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Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Antriebssystem mit einer hydrostatischen Triebwerkseinrichtung, die mit einem Verbrennungsmotor in trieblicher Verbindung steht, wobei die hydrostatische Triebwerkseinrichtung als Hydraulikmotor betreibbar ist, der mit Druckmittel aus einer Druckmittelspeichereinrichtung antreibbar ist, wobei die als Hydraulikmotor betriebene Triebwerkseinrichtung einen Booster-Antrieb zur Unterstützung des laufenden Verbrennungsmotors und einen hydraulischen Starter einer Start-Stopp-Funktion des abgestellten Verbrennungsmotors bildet.
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Derartige Antriebssysteme werden in Fahrzeugen, beispielsweise mobilen Arbeitsmaschinen, eingesetzt.
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Um den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors zu senken, ist es bereits bekannt, das Antriebssystem als hybrides Antriebssystem auszuführen, wobei neben dem Verbrennungsmotor als Energiequelle eine Druckmittelspeichereinrichtung als weitere Energiequelle eingesetzt wird und die mit dem Verbrennungsmotor trieblich verbundene Triebwerkseinrichtung als Hydraulikmotor betrieben wird, die von Druckmittel aus der Druckmittelspeichereinrichtung angetrieben wird.
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Durch den Motorbetrieb der von dem Druckmittel aus der Druckmittelspeichereinrichtung angetriebenen Triebwerkseinrichtung kann mit der Triebwerkseinrichtung ein hydraulischer Starter einer Start-Stopp-Funktion des Verbrennungsmotors gebildet werden. Die Start-Stopp-Funktion ermöglicht es, den Verbrennungsmotor während Arbeitspausen oder Arbeitsunterbrechungen abzuschalten und bei einer Drehmomentanforderung durch eine Arbeitsfunktion oder den Fahrantrieb automatisch wieder zu starten, um eine Kraftstoffeinsparung zu erzielen.
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Durch den Motorbetrieb der von dem Druckmittel aus der Druckmittelspeichereinrichtung angetriebenen Triebwerkseinrichtung kann mit der Triebwerkseinrichtung weiterhin ein Booster-Antrieb des laufenden Verbrennungsmotors erzielt werden, der ein zusätzliches Drehmoment zur Verfügung stellt, mit dem der laufende Verbrennungsmotor bei einem Beschleunigungsvorgang oder im Fahrbetrieb des Fahrzeugs bei stationärer Fahrt mit einer Zielgeschwindigkeit oder bei der Betätigung der Arbeitshydraulik unterstützt werden kann. Der von dem Motorbetrieb der von dem Druckmittel aus der Druckmittelspeichereinrichtung angetriebenen Triebwerkseinrichtung gebildete hydrostatische Booster-Antrieb ermöglicht eine Kraftstoffeinsparung des Verbrennungsmotors und ein Downsizing des Verbrennungsmotors.
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Die Kapazität der Druckmittelspeichereinrichtung ist hierbei an die jeweilige Anwendung anzupassen. Für die Anwendung des von der Triebwerkseinrichtung und der Druckmittelspeichereinrichtung gebildeten Hybridantriebs als hydraulischer Starter des Verbrennungsmotors ist eine geringe Kapazität der Druckmittelspeichereinrichtung ausreichend, das bereits wenige Umdrehungen an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ausreichend sind, um den Verbrennungsmotor auf die Startdrehzahl zu beschleunigen. Für die Anwendung des von der Triebwerkseinrichtung und der Druckmittelspeichereinrichtung gebildeten Hybridantriebs als Booster-Antrieb des Verbrennungsmotors ist eine größere Kapazität der Druckmittelspeichereinrichtung erforderlich, um einen längerdauernden Booster-Antrieb des laufenden Verbrennungsmotors vorsehen zu können, beispielsweise beim Anfahren des Fahrzeugs oder bei einer Betätigung der Arbeitshydraulik, um eine relevante Kraftstoffeinsparung durch den Booster-Antrieb erzielen zu können.
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Ein gattungsgemäßes hybrides Antriebssystem, bei dem eine als Hydraulikmotor betriebene hydrostatische Triebwerkseinrichtung von Druckmittel aus einer Druckmittelspeichereinrichtung angetrieben ist und die Triebwerkseinrichtung im Motorbetrieb einen hydraulischen Startes des Verbrennungsmotors im Rahmen einer Start-Stopp-Funktion sowie einen Booster-Antrieb zur Unterstützung des laufenden Verbrennungsmotors bildet, ist aus der
DE 10 2012 111 296 A1 bekannt. Bei der
DE 10 2012 111 296 A1 ist die Druckmittelspeichereinrichtung von einem einzigen Druckmittelspeicher gebildet.
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Sofern in einem Antriebssystem von der hydrostatischen Triebwerkseinrichtung und der Druckmittelspeichereinrichtung gebildete Hybridantrieb die Funktion eines hydraulischen Starter des Verbrennungsmotors und die Funktion eines Booster-Antriebs gebildet wird, ist die Kapazität der Druckmittelspeichereinrichtung an den Bedarf der Funktion mit dem höheren Bedarf anzupassen, d.h. an den Bedarf als Booster-Antrieb zur Unterstützung des laufenden Verbrennungsmotors.
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Bei derartigen Antriebssystemen ist es gewünscht, dass die Druckmittelspeichereinrichtung mit rekuperierter Energie geladen wird, beispielsweise im Bremsbetrieb des Fahrzeugs, wodurch mit der Druckmittelspeichereinrichtung eine Energierückgewinnung und eine weitere Kraftstoffeinsparung erzielt wird. Sofern das Antriebssystem in einem Fahrzeug, beispielsweise einer Arbeitsmaschine mit einem Fahrantrieb und einer Arbeitshydraulik, eingesetzt wird und das Fahrzeug partiell stationär eingesetzt wird, beispielsweise bei der stehenden Arbeitsmaschine nur die Arbeitshydraulik betrieben wird, ist es nicht möglich, die Druckmittelspeichereinrichtung für den Start-Stopp-Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs mit rekuperierter Bremsenergie zu laden. Sofern die umgesetzten rekuperierbaren Energien nicht ausreichend ist, um die Druckmittelspeichereinrichtung zu laden, ist es erforderlich, die Druckmittelspeichereinrichtung durch einen Pumpenbetrieb der Triebwerkseinrichtung aufzuladen, in dem die Triebwerkseinrichtung von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Zum Laden der Druckmittelspeichereinrichtung wird hierbei die Triebwerkseinrichtung primärseitig durch die von dem Verbrennungsmotor gelieferte Leistung angetrieben, so dass der Ladebetrieb der Druckmittelspeichereinrichtung primärseitig mit Energie des Verbrennungsmotors erfolgt. Aufgrund der Auslegung der Kapazität der Druckmittelspeichereinrichtung auf die Funktion als Booster-Antrieb ist die Energiemenge entsprechend groß, die von dem Verbrennungsmotor zum Laden der in der Kapazität auf den Booster-Antrieb ausgelegten Druckmittelspeichereinrichtung aufgebracht werden muss, um in der Druckmittelspeichereinrichtung einen ausreichenden Druck aufzubauen, die einen Betrieb der Triebwerkseinrichtung als hydraulischer Starter für die Start-Stopp-Funktion ermöglicht. Der primärseitige Ladevorgang der in der Kapazität auf den Booster-Antrieb ausgelegten Druckmittelspeichereinrichtung durch von dem Verbrennungsmotor aufzubringende primärseitige Energie führt zu einer Verminderung des Kraftstoffeinsparpotentials der Start-Stopp-Funktion, da bei der in der Kapazität auf den Booster-Antrieb ausgelegten Druckmittelspeichereinrichtung für den Start des Verbrennungsmotors die gesamte installierte Kapazität der Druckmittelspeichereinrichtung und somit auch die für den Start des Verbrennungsmotors nicht erforderliche Überkapazität der Druckmittelspeichereinrichtung energieintensiv mit primärseitiger Energie des Verbrennungsmotors aufgeladen werden muss.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, das hinsichtlich der Energieeinsparung der Start-Stopp-Funktion verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Druckmittelspeichereinrichtung eine erste Druckmittelspeichereinheit und eine zweite Druckmittelspeichereinheit aufweist, wobei eine Ladeventileinrichtung vorgesehen ist, die einen Ladebetrieb der ersten Druckmittelspeichereinheit unabhängig von dem Ladebetrieb der zweiten Druckmittelspeichereinheit ermöglicht. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem ist somit die Kapazität der Druckmittelspeichereinrichtung auf eine erste Druckmittelspeichereinheit und eine zweite Druckmittelspeichereinheit aufgeteilt. Die Ladeventileinrichtung ermöglicht es, nur die erste Druckmittelspeichereinheit mit Druckmittel aufzuladen. Sofern der von der Druckmittelspeichereinrichtung und der Triebwerkseinrichtung gebildete Hybridantrieb sowohl als Booster-Antrieb als auch als hydraulischer Starter des abgestellten Verbrennungsmotor verwendet wird, ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem Vorteile, da der Hydraulikmotor in der Funktion als hydraulischer Starter nur von der ersten Druckmittelspeichereinheit mit Druckmittel betrieben werden kann. Da die Ladeventileinrichtung einen alleinigen Ladevorgang der ersten Druckmittelspeichereinheit ermöglicht, ergibt sich ein hohe Energieeinsparung der Start-Stopp-Funktion, da für den Ladevorgang der ersten Druckmittelspeichereinheit vor dem Abstellen des Verbrennungsmotor nur die erste Druckmittelspeichereinheit mit Druckmittel aufgeladen werden muss, wozu lediglich eine geringe Energie erforderlich ist, die rekuperierend oder primärseitig durch den Verbrennungsmotor aufgebracht werden kann. Mit der Erfindung ergeben sich somit besondere Vorteile, wenn im Betrieb des Antriebssystems ein geringer Umsatz von rekuperierbarer Energie vorhanden ist, da eine Start-Stopp-Funktion des Verbrennungsmotors verwirklicht werden kann, ohne dass ein energieintensives Aufladen der für den Booster-Antrieb installierten gesamten Kapazität der Druckmittelspeichereinrichtung mit primärseitiger Energie des Verbrennungsmotors erforderlich ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die erste Druckmittelspeichereinheit einen Druckmittelspeicher auf, dessen Kapazität an den Bedarf der Triebwerkseinrichtung als hydraulischen Starter zum Starten des abgestellten Verbrennungsmotors ausgelegt ist. Für den Start-Stopp-Betrieb ist es somit nur erforderlich, die erste Druckmittelspeichereinheit mit Druckmittel aufzuladen, so dass vor dem Abstellen des Verbrennungsmotor für den Ladebetrieb der ersten Druckmittelspeichereinheit nur eine geringe Energie erforderlich ist und somit die erste Druckmittelspeichereinheit bereits bei einer geringen rekuperierbaren Energie auf einen für den Startvorgang des Verbrennungsmotors erforderlichen Ladezustand aufgeladen werden kann bzw. nur eine geringe Energie von dem Verbrennungsmotor primärseitig aufgewendet werden muss, um die erste Druckmittelspeichereinheit auf einen für den Startvorgang des Verbrennungsmotors erforderlichen Ladezustand aufzuladen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Druckmittelspeichereinheit zumindest einen Druckmittelspeicher auf, wobei die Gesamtkapazität der ersten Druckmittelspeichereinheit und der zweiten Druckmittelspeichereinheit an den Bedarf der Triebwerkseinrichtung als Booster-Antrieb ausgelegt ist. Mit einem oder mehreren zusätzlichen Druckmittelspeichern der zweiten Druckmittelspeichereinheit kann auf einfache Weise eine Gesamtkapazität der Druckmittelspeichereinrichtung zur Verfügung gestellt werden, die für den Booster-Antrieb dimensioniert ist.
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Besondere Vorteile ergeben sich, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die als hydraulischer Starter des abgestellten Verbrennungsmotors arbeitende Triebwerkseinrichtung mit Druckmittel aus der ersten Druckmittelspeichereinheit angetrieben ist. Sofern die als hydraulische Starter arbeitende Triebwerkseinrichtung nur mit Druckmittel aus der ersten Druckmittelspeichereinheit angetrieben ist, genügt es, vor dem Abstellen des Verbrennungsmotors in der Start-Stopp-Funktion sicherzustellen, dass die erste Druckmittelspeichereinheit ausreichend aufgeladen ist, wozu lediglich eine geringe Energie erforderlich ist.
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Besondere Vorteile ergeben sich ebenfalls, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die als hydraulischer Starter des abgestellten Verbrennungsmotors arbeitende Triebwerkseinrichtung zunächst mit Druckmittel aus der ersten Druckmittelspeichereinheit angetrieben ist, solange bis der Druck der ersten Druckmittelspeichereinheit dem Druck der zweiten Druckmittelspeichereinheit entspricht, und anschließend die als hydraulischer Starter des abgestellten Verbrennungsmotors arbeitende Triebwerkseinrichtung mit Druckmittel aus der ersten Druckmittelspeichereinheit und der zweiten Druckmittelspeichereinheit angetrieben ist. Hierdurch wird erzielt, dass für den Startvorgang des abgestellten Verbrennungsmotors die im Motorbetrieb arbeitende Triebwerkseinrichtung zunächst nur mit Druckmittel aus der ersten Druckmittelspeichereinheit angetrieben wird solange der Druck in der ersten Druckmittelspeichereinheit höher als der Druck in der zweiten Druckmittelspeichereinheit ist. Sofern aufgrund der Entnahme von Druckmittel aus der ersten Druckmittelspeichereinheit der Druck der ersten Druckmittelspeichereinheit auf das Niveau der zweiten Druckmittelspeichereinheit gefallen ist, wird ab diesem Zeitpunkt die im Motorbetrieb arbeitende Triebwerkseinrichtung mit Druckmittel aus der ersten Druckmittelspeichereinheit und der zweiten Druckmittelspeichereinheit angetrieben. Hierduch wird es ermöglicht, einen Startvorgang des Verbrennungsmotors durch einen Motorbetrieb der Triebwerkseinrichtung im Berdarfsfall über einen längeren Zeitraum durchzuführen, ohne das Speichervolumen der ersten Druckmittelspeichereinrichtung vergrößern zu müssen.
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Besondere Vorteile ergeben sich, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die als Booster-Antrieb des laufenden Verbrennungsmotors arbeitende Triebwerkseinrichtung mit Druckmittel aus der ersten Druckmittelspeichereinheit und der zweiten Druckmittelspeichereinheit angetrieben ist. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, den Booster-Antrieb des laufenden Verbrennungsmotors über eine längere Zeitspanne mit Druckmittel aus beiden Druckmittelspeichereinheiten durchzuführen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Ladeventileinrichtung eingangsseitig an eine Ladeleitung angeschlossen und ausgangsseitig an eine erste Ladezweigleitung der ersten Druckmittelspeichereinheit sowie an eine zweite Ladezweigleitung der zweiten Druckmittelspeichereinheit angeschlossen. Hierdurch wird auf einfache Weise ermöglicht, dass mit der Ladeventileinrichtung ein alleiniger Ladebetrieb der ersten Druckmittelspeichereinheit sowie ein Ladebetrieb der zweiten Druckmittelspeichereinheit durchgeführt werden kann.
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Besondere Vorteile ergeben sich, wenn gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung die Ladeventileinrichtung eine erste Steuerstellung aufweist, in der die Ladeleitung mit der ersten Ladezweigleitung verbunden ist und die Verbindung der Ladeleitung mit der zweiten Ladezweigleitung abgesperrt ist. In der ersten Steuerstellung kann somit mit der Ladeventileinrichtung auf einfache Weise ein alleiniger Ladebetrieb der ersten Druckmittelspeichereinheit für die Start-Stopp-Funktion ermöglicht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Ladeventileinrichtung eine zweite Steuerstellung auf, in der die Ladeleitung mit der zweiten Ladezweigleitung verbunden ist und die Verbindung der Ladeleitung mit der ersten Ladezweigleitung abgesperrt ist. Eine derartige Ladeventileinrichtung ermöglicht es auf einfache Weise, die Druckmittelspeichereinheiten nacheinander aufzuladen. Nach Laden der ersten Druckmittelspeichereinheit auf einen für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors ausreichenden Ladezustand kann durch Betätigen der Ladeventileinrichtung in die zweite Steuerstellung anschließend auf einfache Weise die zweite Druckmittelspeichereinheit für einen Booster-Antrieb aufgeladen werden.
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Die Ladeventileinrichtung ist bevorzugt derart betrieben, dass zuerst die erste Druckmittelspeichereinheit mit Druckmittel geladen wird und bei Erreichen eines vorgegebenen Ladezustands der ersten Druckmittelspeichereinheit die zweite Druckmittelspeichereinheit mit Druckmittel geladen wird. Hierdurch wird ermöglicht, dass für den Ladevorgang der ersten Druckmittelspeichereinheit auf einen vorgegebenen, für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors erforderlichen Ladezustand nur eine geringe Energie erforderlich, so dass bereits ein geringe rekuperierbare Energie bzw. eine geringe von dem Verbrennungsmotor aufzubringende primärseitige Energie ausreicht, um die erste Druckmittelspeichereinheit für die Start-Stopp-Funktion ausreichend aufzuladen.
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Gemäß einer vorteilhaften, alternativen Ausführungsform der Erfindung weist die Ladeventileinrichtung eine zweite Steuerstellung auf, in der die Ladeleitung mit der ersten Ladezweigleitung und mit der zweiten Ladezweigleitung verbunden ist. In der zweiten Steuerstellung können somit beide Druckmittelspeichereinheiten gleichzeitig mit Druckmittel aufgeladen werden. Sofern die Druckmittelspeichereinheiten mit rekuperierbarer Energie aufgeladen werden und eine ausreichende rekuperierbare Energie vorhanden ist, kann hierdurch eine hohe Energierückgewinnung erzielt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Ladeventileinrichtung derart betrieben, dass die Ladeventileinrichtung in Abhängigkeit von einer rekuperierbaren Energie des Antriebssystems in die erste Steuerstellung oder die zweite Steuerstellung betätigt ist. Eine Ladeventileinrichtung, die in der ersten Steuerstellung nur die erste Druckmittelspeichereinheit mit der Ladeleitung und in der zweiten Steuerstellung beide Druckmittelspeichereinheit mit der Ladeleitung verbindet, kann in Abhängigkeit von der rekuperierbaren Energie des Antriebssystems auf einfache Weise derart gesteuert werden, dass bei einer geringen rekuperierbaren Energie des Antriebssystems die Ladeventileinrichtung in die erste Steuerstellung betätigt ist, um das Laden der ersten Druckmittelspeichereinheit für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors sicherzustellen, und bei einer hohen rekuperierbaren Energie des Antriebssystems die Ladeventileinrichtung in die zweite Steuerstellung betätigt ist, in der beide Druckmittelspeichereinheiten geladen werden können.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist die Ladeventileinrichtung als Schaltventil ausgebildet. Hierdurch ergibt sich ein geringer Bauaufwand für die Ladeventileinrichtung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Ladeventileinrichtung in Abhängigkeit von dem Ladedruck der ersten Druckmittelspeichereinheit betätigbar. Eine Ladeventileinrichtung, die in der ersten Steuerstellung nur die erste Druckmittelspeichereinheit mit der Ladeleitung und in der zweiten Steuerstellung nur die zweite Druckmittelspeichereinheit mit der Ladeleitung verbindet, kann in Abhängigkeit von dem Ladedruck der ersten Druckmittelspeichereinheit auf einfache Weise derart gesteuert werden, dass zuerst die erste Druckmittelspeichereinheit mit Druckmittel geladen wird und bei Erreichen eines vorgegebenen Ladezustands der ersten Druckmittelspeichereinheit, der von dem Ladedruck der ersten Druckmittelspeichereinheit definiert ist, die zweite Druckmittelspeichereinheit mit Druckmittel geladen wird.
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Hinsichtlich eines einfachen Aufbaus mit einem geringen Bauaufwand ergeben sich Vorteile, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Ladeventileinrichtung hydraulisch betätigbar ist. Eine in Abhängigkeit von dem Ladedruck der ersten Druckmittelspeichereinheit gesteuerte Ladeventileinrichtung kann hierdurch auf einfache Weise direkt von dem Ladedruck hydraulisch gesteuert werden.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Ladeventileinrichtung elektrisch betätigbar und steht zur Betätigung mit einer elektronischen Steuereinrichtung in Wirkverbindung. Hierdurch kann ebenfalls auf einfache Weise eine Betätigung der Ladeventileinrichtung in Abhängigkeit von dem Ladedruck der ersten Druckmittelspeichereinheit bzw. in Abhängigkeit von einer rekuperierbaren Energie des Antriebssystems erfolgen.
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Die elektronische Steuereinrichtung steht hierzu eingangsseitig mit einem Drucksensor der ersten Druckmittelspeichereinheit und mit einem Drucksensor der zweiten Druckmittelspeichereinheit in Wirkverbindung. Mit entsprechenden Drucksensoren kann auf einfache Weise der Ladedruck und somit der Ladezustand der Druckmittelspeichereinheiten von der elektronischen Steuereinrichtung ermittelt werden.
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Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die elektronische Steuereinrichtung gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung die rekuperierbaren Energie des Antriebssystems bestimmt und die Ladeventileinrichtung in die zweite Steuerstellung betätigt, wenn eine zum Laden der ersten Druckmittelspeichereinheit und der zweiten Druckmittelspeichereinheit ausreichende rekuperierbare Energie ermittelt wird. Mit der elektronischen Steuereinrichtung kann auf einfache Weise entsprechend dem aktuellen Betriebszustand des Antriebssystems die regenerierbare Energie des Antriebssystems bestimmt werden, um die Ladeventileinrichtung entsprechend anzusteuern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ladeventileinrichtung von einer Federeinrichtung in die erste Steuerstellung betätigt ist und hydraulisch oder elektrisch in die zweite Steuerstellung betätigbar. Hierdurch wird auf einfache Weise erzielt, dass sich die Ladeventileinrichtung im nicht-betätigten Zustand in der ersten Steuerstellung befindet, in der ein Ladebetrieb der ersten Druckmittelspeichereinheit für den Startvorgang durch die Start-Stopp-Funktion erfolgt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in der Ladeleitung ein Retarderventil angeordnet. Sofern der Ladebetrieb der Druckmittelspeichereinrichtung rekuperierend im Bremsbetrieb des Fahrzeugs erfolgt, kann mit einem in der Ladeleitung angeordneten Retarderventil auf einfache Weise erzielt werden, dass bei einem geringen Ladedruck der Druckmittelspeichereinrichtung, der nicht ausreicht, um ein erforderliches Bremsmoment aufzubauen, der Druck mittels des Retarderventils entsprechend eingestellt werden kann, um eine gewünschte Bremsleistung zu erzeugen.
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In der Ladeleitung ist zweckmäßigerweise ein in Richtung zur Ladeventileinrichtung öffnendes Sperrventil, insbesondere Rückschlagventil, angeordnet. Mit einem derartigen Sperrventil kann auf einfache Weise in der Öffnungsstellung des Sperrventils die Druckmittelspeichereinrichtung mit Druckmittel aufgeladen werden und nach dem Ladevorgang die mit Druckmittel aufgeladene Druckmittelspeichereinrichtung in der Sperrstellung des Sperrventils in Richtung zur Ladeleitung abgesperrt werden, um ein ungewolltes Entladen der Druckmittelspeichereinrichtung zu verhindern.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung steht die erste Druckmittelspeichereinheit mit einer ersten Entladeleitung und die zweite Druckmittelspeichereinheit mit einer zweiten Entladeleitung in Verbindung, wobei die Entladeleitungen miteinander in Verbindung stehen und mit der Triebwerkseinrichtung verbunden sind, wobei in der zweiten Entladeleitung ein in Richtung zur zweiten Druckmittelspeichereinheit sperrendes Sperrventil, insbesondere Rückschlagventil, angeordnet ist. Sofern die erste Ladezweigleitung mit der ersten Entladeleitung verbunden ist, kann mit dem in der zweiten Entladeleitung angeordneten Sperrventil auf einfache Weise sichergestellt werden, dass in der ersten Steuerstellung der Ladeventileinrichtung nur die erste Druckmittelspeichereinheit aufgeladen wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebssystem, das einen Fahrantrieb und/oder eine Arbeitshydraulik aufweist. Bei einem derartigen Fahrzeug erfolgt der Ladebetrieb der Druckmittelspeichereinrichtung durch eine Rekuperation von Energie in einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs und/oder in einem Energierückgewinnungsbetrieb der Arbeitshydraulik, beispielsweise einem Senkenbetrieb eines Hubantriebs der Arbeitshydraulik.
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Um bei einem derartigen Fahrzeug die Start-Stopp-Funktion des Verbrennungsmotors sicherzustellen, ist eine elektronische Steuereinrichtung vorgesehen, die die Ladeventileinrichtung ansteuert, wobei die elektronische Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass vor dem Abstellen des Verbrennungsmotors in einer Arbeitsunterbrechung der Ladezustand der ersten Druckmittelspeichereinheit überprüft wird.
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Die elektronische Steuereinrichtung ist hierbei derart ausgebildet, dass bei Detektieren eines für den Startvorgang des Verbrennungsmotors ungenügenden Ladezustands der ersten Druckmittelspeichereinheit ein Ladebetrieb der ersten Druckmittelspeichereinheit durchgeführt wird. Sofern die erste Druckmittelspeichereinheit durch einen vorherigen regenerativen Ladebetrieb nicht ausreichend aufgeladen ist, um einen Startvorgang des abgestellten Verbrennungsmotors durch den Motorbetrieb der Triebwerkseinrichtung durchführen zu können, kann von der elektronischen Steuereinrichtung auf einfache Weise die erste Druckmittelspeichereinheit primärseitig mit Energie von dem Verbrennungsmotor aufgeladen werden, um die Start-Stopp-Funktion durchführen zu können.
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Die elektronische Steuereinrichtung ist zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass von der elektronischen Steuereinrichtung entsprechend des aktuellen Betriebszustandes des Fahrzeugs die rekuperierbare Energie bestimmt wird und die Ladeventileinrichtung angesteuert wird. Mit der elektronischen Steuereinrichtung kann auf einfache Weise entsprechend dem aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs die regenerierbare Energie des Fahrzeugs bestimmt werden, beispielsweise die kinetische Energie des Fahrzeugs und/oder die potentielle Energie eines Hubantriebs der Arbeitshydraulik, um die Ladeventileinrichtung entsprechend anzusteuern.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 den Schaltplan einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebssystems,
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2 den Schaltplan einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebssystems und
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3 den Schaltplan einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebssystems.
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In den 1 bis 3 ist jeweils ein erfindungsgemäßes hydrostatisches Antriebsystem 1 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs dargestellt. Das Fahrzeug ist beispielsweise als mobile Arbeitsmaschine, beispielsweise Flurförderzeug oder Bau- bzw. Landmaschine, ausgebildet. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Das erfindungsgemäße Antriebssystem 1 weist einen Verbrennungsmotor 2 auf, beispielsweise einen Dieselmotor, einen von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen Fahrantrieb 3 des Fahrzeugs sowie eine von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenes Arbeitshydraulik 4 des Fahrzeugs.
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Der Fahrantrieb 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als hydrostatischer Fahrantrieb ausgebildet, der aus einer im Fördervolumen verstellbaren Fahrpumpe 5 besteht, die zum Antrieb mit einer Abtriebswelle 6 des Verbrennungsmotors 2 in trieblicher Verbindung steht. Die Fahrpumpe 5 steht mit einem oder mehreren im Schluckvolumen festen oder verstellbaren, nicht näher dargestellten Hydromotoren im geschlossenen Kreislauf in Verbindung, die auf nicht mehr dargestellte Weise mit den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs in Wirkverbindung stehen.
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Der Fahrantrieb 3 kann alternativ als elektrischer Fahrantrieb mit einem von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen elektrischen Generator und einem oder mehreren elektrischen Fahrmotoren gebildet werden. Zudem kann als Fahrantrieb ein mechanischer Fahrantrieb mit einem mechanischen Getriebe, beispielsweise einem Stufenschaltgetriebe oder einem Leistungsverzweigungsgetriebe oder einem Drehmomentwandlergetriebe, vorgesehen werden.
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Die Arbeitshydraulik 4 umfasst Arbeitsfunktionen der Arbeitsmaschine, beispielsweise bei einem Flurförderzeug eine Arbeitshydraulik zum Betätigen eines Lastaufnahmemittels an einem Hubmast, bzw. bei einer beispielsweise als Bagger ausgebildeten Baumaschine die Arbeitsfunktionen der von einer Schaufel ausgebildeten Arbeitsausrüstung.
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Das Antriebssystem 1 weist eine hydrostatische Triebwerkseinrichtung 7 auf, die mit dem Verbrennungsmotor 2 in trieblicher Verbindung steht und hierzu mit der Abtriebswelle 6 des Verbrennungsmotors 2 trieblicher verbunden ist. Die hydrostatische Triebwerkseinrichtung 7 ist als Hydraulikmotor betreibbar, der mit Druckmittel aus einer Druckmittelspeichereinrichtung 10 antreibbar ist. Die als Hydraulikmotor betreibbare Triebwerkseinrichtung 7 bildet zusammen mit der Druckmittelspeichereinrichtung 10 ein hybrides hydraulisches System, das eine Start-Stopp-Funktion des Verbrennungsmotors 2 und einen Booster-Antrieb des laufenden Verbrennungsmotors 2 ermöglicht. Die als Hydraulikmotor betriebene Triebwerkseinrichtung 7 bildet somit einen Booster-Antrieb zur Unterstützung des laufenden Verbrennungsmotors 2 und einen hydraulischen Starter einer Start-Stopp-Funktion des abgestellten Verbrennungsmotors 2.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Triebwerkseinrichtung 7 ein erstes hydrostatisches Triebwerk 7a und ein zweites hydrostatisches Triebwerk 7b, die jeweils mit der Abtriebswelle 6 in trieblicher Verbindung stehen.
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Das Triebwerk 7a und das Triebwerk 7b sind jeweils bei gleicher Drehrichtung und gleicher Durchströmungsrichtung des Druckmittels als Hydraulikpumpe betreibbar.
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Das als Hydraulikpumpe arbeitende erste Triebwerk 7a dient zur Versorgung der Arbeitshydraulik 4 mit Druckmittel. Das Triebwerk 7a ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen als Verstelltriebwerk mit einem veränderbaren Verdrängervolumen ausgebildet, beispielsweise als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise. Das Triebwerk 7a kann alternativ als Konstantpumpe mit einem konstanten Verdrängervolumen ausgebildet werden.
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Das Triebwerk 7a ist im offenen Kreislauf betrieben und steht eingangsseitig mit der Saugseite mittels einer Ansaugleitung 11 mit einem Behälter 12 in Verbindung. Eine ausgangsseitig mit der Förderseite des Triebwerks 7a in Verbindung stehende Förderleitung 13 ist an eine nicht näher dargestellte Steuerventileinrichtung angeschlossen, mittels der die nicht näher dargestellten hydraulischen Verbraucher der Arbeitshydraulik 4 steuerbar sind. Die Steuerventileinrichtung umfasst bevorzugt ein oder mehrere Wegeventile zur Betätigung der Verbraucher der Arbeitshydraulik 4. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiterhin ein Prioritätsventil 14 dargestellt, mit dem die bevorzugte Versorgung eines von dem Triebwerk 7a im Pumpenbetrieb versorgten Verbrauchers 15, beispielsweise einer hydraulischen Lenkungseinrichtung, des Fahrzeugs sichergestellt werden kann. Das Prioritätsventil 14 ist eingangsseitig mit der Förderseite des Triebwerks 7a verbunden und steht ausgangsseitig mit der zu der Arbeitshydraulik 4 geführten Förderleitung 13 sowie einer zu der Lenkungseinrichtung geführten Förderleitung 16 in Verbindung. Das Prioritätsventil 14 ist von einer Feder 17 sowie dem in einer Lastdruckleitung 18 anstehenden Lastdruck des bevorzugten Verbrauchers gesteuert.
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Das als Hydraulikpumpe arbeitende zweite Triebwerk 7b dient zur Versorgung eines Speisedruckkreises 20 des Antriebssystems 1 mit Druckmittel. Das zweite Triebwerk 7b ist als Konstantmaschine mit einem konstanten Verdrängervolumen ausgebildet, das im offenen Kreislauf betrieben ist. Das zweite Triebwerk 7b steht mit der Saugseite über eine Ansaugleitung 21 mit dem Behälter 12 in Verbindung und fördert in eine an die Förderseite angeschlossene Speisedruckleitung 22, an die die entsprechenden Verbraucher des Speisedruckkreises 20 angeschlossen sind, beispielsweise eine Verstelleinrichtung zur Verstellung des Verdrängervolumens der Fahrpumpe 5, eine Verstelleinrichtung 23 des ersten Triebwerks 7a, eine Einspeisevorrichtung des hydrostatischen Fahrantriebs 3, eine Bremsanlage des Fahrzeugs und Vorsteuerventile für die Steuerventile der Arbeitshydraulik 4.
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Im Pumpenbetrieb saugt das von dem Verbrennungsmotor 1 angetriebene erste Triebwerk 7a über die Ansaugleitung 11 Druckmittel aus dem Behälter 12 an und fördert das Druckmittel über das Prioritätsventil 14 in die Förderleitung 13 der Arbeitshydraulik 4 bzw. in die Förderleitung 16 der Lenkungseinrichtung 15. Im Motorbetrieb des ersten Triebwerks 7a wird das erste Triebwerk 7a an der Saugseite mit Druckmittel aus der Druckmittelspeichereinrichtung 10 angetrieben. Im Motorbetrieb erzeugt das erste Triebwerk 7a an der Abtriebswelle 6 ein Drehmoment.
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Im Pumpenbetrieb saugt das von dem Verbrennungsmotor 1 angetriebene zweite Triebwerk 7b über die Ansaugleitung 21 Druckmittel aus dem Behälter 12 an und fördert das Druckmittel in den Speisedruckkreis 20. Im Motorbetrieb des zweiten Triebwerks 7b wird das zweite Triebwerk 7b an der Saugseite mit Druckmittel aus der Druckmittelspeichereinrichtung 10 angetrieben. Im Motorbetrieb erzeugt das zweite Triebwerk 7b an der Abtriebswelle 6 ein Drehmoment.
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Der Booster-Antrieb zur Unterstützung des laufenden Verbrennungsmotors 2 kann hierbei durch den alleinigen Motorbetrieb des ersten Triebwerks 7a oder des zweiten Triebwerks 7b oder durch einen gemeinsamen Motorbetrieb des ersten Triebwerks 7a und des zweiten Triebwerks 7b erzielt werden. Entsprechend kann ein hydraulischer Starter einer Start-Stopp-Funktion zum Starten des abgestellten Verbrennungsmotors 2 durch den alleinigen Motorbetrieb des ersten Triebwerks 7a oder des zweiten Triebwerks 7b oder durch einen gemeinsamen Motorbetrieb des ersten Triebwerks 7a und des zweiten Triebwerks 7b erzielt werden.
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Erfindungsgemäß weist die Druckmittelspeichereinrichtung 10 eine erste Druckmittelspeichereinheit 10a und eine zweite Druckmittelspeichereinheit 10b auf. Eine Ladeventileinrichtung 30 ist vorgesehen, die einen Ladebetrieb der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a unabhängig von dem Ladebetrieb der zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b ermöglicht und somit einen alleinigen Ladebetrieb der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a ermöglicht.
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Die erste Druckmittelspeichereinheit 10a ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen von einem einzelnen Druckmittelspeicher 10c gebildet. Die Kapazität der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a ist an den Bedarf der als Hydraulikmotor betriebenen Triebwerkseinrichtung 7 als hydraulischen Starter zum Starten des abgestellten Verbrennungsmotors 2 ausgelegt und angepasst.
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Die zweite Druckmittelspeichereinheit 10b ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen von mindestens einem Druckmittelspeicher 10d gebildet. Die Gesamtkapazität der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a und der zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b ist an den Bedarf der als Hydraulikmotor betriebenen Triebwerkseinrichtung 7 als Booster-Antrieb des laufenden Verbrennungsmotors 2 ausgelegt und angepasst.
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Die Druckmittelspeicher 10c, 10d sind jeweils als Hydrospeicher ausgebildet.
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Wird bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 die Triebwerkseinrichtung 7 als hydraulischer Starter des abgestellten Verbrennungsmotors 2 verwendet, wird die als Hydraulikmotor arbeitende Triebwerkseinrichtung 7 zunächst nur mit Druckmittel aus der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a angetrieben. Der alleinige Antrieb der als Hydraulikmotor arbeitende Triebwerkseinrichtung 7 mit Druckmittel aus der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a erfolgt solange, so lange der Druck in der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a höher als der Druck in der zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b ist. Sofern der Druck der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a aufgrund der Entnahme von Druckmittel nach einer bestimmten Zeitspanne auf den Druck der zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b abgesunken ist, erfolgt ab diesem Zeitpunkt der Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 über das als Hydraulikmotor arbeitende Triebwerkseinrichtung 7, das mit Druckmittel aus der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a und der zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b angetrieben wird.
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Wird bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 die Triebwerkseinrichtung 7 als Booster-Antrieb des laufenden Verbrennungsmotors 2 verwendet, wird die als Hydraulikmotor arbeitende Triebwerkseinrichtung 7 mit Druckmittel aus der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a und der zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b angetrieben.
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Die Druckmittelspeichereinrichtung 10 ist zum Laden mit Druckmittel an die zu der Arbeitshydraulik 4 geführte Förderleitung 13 des ersten Triebwerks 7a mittels einer Ladeleitung 31 angeschlossen.
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In der Förderleitung 13 ist ein elektrisch betätigbares Ladeventil 32 angeordnet, das bei einer Ansteuerung in eine die Förderleitung 13 drosselnde Drosselstellung zum Aufstauen eines Druckes betätigbar ist. Die Ladeleitung 31 ist hierbei stromauf des Ladeventils 32 und somit zwischen dem Ladeventil 32 und dem Prioritätsventil 14 an die Förderleitung 13 angeschlossen.
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Die Ladeventileinrichtung 30 ist eingangsseitig an die Ladeleitung 31 angeschlossen. Ausgangsseitig ist die Ladeventileinrichtung 31 an eine erste Ladezweigleitung 33a der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a sowie an eine zweite Ladezweigleitung 33b der zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b angeschlossen.
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Die Ladeventileinrichtung 30 der 1 bis 3 weist eine erste Steuerstellung 30a auf, in der die Ladeleitung 31 mit der ersten Ladezweigleitung 33a verbunden ist und die Verbindung der Ladeleitung 31 mit der zweiten Ladezweigleitung 33b abgesperrt ist. In der ersten Steuerstellung 30a wird somit ein alleiniger Ladebetrieb der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a ermöglicht.
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In den 1 und 2 weist die Ladeventileinrichtung 30 eine zweite Steuerstellung 30b auf, in der die Ladeleitung 31 mit der zweiten Ladezweigleitung 33b verbunden ist und die Verbindung der Ladeleitung 31 mit der ersten Ladezweigleitung 33a abgesperrt ist. In der zweiten Steuerstellung 30b wird somit ein alleiniger Ladebetrieb der zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b ermöglicht.
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In der 3 weist die Ladeventileinrichtung 30 eine zweite Steuerstellung 30b auf, in der die Ladeleitung 31 mit der ersten Ladezweigleitung 33a und mit der zweiten Ladezweigleitung 33b verbunden ist. In der zweiten Steuerstellung 30b wird somit ein gemeinsamer Ladebetrieb der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a und der zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b ermöglicht.
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In den 1 bis 3 ist die Ladeventileinrichtung 30 jeweils als Schaltventil ausgebildet.
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In den 1 bis 3 ist die Ladeventileinrichtung 30 von einer Federeinrichtung 35 in die erste Steuerstellung 30a betätigt. In den 1 und 3 ist die Ladeventileinrichtung 30 elektrisch in die zweite Steuerstellung 30b betätigbar. Hierzu ist eine elektronische Steuereinrichtung 40 vorgesehen, die mit einer elektronischen Betätigungseinrichtung 41, beispielsweise einem Magnet, der Ladeventileinrichtung 30 zur Ansteuerung in Verbindung steht. In der 2 ist die Ladeventileinrichtung 30 hydraulisch in die zweite Steuerstellung 30b betätigbar.
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In den 1 und 2 ist die Ladeventileinrichtung 30 derart betrieben, dass zuerst die erste Druckmittelspeichereinheit 10a mit Druckmittel geladen wird und bei Erreichen eines vorgegebenen Ladezustands der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a, der für einen Startvorgang des abgestellten Verbrennungsmotors 2 durch einen Motorbetrieb der Triebwerkseinrichtung 7 ausreichend ist, die zweite Druckmittelspeichereinheit 10b mit Druckmittel geladen wird. Die Ladeventileinrichtung 30 ist hierzu in Abhängigkeit von dem Ladedruck und somit dem Ladezustand der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a in die zweite Steuerstellung 30b betätigbar.
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Die elektronische Steuereinrichtung 40 steht hierzu eingangsseitig mit einem Drucksensor 42a der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a in Verbindung. Der Drucksensor 42a dient zur Überwachung des Ladedruckes und somit des Ladezustands der ersten Druckmittelspeichereinrichtung 10a. Die elektronische Steuereinrichtung 40 steht weiterhin mit einem Drucksensor 42b der zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b in Wirkverbindung. Der Drucksensor 42b dient zur Überwachung des Ladedruckes und somit des Ladezustands der zweiten Druckmittelspeichereinrichtung 10b.
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In der 2 ist zur Betätigung der Ladeventileinrichtung 30 in Abhängigkeit von dem Ladedruck und somit dem Ladezustand der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a in die zweite Steuerstellung 30b eine den Ladedruck der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a führende Steuerdruckleitung 43 an eine in Richtung der zweiten Steuerstellung 30b wirkende Steuerdruckfläche der Ladeventileinrichtung 30 geführt.
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In der 3 ist die Ladeventileinrichtung 30 derart betrieben, dass die Ladeventileinrichtung 30 in Abhängigkeit von einer rekuperierbaren Energie des Antriebssystems 1 in die erste Steuerstellung 30a oder die zweite Steuerstellung 30b betätigt ist. Die die Ladeventileinrichtung 30 ansteuernde elektronische Steuereinrichtung 40 bestimmt hierzu entsprechend dem aktuellen Betriebszustand des Antriebssystems 1 die rekuperierbaren Energie des Antriebssystems 1 und betätigt die Ladeventileinrichtung 30 in die zweite Steuerstellung 30b, wenn eine zum Laden der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a und der zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b ausreichende rekuperierbare Energie ermittelt wurde.
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In der Ladeleitung 31 ist ein Retarderventil 50 angeordnet, das im Bremsbetrieb des Fahrzeugs in eine Drosselstellung betätigbar ist, um bei einem nicht ausreichenden Ladedruck der Druckmittelspeichereinrichtung 10 ein ausreichendes Bremsmoment aufbauen zu können. Durch Ansteuerung des Retarderventils 50 in die Drosselstellung kann der Druck in der Ladeleitung 30 entsprechend der gewünschten Bremsleistung eingestellt werden. Das Retarderventil 50 steht zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung 40 in Verbindung. Durch Aufstauen eines Druckes in der Ladeleitung 31 kann an der Abtriebswelle 6 ein zusätzliches, abbremsendes Drehmoment aufgeprägt werden, welches dem motorisch wirkenden Drehmoment an der Fahrpumpe 5 entgegenwirkt und so das Fahrzeug abbremst.
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In der Ladeleitung 31 ist ein in Richtung zur Ladeventileinrichtung 30 öffnendes Sperrventil 55 angeordnet, das im dargestellten Ausführungsbeispiel als in Richtung zur Ladeventileinrichtung 30 öffnendes Rückschlagventil ausgebildet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sperrventil 55 in der Ladeleitung 31 zwischen dem Retarderventil 50 und der Ladeventileinrichtung 30 angeordnet.
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Die erste Druckmittelspeichereinheit 10a steht mit einer ersten Entladeleitung 60a in Verbindung, die mit der Saugseite der Triebwerkseinrichtung 7 verbindbar ist. Entsprechend steht die zweite Druckmittelspeichereinheit 10b mit einer zweiten Entladeleitung 60b in Verbindung, die mit der Saugseite der Triebwerkseinrichtung 7 verbindbar ist. Die Entladeleitungen 60a, 60b stehen miteinander in Verbindung und sind mit der Saugseite der Triebwerkseinrichtung 7 verbunden. In der zweiten Entladeleitung 60b ist ein in Richtung zur zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b sperrendes Sperrventil 61 angeordnet. Das Sperrventil 61 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als in Richtung zur zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b sperrendes Rückschlagventil ausgebildet.
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Die Verbindung der Druckmittelspeichereinrichtung 10 mit der Saugseite der Triebwerkseinrichtung 7 für den Motorbetrieb der Triebwerkseinrichtung 7 ist mittels einer elektrisch betätigbaren Steuerventileinrichtung 70 steuerbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem das erste Triebwerk 7a und das zweite Triebwerk 7b jeweils als Hydraulikmotor betreibbar ist, umfasst die Steuerventileinrichtung 70 ein erstes Steuerventil 70a, mit dem die Verbindung der Druckmittelspeichereinrichtung 10 mit der Saugseite des ersten Triebwerks 7a steuerbar ist, und ein zweites Steuerventil 70b, mit dem die Verbindung der Druckmittelspeichereinrichtung 10 mit der Saugseite des zweiten Triebwerks 7b steuerbar ist. Die Steuerventile 70a, 70b weisen jeweils eine Sperrstellung 71a und eine Durchflussstellung 71b auf, wobei die Sperrstellung 71a bevorzugt leckagedicht ausgeführt ist mit einem in Richtung zum entsprechenden Triebwerk 7a, 7b sperrenden Sperrventil.
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Das Steuerventil 70a ist in einer Verbindungsleitung 75 angeordnet, die von den miteinander verbundenen Entladeleitungen 60a, 60b zu der zur Saugseite des ersten Triebwerks 7a geführten Ansaugleitung 11 geführt ist.
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In der Ansaugleitung 11 des ersten Triebwerks 7a ist ein in Richtung zum Behälter 12 sperrendes Sperrventil 76 angeordnet, das bevorzugt als ein in Richtung zum Behälter 12 sperrendes Rückschlagventil 77 ausgebildet ist.
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Das Steuerventil 70b ist in einer Verbindungsleitung 78 angeordnet, die von den miteinander verbundenen Entladeleitungen 60a, 60b zu der zur Saugseite des zweiten Triebwerks 7b geführten Ansaugleitung 21 geführt ist.
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In der Ansaugleitung 21 des zweiten Triebwerks 7b ist ein in Richtung zum Behälter 12 sperrendes Sperrventil 79 angeordnet, das bevorzugt als ein in Richtung zum Behälter 12 sperrendes Rückschlagventil 80 ausgebildet ist.
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Die elektronische Steuereinrichtung 40 steht zur Ansteuerung mit den Steuerventilen 70a, 70b in Verbindung. Weiterhin steuert die elektronische Steuereinrichtung 40 das Ladeventil 32 und das Retarderventil 50 an.
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Zur Absicherung des Druckes der Druckmittelspeichereinrichtung 10 ist ein Druckbegrenzungsventil 85 vorgesehen. In den 1 bis 3 ist weiterhin ein Ablassventil 86 dargestellt, mit dem die Druckmittelspeichereinrichtung 10 entladen und somit drucklos gemacht werden kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 der 1 bis 3 erfolgt der Ladebetrieb der Druckmittelspeichereinrichtung 10 bevorzugt im Bremsbetrieb des Fahrzeugs und einer Rekuperation der Bremsenergie des Fahrzeugs, indem zum Laden der Druckmittelspeichereinrichtung 10 die kinetische Energie des abbremsenden Fahrzeugs verwendet wird und somit eine Energierückgewinnung erfolgt. Beim Abbremsen des Fahrzeugs über den hydrostatischen Fahrantrieb 3 arbeitet die Fahrpumpe 5 als Motor, der das als Pumpe arbeitende Triebwerk 7a antreibt, so dass über das in Richtung der Drosselstellung angesteuerte Ladeventil 32 und die Ladeleitung 31 die Druckmittelspeichereinrichtung 10 mit Druckmittel aufgeladen werden kann. Das aufnehmende Moment im Bremsbetrieb kann über das stufenlos verstellbare Verdrängervolumen des als Verstelltriebwerk ausgebildeten Triebwerks 7a entsprechend dem aktuellen Ladedruck der Druckmittelspeichereinrichtung 10 beliebig eingestellt werden. Sofern der aktuelle Ladedruck der Druckmittelspeichereinrichtung 10 nicht ausreicht, um ein erforderliches Bremsmoment zum Abbremsen des Fahrzeugs aufzubauen, kann durch Ansteuerung des in der Ladeleitung 50 angeordneten Retarderventils 50 in eine Drosselstellung ein entsprechender Druck in der Ladeleitung 31 zum Aufbau des erforderlichen Bremsmoments und einer gewünschten Bremsleistung aufgebaut werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine nicht näher dargestellte mechanische Fahrzeugbremse unterstützend verwendet werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 der 1 bis 3 der Ladebetrieb der Druckmittelspeichereinrichtung 10 in einem Energierückgewinnungsbetrieb der Arbeitshydraulik 4 erfolgen, beispielsweise in einem Senkenbetrieb eines Hubantriebs, und einer Rekuperation der potentiellen Energie, so dass zum Laden der Druckmittelspeichereinrichtung 10 die potentielle Energie einer mit dem Hubantrieb aufgenommenen Last verwendet wird und somit eine Energierückgewinnung erfolgt.
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Alternativ kann die Druckmittelspeichereinrichtung 10 aus primärseitiger Energie des Verbrennungsmotors 2 geladen werden, in dem der Verbrennungsmotor 2 das als Pumpe arbeitende Triebwerk 7a antreibt, das über die Ladeleitung 31 Druckmittel zu der Druckmittelspeichereinrichtung 10 fördert.
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Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem der 1 bis 3 wird durch die Aufteilung der installierten Kapazität der Druckmittelspeichereinrichtung 10 auf die erste Druckmittelspeichereinheit 10a und die zweite Druckmittelspeichereinheit 10b und die Ladeventileinrichtung 30 ermöglicht, dass in einem Ladebetrieb der Druckmittelspeichereinrichtung 10 in der ersten Steuerstellung 30a der Ladeventileinrichtung 30 nur die erste Druckmittelspeichereinheit 10a geladen wird, die zum Antrieb der Triebwerkseinrichtung 7 als hydraulischer Starter des abgestellten Verbrennungsmotor für die Start-Stopp-Funktion verwendet wird.
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Bei den 1 und 2 ist hierbei die Ladeventileinrichtung 30 von der Feder 35 in die erste Steuerstellung 30a betätigt, so dass zuerst die erste Druckmittelspeichereinheit 10a aufgeladen wird. Sobald der Ladedruck der ersten Ladeventileinrichtung 30 einen vorgegebenen Ladezustand erreicht hat, der in Verbindung mit einem Motorbetrieb der Triebwerkseinrichtung 7 einen Startvorgang des abgestellten Verbrennungsmotors 2 ermöglicht, wird die Ladeventileinrichtung 30 in die zweite Steuerstellung 30b betätigt, so dass nach dem Ladevorgang der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a die zweite Druckmittelspeichereinheit 10b geladen wird. In den 1 und 2 ist hierzu die Ladeventileinrichtung 30 in Abhängigkeit von dem Ladedruck der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a in Richtung der zweiten Steuerstellung 30b gesteuert. In der 1 erfasst hierzu die elektronische Steuereinrichtung 40 mittels des Drucksensors 42a den Ladedruck der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a und steuert die Ladeventileinrichtung 30 an.
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Bei den 1 und 2 wird somit im Ladebetrieb zunächst die erste Druckmittelspeichereinheit 10a mit Druckmittel aufgeladen und auf die zweite Druckmittelspeichereinheit 10b umgeschaltet, wenn der Ladezustand der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a für einen Startvorgang des abgestellten Verbrennungsmotors 2 in einem Motorbetrieb der Triebwerkseinrichtung 7 ausreichend ist, so dass der Ladevolumenstrom zum Laden der zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b verwendet wird, falls in einem Ladebetrieb mit rekuperierbarer Energie noch genügend rekuperierbare Energie umgesetzt wird.
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Bei der 3 wird die Ladeventileinrichtung 3 in Abhängigkeit von der rekuperierbaren Energie des Antriebssystems 1 betrieben und angesteuert. Von der elektronischen Steuereinrichtung 40 wird hierbei entsprechend des aktuellen Betriebszustandes des Fahrzeugs die rekuperierbare Energie, beispielsweise die umgesetzte kinetische Energie und/oder potentielle Energie, bestimmt und die Ladeventileinrichtung 30 angesteuert. Wird von der elektronischen Steuereinrichtung 40 ermittelt, dass die aktuell umgesetzte rekuperierbare Energie ausreichend ist, um die Gesamtkapazität der Druckmittelspeichereinrichtung 10 auf einen für den Startvorgang des abgestellten Verbrennungsmotors 2 durch einen Motorbetrieb der Triebwerkseinrichtung 7 ausreichenden Ladedruck aufzuladen, wird die Ladeventileinrichtung 30 in die zweite Steuerstellung 30b betätigt, so dass beide Druckmittelspeichereinheiten 10a, 10b aufgeladen werden. Ermittelt die elektronischen Steuereinrichtung 40 eine geringere aktuell umgesetzte rekuperierbare Energie befindet sich die Ladeventileinrichtung 30 in der ersten Steuerstellung 30a, in der nur die erste Druckmittelspeichereinheit 10a mit Druckmittel aufgeladen wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 ist die elektronische Steuereinrichtung 40 derart ausgebildet, dass vor dem Abstellen des Verbrennungsmotors 2 im Rahmen einer Start-Stopp-Funktion bei einer Arbeitsunterbrechung der Ladezustand der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a ermittelt wird. Sofern der erste Druckmittelspeichereinheit 10a noch nicht auf einen für den Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 durch einen Motorbetrieb der Triebwerkseinrichtung 7 erforderliches Ladezustand aufgeladen ist, beispielsweise mittels rekuperierbarer Energie, wird von der elektronischen Steuereinrichtung 10a ein Ladebetrieb der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a auf den für den Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 erforderlichen Ladezustand durchgeführt, beispielsweise mittels primärseitiger Energie des Verbrennungsmotors 2, um bei einer Arbeitspause den Verbrennungsmotor 2 abstellen und anschließend wieder durch den Motorbetrieb der Triebwerkseinrichtung 7 starten zu können.
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In der elektronischen Steuereinrichtung 40 sind hierbei entsprechende Strategien zum Laden der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a und der zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeugs hinterlegt. Mittels der beiden Drucksensoren 42a, 42b kann von der elektronischen Steuereinrichtung 40 der Ladezustand der beiden Druckmittelspeichereinheiten 10a, 10b erfasst und überwacht werden.
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Durch die Aufteilung der Gesamtkapazität der Druckmittelspeichereinrichtung 10 auf die beiden Druckmittelspeichereinheiten 10a, 10b und die Auslegung der Kapazität der ersten Druckmittelspeichereinheit 10a auf den Bedarf der Triebwerkseinrichtung 7 als hydraulischer Starter des abgestellten Verbrennungsmotors 2 der Start-Stopp-Funktion kann in Verbindung mit der Ladeventileinrichtung 30 der Ladevorgang der Druckmittelspeichereinrichtung 10 entsprechend des aktuellen Betriebszustands des Fahrzeugs gezielt auf die erste Druckmittelspeichereinheit 10a und somit die Druckmittelspeichereinheit 10a mit der kleineren, auf die Start-Stopp-Funktion angepassten Kapazität beschränkt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 wird somit vermieden, dass vor dem Abstellen des Verbrennungsmotors 2 im Rahmen der Start-Stopp-Funktion die gesamte installierte Kapazität der Druckmittelspeichereinrichtung 10 auf den für den Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 erforderlichen Ladezustand aufgeladen werden muss. Die für den Start des Verbrennungsmotors nicht erforderliche Überkapazität der Druckmittelspeichereinrichtung 10, d.h. die Kapazität der zweiten Druckmittelspeichereinheit 10b muss somit nicht energieintensiv, beispielsweise mit primärseitiger Energie des Verbrennungsmotors 2, aufgeladen werden, um den Startvorgang des abgestellten Verbrennungsmotors 2 durch den Motorbetrieb der Triebwerkseinrichtung 7 sicherzustellen. Das erfindungsgemäße Antriebssystem 1 ist somit hinsichtlich der Energieeinsparung der Start-Stopp-Funktion verbessert.
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Mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 wird es somit ermöglicht, dass auch in Betriebszuständen, in denen nur eine geringe rekuperierbare Energie umgesetzt wird, die für den Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 installierte erste Druckmittelspeichereinheit 10a mit rekuperierbarer Energie auf ein für den Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 erforderlichen Ladezustand aufgeladen werden kann bzw. die für den Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 installierte erste Druckmittelspeichereinheit 10a mit geringer primärseitiger Energie auf ein für den Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 erforderlichen Ladezustand aufgeladen werden kann. Das erfindungsgemäße Antriebssystem 1 ermöglicht es somit, in einem Fahrzeug, dessen Einsatz durch den Umsatz geringer rekuperierbarer Energie gekennzeichnet ist, eine Start-Stopp-Funktion mit einem hydraulischen Starter des Verbrennungsmotors 2 umzusetzen, ohne dass ein energieintensives Aufladen der für einen zusätzlichen Booster-Antrieb des laufenden Verbrennungsmotors 2 gesamten installierten Kapazität der Druckmittelspeichereinrichtung 10 aus primärseitiger Energie erforderlich ist.
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Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die Ausbildung der Triebwerkseinrichtung 7 des hybriden Systems und die Anordnung der Triebwerkseinrichtung 7 in dem Antriebsstrang des Verbrennungsmotors 2 gemäß den 1 bis 3 beschränkt ist. Die Triebwerkseinrichtung 7 kann alternativ nur ein einzelnes als Hydraulikmotor betreibbares Triebwerk umfassen, das als zusätzliche Energiequelle in dem von der Abtriebswelle 6 gebildeten Antriebsstrang des Verbrennungsmotors 2 an einer beliebigen Stelle angeordnet werden kann oder als Nebenantrieb mit dem Verbrennungsmotor 2 trieblich verbunden ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012111296 A1 [0007, 0007]
