung 7 wird gleichzeitig mit einer ersten Verbindungsleitung 53 verbunden. Die erste Verbindungsleitung 53 verbindet das zweite Schaltventil 9 mit einer Saugdruckhaltevorrichtung 54. In der Saugdruckhaltevorrichtung 54 zweigt von der ersten Verbindungsleitung 53 eine zweite Verbindungsleitung 55 ab. Die zweite Verbindungsleitung 55 verbindet die erste Verbindungsleitung 53 mit der zweiten Arbeitsleitung 5. In der zweiten Verbindungsleitung 55 ist ein in Richtung auf die zweite Arbeitsleitung 5 hin öffnendes Rückschlagventil 56 angeordnet. Die erste Verbindungsleitung 53 mündet in eine Entspannungsleitung 57 aus. In der ersten Verbindungsleitung 53 ist stromabwärts der Abzweigung der zweiten Verbindungsleitung 55 ein Saugdruckbegrenzungsventil 58 angeordnet.
  • Das Saugdruckbegrenzungsventil 58 ist ein in Schließrichtung mit einer Druckfeder 59 beaufschlagtes Ventil. Entgegengesetzt zu der Kraft der Druckfeder 59 greift an dem Saugdruckbegrenzungsventil 58 eine weitere hydraulische Kraft an, die über eine weitere Messleitung 60 zugeführt wird. Durch das Saugdruckbegrenzungsventil 58 wird der in der ersten Verbindungsleitung 53 herrschende Druck auf den zum Betrieb der Hydropumpe 2 erforderlichen Saugdruck festgelegt. Bei einem höheren Druck in der ersten Verbindungsleitung 53 öffnet das Saugdruckbegrenzungsventil 58 und entspannt die erste Verbindungsleitung 53 über die Entspannungsleitung 57 in das Tankvolumen 13. Solange in der ersten Verbindungsleitung 53 ein Druck herrscht, der höher als der in der zweiten Arbeitsleitung 5 ist, öffnet das Rückschlagventil 56 der Saugdruckhalteeinrichtung 54. Damit strömt aus der ersten Verbindungsleitung 53 über die zweite Verbindungsleitung 55 Druckmittel in die zweite Arbeitsleitung 5 und der zum Betrieb der Hydropumpe 2 mindestens erforderliche Druck in der saugseitigen Arbeitsleitung wird aufrechterhalten. In dieser Situation, also während der Rückgewinnung von Energie, wird bei Unterschreiten des Mindestsaugdrucks die saugseitige Arbeitsleitung 5 mit der stromabwärtigen Hydromotoranschlussleitung 7 verbunden. Diese Situation tritt bei sich leerendem Speicher 41 ein.
  • Solange der Speicher 41 unter hohem Druck steht und eine entsprechende Menge an Druckmittel über das Speicherdruckbegrenzungsventil 46 und die zweite Speicherleitung 43 sowie das in seiner zweiten Schaltposition 31 befindliche zweite Schaltventil 9 dem zweiten Arbeitsleitungsabschnitt 5b zugeführt wird, wird ein höherer Druck in der saugseitigen, zweiten Arbeitsleitung 5 durch den Speicher 41 erzeugt. Durch das unter hohem Druck aus dem Speicher 41 zugeführte Druckmittel steht die zweite Arbeitsleitung 5 unter einem gegenüber dem Mindestsaugdruck erhöhten Druck. Dadurch wird die von der Hydropumpe 2 aus der Antriebsmaschine 10 aufgenommene Leistung verringert, wodurch eine Energieeinsparung beim Fahrbetrieb oder einer Beschleunigung erreicht wird.
  • Mit zunehmender Leerung des Speichers 41 erfolgt eine Verringerung des in dem Speicher 41 herrschenden Drucks. Schließlich schließt das Speicherdruckbegrenzungsventil 46, sofern der durch die Feder 47 festgelegte Mindestdruck des Speichers 41 unterschritten wird. Spätestens zu diesem Zeitpunkt lässt sich durch das aus dem Speicher 41 entnommene Druckmittel der Mindestsaugdruck in der zweiten Arbeitsleitung 5 nicht aufrechterhalten. In Folge dessen öffnet das Rückschlagventil 56 und die zweite Arbeitsleitung 5 wird mit dem stromabwärtigen Anschluss des Hydromotors 3 verbunden.
  • Eine entsprechende Anordnung ist für die Rückgewinnung der Bremsenergie bei Rückwärts-Fahrt vorgesehen. Die entsprechenden noch nicht beschriebenen Elemente sind mit identischen, gestrichelten Bezugszeichen versehen. Auf eine gesonderte ausführliche Erläuterung wird zur Vermeidung von Wiederholungen verzichtet. Bei einer Rückgewinnung von gespeicherter Energie während der Rückwärts-Fahrt wird das erste Schaltventil 8 durch Erregen des zweiten Elektromagneten 36 in seine zweite Schaltposition 28 gebracht. Gleichzeitig befindet sich das zweite Schaltventil 9 durch Erregung des Elektromagneten 39 in seiner ersten Schaltposition 30.
  • Die beiden Saugdruckhalteeinrichtungen 54, 54' sind vorzugsweise mit derselben Entspannungsleitung 57 verbunden.
  • Die einzelnen Schaltpositionen des ersten Schaltventils 8 und des zweiten Schaltventils 9 werden der Übersichtlichkeit halber nachfolgend unter Verwendung der entsprechenden Bezugszeichen der 1 noch einmal in einer Tabelle zusammengefasst.
  • Figure 00170001
  • Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr sind auch Kombinationen einzelner Merkmale des dargestellten Ausführungsbeispiels möglich.

Claims (10)

  1. Hydrostatischer Antrieb umfassend eine Hydropumpe (2) und einen mit der über eine erste Arbeitsleitung (4) und eine zweite Arbeitsleitung (5) verbindbaren Hydromotor (31 und ein Speicherelement (41) zum Speichern von Druckenergie, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (41) zur Rückgewinnung der gespeicherten Energie mit einer saugseitigen Arbeitsleitung (4, 5) der Hydropumpe (2) verbindbar ist.
  2. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (41) zum Speichern von Druckenergie parallel zu einer saugseitigen Arbeitsleitung (4, 5) der Hydropumpe (2) geschaltet ist und das Speicherelement (41) und die saugseitige Arbeitsleitung (4, 5) mit dem Hydromotor (3) verbindbar sind.
  3. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zu einer Speicherleitung (42, 43) parallelen Arbeitsleitungsabschnitt (4a, 5a) ein Saugdrucksicherungsventil (50, 50') angeordnet ist.
  4. Hydrostatischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine stromabwärtige Hydromotoranschlussleitung (6, 7) des Hydromotors (3) mit einer Saugdruckhaltevorrichtung (54, 54') verbindbar ist.
  5. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Rückgewinnung der gespeicherten Energie bei Unterschreiten eines Mindestsaugdrucks in der saugseitigen Arbeitsleitung (4, 5) die stromabwärtige Hydromotoranschlussleitung (6, 7) des Hydromotors (3) mit der saugseitigen Arbeitsleitung der Pumpe (4, 5) verbunden ist.
  6. Hydrostatischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Saugdruckhaltevorrichtung (54, 54') eine stromabwärtige Hydromotoranschlussleitung (6, 7) über ein Saugdruckbegrenzungsventil (58, 58') mit einem Tankvolumen (13) verbindbar ist.
  7. Hydrostatischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Speicher (41) eine Speicherduckhaltevorrichtung (44) vorgeschaltet ist.
  8. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherdruckhaltevorrichtung (44) ein Rückschlagventil (45) und ein Speicherdruckbegrenzungsventil (46) umfasst.
  9. Hydrostatischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine stromaufwärtige Hydromotoranschlussleitung (6, 7) mit der bezüglich der Hydropumpe (2) förderseitigen Arbeitsleitung (4, 5) verbunden ist.
  10. Hydrostatischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts und stromabwärts des Hydromotors (3) jeweils ein Aktuator-betätigtes Wegeventil (8, 9) angeordnet ist.
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