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Die Erfindung geht aus von einem hydraulischer Lüfterantrieb, der eine in ihrem Verdrängungsvolumen verstellbaren Hydromaschine, die eine Verstelleinrichtung für das Verdrängungsvolumen umfasst, einen Hydromotor zum Antreiben eines Lüfterrads und eine Druckleitung aufweist, die an einen Druckanschluss des Hydromotors angeschlossen ist und in die von der Hydromaschine Druckmittel förderbar ist. Solche Lüfterantriebe sind zum Beispiel einsetzbar in Baumaschinen, Land- und Forstmaschinen, in der Fördertechnik, in Lastkraftwagen und Omnibussen und in Schienenfahrzeugen.
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Ein derartiger Lüfterantrieb ist zum Beispiel aus der
DE 43 21 637 A1 bekannt. Dort wird eine druckgeregelte Hydropumpe mit einem Hydromotor von konstantem Schluckvolumen in einem offenen hydraulischen Kreislauf betrieben. Die Druckregelventilanordnung besteht im wesentlichen aus einem Regelventil mit einem mit dem Druckausgang der Hydropumpe verbundenen Druckanschluss, an dem somit der Pumpendruck ansteht, einem mit einem Tank verbundenen Tankanschluss und einem mit der Stellkammer an einem Stellkolben verbundenen Regelanschluss, aus einem elektroproportional verstellbaren, direktgesteuerten Druckbegrenzungsventil und einer Düse, die zwischen dem Druckausgang der Hydropumpe und dem Eingang des Druckbegrenzungsventils angeordnet ist. Der Regelkolben des Regelventils wird im Sinne einer fluidischen Verbindung des Druckausgangs der Hydropumpe und im Sinne einer Verringerung des Hubvolumens (Fördermenge pro Umdrehung) der Hydropumpe mit dem Regelanschluss vom Pumpendruck und im Sinnen einer fluidischen Verbindung des Regelanschlusses mit dem Tankanschluss und im Sinne einer Vergrößerung des Hubvolumens von einer Feder und dem am Eingang des Druckbegrenzungsventils anstehenden Druck beaufschlagt. Durch eine bestimmte Einstellung des Druckbegrenzungsventils ergeben sich somit ein bestimmter Pumpendruck, damit ein bestimmtes Moment am Hydromotor und damit eine bestimmte Drehzahl des Lüfterrades.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Lüfterantrieb mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzuentwickeln, dass er für die Rekuperation und Regeneration von Energie benutzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei dem hydraulischer Lüfterantrieb mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ein Hydrospeicher vorhanden ist, der an die Druckleitung angeschlossen oder anschließbar ist, dass die Verstelleinrichtung der Hydromaschine geeignet ist, deren Verdrängungsvolumen in Abhängigkeit von einem Sollsignal einzustellen, und dass der Hydromotor in seinem Schluckvolumen verstellbar ist. Bei einem erfindungsgemäßen hydraulischen Lüfterantrieb kann aufgrund des an die Druckleitung angeschlossenen Hydrospeichers durch Einspeisung von Druckmittel über die Menge hinaus, die vom Hydromotor geschluckt wird, Energie zwischengespeichert werden, die bei anderen Vorgängen an der Maschine, zum Beispiel bei einem Bremsvorgang frei wird. Die mit der Zwischenspeicherung und der Abgabe von Energie verbundenen Druckänderungen in der Druckleitung können durch eine Änderung des Schluckvolumens des Hydromotors so ausgeglichen werden, dass das von dem Hydromotor abgegebene Drehmoment der gewünschten Lüfterdrehzahl entspricht und somit die gewünschte Lüfterdrehzahl beibehalten wird. Der Hydrospeicher ist bevorzugt direkt ohne zu betätigende Ventile an die Druckleitung angeschlossen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen hydraulischen Lüfterantriebs kann man den Unteransprüchen entnehmen.
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Gemäß Patentanspruch 2 ist mit der Verstelleinrichtung der Hydromaschine deren Verdrängungsvolumen proportional zu einem elektrischen Sollsignal einstellbar ist.
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Auf diese Weise ist es leicht möglich, eine gewünschte Belastung oder Entlastung des Antriebsmotors der Hydromaschine oder ein gewünschtes Bremsmoment einzustellen. Ist eine sehr genaue Einstellung gewünscht, so kann vorgesehen werden, das aktuelle Verdrängungsvolumen, also den Istwert des Verdrängungsvolumens der Hydromaschine mit einem Sensor zu erfassen und das Verdrängungsvolumen zu regeln. Ist die Hydromaschine eine Axialkolbenmaschine, so ist der Sensor insbesondere ein Schwenkwinkelsensor.
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Gemäß Patentanspruch 4 ist ein Drucksensor vorhanden ist, mit dem der Druck in der Druckleitung erfassbar ist. Bei Kenntnis des Drucks in der Druckleitung kann jeweils ein solches Verdrängungs- oder Schluckvolumen der Hydromaschine oder des Hydromotors eingestellt werden, dass ein gewünschtes Moment aufgenommen oder abgegeben wird.
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Vorzugsweise ist gemäß Patentanspruch 5 zwischen der Druckleitung und dem Hydrospeicher ein Ventil angeordnet ist, mit dem eine fluidische Verbindung zwischen der Druckleitung und dem Hydrospeicher auf- und zusteuerbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, im Hydrospeicher einen anderen Druck zu haben als in der Druckleitung. Der Hydrospeicher kann dann besonders wirkungsvoll für die Rekuperation und Regeneration von Energie eingesetzt werden.
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Es ist günstig, wenn vor einem Aufladen des Hydrospeichers (Rekuperation von Energie) oder vor einem Entladen des Hydrospeichers (Regeneration von Energie) der Druck in der Druckleitung gleich dem Druck im Hydrospeicher ist. Um den Druck in der Druckleitung an den Speicherdruck anpassen zu können, ist es vorteilhaft, wenn ein Drucksensor vorhanden ist, mit dem der Druck im Hydrospeicher erfassbar ist.
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Die zwischengespeicherte Energie kann zum Antrieb des Hydromotors verwendet werden, wenn der Antriebsmotor für die Hydromaschine entlastet werden soll. Eine Entlastung ist auch schon dann erreicht, wenn die Hydromaschine weiterhin als Pumpe Druckmittel fördert, die von der Hydromaschine geförderte Druckmittelmenge jedoch aufgrund der parallelen Entnahme von Druckmittel aus dem Hydrospeicher geringer ist als ohne die Entnahme aus dem Hydrospeicher.
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Eine besonders wirksame Unterstützung eines Antriebsmotors (Primäraggregats), zum Beispiel eines Dieselmotors, ist möglich, wenn gemäß Patentanspruch 7 die Hydromaschine außer als Hydropumpe unter Beibehaltung der Drehrichtung auch als Hydromotor betreibbar ist. Grundsätzlich ist dies schon mit Hilfe eines Wegeventils möglich, mit dem Hochdruckanschluss und Niederdruckanschluss der Hydropumpe miteinander vertauscht werden.
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Günstiger erscheint es jedoch, wenn gemäß Patentanspruch 9 die Hydromaschine eine über null verstellbare Hydromaschine ist, so dass sie bei gleichem Druckanschluss und gleicher Drehrichtung auch als Hydromotor betreibbar ist, wobei sie dabei aus dem Hydrospeicher mit Druckmittel versorgt wird. Das fallende Druckniveau im Hydrospeicher und in der Druckleitung wird hinsichtlich der Lüfterdrehzahl dadurch kompensiert, dass das Schluckvolumen des Hydromotors vergrößert wird. Das Lüfterrad dreht weiterhin mit der gewünschten Drehzahl. Im Betrieb als Motor unterstützt die Hydromaschine den Antriebsmotor. Optional kann der Hydromotor während der Regeneration von Energie aus dem Hydrospeicher sogar auf null Schluckvolumen gestellt werden, so dass zwar das Lüfterrad kurzzeitig nicht angetrieben wird, jedoch die gesamte gespeicherte Energie für die Unterstützung des Primäraggregats zur Verfügung steht. Die Hydromaschine kann bei geladenem Hydrospeicher insbesondere auch dafür benutzt werden, um einen als Primäraggregat verwendeten Verbrennungsmotor zu starten.
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Durch Laden des Hydrospeichers bei weniger vom Dieselmotor geforderter Antriebsleistung und Entladen des Hydrospeichers über die dann als Hydromotor arbeitende Hydropumpe bei hoher Anforderung von Antriebsleistung kann die Leistungsabgabe durch den Dieselmotor geglättet oder konstant gehalten werden.
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Der Hydromotor weist insbesondere eine solche, üblicherweise aus einem oder mehreren Stellkolben und einem Regelventil bestehende Verstelleinrichtung auf, dass mit dieser sowohl eine einem Steuersignal entsprechende Einstellung eines Schluckvolumens als auch zumindest unter Berücksichtigung des am Druckanschluss des Hydromotors anstehenden Druckes eine Einstellung des Abtriebsmoments des Hydromotors möglich ist. Für eine solche Ansteuerbarkeit ist in besonderer Weise eine sogenannte elektroproportionale (EP-)Verstellung geeignet, bei der die Position eines Stellkolbens über eine Rückführfeder auf einen Regelkolben des Ventils zurückgeführt wird und die Verstelleinrichtung jeweils einen solchen Zustand einzunehmen versucht, bei der zwischen der von der Rückstellfeder auf den Regelkolben ausgeübten Kraft und einer entgegengesetzten, von einem Elektroproportionalmagneten auf den Regelkolben ausgeübten Kraft unter Berücksichtung von eventuell noch wirkenden zumindest in der Regelstellung des Regelkolbens konstanten Kräften ein Kräftegleichgewicht herrscht.
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Mit Hilfe der EP-Verstellung kann ein Schluckvolumen durch Vorgabe eines durch den Elektromagneten fließenden Stromes eingestellt werden. Da sich das Abtriebsmoment des Hydromotors aus dem Schluckvolumen und der über den Hydromotor anstehenden Druckdifferenz, bei Tankdruck am einen Anschluss des Hydromotors also dem Druck in der Druckleitung ergibt, kann man bei Kenntnis des Drucks in der Druckleitung jeweils ein solches Schluckvolumen einstellen, dass sich ein gewünschten Abtriebsmoment ergibt und hat damit eine Momentenregelung realisiert.
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Man kann die Hydromaschine und/oder den Hydromotor jeweils auch mit einem Sensor für das Verdrängungs- oder Schluckvolumen, zum Beispiel bei einer Axialkolbenbauweise mit einem Schwenkwinkelsensor, ausstatten. Dann kann die EP-Regelung genauer sein. Auch ist dann eine Volumenregelung oder eine Momentenregelung auch mit anderen Regelgeräten möglich, da die Stellung des Stellkolben nicht mehr mechanisch auf das Regelventil, sondern elektrisch zu einem elektrischen Steuergerät rückgeführt wird. Es kann dann zum Beispiel auch ein elektromagnetisch betätigbares Regelventil benutzt, dessen Elektromagnet beim Erreichen des gewünschten Schwenkwinkels weniger oder nicht mehr bestromt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Lüfterantriebs ist in der Zeichnung dargestellt. Anhand dieser Zeichnung wird die Erfindung nun näher erläutert.
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Gemäß der Zeichnung gehört zu dem hydraulischen Lüfterantrieb eine erste Hydromaschine 10, die so genannt wird, weil sie sowohl als Hydropumpe als auch als Hydromotor betreibbar ist. Die Hydromaschine 10 ist über eine Getriebestufe mechanisch mit einem Dieselmotor 11 verbunden. Sie hat einen Hochdruckanschluss (Druckanschluss) 12 und einen Niederdruckanschluss (Tankanschluss) 13, der dauernd mit einem Tank 9 verbunden ist. Vom Druckanschluss 12 führt eine Druckleitung 14 zu einem Hydromotor 15, von dem ein Lüfterrad 16 antreibbar ist. Zu dem Lüfterantrieb gehören des Weiteren ein Hydrospeicher 17 und ein elektromagnetisch betätigbares 2/2 Wegesitzventil 18, in dessen betätigter Stellung der Hydrospeicher 17 fluidisch mit der Druckleitung 14 verbunden ist und in dessen Ruhestellung Druckleitung und Hydrospeicher voneinander getrennt sind. Der Hydrospeicher 17 wird zum Beispiel in einem Druckbereich zwischen 100 bar und 250 bar bis 300 bar betrieben.
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Durch ein an die Druckleitung 14 angeschlossenes Druckbegrenzungsventil 19 wird der Druck in der Druckleitung 14 und damit auch im Hydrospeicher 17 auf einen Maximalwert begrenzt. Unmittelbar an den Hydrospeicher ist ein weiteres Druckbegrenzungsventil 20 angeschlossen, das auf einen höheren Druckwert als das Druckbegrenzungsventil 19 eingestellt ist und reine Sicherheitsfunktion für den Hydrospeicher 17 hat. Parallel zu dem Druckbegrenzungsventil 20 sind zwischen den Hydrospeicher 17 und Tank 9 in Reihe zueinander ein weiteres 2/2 Wegesitzventil 21, das in der Ruhestellung offen ist und durch einen Elektromagneten in eine geschlossene Schaltstellung gebracht werden kann, und eine Drossel 22 angeordnet. Über diese Drossel kann bei offenem Ventil 21 das flüssige Druckmittel aus dem Hydrospeicher zum Tank ablaufen.
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Die Hydromaschine ist zum Beispiel eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauart und mit ihrem Hubvolumen zwischen einem maximalen positiven Wert und einem maximalen negativen Wert über null verstellbar. Bei positivem Hubvolumen fördert die Hydromaschine 10 als Hydropumpe Druckmittel in die Druckleitung 14. Bei negativem Hubvolumen arbeitet die Hydromaschine bei gleicher Drehrichtung als Hydromotor und wird aus der Druckleitung 14 mit Druckmittel versorgt.
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Der Hydromotor 15 ist vorzugsweise einer in Axialkolbenbauweise, insbesondere in Schrägscheibenbauweise und ist zwischen einem Schluckvolumen null und einem maximalen Schluckvolumen verstellbar. Er ist mit einem Druckanschluss 30 an die Druckleitung 14 angeschlossen und über einen Tankanschluss 31 mit Tank 9 verbunden.
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Die Verstelleinrichtungen 32 und 33 für die Hydromaschine 10 und für den Hydromotor 15 sind in Ihrem mechanischen Aufbau sehr ähnlich und als sogenannte elektroproportionale Verstellungen (EP-Verstellungen) ausgebildet.
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Die Verstelleinrichtung 32 der Hydromaschine 10 weist einen Stellkolben 34 auf, der einseitig mit einer Kolbenstange 35 versehen ist und somit einen kolbenstangenseitigen Ringraum 36, in dem sich eine den Stellkolben in Richtung maximales Fördervolumen wirkende Druckfeder 37 befindet, und eine kolbenstangenabseitige Stellkammer 40 voneinander trennt. Den Zufluss zu und den Abfluss von Druckmittel aus der Stellkammer 40 steuert ein durch einen Elektromagneten 41 proportional betätigbares Regelventil 42, das auf das Gehäuse der Hydromaschine 10 aufgebaut ist und einen Druckanschluss 43, der mit dem Druckanschluss 12 verbunden ist, einen Tankanschluss 44, der über das Innere des Gehäuses der Hydromaschine und einen nicht näher bezeichneten Leckageanschluss mit Tank 9 verbunden ist, und einen Regelanschluss 45 aufweist, der mit der Stellkammer 40 verbunden ist. Der Ringraum 39 ist in nicht näher dargestellter Weise zum Inneren des Gehäuses der Hydromaschine hin offen.
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Der Elektromagnet 41 beaufschlagt einen Regelkolben des Regelventils 42 im Sinne einer Verbindung des Regelanschlusses 45 mit dem Tankanschluss 44 und im Sinne einer Vergrößerung des Hubvolumens der Hydromaschine bis hin zu einem maximalen positiven Werten. Dabei sei das Hubvolumen im Betrieb der Hydromaschine als Pumpe als positiv bezeichnet. Im Sinne einer Verbindung des Regelanschlusses mit dem Druckanschluss 43 wird der Regelkolben von einer Rückführfeder 46 beaufschlagt, die zwischen dem Regelkolben und dem Stellkolben 34 in der Stellkammer 40 angeordnet ist.
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Die Bohrung, in der sich der Regelkolben des Regelventils 42 befindet ist zu der Stellkammer hin offen. Damit der Regelkolben hinsichtlich des in der Stellkammer herrschenden Drucks druckausgeglichen ist, wir er auch auf seiner der Stellkammer abgewandten Stirnfläche, die genauso groß wie die der Stellkammer 40 zugewandte Stirnfläche ist, mit dem in der Stellkammer herrschenden Druck beaufschlagt.
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Zu der Verstelleinrichtung 32 gehört noch ein Druckabschneidventil 50, mit einem mit dem Druckanschluss 12 verbundenen Druckanschluss, mit einem mit Tank verbundenen Tankanschluss und mit einem Regelanschluss, der mit dem Tankanschluss 44 des Regelventils 42 verbunden ist. Der Ventilkolben des Druckabschneidventils 50 wird vom Pumpendruck im Sinne einer Verbindung des Regelanschlusses mit dem Druckanschluss des Ventils mit dem Druck in der Druckleitung 14 und im Sinne einer Verbindung des Regelanschlusses mit dem Tankanschluss von einer starken Druckfeder beaufschlagt, deren Druckäquivalent zum Beispiel im Bereich zwischen 260 bar und 300 bar liegt.
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Zwischen der Stellkammer und dem Tankanschluss 44 des Regelventils ist ein Rückschlagventil 51 angeordnet, das zu der Stellkammer hin öffnet, so dass der Stellkammer 40 bei einem Unterdruck auch direkt aus dem Tank Druckmittel zufließen kann.
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Die Position des Stellkolbens 34 und damit der Schwenkwinkel der Hydromaschine ist von einem Positions- oder Schwenkwinkelgeber 52 erfassbar.
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Die Verstelleinrichtung 33 des Hydromotors 15 weist einen Stellkolben 54 auf, der einseitig mit einer Kolbenstange 55 versehen ist und somit einen kolbenstangenseitigen Ringraum 56, in dem sich eine den Stellkolben in Richtung maximales Fördervolumen wirkende Druckfeder 57 befindet, und eine kolbenstangenabseitige Stellkammer 60 voneinander trennt. Den Zufluss zu und den Abfluss von Druckmittel aus der Stellkammer 60 steuert ein durch einen Elektromagneten 61 proportional betätigbares Regelventil 62, das auf das Gehäuse des Hydromotors 15 aufgebaut ist und einen Druckanschluss 63, der mit dem Druckanschluss 30 verbunden ist, einen Tankanschluss 64, der über das Innere des Gehäuses des Hydromotors und einen nicht näher bezeichneten Leckageanschluss mit Tank 9 verbunden ist, und einen Regelanschluss 65 aufweist, der mit der Stellkammer 60 verbunden ist. Der Ringraum 59 ist in nicht näher dargestellter Weise zum Inneren des Gehäuses des Hydromotors hin offen.
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Der Elektromagnet 61 beaufschlagt einen Regelkolben des Regelventils 62 im Sinne einer Verbindung des Regelanschlusses 65 mit dem Tankanschluss 64 und im Sinne einer Vergrößerung des Schluckvolumens des Hydromotors bis hin zu einem maximalen Wert. Im Sinne einer Verbindung des Regelanschlusses mit dem Druckanschluss 63 und einer Verkleinerung des Schluckvolumens wird der Regelkolben von einer Rückführfeder 66 beaufschlagt, die zwischen dem Regelkolben und dem Stellkolben 54 in der Stellkammer 60 angeordnet ist.
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Die Bohrung, in der sich der Regelkolben des Regelventils 62 befindet ist zu der Stellkammer hin offen. Damit der Regelkolben hinsichtlich des in der Stellkammer herrschenden Drucks druckausgeglichen ist, wir er auch auf seiner der Stellkammer abgewandten Stirnfläche, die genauso groß wie die der Stellkammer 60 zugewandte Stirnfläche ist, mit dem in der Stellkammer herrschenden Druck beaufschlagt.
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Zu der Verstelleinrichtung 33 gehört noch ein Druckabschneidventil 70, mit einem mit dem Druckanschluss 30 verbundenen Druckanschluss, mit einem mit Tank verbundenen Tankanschluss und mit einem Regelanschluss, der mit dem Tankanschluss 64 des Regelventils 62 verbunden ist. Der Ventilkolben des Druckabschneidventils 70 wird im Sinne einer Verbindung des Regelanschlusses mit dem Druckanschluss des Ventils mit dem Druck in der Druckleitung 14 und im Sinne einer Verbindung des Regelanschlusses mit dem Tankanschluss von einer starken Druckfeder beaufschlagt, deren Druckäquivalent zum Beispiel im Bereich zwischen 260 bar und 300 bar liegt.
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Zwischen der Stellkammer und dem Tankanschluss 64 des Regelventils 62 ist ein Rückschlagventil 71 angeordnet, das zu der Stellkammer hin öffnet, so dass der Stellkammer 60 bei einem Unterdruck auch direkt aus dem Tank Druckmittel zufließen kann.
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Die Position des Stellkolbens 54 und damit der Schwenkwinkel des Hydromotors ist von einem Positions- oder Schwenkwinkelgeber 72 erfassbar.
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Bei der Hydromaschine 10 sind die Federn 37 und 46 und die Bestromung des Elektromagneten 41 so aufeinander abgestimmt, dass das Hubvolumen der Hydromaschine bei einem mittleren Strom im Bereich von null liegt. Ist der durch den Elektromagneten fließende Strom kleiner als ein mittlerer Strom geht die Maschine in einen Betrieb als Hydromotor über. Ist der Strom größer als ein mittlerer Strom arbeitet die Hydromaschine 10 als Pumpe.
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Bei dem Hydromotor 15 sind die Federn 57 und 66 und die Bestromung des Elektromagneten 61 so aufeinander abgestimmt, dass das Schluckvolumen des Hydromotors im Bereich von null liegt, wenn der Elektromagnet 61 nicht bestromt wird. Ist der durch den Elektromagneten fließende Strom maximal, so ist auch das Schluckvolumen des Hydromotors 15 maximal.
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Bei beiden Hydromaschine 10 und 15 sind die Schwenkwinkelbereiche der Schrägscheiben durch Anschläge begrenzt. Die Anschläge können dabei verstellbar ausgebildet sein, so dass bei der Montage oder bei der Inbetriebnahme eine Einstellung möglich ist.
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Ein erfindungsgemäßer Lüfterantrieb ist insbesondere zum Einsatz bei Straßenfahrzeugen vorgesehen, die sehr oft anhalten und wieder losfahren müssen. Solche Fahrzeuge sind zum Beispiel Omnibusse von städtischen Verkehrsbetrieben oder Müllsammelfahrzeugen. Solche Fahrzeuge sind üblicherweise mit einem Fahrzeugführungsrechner (FFR) 75, der einerseits mit dem Dieselmotor und sonstigen Einrichtungen des Fahrzeugs und andererseits mit einem Steuergerät 76 des Lüfterantriebs kommuniziert. Außer den Signalen der Positionsgeber 52 und 72 werden diesem Steuergerät 76 die elektrischen Signale eines Drucksensors 80, mit dem der Druck in der Druckleitung 14 (Systemdruck) erfasst wird, eines Drucksensors 81, mit dem der Druck im Hydrospeicher 17 (Speicherdruck) erfasst wird und eines Temperatursensors 82 zugeführt, mit dem die Temperatur des Hydrospeichers 17 erfasst wird. Ohne näher dargestellt zu sein, sind insbesondere weitere Temperatursensoren insbesondere für die Motortemperatur, die Öltemperatur, die Ladelufttemperatur und die Kühlertemperatur vorhanden In Abhängigkeit von von einzelnen dieser Sensoren und von dem Fahrzeugführungsrechner erhaltenen Signalen steuert das Steuergerät 76 die Elektromagnete 41 und 61 und die Elektromagnete der Ventile 18 und 21 an.
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Der Fahrzeugführungsrechner 75 enthält unter anderem die Betriebsstrategie für die Regeneration und Rekuperation von Energie durch den Lüfterantrieb. Das Steuergerät 76 beinhaltet die Betriebsstrategie der hydraulischen Funktionen. Zwischen den beiden Geräten 75 und 76 werden Momentenanforderungen (Signal des Fahrzeugführungsrechners an das Steuergerät) und Momentenistwerte (Signal des Steuergeräts an den Fahrzeugführungsrechner) ausgetauscht.
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Die einzelnen Temperatursignale haben einen zulässigen parametrierbaren Temperaturbereich. Im Falle einer Über- oder Untertemperatur einer der genannten Temperaturmessstellen wird eine Temperaturfehlermeldung geschaltet. Ist dies der Fall, wird ein möglicher regenerativer mit der Speicherung von wieder nutzbarer Energie verbundener Vorgang, während dessen der Dieselmotor über die als Pumpe betriebene Hydromaschine 10 abgebremst und der Hydrospeicher 17 geladen wird, nicht initiiert beziehungsweise abgebrochen. Es wird die normale Lüfterregelung trotz Momentenanforderung nicht unterbrochen beziehungsweise es wird zur normalen Lüfterregelung zurückgekehrt. Bei dieser normalen Lüfterregelung ist das Ventil 18 geschlossen, ist der Hydromotor 15 auf einen bestimmten Schwenkwinkel (X Prozent des maximalen Schwenkwinkels) eingestellt und regelt die Hydromaschine 10 ihren Schwenkwinkel und damit die geförderte Druckmittelmenge in Abhängigkeit von den Temperatursignalen. Die geförderte Druckmittelmenge bestimmt zusammen mit dem eingestellten Schwenkwinkel des Hydromotors 15 die Drehzahl des Lüfterrads. Der Systemdruck stellt sich entsprechend der Lüfterkennlinie ein. Der Hydromotor 15 ist dabei aus Gründen, die im Folgenden noch deutlich werden, nicht auf maximalen Schwenkwinkel eingestellt, bei dem sein Wirkungsgrad am größten wäre. Die von der Temperatur abhängige durchschnittliche Lüfterleistung ist das Maß für den Wert X.
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Außer dem normalen Lüfterbetrieb ist auch ein regenerativer beziehungsweise rekuperativer Lüfterbetrieb möglich. Dabei kann man drei verschiedene Betriebszustände unterscheiden, nämlich Hydrospeicher laden, Hydrospeicher entladen mit Betrieb der Hydromaschine 10 als Pumpe und Hydrospeicher entladen mit Betrieb der Hydromaschine 10 als Hydromotor.
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Beim Laden des Hydrospeichers 17 ist das Ventil 18 offen. Der Hydromotor 15 und die Hydromaschine 10 werden in Momentenregelung betrieben. Die Hydromaschine 10 fördert mehr Menge, als vom Hydromotor 15 abgenommen wird. Abhängig vom steigenden Druck schwenkt die Hydromaschine ein, wenn das abgenommene Moment konstant bleiben soll. Der Hydromotor schwenkt ebenfalls zurück, wenn das abgegebene Moment konstant gehalten werden soll. Der Hydrospeicher wird solange geladen, bis er voll ist oder der Fahrzeugführungsrechner kein Belastungsmoment mehr anfordert zu halten. Dann wird wieder in den normalen Lüfterbetrieb übergegangen.
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In dem Zustand, in dem der Hydrospeicher entladen wird, die Hydromaschine 10 aber weiterhin als Pumpe arbeitet, ist das vom Antriebsmotor 11 abgenommene Moment gegenüber dem normalen Lüfterbetrieb verringert. Hydromaschine 10 und Hydromotor 15 werden in Momentenregelung betrieben, das heißt, abhängig vom Druck in der Druckleitung 14 werden sie auf bestimmte Schwenkwinkel gestellt. Die Hydromaschine schwenkt zu Beginn des Betriebs auf einen Schwenkwinkel, bei dem bei dem gegebenen Speicherdruck das noch gewünschte Drehmoment vom Antriebsmotor 11 abgenommen wird. Abhängig vom fallen Druck schwenkt dann die Hydromaschine 10 aus, um das Moment am Antriebsmotor 11 konstant zu halten. Der Betriebszustand wird solange beibehalten, bis der Druck auf die unteren Grenze des Speicherdrucks (zum Beispiel 100 bar) abgefallen ist (Hydrospeicher entladen) oder der Fahrzeugführungsrechner kein Entlastungsmoment mehr anfordert. Dann wird wieder in den normalen Lüfterbetrieb übergegangen.
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In dem Zustand, in dem der Hydrospeicher entladen wird und die Hydromaschine 10 als Hydromotor arbeitet, ist das vom Antriebsmotor 11 abgenommene Moment gegenüber dem normalen Lüfterbetrieb negativ, die Hydromaschine 10 unterstützt also den Antriebsmotor. Hydromaschine 10 und Hydromotor 15 werden in Momentenregelung betrieben, das heißt, abhängig vom Druck in der Druckleitung 14 werden sie auf bestimmte Schwenkwinkel gestellt. Da die Momentenanforderung negativ ist, schwenkt die Hydromaschine 10 auf einen definierten negativen Schwenkwinkel. Mit fallendem Druck im Hydrospeicher 17 und in der Druckleitung 14 schwenkt die Hydromaschine 10 weiter negativ aus. Der Hydromotor 15 schwenkt positiv aus, um das abzugebende Moment aufbringen zu können. Es kann sein, dass die Hydromaschine 10 auf positiven Schwenkwinkel und damit in den Pumpenbetrieb gehen muss, noch ehe der Hydrospeicher vollständig entladen ist. damit der Volumenstrom zum Hydromotor 15 nicht abreißt. Es kann auch sein, dass der Fahrzeugführungsrechner ein positives Moment anfordert, noch ehe der Hydrospeicher 17 entladen ist. Die Hydromaschine schwenkt dann auf einen positiven Schwenkwinkel, arbeitet als Pumpe und befindet sich noch immer in der Momentenregelung. Der Zustand, in dem der Hydrospeicher entladen wird und die Hydromaschine als Hydromotor arbeitet, wird solange beibehalten, bis der Hydrospeicher entladen ist oder der Fahrzeugführungsrechner kein Unterstützungsmoment für den Antriebsmotor 11 mehr anfordert. Dann wird wieder in den normalen Lüfterbetrieb übergegangen.
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Zu dem Zeitpunkt, in dem von einem normalen Lüfterbetrieb in den regenerativen Betrieb übergegangen werden soll, wird der Druck in der Druckleitung 14 normalerweise nicht mit dem Druck im Hydrospeicher übereinstimmen. Um Drucksprünge zu vermeiden, soll der Druck in der Druckleitung 14 (Systemdruck) zunächst an den Speicherdruck angeglichen werden. Ist der Systemdruck höher als der Speicherdruck, so wird der Hydromotor 15 soweit ausgeschwenkt, dass mit einem Systemdruck in Höhe des Speicherdrucks dasselbe Antriebsmoment für das Lüfterrad erhalten wird wie vorher mit dem höheren Systemdruck, sich die Drehzahl des Lüfterrads also nicht ändert. Ein weiteres Ausschwenken des Hydromotors ist aber nur möglich, wenn er nicht schon maximal ausgeschwenkt ist. Deshalb wird er im normalen Lüfterbetrieb nicht bei maximalem Schwenkwinkel betrieben. Gleiche Drehzahl und größerer Schwenkwinkel bedeuten, dass der Hydromotor 15 mehr Druckmittel schluckt. Entsprechend der Vergrößerung des Schwenkwinkels des Hydromotors 15 muss also auch die Hydromaschine 10 ausschwenken.
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Denkbar ist es auch, den Systemdruck bei maximalem Schwenkwinkel des Hydromotors 15 durch Verringerung der Fördermenge der Hydromaschine 10 auf den niedrigeren Speicherdruck zu verringern. Dann wird zwar momentan das Lüfterrad nicht mit der Solldrehzahl angetrieben. Wegen der Trägheit des Antriebssystems hinsichtlich einer Temperaturänderung könnte das jedoch eventuell erlaubt sein.
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Ist der Systemdruck niedriger als der Speicherdruck, so wird der Hydromotor 15 soweit zurückgeschwenkt, dass mit einem Systemdruck in Höhe des Speicherdrucks dasselbe Antriebsmoment für das Lüfterrad erhalten wird wie vorher mit dem niedrigeren Systemdruck, sich die Drehzahl des Lüfterrads also nicht ändert. Gleiche Drehzahl und kleinerer Schwenkwinkel bedeuten, dass der Hydromotor 15 weniger Druckmittel schluckt. Entsprechend der Verkleinerung des Schwenkwinkels des Hydromotors 15 muss also auch die Hydromaschine 10 zurückschwenken.
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Sobald der Hydrospeicher 17 voll beziehungsweise leer ist oder die Momentenregelung beendet wird, wird wieder in den normalen Lüfterbetrieb übergegangen, in dem die Schwenkwinkelregelung aktiv ist. Es wird dabei angestrebt, beim Übergang die Schwenkwinkel der Hydromaschine 10 und des Lüftermotors 15 nicht sprunghaft zu ändern. Allerdings ist der Hydromotor 15 beim Schließen des Ventils 18 nach einem Ladevorgang des Hydrospeichers sprunghaft auf einen definierten Schwenkwinkel zu stellen. Ansonsten würde die Druckmittelmenge, die zuvor in den Hydrospeicher 17 geflossen ist, den Hydromotor 15 auf sehr hohe Drehzahlen bringen. Danach können die Schwenkwinkel des Hydromotors 15 und der Hydromaschine auf definierte Werte gestellt werden. Hierbei geht der Schwenkwinkel des Hydromotors 15 rampenförmig auf X-Prozent. Die Hydromaschine 10 wird abhängig von den anliegenden Temperatursignalen auf die für eine bestimmte Drehzahl des Lüfterrads bei gegebenem Schwenkwinkel des Hydromotors notwendige Fördermenge eingestellt.
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Es wird unter Umständen angestrebt, während des regenerativen Lüfterbetriebs das Moment am Hydromotor 15 sowie and er Hydromaschine 10 konstant zu halten. Die Anforderung für das gewünschte Moment für die Hydromaschine 10 kommt vom Fahrzeugführungsrechner. Das gewünschte Moment für den Hydromotor 15 wird beim Übergang vom normalen Lüfterbetrieb zum regenerativen Lüfterbetrieb aus dem aktuellen Schwenkwinkel und dem aktuellen Systemdruck ermittelt. Das Moment am Hydromotor 15 wird während des regenerativen Lüfterbetriebs konstant gehalten, soweit es der Schwenkwinkel des Hydromotors zulässt. Das bedeutet, dass eventuelle geänderte Temperaturen nicht berücksichtigt werden. Lediglich eine Untertemperatur oder eine Übertemperatur bricht den regenerativen Lüfterbetrieb ab und führt zu einer Rückkehr zum normalen Lüfterbetrieb.
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Im Betrieb übermittelt der Fahrzeugführungsrechner 75 Absolut-Momentenanforderungen und das Delta vom augenblicklichen Moment zum Zielmoment and das Steuergerät 76. Zum Beispiel übermittelt es die Forderung, den Antriebsmotor 11 um Y Newtonmeter zu entlasten. Das kann durch Mitantrieb des Hydromotors 15 aus der Speicherenergie oder durch Antrieb von Hydromotor 15 und Hydromaschine 10 aus der Speicherenergie geschehen. Oder der Fahrzeugführungsrechner 75 übermittelt die Forderung, den Antriebsmotor 11 um y Newtonmeter zu belasten oder zu bremsen.
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Das Steuergerät 76 übermittelt ein Absolut-Istmoment und ein Delta des verfügbares Moments an den Fahrzeugführungsrechner 75. Das Absolut-Istmoment wird zyklisch gesendet und gibt das aktuelle Moment der Hydromaschine 10 am Antriebsmotor 11 an. Das Delta des verfügbaren Moments gibt an, um wie viel Newtonmeter die Hydraulik den Antriebsmotor be- oder entlasten kann. Eine Absolut-Momentenanforderung gibt an, mit wie viel Newtonmeter der Antriebsmotor 11 belastet werden soll.
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Die Hydromaschine 10 wird vorzugsweise mit einem so großen maximalen Verdrängungsvolumen, zum Beispiel 70 ccm bis 100 ccm gewählt, dass sie auch als Startermotor für den Verbrennungsmotor 11 genutzt werden kann, wobei sie aus dem Hydrospeicher 17 gespeist wird. Bei begrenztem Einbauraum kann das große Verdrängungsvolumen durch eine Ausbildung als Tandemmaschine erhalten werden, die aus zwei kleineren Hydraulikeinheiten mit zum Beispiel jeweils 45 ccm Verdrängungsvolumen besteht.
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Der Hydromotor 15 kann auch als über null verschwenkbarer Hydromotor ausgebildet sein. Dann kann die Drehrichtung des Lüfterrads ohne zusätzlich Ventile umgekehrt werden, um Schmutz vom Kühler wegzublasen.
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Mit einem Verstellmotor lässt sich das Lüfterrad ohne zusätzliche Ventile auch einfach zum Stillstand bringen, indem der Hydromotor auf einen Schwenkwinkel von null oder nahe null gestellt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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