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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Startereinrichtung eines Verbrennungsmotors zum Starten des abgestellten Verbrennungsmotors aus dem Stillstand, die ein mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors trieblich verbundenes hydrostatisches Triebwerk aufweist, das mit einem Druckmittelspeicher in Verbindung steht und zum Starten des Verbrennungsmotors mit Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher antreibbar ist, wobei die hydrostatische Starteranlage eine elektrohydraulische Ladevorrichtung zum Laden des Druckmittelspeichers mit Druckmittel aufweist und das hydrostatisches Triebwerk über eine Kupplungseinrichtung mit dem Verbrennungsmotor trieblich verbunden ist, wobei mittels der Kupplungseinrichtung das hydrostatische Triebwerk zum Startvorgang mit dem Verbrennungsmotor trieblich verbindbar ist, wobei die elektrohydraulische Ladevorrichtung eine von einem Elektromotor angetriebene Ladepumpe aufweist, die eingangsseitig mit einem Behälter verbunden ist und ausgangsseitig in den Druckmittelspeicher fördert, wobei dem Druckmittelspeicher ein Druckbegrenzungsventil zur Absicherung des Druckes im Druckmittelspeicher zugeordnet ist, wobei in einer Verbindungsleitung des hydraulischen Druckmittelspeichers mit dem hydrostatischen Triebwerk der Startereinrichtung ein elektrisch betätigbares Starterventil angeordnet ist, das zu einem Startvorgang des Verbrennungsmotors in eine Durchflussstellung betätigbar ist und nach dem Startvorgang des Verbrennungsmotors in eine Sperrstellung betätigbar ist, wobei eine Förderleitung der Ladepumpe an die Verbindungsleitung zwischen dem Starterventil und dem Druckmittelspeicher angeschlossen ist.
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Bei Verbrennungsmotoren, beispielsweise Diesel- oder Ottomotoren, werden in der Regel elektromotorisch betriebene Startereinrichtungen eingesetzt, mit denen zum Start des abgestellten Verbrennungsmotor die zum Selbstlauf des Verbrennungsmotors benötigte Drehzahl mit einem elektrischen Startermotor erzeugt wird, der über ein Getriebe mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist. Das Getriebe ist in der Regel von einem Ritzel an der Abtriebswelle des elektrischen Startermotors und einem Zahnkranz an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gebildet und weist ein hohes Übersetzungsverhältnis auf, so dass ein schnelllaufender und klein bauender elektrischer Startermotor verwendet werden kann.
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Um den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors während Arbeitspausen oder Arbeitsunterbrechungen zu verringern, ist es bereits bekannt, eine sogenannte Start-Stopp Funktion für den Verbrennungsmotor vorzusehen, bei der der unbelastete Verbrennungsmotor in Arbeitspausen oder bei Arbeitsunterbrechungen abgeschaltet wird und bei einer Drehmomentanforderung automatisch wieder gestartet wird. Das Abschalten und der nachfolgende Neustart des Verbrennungsmotors erfolgt hierbei auch bei relativ kurzen Leerlaufzeiten, so dass der Startvorgang des Verbrennungsmotors entsprechend häufig und in kurzen Intervallen im Betrieb des Verbrennungsmotors auftritt. Dies stellt hohe Anforderungen an die Startereinrichtung des Verbrennungsmotors hinsichtlich der Dauerfestigkeit und der Bereitstellung der erforderlichen Startenergie zum Starten des Verbrennungsmotors.
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Bei bekannten elektromotorisch betriebenen Startereinrichtungen mit einem schnelllaufenden und klein bauenden elektrischen Startermotor fließen zum Starten des Verbrennungsmotors kurzzeitig sehr hohe Ströme, um das zum Starten des Verbrennungsmotors erforderliche Drehmoment aufzubringen. Die zum Starten des Verbrennungsmotors auftretenden Ströme haben einen erheblichen Temperaturanstieg zufolge. Sofern der Verbrennungsmotor für eine Start-Stopp Funktion in kurzen Intervallen gestartet werden soll, führt dieses Betriebsverhalten bekannter elektromotorisch betriebener Startereinrichtungen zu einem Überhitzen und somit zu einem Ausfall des elektrischen Startermotors und somit der elektromotorisch betriebenen Startereinrichtung. Um eine derartige konventionelle elektromotorisch betriebene Startereinrichtung mit einem elektrischen Startermotor für eine Start-Stopp-Funktion in kurzen Intervallen betätigen zu können, ist das Spannungsniveau der elektrischen Spannung anzuheben und der elektrische Startermotor entsprechend dauerfest auszuführen, wodurch jedoch der Bauaufwand und der Herstellungsaufwand stark ansteigen.
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Bekannte Start-Stopp Funktionen gehen mit einer Hybridisierung des von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Antriebsstrangs einher, wodurch der Start des Verbrennungsmotors und das Hochlaufen des Verbrennungsmotors in einer kurzen Zeitspanne erfolgen kann. Für eine derartige Start-Stopp Funktion im Wege einer Hybridisierung sind jedoch zusätzliche Komponenten im Antriebsstrang erforderlich in Form eines elektrischen Schwungradmotors- bzw. generators, einer Hochleistungsbatterie, einem als Leistungselektronik ausgebildeten Leistungssteuerungsmodul und einer elektronischen Steuerung, wodurch eine derartige Start-Stopp Funktion einen erheblichen Bauaufwand aufweist und nicht unbeachtliche Mehrkosten verursacht.
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Aus der
DE 10 2008 028 547 A1 und der
EP 2 308 795 A1 sind Verbrennungsmotoren mit einer hydrostatischen Startereinrichtung bekannt, bei denen ein hydrostatisches Triebwerk mit Druckmittel aus einem Druckmittelspeicher betrieben wird, um den Verbrennungsmotor zu starten. Um den zusätzlichen Bauaufwand für eine elektromotorisch betriebene Startereinrichtung an dem Verbrennungsmotor zu vermeiden, ist sicherzustellen, dass der Druckmittelspeicher vor dem Abschalten des Verbrennungsmotors geladen ist oder auch bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor geladen werden kann. Die
EP 2 308 795 A1 offenbart hierzu eine Zusatzladevorrichtung zum Laden des Druckmittelspeichers. Bei der
DE 10 2008 028 547 A1 und der
EP 2 308 795 A1 bildet eine Arbeitshydraulikpumpe in dem von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Antriebsstrang, die entsprechende Verbraucher einer Arbeitshydraulik eines Fahrzeugs mit Druckmittel versorgt, das hydrostatische Triebwerk der hydrostatischen Starteranlage, wobei die Arbeitshydraulikpumpe als Hydromotor betreibbar ist und zum Starten des Verbrennungsmotors in einem Motorbetrieb von Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher angetrieben wird. Die Arbeitshydraulikpumpe ist jedoch mit der Kurbelwelle bzw. einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors starr gekoppelt, so dass die Arbeitshydraulikpumpe nach dem Start des Verbrennungsmotors ständig mitangetrieben wird. Hierbei entstehen jedoch bei bekannten hydrostatischen Startereinrichtungen hohe Leerlaufverluste, insbesondere in Betriebszuständen, in denen keine Verbraucher der Arbeitshydraulik angesteuert sind.
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Eine gattungsgemäße hydrostatische Startervorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der
DE 102 20 877 A1 bekannt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Starteranlage der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, mit der eine Start-Stopp Funktion des Verbrennungsmotors in einer robusten und kostengünstigen Ausführung zur Verfügung gestellt wird und die Leerlaufverluste im Betrieb des Verbrennungsmotors verringert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Förderleitung der Ladepumpe ein in Richtung zum Druckmittelspeicher öffnendes Sperrventil angeordnet ist und dass das Druckbegrenzungsventil der von der Ladepumpe zu dem Druckmittelspeicher geführten Förderleitung der Ladepumpe zugeordnet ist und in einer von der Förderleitung zu dem Behälter geführten Verbindungsleitung angeordnet ist, wobei die Verbindungsleitung an die Förderleitung der Ladepumpe zwischen dem Sperrventil und dem Druckmittelspeicher angeschlossen ist.
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Mit einer elektrohydraulischen Ladevorrichtung kann mit geringem Bauaufwand sichergestellt werden, dass der Druckmittelspeicher vor dem Startvorgang des Verbrennungsmotors mit Druckmittel befüllt ist, so dass mit dem hydrostatischen Triebwerk der Verbrennungsmotor in allen Betriebszuständen, beispielsweise auch nach längeren Standzeiten, gestartet werden kann. Eine zusätzliche elektromotorisch betriebene Startereinrichtung mit einem elektrischen Startermotor ist somit nicht erforderlich. Die elektrohydraulischen Ladevorrichtung kann hierbei über einen längeren Zeitraum den Druckmittelspeicher aufladen, so dass lediglich eine klein bauende elektrohydraulische Ladevorrichtung mit einem geringen Fördervolumen und einer geringen Leistung erforderlich ist, die aus dem bereits vorhandenen elektrischen Bordnetz des Verbrennungsmotors angetrieben werden kann. Mit der Kupplungseinrichtung wird erzielt, dass das hydrostatische Triebwerk, das bevorzugt ausschließlich die Funktion als Starter zum Starten des abgeschalteten Verbrennungsmotors aufweist, zum Starten des Verbrennungsmotors mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors trieblich verbindbar ist und nach dem Startvorgang bei selbstlaufendem Verbrennungsmotor von der Abtriebswelle trieblich getrennt werden kann, so dass bei der erfindungsgemäßen Startereinrichtung nach dem Startvorgang des Verbrennungsmotors das hydrostatische Triebwerk nicht von dem Verbrennungsmotor mitangetrieben wird und somit die Leerlaufverluste im Betrieb des Verbrennungsmotors verringert werden können. Mit der erfindungsgemäßen Startereinrichtung wird somit eine robuste, ausfallsichere und kostengünstige Starteranlage zur Verfügung gestellt, die eine Start-Stopp Funktion des Verbrennungsmotors in kurzen Intervallen ermöglicht und geringe Leerlaufverluste des Verbrennungsmotors verursacht.
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Die elektrohydraulische Ladevorrichtung weist eine von einem Elektromotor angetriebene Ladepumpe auf, die eingangsseitig mit einem Behälter verbunden ist und ausgangsseitig in den Druckmittelspeicher fördert, wobei dem Druckmittelspeicher ein Druckbegrenzungsventil zur Absicherung des Druckes im Druckmittelspeicher zugeordnet ist. Mit einem dem Druckmittelspeicher, beispielsweise einer Förderleitung der Ladepumpe, zugeordneten Druckbegrenzungsventil kann auf einfache Weise erzielt werden, dass der Druckmittelspeicher vor dem Startvorgang des Verbrennungsmotors auf ein für den Startvorgang des Verbrennungsmotors ausreichendes Druckmittelvolumen aufgeladen ist, da mittels des Druckbegrenzungsventil bei einem Ladevorgang durch die elektrohydraulische Ladevorrichtung der im Druckmittelspeicher erzeugte Druck eingestellt und abgesichert werden kann.
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In einer Förderleitung der Ladepumpe ist ein in Richtung zum Druckmittelspeicher öffnendes Sperrventil angeordnet. Mit einem derartigen Sperrventil in der Förderleitung der Ladepumpe wird auf einfache Weise vermieden, dass sich der Druckmittelspeicher bei abgeschalteter elektrohydraulischer Ladevorrichtung über die Leckage der abgeschalteten Ladepumpe entleert.
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Zur Steuerung des Startvorgangs des Verbrennungsmotors ist in einer Verbindungsleitung des hydraulischen Druckmittelspeichers mit dem hydrostatischen Triebwerk der Startereinrichtung ein elektrisch betätigbares Starterventil angeordnet, das zu einem Startvorgang des Verbrennungsmotors in eine Durchflussstellung betätigbar ist und nach dem Startvorgang des Verbrennungsmotors in eine Sperrstellung betätigbar ist. Mit einem derartigen elektrisch betätigten Starterventil kann auf einfache Weise ein Startventil zur Steuerung des Startvorgangs des Verbrennungsmotors gebildet werden, das beim Startvorgang des Verbrennungsmotors in eine Durchflussstellung betätigt wird, wodurch das hydrostatische Triebwerk von dem unter Druck stehenden Druckmittel aus dem hydraulischen Druckmittelspeicher angetrieben wird und den Verbrennungsmotor durchdreht, so dass dieser startet. Nach dem Starten des Verbrennungsmotors wird das Starterventil in die Sperrstellung beaufschlagt, so dass dem hydrostatischen Triebwerk bei selbstlaufendem Verbrennungsmotor kein weiteres Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher zuströmt.
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Mit der elektrohydraulische Ladevorrichtung kann bereits während des Betriebs und somit bei laufendem Verbrennungsmotor der Druckmittelspeicher geladen werden, um vor dem Abstellen des Verbrennungsmotors das Aufladen des Druckmittelspeichers sicherzustellen. Mit besonderem Vorteil ist gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung der Druckmittelspeicher bei abgestelltem Verbrennungsmotor mittels der elektrohydraulischen Ladevorrichtung auf ein für den Startvorgang des Verbrennungsmotors ausreichendes Druckmittelvolumen aufladbar. Hierdurch wird auf einfache Weise ermöglicht, dass in allen Betriebszuständen und auch bei abgestelltem Verbrennungsmotor das Aufladen des Speichers sichergestellt wird und das Starten des Verbrennungsmotors mit dem hydrostatischen Triebwerk und somit der hydrostatischen Starteranlage erfolgen kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Kupplungseinrichtung als Freilaufkupplung ausgebildet. Mit einer zwischen dem Verbrennungsmotor und dem die Funktion des Starters des Verbrennungsmotors aufweisenden hydrostatischen Triebwerk kann mit geringem Bauaufwand das hydrostatische Triebwerk über einen Freilauf mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden werden. Mit einer derartigen Freilaufkupplung können mit geringem Bauaufwand geringe Leerlaufverluste im Betrieb des Verbrennungsmotors erzielt werden, da lediglich während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors ein Drehmoment von dem hydrostatischen Triebwerk an die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors abgegeben wird und die triebliche Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem hydrostatischen Triebwerk nach dem Startvorgang bei selbstlaufendem Verbrennungsmotor durch den Freilauf der Freilaufkupplung automatisch getrennt wird, da nach dem Startvorgang die von dem Verbrennungsmotor erzeugte Drehzahl und das von dem Verbrennungsmotor erzeugte Drehmoment überwiegen.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Kupplungseinrichtung als Trennkupplung ausgebildet. Mit einer derartigen Trennkupplung können auf einfache Weise die Leerlaufverluste im Betrieb des Verbrennungsmotors reduziert werden, indem nach dem Startvorgang des Verbrennungsmotors die trieblicher Verbindung des hydrostatischen Triebwerks der hydrostatischen Startereinrichtung mit dem selbstlaufenden Verbrennungsmotor getrennt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die elektrohydraulische Ladeeinrichtung ein Entlastungsventil auf, mit dem der Druckmittelspeicher zum Behälter entlastbar ist. Mit einem derartigen Entlastungsventil kann der Druckmittelspeicher beispielsweise bei längeren Betriebspausen oder längeren Stillstandszeiten des Verbrennungsmotors kontrolliert zum Behälter entlastet werden und eine hohe Betriebssicherheit der Startereinrichtung erzielt werden.
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Zweckmäßigerweise ist hierzu das Entlastungsventil in einer von dem Druckmittelspeicher zum Behälter geführten Verbindungsleitung angeordnet und als elektrisch betätigbares Steuerventil, insbesondere Schaltventil, mit einer Sperrstellung und einer Durchflussstellung ausgebildet. Mit einem derartigen elektrisch betätigbaren Steuerventil kann mit geringem Bauaufwand die Entlastung des Druckmittelspeichers gesteuert werden.
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Besondere Vorteile ergeben sich, wenn gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung die Kupplungseinrichtung hydraulisch betätigbar ist, wobei eine Steuerleitung der Kupplungseinrichtung mit der Verbindungsleitung des hydraulischen Druckmittelspeichers mit dem hydrostatischen Triebwerk zwischen dem Starterventil und dem hydrostatischen Triebwerk verbunden ist. Mit einer derartigen hydraulischen betätigbaren Kupplungseinrichtung kann auf einfache Weise bei einem Startvorgang und entsprechend angesteuertem Starterventil die Kupplungseinrichtung automatisch betätigt werden, um das hydrostatische Triebwerk mit dem Verbrennungsmotor trieblich zu verbinden.
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Alternativ oder zusätzlich ist die Kupplungseinrichtung hydraulisch betätigbar und ist eine Steuerleitung der Kupplungseinrichtung an ein Schmierölsystem des Verbrennungsmotors angeschlossen. Hierdurch kann auf einfache Weise bei laufendem Verbrennungsmotor, wobei in dem Schmierölsystem des Verbrennungsmotors ein Schmierdruck zur Versorgung von motorinternen Schmierstellen erzeugt wird, die Kupplungseinrichtung betätigt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an dem hydrostatischen Triebwerk eine Umlaufleitung vorgesehen, wobei die Umlaufleitung eine Einlassseite mit einer Auslassseite des hydrostatischen Triebwerks verbindet und mit einem zur Auslassseite sperrenden Sperrventil versehen ist. Mit einer derartigen Umlaufleitung kann auf einfache Weise nach dem Abkoppeln des hydrostatischen Triebwerks von dem laufenden Verbrennungsmotor mittels der Kupplungseinrichtung ein Auslaufen des hydrostatischen Triebwerks in einem drucklosen Umlaufbetrieb erzielt werden. Das in Richtung zur Auslassseite öffnende Sperrventil in der Umlaufleitung verhindert auf einfache Weise, dass bei dem Startvorgang des Verbrennungsmotors Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher unter Umgehung des hydrostatischen Aggregats zur Auslassseite abströmen kann.
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Das hydrostatische Triebwerk kann wahlweise als Hydromotor mit einem festen Schluckvolumen oder als Hydromotor mit einem verstellbaren Schluckvolumen ausgebildet sein. Insbesondere ein Hydromotor mit einem festen Schluckvolumen der ausschließlich als Motor arbeitet und die Funktion als hydrostatischer Starter des Verbrennungsmotors aufweist, weist einen geringen Bauaufwand auf und ermöglicht eine kostengünstige Ausführung der erfindungsgemäßen hydrostatischen Startereinrichtung.
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Alternativ kann das hydrostatische Triebwerk als Hydromotor und Hydropumpe mit einem festen Verdrängervolumen oder als Hydromotor und Hydropumpe mit einem verstellbaren Verdrängervolumen ausgebildet ist, wobei das Triebwerk in der Funktion als Hydropumpe bei laufendem Verbrennungsmotor ein Laden des Druckmittelspeichers ermöglicht. Mit einem als Motor und auch als Pumpe arbeitenden Triebwerk kann mit geringem Bauaufwand im Motorbetrieb die Funktion des hydrostatischen Starters des Verbrennungsmotors erzielt werden und im Pumpenbetrieb des Triebwerks der Druckmittelspeicher bei laufendem Verbrennungsmotor geladen werden.
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Mit besonderem Vorteil ist hierbei gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in einer Auslassleitung des hydrostatischen Triebwerks ein elektrisch betätigbares Umschaltventil angeordnet ist, das in einer ersten Schaltstellung eine zu dem Druckmittelspeicher geführte Ladeleitung absperrt sowie die Auslassleitung mit einem Behälter verbindet und in einer zweiten Schaltstellung die Verbindung der Auslassleitung mit dem Behälter absperrt und die Ladeleitung mit der Auslassleitung verbindet. Mit dem Umschaltventil kann somit auf einfache Weise im Pumpenbetrieb des hydrostatischen Triebwerks die Auslassseite des Triebwerks mit dem Druckmittelspeicher verbunden werden, um den Druckmittelspeicher durch das Triebwerk zu laden.
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Sofern hierbei an die Verbindungsleitung zwischen dem Starterventil und dem hydrostatischen Triebwerk eine mit dem Behälter in Verbindung stehenden Ansaugleitung angeschlossen ist, in der ein in Richtung zum Behälter sperrendes Sperrventil angeordnet ist, kann auf einfache Weise erzielt werden, dass das Triebwerk im Pumpenbetrieb zum Laden des Druckmittelspeichers mit der Einlassseite Druckmittel aus dem Behälter ansaugt.
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Zweckmäßigerweise ist hierzu das hydrostatische Triebwerk zum Laden des Druckmittelspeichers mittels der Kupplungseinrichtung mit dem Verbrennungsmotor trieblich verbindbar.
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Das als Starter des Verbrennungsmotors arbeitende hydrostatische Triebwerk ist bevorzugt als Zahnradmaschine oder als Axialkolbenmaschine oder als Radialkolbenmaschine ausgebildet. Derartige Bauweisen von hydrostatischen Triebwerken, insbesondere eine Zahnradmaschine, zeichnen sich durch günstige Herstellkosten und einen robusten Betrieb aus.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ladepumpe als Hydropumpe mit festem Fördervolumen ausgebildet. Da bei der erfindungsgemäßen Startereinrichtung der Druckmittelspeicher mit geringen Ladeströmen über einen längeren Zeitraum aufgeladen werden kann, wird mit einer als Hydropumpe mit festem Fördervolumen ausgebildeten Ladepumpe eine einfach aufgebaute und kostengünstige elektrohydraulische Ladevorrichtung erzielt.
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Die Ladepumpe ist bevorzugt als Zahnradmaschine oder als Axialkolbenmaschine oder als Radialkolbenmaschine ausgebildet. Derartige Bauweisen von hydrostatischen Triebwerken zeichnen sich insbesondere in der Ausführung mit festem Fördervolumen durch günstige Herstellkosten und einen robusten Betrieb aus.
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Die erfindungsgemäße Startereinrichtung kann zum Starten eines Verbrennungsmotors eingesetzt werden, der einen Antriebsstrang antreibt, der ohne zusätzliche Hydraulik, beispielsweise eine Arbeitshydraulik, versehen ist, die von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Für den Betrieb der hydrostatischen Startereinrichtung kann bei einem derartigen Antriebsstrang ohne zusätzliche Arbeitshydraulik ein eigenständiger Druckmittelkreislauf, beispielsweise eine geeignete Hydraulikflüssigkeit, vorgesehen werden. Bei einem derartigen von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Antriebsstrang ohne zusätzliche Arbeitshydraulik ergeben sich besondere Vorteile, wenn gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung als Druckmittel zum Betrieb der hydrostatischen Starteranlage das Motorenöl des Verbrennungsmotors eingesetzt wird, so dass kein eigenständiger Druckmittelkreislauf, beispielsweise Hydraulikflüssigkeit, zum Betrieb der hydrostatischen Startereinrichtung erforderlich ist.
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Der mit der erfindungsgemäßen hydrostatischen Startereinrichtung ausgerüstete Verbrennungsmotor kann als Stationärmotor ausgeführt sein.
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Alternativ kann der mit einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Startereinrichtung ausgerüstete Verbrennungsmotor als Antriebsmotor eines Fahrzeugs ausgeführt sein. Das Fahrzeug kann hierbei ohne hydrostatische Arbeitshydraulik ausgeführt sein oder mit einer hydrostatischen Arbeitshydraulik in dem von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Antriebsstrang versehen sein, die mindestens eine von dem Verbrennungsmotor angetriebene Arbeitshydraulikpumpe zur Versorgung der Verbraucher der Arbeitshydraulik mit Druckmittel aufweist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung,
- 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
- 3 eine Weiterbildung der 1 und
- 4 eine Ausgestaltungsform der Erfindung mit einer hydraulisch betätigbaren Kupplungseinrichtung.
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In der 1 ist ein Antriebsstrang 1 eines nicht näher dargestellten verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugs, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, in einer Prinzipdarstellung dargestellt, das ohne eine Arbeitshydraulik versehen ist.
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Der Antriebsstrang 1 besteht aus einem Verbrennungsmotor 2, beispielsweise einem Dieselmotor oder Ottomotor, und einem von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen Fahrantrieb 3.
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Der Fahrantrieb 3 kann als nicht näher dargestellter hydrostatischer Fahrantrieb ausgebildet sein, der aus einer im Fördervolumen verstellbaren Fahrpumpe, die zum Antrieb mit einer Abtriebswelle 4 des Verbrennungsmotors 2 in trieblicher Verbindung steht, und einem oder mehreren im Schluckvolumen festen oder verstellbaren Hydromotoren gebildet ist, die im geschlossenen oder offenen Kreislauf an die Fahrpumpe angeschlossen sind und mit den angetriebenen Rädern 5a, 5b des Fahrzeugs in Wirkverbindung stehen. Der Fahrantrieb 3 kann ebenfalls als elektrischer Fahrantrieb mit einem von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen elektrischen Generator und einem oder mehreren elektrischen Fahrmotoren zum Antrieb der Räder 5a, 5b gebildet werden. Zudem kann als Fahrantrieb 3 zum Antrieb der Räder 5a, 5b ein mechanischer Fahrantrieb mit einem mechanischen Getriebe 6, beispielsweise einem Stufenschaltgetriebe, einem Automatikgetriebe, einem Leistungsverzweigungsgetriebe oder einem Drehmomentwandlergetriebe vorgesehen werden.
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Als Starter des Verbrennungsmotors 2, mit dem der abgestellte Verbrennungsmotor 2 aus dem Stillstand gestartet werden kann, ist eine hydrostatische Startereinrichtung 10 vorgesehen, die ein mit der Abtriebswelle 4, beispielsweise der Kurbelwelle, des Verbrennungsmotors 2 trieblich verbundenes hydrostatisches Triebwerk 11 aufweist, das mit einem Druckmittelspeicher 12 in Verbindung steht und zum Starten des Verbrennungsmotors 2 mit Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher 12 antreibbar ist.
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Das hydrostatische Triebwerk 11 der erfindungsgemäßen hydrostatischen Startereinrichtung 10 gemäß der 1 ist von einem ausschließlich als Motor betriebenen Hydromotor gebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Hydromotor als Hydromotor mit einem festen und somit konstanten Schluckvolumen ausgebildet.
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Das als Hydromotor ausgebildete hydrostatische Triebwerk 11 ist eingangsseitig mit einer Einlassseite E an den hydraulischen Druckmittelspeicher 12 angeschlossen. Hierzu ist eine Verbindungsleitung 13 von dem Druckmittelspeicher 12 zu der Einlassseite des Triebwerks 11 geführt. Das Triebwerk 11 steht ausgangsseitig mit einer Auslassseite A mit einem Behälter 14 in Verbindung. Hierzu ist an die Auslassseite A des Triebwerks 11 eine zu einem Behälter 14 geführte Auslassleitung 15 angeschlossen.
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Das Triebwerk 11 ist ausschließlich in einer einzigen Förderrichtung von dem Druckmittelspeicher 12 zu dem Behälter 14 betrieben und somit ausschließlich als Motor zum Antrieb der Abtriebswelle 5 betrieben und weist somit ausschließlich die Funktion als Starter des Verbrennungsmotors 2 auf.
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In der Verbindungsleitung 13 ist zur Steuerung des Startvorgangs des Verbrennungsmotors 2 ein die Funktion eines Startventils aufweisendes Starterventil 20 angeordnet, das eine Sperrstellung 20a und eine Durchflussstellung 20b aufweist. Das Starterventil 20 ist mittels einer Federeinrichtung 21 in Richtung der Sperrstellung 20a beaufschlagt und in Richtung der Durchflussstellung 20b elektrisch betätigbar.
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Hierzu ist eine elektrische Betätigungseinrichtung 22, beispielsweise ein Schaltmagnet, vorgesehen, die zur Ansteuerung mit einer elektronischen Steuereinrichtung 23 in Verbindung steht. Das Steuerventil 20 ist bevorzugt als Schaltventil ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Startereinrichtung 10 umfasst weiterhin eine Kupplungseinrichtung 25 über die der Hydromotor 11 mit der Abtriebswelle 4 des Verbrennungsmotors 2 trieblich verbunden ist.
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Um den Druckmittelspeicher 12 auch bei abgestelltem Verbrennungsmotor 2 mit Druckmittel aufladen zu können, ist die erfindungsgemäße hydrostatische Startereinrichtung 10 mit einer elektrohydraulischen Ladevorrichtung 30 versehen. Die elektrohydraulische Ladevorrichtung 30 weist eine von einem Elektromotor 31 angetriebene hydrostatische Ladepumpe 32 auf, die eingangsseitig mit dem Behälter 14 verbunden ist und ausgangsseitig in den Druckmittelspeicher 12 fördert. Eine Förderleitung 33 der Ladepumpe 32 ist hierzu an die Verbindungsleitung 13 zwischen dem Starterventil 20 und dem Druckmittelspeicher 12 angeschlossen. In der Förderleitung 33 ist ein in Richtung zum Druckmittelspeicher 12 öffnendes Sperrventil 34 angeordnet, beispielsweise ein Rückschlagventil, das bei abgeschalteter Ladepumpe 32 ein Entladen des Druckmittelspeichers 12 über die Leckage der Ladepumpe 32 vermeidet. Die Ladepumpe 32 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Hydropumpe mit einem festen und somit konstanten Fördervolumen ausgebildet. Der die Ladepumpe 32 antreibende Elektromotor 31 steht zur Versorgung mit elektrischer Energie mit einer üblichen Starterbatterie 35 in Verbindung. Der Elektromotor 31 steht zur Ansteuerung beispielsweise mit der elektronischen Steuereinrichtung 23 in Verbindung.
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Bei der erfindungsgemäßen Startereinrichtung 10 ist dem Druckmittelspeicher 12 ein Druckbegrenzungsventil 36 zur Absicherung des Druckes im Druckmittelspeicher 12 zugeordnet, mit dem der Speicherladedruck in dem Druckmittelspeicher 12 und somit der Betriebsdruck der hydrostatischen Startereinrichtung 10 abgesichert wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Druckbegrenzungsventil 36 der von der Ladepumpe 32 zu dem Druckmittelspeicher 12 geführten Förderleitung 33 der Ladepumpe 32 zugeordnet und in einer von der Förderleitung 33 zu dem Behälter 14 geführten Verbindungsleitung 37 angeordnet.
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Bei der erfindungsgemäßen Startereinrichtung 10 ist weiterhin ein Entlastungsventil 40 vorgesehen, mit dem der Druckmittelspeicher 12 kontrolliert zum Behälter 14 entladen werden kann.
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Das Entlastungsventil 40 ist in einer von dem Druckmittelspeicher 12 zum Behälter 12 geführten Verbindungsleitung 46 angeordnet ist und als elektrisch betätigbares Steuerventil mit einer Sperrstellung 40b und einer Durchflussstellung 40a ausgebildet. Das Entlastungsventil 40 ist mittels einer Federeinrichtung 41 in Richtung der Sperrstellung 40b beaufschlagt und in Richtung der Durchflussstellung 40a elektrisch betätigbar. Hierzu ist eine elektrische Betätigungseinrichtung 42, beispielsweise ein Schaltmagnet, vorgesehen, die zur Ansteuerung mit einer elektronischen Steuereinrichtung 23 in Verbindung steht. Das Entlastungsventil 40 ist bevorzugt als Schaltventil ausgebildet.
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An dem als Starter des Verbrennungsmotors 2 arbeitenden hydrostatischen Triebwerk 11 ist eine Umlaufleitung 50 vorgesehen, die die Einlassseite E mit der Auslassseite A verbindet. In der Umlaufleitung 50 ist weiterhin ein in Richtung zur Auslassseite A sperrendes Sperrventil 51 angeordnet, das beispielsweise als Rückschlagventil, ausgebildet ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Startereinrichtung 10 gemäß der 1 weist das als Hydromotor ausgebildete Triebwerk 11 die alleinige Funktion als Starter zum Starten des Verbrennungsmotors 2 auf. Der Druckmittelspeicher 12 kann ausschließlich mit der elektrohydraulischen Ladevorrichtung 30 mit Druckmittel aufgeladen werden.
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Mit der elektrohydraulische Ladevorrichtung 30 kann während des Betriebs des Verbrennungsmotors 2 der Druckmittelspeicher 12 geladen werden. Ein besonderer Vorteil der elektrohydraulische Ladevorrichtung 30 besteht darin, dass mit der elektrohydraulische Ladevorrichtung 30 der Druckmittelspeicher 12 bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor 2 mit einem ausreichendem Druckmittelvolumen für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 aufgeladen werden kann, so dass sichergestellt ist, dass der Druckmittelspeicher 12 stets vor einem Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 mit einem für den Startvorgang ausreichenden Druckmittelvolumen aufgeladen ist. Die elektrohydraulische Ladevorrichtung 30 lädt hierbei den Druckmittelspeicher 12 mit geringen Ladeströmen über einen längeren Zeitraum auf, so dass die Ladepumpe 32 ein geringes Fördervolumen aufweisen kann und der Elektromotor 31 eine geringe Leistung benötigt und somit eine einfach aufgebaute und kostengünstige elektrohydraulische Ladevorrichtung 30 erzielt werden kann, die mit elektrischer Energie aus der Starterbatterie 35 betrieben werden kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Startereinrichtung 10 wird der Druckmittelspeicher 12 mit der elektrohydraulischen Ladeeinrichtung 30 vor dem Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 auf ein auf den Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 ausreichendes Druckmittelvolumen aufgeladen. Mittels des Druckbegrenzungsventils 36 kann der Ladevorgang des Druckmittelspeichers 12 gesteuert und abgesichert werden. Das Laden des Druckmittelspeichers 12 kann hierbei mit der elektrohydraulischen Ladeeinrichtung 30 auch bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor 2 erfolgen.
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Zum Starten des Verbrennungsmotors 2 wird das Starterventil 20 mittels der elektronischen Steuereinrichtung 23 in die Durchflussstellung 20b beaufschlagt, so dass dem als Hydromotor ausgebildeten hydrostatischen Triebwerk 11 an der Eingangsseite E Druckmittel aus dem geladenen Druckmittelspeicher 12 zuströmt. Das hydrostatische Triebwerk 11 ist mittels der Kupplungseinrichtung 25 zum Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 mit der Abtriebswelle 4 des Verbrennungsmotors 2 trieblich verbunden, so dass das von dem Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher 12 angetriebene Triebwerk 11 als hydraulischer Starter die Abtriebswelle 4 des Verbrennungsmotors 2 durchdreht, der durch diesen Vorgang startet. Nach dem Starten des Verbrennungsmotors 2 wird das Starterventil 20 durch Beenden der Ansteuerung von der Federeinrichtung 21 in die Sperrstellung 20a beaufschlagt. Die Kupplungseinrichtung 25 trennt nach dem Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 bei selbstlaufendem Verbrennungsmotor 2 die triebliche Verbindung zwischen dem Triebwerk 11 und der Abtriebswelle 4, so dass bei laufendem Verbrennungsmotor 2 ein Mitantrieb des Triebwerks 11 der hydrostatischen Starteranlage 10 vermieden wird und somit geringe Leerlaufverluste des laufenden Verbrennungsmotors 2 erzielt werden.
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In der 2 ist ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang 1 einer nicht näher dargestellten verbrennungsmotorisch betriebenen mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise eines Flurförderzeugs oder einer Bau- bzw. Landmaschine, in einer Prinzipdarstellung dargestellt, das mit einer Arbeitshydraulik versehen ist. Mit der 1 identische Bauteile sind mit identischen Bezugsziffern versehen.
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In dem Antriebsstrang 1 ist zusätzlich zu dem Fahrantrieb 3 und der hydrostatischen Startereinrichtung 10 eine von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen Arbeitshydraulik 60 angeordnet. Die Arbeitshydraulik 60 umfasst Arbeitsfunktionen der Arbeitsmaschine, beispielsweise bei einem Flurförderzeug die Arbeitsfunktionen zum Betätigen eines Lastaufnahmemittels an einem Hubmast, bzw. bei einer beispielsweise als Bagger ausgebildeten Baumaschine die Arbeitsfunktionen der von einer Schaufel ausgebildeten Arbeitsausrüstung. Die Arbeitshydraulik 60 weist zur Versorgung der Verbraucher eine oder mehrere Arbeitshydraulikpumpen 61 auf, die im offenen Kreislauf betrieben sind und mit der Abtriebswelle 4 des Verbrennungsmotors 2 in trieblicher Verbindung stehen. Die Arbeitshydraulikpumpe 61 steht eingangsseitig mit dem Behälter 14 in Verbindung und fördert in eine Förderleitung 62, die zu einem Steuerventilblock 63 geführt ist, in dem die Steuerventile zur Steuerung der Verbraucher der Arbeitshydraulik 60 angeordnet sind. Mittels der Arbeitshydraulikpumpe 61 kann bei laufendem Verbrennungsmotor 2 zusätzlich oder alternativ zu der elektrohydraulische Ladevorrichtung 30 der Druckmittelspeicher 12 geladen werden. Hierzu ist von dem Steuerventilblock 63 eine Ladeleitung 64 zu dem Druckmittelspeicher 12 geführt, in der ein in Richtung zu dem Druckmittelspeicher 12 öffnendes Sperrventil 65, beispielswiese ein Rückschlagventil, angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ladeleitung 64 an die Förderleitung 33 der Ladepumpe 32 angeschlossen.
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In der 3 ist eine Weiterbildung der 1 dargestellt, bei der das hydrostatische Triebwerk 11 als Motor zum Start des Verbrennungsmotors 2 und bei gleicher Drehrichtung zusätzlich als Pumpe zum Laden des Druckmittelspeichers 12 bei laufendem Verbrennungsmotor 2 betrieben werden kann, so dass zusätzlich oder alternativ zu der elektrohydraulischen Ladevorrichtung 30 der Druckmittelspeicher 12 über das als Pumpe arbeitende und in die Auslassleitung 15 fördernde Triebwerk 11 bei laufendem Verbrennungsmotor 2 geladen werden kann. In der Auslassleitung 15 des Triebwerks 11 ist hierzu ein Umschaltventil 80 angeordnet, das in einer ersten Schaltstellung 80a die zu dem Druckmittelspeicher 12 geführte Ladeleitung 64 absperrt sowie die Auslassseite A des Triebwerks 11 mit einem Behälter 14 verbindet und in einer zweiten Schaltstellung 80b die Verbindung der Auslassseite A des Triebwerks 11 mit dem Behälter 14 absperrt und die Ladeleitung 64 mit der Auslassseite A des Triebwerks 11 verbindet. Die erste Schaltstellung 80a ist mit dem die Ladeleitung 64 absperrenden Sperrventil 65, beispielswiese einem Rückschlagventil, versehen.
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Das Umschaltventil 80 ist mittels einer Federeinrichtung 81 in Richtung der ersten Schaltstellung 80a beaufschlagt und in Richtung der zweiten Schaltstellung 80b elektrisch betätigbar. Hierzu ist eine elektrische Betätigungseinrichtung 82, beispielsweise ein Schaltmagnet, vorgesehen, die zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung 23 in Verbindung steht.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ladeleitung 64 an die Förderleitung 33 der Ladepumpe 32 angeschlossen.
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An die Verbindungsleitung 13 ist zwischen dem Starterventil 20 und der Einlassseite E des Triebwerks 11 eine mit dem Behälter 14 in Verbindung stehenden Ansaugleitung 83 angeschlossen, in der ein in Richtung zum Behälter sperrendes Sperrventil 84, beispielsweise ein Rückschlagventil, angeordnet ist.
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Zum Laden des Druckmittelspeichers 12 durch das als Pumpe arbeitende Triebwerk 11 wird das Triebwerk 11 mittels der Kupplungseinrichtung 25 mit der Abtriebswelle 4 des Verbrennungsmotor 2 trieblich verbunden und das Umschaltventil 80 in die zweite Schaltstellung 80b betätigt, so dass das als Pumpe arbeitende und von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebene Triebwerk 11 eingangsseitig Druckmittel über die Ansaugleitung 83 und das geöffnete Sperrventil 84 aus dem Behälter 14 ansaugt und ausgangsseitig über die Ladeleitung 64 in den Druckmittelspeicher 12 fördert.
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In der 4 ist eine Ausführungsform der Erfindung mit einer hydraulisch betätigbaren Kupplungseinrichtung 25 dargestellt. Eine die Kupplungseinrichtung 25 betätigende Steuerleitung 70 ist hierzu mit der Verbindungsleitung 13 des hydraulischen Druckmittelspeichers 12 mit dem hydrostatischen Triebwerk 11 zwischen dem Starterventil 20 und dem hydrostatischen Triebwerk 11 verbunden. Beim Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 kann somit bei einer entsprechenden Betätigung des Starterventils 20 die Kupplungseinrichtung 25 automatisch von dem Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher 12 betätigt werden, um das hydrostatische Triebwerk 11 mittels der Kupplungseinrichtung 25 zum Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 mit der Abtriebswelle 4 des Verbrennungsmotors 2 trieblich zu verbinden und nach dem Starten des Verbrennungsmotors 2 das Triebwerk 11 von der Abtriebswelle 4 zu trennen.
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Zusätzlich oder alternativ ist eine die Kupplungseinrichtung 25 betätigende Steuerleitung 71 vorgesehen, die mit einem Schmierölsystem 75 des Verbrennungsmotors 2 verbunden ist. In der Steuerleitung 71 ist ein Steuerventil 72 angeordnet, mit dem die Betätigung der Kupplungseinrichtung 25 durch den im Schmierölsystem 75 erzeugten Schmierdruck steuerbar ist. Das Steuerventil 72 steht bevorzugt zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung 23 in Verbindung und ist als Schaltventil ausgebildet.
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Das Schmierölsystem 75 weist eine von der Abtriebswelle 4 des Verbrennungsmotors 2 angetriebene Schmierölpumpe 76 auf, die eingangsseitig mit einem Schmiermittelreservoir 77, beispielsweise einer Motorölwanne des Verbrennungsmotors 2, in Verbindung steht und Schmiermittel aus dem Schmiermittelreservoir 77 ansaugt. Ausgangsseitig fördert die Schmierölpumpe 76 in ein Schmierölleitungssystem 78, mit dem die motorinternen Schmierstellen, die in der 4 durch einen Pfeil am Verbrennungsmotor 2 verdeutlicht sind, mit Schmiermittel versorgt werden. Über eine Rücklaufleitung 79 kann das Schmiermittel nach dem Durchströmen der motorinternen Schmierstellen zurück in das Schmiermittelreservoir 77 strömen. Die Schmierstellen sind beispielsweise bei einem als Hubkolbenmotor ausgebildeten Verbrennungsmotor 2 von den Lagerungen einer drehenden Nockenwelle, den Lagerungen von drehenden Ausgleichswellen, den Lagerungen von Pleuelstangen und den Lagerungen der Kurbelwelle gebildet, die als hydrostatischen bzw. hydrodynamischen Lagerstellen ausgebildet sind.
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Bei laufendem Verbrennungsmotor 2 kann durch entsprechende Ansteuerung des Steuerventils 72 das Triebwerk 11 mit der Abtriebswelle 4 des Verbrennungsmotors 2 verbunden werden, um bei laufendem Verbrennungsmotor 2 zusätzlich oder alternativ zu der elektrohydraulischen Ladevorrichtung 30 den Druckmittelspeicher 12 durch das als Pumpe arbeitende Triebwerk 11 zu laden.
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Die erfindungsgemäße hydrostatische Startereinrichtung 10 weist eine Reihe von Vorteilen auf.
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Die erfindungsgemäße hydrostatische Startereinrichtung 10 kann für eine Start-Stopp Funktion des Verbrennungsmotors 2 in kurzen Intervallen ohne einer Gefahr einer Überhitzung betrieben werden, wobei mit der erfindungsgemäßen hydrostatischen Startereinrichtung 10 eine Start-Stopp Funktion in einer robusten, ausfallsicheren und kostengünstigen Ausführung erzielt wird. An dem Verbrennungsmotor 2 ist durch die elektrohydraulische Ladevorrichtung 30 der erfindungsgemäßen hydrostatischen Startereinrichtung 10 keine konventionelle elektromotorisch betriebene Startereinrichtung mit einem Elektromotor als Startermotor erforderlich.
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Das hydrostatische Triebwerk 11 und die Kupplungseinrichtung 25 der hydrostatischen Startereinrichtung 10 kann an einer beliebigen Stelle im dem von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen Antriebsstrang 1 angeordnet werden.
