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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Vorrichtung für einen wenigstens eine Antriebsmaschine umfassenden Fahrzeugantriebsstrang gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus der Praxis bekannte mobile Arbeitsmaschinen, insbesondere landwirtschaftliche Traktoren, sind mit einer oder mit mehreren Hydraulikpumpen ausgeführt, die permanent mit einer als Brennkraftmaschine ausgebildeten Antriebsmaschine verbunden sind und direkt vom Motor angetrieben werden. Die Hydraulikpumpen sind entweder Verdrängermaschinen mit konstantem oder veränderlichem spezifischem Fördervolumen und werden als Konstantpumpen oder als Verstellpumpen bezeichnet. Des Weiteren sind die Hydraulikpumpen mit unterschiedlichen hydraulischen Baugruppen und Komponenten im offenen Kreislauf verbunden und stellen die für den Betrieb des hydraulischen Netzwerkes erforderliche Energie zur Verfügung, wobei rotatorische oder translatorische Aktoren von den Hydraulikpumpen mit Hydraulikfluid versorgt werden.
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Über die Aktoren werden üblicherweise im Wesentlichen bestimmte Antriebs- und Stellfunktionen von Arbeitswerkzeugen der mobilen Arbeitsmaschine realisiert, die nicht für die Fahrfunktionen der Arbeitsmaschine eingesetzt werden. Derartige hydraulische Netzwerke werden häufig auch als Arbeitshydrauliken bezeichnet, die nur während eines eigentlichen Arbeitseinsatzes bzw. während eines sogenannten Arbeitsmodus von Arbeitsmaschinen betrieben werden.
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Werden mobile Arbeitsmaschinen, wie landwirtschaftliche Traktoren, zwischen verschiedenen Arbeitseinsatzorten versetzt, befindet sich ein Fahrzeugantriebsstrang einer solchen Arbeitsmaschine in einem sogenannten Transportmodus, während welchem eine Arbeitshydraulik nicht benutzt wird. Im Transportmodus einer Arbeitsmaschine treten im Bereich einer mit dem Fahrzeugantriebsstrang gekoppelten und nicht aktiv betriebenen Arbeitshydraulik oftmals sogar Verlustleistungen auf, die sich nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch der Antriebsmaschine des Fahrzeugantriebsstranges auswirken können.
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Elektrische Lösungen, mittels welchen während eines Transportbetriebes kinetische Energie zur Reduzierung eines Kraftstoffverbrauches einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugantriebsstranges rekuperierbar ist, sind für mobile Arbeitsmaschinen, wie landwirtschaftliche Traktoren, die nur gelegentlich im Transportmodus auf festen Fahrbahnen betrieben werden, zu teuer und die hierfür benötigten Bauelemente stehen derzeit nicht in gewünschtem Umfang zur Verfügung.
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Für mobile Arbeitsmaschinen sind aus der Praxis unterschiedliche technische Lösungen zur Speicherung kinetischer und/oder auch potentieller Energie bekannt, wobei unter anderem hydraulische Akkumulatoren zur Energiespeicherung in Kombination mit reinen hydrostatischen Fahrantrieben kombiniert werden.
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In mobilen Arbeitsmaschinen ist in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Einsatzzweckes und den jeweils wechselnden Arbeitsbedingungen kinetische Energie nur in stark eingeschränktem Umfang rekuperierbar und in gewünschtem Umfang nutzbar. Derzeit bekannte technische Lösungen zur hydraulischen Energiespeicherung sind jedoch durch einen hohen konstruktiven Aufwand sowie einen großen Bauraumbedarf gekennzeichnet und nachteilhafterweise bei rein mechanischen Fahrantrieben nicht unmittelbar einsetzbar.
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Aus der
DE 32 35 825 A1 ist ein Fahrzeugantriebsstrang bekannt, der mit einer Antriebsmaschine, einem Kennungswandler einer Antriebsachse und zwei über Getriebeeinrichtungen mit der Antriebsmaschine verbundenen Hydroeinrichtungen ausgeführt ist. Über eine der Hydroeinrichtungen sind Arbeitseinrichtungen mit Hydraulikfluid beaufschlagbar. Während eines Pumpenbetriebes der zweiten Hydroeinrichtung ist ein hydropneumatischer Speicher in einem Rekuperationsbetrieb mit Hydraulikfluid befüllbar, welches im motorischen Betrieb der zweiten Hydroeinrichtung zur Erzeugung eines Antriebsmomentes verwendet wird, das für den Antrieb der Arbeitseinrichtungen zur Verfügung stellbar ist oder in den Fahrzeugantriebsstrang zum Beschleunigen des Fahrzeuges einleitbar ist.
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Nachteilhafterweise weist der Fahrzeugantriebsstrang insbesondere im Bereich der Hydroeinrichtungen zur Darstellung der verschiedenen Betriebsmodi des Fahrzeugantriebsstranges einen konstruktiv aufwändigen Aufbau auf und ist durch hohe Herstellkosten sowie ein hohes Eigengewicht gekennzeichnet. Des Weiteren ist für die Positionierung des hydropneumatischen Speichers im Fahrzeug entsprechend Bauraum zur Verfügung zu stellen, der oftmals jedoch nicht im erforderlichen Umfang zur Verfügung steht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache und kostengünstige hydraulische Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welcher verschiedene Betriebsmodi eines Fahrzeugantriebsstranges, wie ein Rekuperationsbetrieb, ein Boostbetrieb und dergleichen, durchführbar sind und die unabhängig von im Bereich einer mobilen Arbeitsmaschine zur Verfügung stehenden Bauraum einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer hydraulischen Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen hydraulischen Vorrichtung für einen wenigstens eine Antriebsmaschine umfassenden Fahrzeugantriebsstrang mit einer sowohl als Pumpe als auch als Motor betreibbaren Hydraulikmaschine und einer hydraulischen Speichereinrichtung, die über eine Ventileinrichtung mit der Hydraulikmaschine in Wirkverbindung bringbar ist, ist die Hydraulikmaschine mit dem Fahrzeugantriebsstrang zum Aufnehmen eines Antriebsmomentes für die Hydraulikmaschine oder zum Einleiten eines Antriebsmomentes in den Fahrzeugantriebsstrang im Bereich einer Zapfwelle eines Nebenabtriebs des Fahrzeugantriebsstranges mit diesem koppelbar.
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Damit besteht auf konstruktiv einfache und kostengünstige Art und Weise die Möglichkeit, die hydraulische Vorrichtung als separates Modul auszuführen und mit bestehenden Konzepten von mobilen Arbeitsmaschinen bedarfsweise zu kombinieren bzw. im Bereich eines Nebenabtriebes mit dem Fahrzeugantriebsstrang zu verbinden. So besteht mit der erfindungsgemäßen hydraulischen Vorrichtung die Möglichkeit, während eines Transportmodus einer mobilen Arbeitsmaschine die hydraulische Vorrichtung mit dieser Arbeitsmaschine zu koppeln und im Pumpenbetrieb der Hydraulikmaschine im Fahrzeugantriebsstrang vorliegende Bremsenergie im Bereich der hydraulischen Speichereinrichtung zu rekuperieren. Die im Bereich der hydraulischen Speichereinrichtung gespeicherte Energie ist während eines Beschleunigungsvorganges eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang ausgeführten Fahrzeuges wiederum im motorischen Betrieb derselben Hydraulikmaschine in Form eines Antriebsmomentes über die Zapfwelle in den Fahrzeugantriebsstrang einleitbar und für den Antrieb des Fahrzeuges zur Verfügung stellbar.
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Dabei ist besonders von Vorteil, dass die vorbeschriebenen Funktionen im Transportmodus einer mobilen Arbeitsmaschine mit einer hydraulischen Maschine realisierbar sind. Im Arbeitsmodus ist die erfindungsgemäße hydraulische Vorrichtung wieder von der mobilen Arbeitsmaschine entkoppelbar und steht beispielsweise für eine weitere mobile Arbeitsmaschine zur Verfügung, um im Transportbetrieb Energie zu rekuperieren und die gespeicherte Energie zur Unterstützung der Antriebsleistung der Antriebsmaschine des Fahrzeugantriebsstranges der weiteren mobilen Arbeitsmaschine zu verwenden.
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Zusätzlich ist die erfindungsgemäße hydraulische Vorrichtung grundsätzlich ohne aufwändige Maßnahmen mit bestehenden Antriebskonzepten von mobilen Arbeitsmaschinen kombinierbar.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen hydraulischen Vorrichtung ist die Zapfwelle über ein Schaltelement mit dem Fahrzeugantriebsstrang verbindbar, um die Hydraulikmaschine auf konstruktiv einfache Art und Weise und mit geringem Steuer- und Regelaufwand insbesondere während eines Transportmodus des Fahrzeugantriebsstranges vom Fahrzeugantriebsstrang trennen zu können. Damit besteht die Möglichkeit, ein am Abtrieb des Fahrzeugantriebsstranges über die Antriebsmaschine des Fahrzeugantriebsstranges zur Verfügung stellbares Antriebsmoment durch im Bereich der Hydraulikmaschine während eines Antriebes der Hydraulikmaschine auftretende Verlustleistungen nicht zu beeinträchtigen und die Antriebsmaschine mit geringem Kraftstoffverbrauch zu betreiben und auch Belade- und Entladevorgänge der hydraulischen Speichereinrichtung betriebszustandsabhängig durch Variieren der Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes steuern und/oder regeln zu können.
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Ist zwischen dem mit der Zapfwelle in Wirkverbindung bringbaren Bereich der erfindungsgemäßen hydraulischen Vorrichtung und der Hydraulikmaschine eine Gelenkwelle vorgesehen, sind im Betrieb auftretende Schwingungen und daraus resultierende Achsversätze auf einfache Art und Weise ausgleichbar.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen hydraulischen Vorrichtung ist ein Steuergerät vorgesehen, welches mit einer Steuerung des Fahrzeugantriebsstranges verbindbar ist. Dadurch sind die Betätigung eines mit der hydraulischen Vorrichtung wirkverbundenen Fahrzeugantriebsstranges und der Betrieb der hydraulischen Vorrichtung mit geringem Aufwand miteinander koppelbar und aufeinander abstimmbar.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Sowohl die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale als auch die in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydraulischen Vorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematisierte Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer erfindungsgemäßen hydraulischen Vorrichtung.
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In der Figur ist ein Fahrzeugantriebsstrang 1 einer mobilen Arbeitsmaschine, wie eines landwirtschaftlichen Traktors, mit mechanischen Nebenabtrieben 2, 3 und einem hydraulischen Nebenabtrieb 4 dargestellt. Über den mechanischen Nebenabtrieb 2, der vorliegend eine über ein Schaltelement 16 mit einer Antriebsmaschine 15 des Fahrzeugantriebsstranges koppelbare Zapfwelle 5 umfasst, ist eine hydraulische Maschine 6 einer hydraulischen Vorrichtung 7 lösbar mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 wirkverbunden. Die Hydraulikmaschine 6 ist über eine Gelenkwelle 18 mit der Zapfwelle 5 gekoppelt.
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Im Bereich des hydraulischen Abtriebes 4 werden zwei Hydraulikpumpen 10, 11 angetrieben, wobei die Hydraulikpumpe 10 eine Getriebepumpe einer Getriebeeinrichtung 12 des Fahrzeugantriebsstranges 1 ist. Die weitere Hydraulikpumpe 11 versorgt im Betrieb der mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten mobilen Arbeitsmaschine eine Arbeitshydraulik 13.
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Über die Getriebeeinrichtung 12, welche vorliegend als Vorgelegegetriebe ausgebildet ist, werden in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Betriebszustandes des Fahrzeugantrebsstranges verschiedene Übersetzungen zur Verfügung gestellt, um die mobile Arbeitsmaschine mit einer fahrerwunschabhängigen Fahrzeuggeschwindigkeit betreiben zu können und im Bereich eines Abtriebes 14 ein jeweils angefordertes Abtriebsmoment zur Verfügung stellen zu können.
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Die Getriebeeinrichtung 12 des Fahrzeugantriebsstranges 1 kann in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles auch jedes andere Getriebe, wie beispielsweise ein stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe, ein Planetengetriebe oder dergleichen, sein, um im Bereich der Getriebeeinrichtung über den gesamten Betriebsbereich des Fahrzeugantriebsstranges jeweils geeignete Übersetzungen zur Verfügung stellen zu können.
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Auch der mechanische Nebenabtrieb 3 ist vorliegend über ein reibschlüssig ausgebildetes Schaltelement 17 mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 bzw. der vorliegend als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmaschine 15 des Fahrzeugantriebsstranges koppelbar, womit mit den mechanischen Nebenabtrieben 2 und 3 verbundene Gerätschaften in gewünschtem Umfang antriebsmaschinenseitig angetrieben werden können. Die Schaltelemente 16 und 17 sind standardmäßig geöffnet und werden bedarfsabhängig geschlossen, um im Bereich der Nebenabtriebe 2 und 3 die angeforderte Wirkverbindung mit entsprechenden Gerätschaften herzustellen.
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Während eines Arbeitsmodus des Fahrzeugantriebsstranges 1 wird die Leistung der Antriebsmaschine 15 in wechselnden Anteilen auf den Fahrantrieb bzw. den Abtrieb 14 und die Nebenabtriebe 2 bis 4 verteilt, wenn im Bereich des mechanischen Nebenabtriebs 2 anstatt der hydraulischen Vorrichtung 7 ein Arbeitsgerät angeschlossen ist. Während des Transportmodus des Fahrzeugantriebsstranges 1 wird die Antriebsleistung der Antriebsmaschine 15 im Wesentlichen nur in Richtung des Abtriebs 14 geführt.
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Über das zwischen der Antriebsmaschine 15 und dem mechanischen Nebenabtrieb 2 angeordnete reibschlüssige Schaltelement 16 wird ein im Fahrzeugantriebsstrang 1 geführtes Drehmoment in Richtung der hydraulischen Vorrichtung 7 bzw. der hydraulischen Maschine 6 bedarfsgerecht und betriebszustandsabhängig weitergeleitet. Darüber hinaus ist im motorischen Betrieb der Hydraulikmaschine 6 und bei entsprechender Betätigung der Ventileinrichtung 9 ein im Bereich der Hydraulikmaschine 6 erzeugtes Drehmoment über das geschlossene Schaltelement 16 in den Fahrzeugantriebsstrang 1 einleitbar.
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Im Transportmodus des Fahrzeugantriebsstranges 1 wird die hydraulische Maschine 6 betriebszustandsabhängig über eine Ventileinrichtung 19 mit einer hydraulischen Speichereinrichtung 9 gekoppelt, um während eines Pumpenbetriebes der hydraulischen Maschine 6 rekuperierte kinetische Energie im Bereich der Speichereinrichtung 9 zu speichern und während eines motorischen Betriebes der Hydraulikmaschine 6 die im Bereich der Speichereinrichtung 9 gespeicherte Energie als Antriebsmoment in den Fahrzeugantriebsstrang 1 einzuspeisen. Die zwischen der hydraulischen Maschine 6 und der hydraulischen Speichereinrichtung 9 angeordnete Ventileinrichtung 19 umfasst eine als 2/2-Wegeventil ausgeführte Ventileinheit, die elektromagnetisch betätigbar ist. Zwischen der hydraulischen Speichereinrichtung 9 und einem drucklosen Hydraulikfluidreservoir 22 ist ein Druckbegrenzungsventil 23 angeordnet, mittels welchem unzulässig hohe Betriebsdrücke in der Speichereinrichtung 9 vermeidbar sind.
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Die über den Nebenabtrieb 2 und das Schaltelement 16 mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 bzw. der Antriebsmaschine 15 in Wirkverbindung bringbare hydraulische Vorrichtung 7 ist im Bereich der Ventileinrichtung 19 zwischen zwei Betriebszuständen umschaltbar, wobei im Transportmodus die Bewegungsenergie der mobilen Arbeitsmaschine in Abhängigkeit verschiedener spezifischer Kriterien in der hydraulischen Speichereinrichtung 9 speicherbar ist. Diese gespeicherte Energie ist bei Vorliegen vordefinierter Bedingungen bzw. Kriterien wieder in den Fahrantrieb bzw. den Fahrzeugantriebsstrang 1 im motorischen Betrieb der hydraulischen Maschine 6 einleitbar.
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Wird die hydraulische Speichereinrichtung 9 der hydraulischen Vorrichtung 7 mit Hydraulikfluid der Getriebeeinrichtung 12 befüllt, senkt sich im zeitlichen Mittel der Ölstand in der Getriebeeinrichtung 12 ab. Dadurch werden Planschverluste im Bereich der Getriebeeinrichtung 12 reduziert und ein Kraftstoffverbrauch der als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmaschine 15 sinkt aufgrund der Wirkungsgradverbesserung im Bereich der Getriebeeinrichtung 12.
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Mit der vorgeschlagenen erfindungsgemäßen hydraulischen Vorrichtung besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, die in mobilen Arbeitsmaschinen während eines Transportmodus bzw. während Transportfahrten der Arbeitsmaschine entstehende Bremsenergie zwischen zu speichern. Diese wird dann zu einem späteren Zeitpunkt wieder gezielt in Form eines Drehmomentes in den Fahrantrieb eingeleitet, um antriebsmaschinenseitige Beschleunigungsvorgänge der Arbeitsmaschine zu unterstützen und einen Kraftstoffverbrauch der Arbeitsmaschine zu reduzieren.
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Das vorbeschriebene Konzept der hydraulischen Vorrichtung ist sowohl in Verbindung mit einer Konstantpumpe bzw. einer Ventilsteuerung oder mit einer Verstellpumpe bzw. einer Verdrängersteuerung mit einfachen hydraulischen Speicherschaltungen umsetzbar. Mit der erfindungsgemäßen hydraulischen Vorrichtung sind Betriebsmodi eines Fahrzeugantriebsstranges, wie die Phlegmatisierung eines Dieselmotors, eine Betriebspunktverschiebung der Brennkraftmaschine, ein kurzzeitiges Boosten oder eine Drehmomentstütze im Antrieb für zugkraftunterbrechungsfreies Schalten von Synchrongängen und dergleichen, mit geringem Aufwand realisierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugantriebsstrang
- 2, 3
- mechanischer Nebenabtrieb
- 4
- hydraulischer Nebenabtrieb
- 5
- Zapfwelle
- 6
- hydraulische Maschine
- 7
- hydraulische Vorrichtung
- 9
- hydraulische Speichereinrichtung
- 10, 11
- Hydraulikpumpe
- 12
- Getriebeeinrichtung
- 13
- Arbeitshydraulik
- 14
- Abtrieb
- 15
- Antriebsmaschine
- 16, 17
- Schaltelement
- 18
- Gelenkwelle
- 19
- Ventileinrichtung
- 22
- Hydraulikfluidreservoir
- 23
- Druckbegrenzungsventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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