-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstranges gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14.
-
Stand der Technik
-
Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor weisen einen Antriebsstrang zur Kraftübertragung von dem Verbrennungsmotor auf wenigstens ein Antriebsrad auf. Bei einem Einsatz eines hydraulischen Antriebsstranges sind zwei Schrägscheibenmaschinen hydraulisch miteinander gekoppelt und bilden ein hydraulisches Getriebe. Ein Hochdruckspeicher dient zur Speicherung von hydraulischer Energie und ein Niederdruckspeicher dient im Wesentlichen als Pufferspeicher für die in den Hochdruckspeicher ein- und auszuleitende Hydraulikflüssigkeit. Die Energiespeicherung erfolgt durch Kompression von Gas in dem Hochdruckspeicher. Im Betrieb des hydraulischen Antriebstranges kann Gas von dem Gasraum in den Hydraulikflüssigkeitsraum des Hochdruckspeichers aber auch des Niederdruckspeichers gelangen. Außerdem kann das hydraulische System auch sonstige Undichtigkeiten, beispielsweise aufgrund von Permeation, aufweisen. Dadurch gelangt Gas in die Hydraulikflüssigkeit und das Gas kann im gelösten Zustand in der Hydraulikflüssigkeit angeordnet sein als auch in einem ungelösten Zustand. Nach dem Erreichen einer kritischen Menge von Gas in der Hydraulikflüssigkeit kann es zu Schwierigkeiten im Betrieb des hydraulischen Antriebsstranges kommen. Das Gas kann beispielsweise durch Kavitation Schäden an den Schrägscheibenmaschinen verursachen und außerdem führt das Gas zu einer nicht gewünschten Kompressibilität der Hydraulikflüssigkeit. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es deshalb in nachteiliger Weise erforderlich, in regelmäßigen Wartungsabständen die Hydraulikflüssigkeit des hydraulischen Antriebsstranges in aufwendiger Weise auszutauschen. Dies ist mit zusätzlichen Kosten beim Betrieb des Kraftfahrzeuges verbunden und außerdem wird dadurch die Wartungsintensität des Kraftfahrzeuges erhöht.
-
Die
DE 27 33 870 C2 zeigt eine Steuereinrichtung für eine Schrägenscheibenaxialkolbenpumpe, bei der an beiden Seiten der Wiege zur Verschwenkung der Schrägscheibe je ein hydraulisch beaufschlagter Schwenkflügel am Motor angreift, wobei beide Motoren mittels eines um die Schwenkachse der Wiege verschwenkbar angeordneten plattenförmigen Steuerventilschiebers steuerbar sind und zur Einstellung der Fördermenge der Pumpe dienen.
-
Die
DE 195 42 427 A1 zeigt ein hydrostatisches Antriebssystem für ein hydrostatisch betriebenes Fahrzeug.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines hydraulischen Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Schrägscheibenmaschine, einem Hochdruckspeicher und einem Niederdruckspeicher als Druckspeicher, die beiden Druckspeicher umfassen je einen Gasraum und je einem Hydraulikflüssigkeitsraum mit den Schritten: Einleiten einer Hydraulikflüssigkeit in den Hochdruckspeicher, so dass ein Gasvolumen in dem Hochdruckspeicher reduziert wird und der Druck in dem Hochdruckspeicher erhöht wird in einer Aufladungsphase des Hochdruckspeichers, Ausleiten einer Hydraulikflüssigkeit aus dem Hochdruckspeicher, so dass ein Gasvolumen in dem Hochdruckspeicher erhöht wird und der Druck in dem Hochdruckspeicher reduziert wird in einer Entladungsphase des Hochdruckspeichers, wobei während einer Entgasungsphase in dem Niederdruckspeicher der Druck des Gases in dem Gasraum des Niederdruckspeichers und der Druck der Hydraulikflüssigkeit in dem Hydraulikflüssigkeitsraum des Niederdruckspeichers im Wesentlichen dem Umgebungsdruck entsprechen, so dass Gas in der Hydraulikflüssigkeit des Hydraulikflüssigkeitsraumes aus einer Entgasungsöffnung des Niederdruckspeichers aus dem Hydraulikflüssigkeitsraum abgeleitet wird. Während der Entgasungsphase kann somit gelöstes und/oder ungelöstes Gas in der Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydraulikflüssigkeitsraum des Niederdruckspeichers in die Umgebung abgeleitet werden. Dadurch erreicht die Gasmenge in dem Hydraulikflüssigkeitsraum nicht einen kritischen Grenzwert, so dass dadurch auf einen wartungsintensiven Austausch der Hydraulikflüssigkeit des hydraulischen Antriebsstranges in vorteilhafter Weise verzichtet werden kann. Der Druck des Gases und/oder der Hydraulikflüssigkeit in dem Niederdruckspeicher entspricht im Wesentlichen dem Druck der Umgebung von 1 bar, d. h. der Druck der Hydraulikflüssigkeit und/oder des Gases ist kleiner als 2 bar oder 1,5 bar, insbesondere beträgt der Druck des Gases und/oder der Hydraulikflüssigkeit in dem Niederdruckspeicher 1 bar.
-
Insbesondere ist während der Entgasungsphase ein Hydraulik-Entlüftungsventil an dem Hydraulikflüssigkeitsraum des Niederdruckspeichers geöffnet, so dass das durch die Entgasungsöffnung abgeleitete Gas in die Umgebung abgeleitet wird. Bei einem Ableiten des Gases in die Umgebung ist der Druck der Hydraulikflüssigkeit in dem Niederdruckspeicher identisch zu dem Druck der Umgebung, d. h. weist ebenfalls einen Druck von im Wesentlichen oder ungefähr 1 bar auf. Dadurch kann das Gas während der Entgasungsphase einfach in die Umgebung abgeleitet werden.
-
In einer weiteren Ausgestaltung wird nach der Entgasungsphase mit der Schrägscheibenmaschine in der Aufladungsphase des Hochdruckspeichers Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydraulikflüssigkeitsraum des Niederdruckspeichers in den Hydraulikflüssigkeitsraum des Hochdruckspeichers gefördert. Im Anschluss an die Entgasungsphase wird Hydraulikflüssigkeit von dem Niederdruckspeicher in den Hochdruckspeicher mit der Schrägscheibenmaschine gefördert und dadurch der Hochdruckspeicher aufgeladen, d. h. in dem Hochdruckspeicher ein größere Menge an Energie in dem Gasraum des Hochdruckspeichers gespeichert durch eine Erhöhung des Druckes des Gases in dem Hochdruckspeicher. Es handelt sich hierbei um eine erste Aufladungsphase zeitlich nach der Entgasungsphase.
-
In einer ergänzenden Ausführungsform entspricht zumindest zu Beginn der Aufladungsphase des Hochdruckspeichers und nach der Entgasungsphase der Druck in dem Niederdruckspeicher im Wesentlichen dem Umgebungsdruck. Zumindest zu Beginn der Aufladungsphase entspricht somit der Druck in dem Niederdruckspeicher im Wesentlichen dem Umgebungsdruck, d. h. die Abweichung zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck des Niederdruckspeichers ist kleiner als 2 oder 1 bar, insbesondere ist jedoch der Druck in dem Niederdruckspeicher identisch zu dem Umgebungsdruck zu Beginn der Aufladungsphase des Hochdruckspeichers. Bei der Identität des Druckes wird somit von der Schrägscheibenmaschine die Hydraulikflüssigkeit mit Umgebungsdruck aus dem Hydraulikflüssigkeitsraum des Niederdruckspeichers angesaugt und in den Hochdruckspeicher gefördert.
-
Vorzugsweise ist zumindest zu Beginn der Aufladungsphase ein Gas-Entlüftungsventil an dem Gasraum des Niederdruckspeichers geöffnet, so dass durch das geöffnete Gas-Entlüftungsventil Gas, insbesondere Umgebungsluft, in den Gasraum des Niederdruckspeichers eingeleitet wird während des Ausleitens von Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydraulikflüssigkeitsraum des Niederdruckspeichers. Vor Beginn der Entgasungsphase wird das Gas-Entlüftungsventil geöffnet, so dass dadurch das Gas aus dem Gasraum in die Umgebung abströmt und dadurch der Druck in dem Niederdruckspeicher dem Umgebungsdruck entspricht und vorzugsweise ist währenddessen das Ein- oder Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in oder aus dem Hydraulikflüssigkeitsraum des Niederdruckspeichers ausgeschlossen bzw. blockiert, insbesondere mittels eines geschlossenen Ventils. Für den ordnungsgemäßen Betrieb des Niederdruckspeichers ist es erforderlich, dass diese aus dem Gasraum abgeleitete Gasmenge zu Beginn und während der Aufladungsphase wieder in den Gasraum eingeleitet wird. Hierzu wird zumindest zu Beginn der Aufladungsphase das Gas-Entlüftungsventil geöffnet gehalten, so dass dadurch aufgrund des Förderns von Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydraulikflüssigkeitsraum des Niederdruckspeichers und aufgrund des sich verringernden Volumens des Hydraulikflüssigkeitsraumes und der hieraus resultierenden Volumenvergrößerung des Gasraumes Gas aus der Umgebung in den Gasraum einströmt. Das Gas-Entlüftungsventil und die Aufladungsphase werden solange aufrechterhalten, bis wieder eine ausreichende Gasmenge in dem Gasraum des Niederdruckspeichers vorhanden ist. Hierzu wird mit wenigstens einem Sensor das Volumen der Hydraulikflüssigkeit und/oder das Volumen des Gasraumes erfasst sowie vorzugsweise mit einem Drucksensor auch der Druck des Gases in dem Niederdruckspeicher und von einer Recheneinheit wird die Aufladungsphase während des geöffneten Gas-Entlüftungsventil ausreichend lange betrieben bis eine ausreichende Gasmenge in dem Gasraum des Niederdruckspeichers enthalten ist.
-
In einer Variante wird nach der Entgasungsphase und zumindest zu Beginn der Aufladungsphase des Hochdruckspeichers die Schrägscheibenmaschine mit einer kleinen Drehzahl und einem kleinen Betrag des Schwenkwinkels der Schwenkwiege betrieben, so dass trotz des kleinen Druckes der Hydraulikflüssigkeit in dem Niederdruckspeicher die Hydraulikflüssigkeit mit der Schrägscheibenmaschine angesaugt wird. Nur bei einer kleinen Drehzahl der Schrägscheibenmaschine, d. h. einer kleinen Drehzahl einer Zylindertrommel der Schrägscheibenmaschine, und einem kleinen Betrag des Schwenkwinkel der Schwenkwiege ist es möglich, Hydraulikflüssigkeit mit einem Druck der im Wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht mit der Schrägscheibenmaschine anzusaugen und anschließend in den Hochdruckspeicher zu fördern.
-
Zweckmäßig ist die Drehzahl kleiner als 70%, 50%, 30%, 20% oder 15% der bauartbedingten maximalen Drehzahl der Schrägscheibenmaschine und/oder die Drehzahl ist kleiner als 3000 U/min, 2000 U/min 1000 U/min oder 700 U/min.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist der Betrag des Schwenkwinkels der Schwenkwiege kleiner als 50%, 30%, 20% oder 10% des bauartbedingten maximalen Schwenkwinkels der Schwenkwiege und/oder der Betrag des Schwenkwinkels der Schwenkwiege ist kleiner als 10°, 7°, 5°, 3° oder 2°.
-
Insbesondere ist nach der Entgasungsphase und während der Aufladungsphase des Hochdruckspeichers das Hydraulik-Entlüftungsventil geschlossen. Ein geschlossenes Hydraulikventil ist nach der Entgasungsphase und während der Aufladungsphase, d. h. der ersten Aufladungsphase nach der Entgasungsphase, ist notwendig, damit kein Gas aus der Umgebung in den Hydraulikflüssigkeitsraum des Niederdruckspeichers gelangt. Das Gas-Entlüftungsventil und das Hydraulik-Entlüftungsventil sind an dem Niederdruckspeicher angeordnet.
-
In einer weiteren Ausgestaltung wird nach der Entgasungsphase und mit Beendigung der Aufladungsphase des Hochdruckspeichers das Gas-Entlüftungsventil geschlossen.
-
In einer ergänzenden Variante wird nach der Entgasungsphase und während der Aufladungsphase des Hochdruckspeichers ausschließlich mit der Schrägscheibenmaschine als Pumpe Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydraulikflüssigkeitsraum des Niederdruckspeichers in den Hydraulikflüssigkeitsraum des Hochdruckspeichers gefördert. Der hydraulische Antriebsstrang weist somit keine zusätzliche Fördereinrichtung, insbesondere Pumpe, auf, um Hydraulikflüssigkeit von dem Niederdruckspeicher zu dem Hochdruckspeicher zu fördern, insbesondere während der ersten Aufladungsphase nach der Entgasungsphase bei einem geringen Druck der Hydraulikflüssigkeit in dem Niederdruckspeicher.
-
In einer weiteren Variante wird mit einem Drucksensor der Druck der Hydraulikflüssigkeit und/oder des Gases in dem Niederdruckspeicher erfasst und in Abhängigkeit von dem erfassten Druck wird die Entgasungsphase und/oder die Aufladungsphase des Hochdruckspeichers gesteuert und/oder geregelt und/oder mit einem Sensor wird das Volumen des Gases und/oder der Hydraulikflüssigkeit in dem Niederdruckspeicher erfasst und in Abhängigkeit von dem erfassten Volumen wird die Entgasungsphase und/oder die Aufladungsphase des Hochdruckspeichers gesteuert und/oder geregelt, insbesondere wird das Gas-Entlüftungsventil gesteuert und/oder geregelt.
-
In einer weiteren Ausgestaltung wird nach der Entgasungsphase, vorzugsweise auch nach der Beendigung der Aufladungsphase des Hochdruckspeichers, das Gas-Entlüftungsventil und das Hydraulik-Entlüftungsventil an dem Niederdruckspeicher geschlossen und anschließend wird Hydraulikflüssigkeit in den Hydraulikflüssigkeitsraum des Niederdruckspeichers eingeleitet, so dass der Druck in dem Niederdruckspeicher auf einen ausreichenden Ansaugdruck für die Schrägscheibenmaschine erhöht wird und/oder die Entgasungsphase wird während eines Stillstandes des Kraftfahrzeuges ausgeführt und/oder die Entgasungsphase wird, insbesondere kontinuierlich, während eines Zeitraumes von mehr als 1 h, 3 h, 5 h oder 8 h ausgeführt und/oder die Aufladungsphase des Hochdruckspeichers nach der Entgasungsphase die zeitlich erste Aufladungsphase nach der Entgasungsphase ist. Nach der Beendigung der Entgasungsphase, vorzugsweise auch nach der Beendigung der Aufladungsphase des Hochdruckspeichers, wird Hydraulikflüssigkeit in den Niederdruckspeicher eingeleitet. Dadurch wird das Gas in dem Niederdruckspeicher aufgrund des geschlossenen Gas-Entlüftungsventiles und des geschlossenen Hydraulik-Entlüftungsventiles komprimiert und dadurch ein ausreichender Betriebsdruck des Niederdruckspeichers, beispielsweise im Bereich von ungefähr 4 bar, zur Verfügung gestellt werden. Aufgrund dieses Betriebsdruckes des Niederdruckspeichers kann die Schrägscheibenmaschine auch in anderen Betriebszuständen, beispielsweise bei einer großen Drehzahl und einem großen Schwenkwinkel, Hydraulikflüssigkeit von dem Niederdruckspeicher in den Hochdruckspeicher fördern, d. h. es ist in sämtlichen Betriebszuständen der Schrägscheibenmaschine ein Ansaugen der Hydraulikflüssigkeit aus dem Niederdruckspeicher ausführbar.
-
Erfindungsgemäßer Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine Schrägscheibenmaschine als hydraulische Pumpe und/oder hydraulischer Motor zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie und/oder umgekehrt als hydraulischer Antriebsstrang, wenigstens einen Druckspeicher, wobei mit dem Antriebsstrang ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar ist.
-
In einer zusätzlichen Ausgestaltung umfasst der hydraulische Antriebsstrang zwei Schrägscheibenmaschinen, welche hydraulisch miteinander verbunden sind und als hydraulisches Getriebe fungieren, und/oder der hydraulische Antriebsstrang umfasst zwei Druckspeicher als Hochdruckspeicher und Niederdruckspeicher und/oder wenigstens einer der Druckspeicher ist als ein Kolbenspeicher und/oder ein Blasenspeicher ausgebildet.
-
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Antriebsstrang einen mechanischen Antriebsteilstrang. Ein Antriebsstrang kann einen mechanischen und hydraulischen Antriebsteilstrang umfassen oder nur einen hydraulischen Antriebsstrang, so dass ein hydraulischer Antriebsstrang auch als ein hydraulischer Antriebsteilstrang betrachtet wird und umgekehrt.
-
Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.
-
Bestandteil der Erfindung ist außerdem ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.
-
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
-
1 einen stark vereinfachte Darstellung eines Antriebsstranges,
-
2 einen Längsschnitt eines Kolbenspeichers,
-
3 einen Längsschnitt eines Blasenspeichers und
-
4 ein Ablaufdiagramm einzelner Schnitt eines Verfahrens.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Ein in 1 dargestellter Antriebsstrang 1 dient zur Kraftübertragung bzw. zur Übertragung von mechanischer Energie von einem Verbrennungsmotor 5 mit Hubkolben 6 zu zwei Antriebsrädern 32 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges. Der Antriebsstrang 1 ist dabei in einem mechanischen Antriebsteilstrang 2 unterteilt und in einen hydraulischen Antriebsteilstrang 3 mit einem hydraulischen Getriebe 22 in dem mechanische Energie in hydraulische Energie umgewandelt wird und umgekehrt.
-
Eine Motorwelle 7 des Verbrennungsmotors 5 treibt eine Antriebswelle 10 eines Leistungsverzweigungsgetriebes 8, z. B. eines Planetengetriebes 9, an. Das Planetengetriebe 9 treibt mit der von der Motorwelle 7 auf das Leistungsverzweigungsgetriebe 8 übertragenen mechanischen Energie eine erste Abtriebswelle 11 und eine zweite Abtriebswelle 12 des Leistungsverzweigungsgetriebes 8 an. Die erste Abtriebswelle 11 des Leistungsverzweigungsgetriebes 8 treibt den mechanischen Antriebsteilstrang 2 mit einem nicht dargestellten mechanischen Getriebe und die zweite Abtriebswelle 12 des Leistungsverzweigungsgetriebes 8 treibt den hydraulischen Antriebsteilstrang 3 an. Der mechanische Antriebsteilstrang 2 weist neben der ersten Abtriebswelle 11 eine erste Kupplung 13 auf mit welcher eine Übertragungswelle 34 verbunden ist. Dadurch kann bei einer eingekuppelten ersten Kupplung 13 die mechanische Energie von der ersten Abtriebswelle 11 auf die Übertragungswelle 34 des ersten mechanischen Antriebsteilstranges 2 übertragen werden und von dieser auf eine mechanische Kopplungseinheit 30. Bei einer ausgekuppelten ersten Kupplung 13 ist mit einer ersten Festsetzeinrichtung 37 die erste Abtriebswelle 11 festgehalten, so dass die gesamte mechanische Energie von dem Planetengetriebe 9 auf die zweite Abtriebswelle 12 übertragen wird. Die mechanische Kopplungseinheit 30 führt die mechanische Energie von dem mechanischen Antriebsteilstrang 2, d. h. der Übertragungswelle 34 und einer Hydraulikgetriebeantriebswelle 21 zusammen. Dabei ist die mechanische Kopplungseinheit 30 mit Zahnrädern beispielsweise dahingehend ausgebildet, dass die Übertragungswelle 34 des mechanischen Antriebsteilstranges 2 und die Hydraulikgetriebeantriebswelle 21 das gleiche Drehzahlverhältnis aufweisen. Von der mechanischen Kopplungseinheit 30 wird mit der Übertragungswelle 34 als Differential-Antriebswelle 35 die mechanische Energie auf ein Differentialgetriebe 31 übertragen. Das Differentialgetriebe 31 treibt durch zwei Radwellen 33 jeweils ein Antriebsrad 32 des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges an.
-
Der hydraulische Antriebsteilstrang 3 wird von der zweiten Abtriebswelle 12 des Leistungsverzweigungsgetriebes 8 angetrieben. Dabei kann in analoger Weise wie bei dem mechanischen Antriebsteilstrang 2 der Kraftfluss von der zweiten Abtriebswelle 12 zu einer Antriebswelle 17 einer ersten Schrägscheibenmaschine 15 mit einer zweiten Kupplung 14 gelöst und verbunden werden. Bei der gelösten zweiten Kupplung 14 ist mit einer zweiten Festsetzeinrichtung 38 die zweite Abtriebswelle 12 festgehalten, so dass von dem Planetengetriebe 9 die gesamte mechanische Energie auf die erste Abtriebswelle 11 übertragen wird. Das hydraulische Getriebe 22 weist die erste Schrägscheibenmaschine 15 und eine zweite Schrägscheibenmaschine 18 auf. Die beiden Schrägscheibenmaschinen 15, 18 stellen dabei eine Komponente 23 des hydraulischen Getriebes 22 dar. Die erste Schrägscheibenmaschine 15 kann dabei sowohl als Axialkolbenpumpe 16 als auch als Axialkolbenmotor 36 betrieben werden und die zweite Schrägscheibenmaschine 18 sowohl als Axialkolbenpumpe 19 und als Axialkolbenmotor 20. Von der zweiten Schrägscheibenmaschine 18 wird die hydraulische Energie in mechanische Energie umgewandelt und dadurch eine Antriebswelle 21 bzw. eine Hydraulikgetriebeantriebswelle 21 angetrieben, welche ihrerseits diese mechanische Energie auf die mechanische Kopplungseinheit 30 und dadurch mittelbar auch auf die beiden Antriebsräder 32 überträgt. Die beiden Schrägscheibenmaschinen 15, 18 sind mit zwei Hydraulikleitungen 24 miteinander hydraulisch verbunden. Dabei ist in jeder der beiden Hydraulikleitungen 24 ein als 3-Wegeventil 26 ausgebildetes Ventil 25 vorhanden, so dass dadurch die beiden Schrägscheibenmaschinen 15, 18 auch hydraulisch mit zwei Druckspeichern 27, nämlich einem Hochdruckspeicher 28 und einem Niederdruckspeicher 29, verbunden werden können.
-
Die beiden Schrägscheibenmaschinen
15,
18 weisen eine rotierende Zylindertrommel (nicht dargestellt) auf, in denen Kolben in Kolbenbohrungen axial beweglich sind. Ein Schrägscheibe bzw. eine Schwenkwiege der beiden Schrägscheibenmaschinen
15,
18 ist um einen Schwenkwinkel verschwenkbar und je größer der Schwenkwinkel ist, desto größer ist der förderbare Volumenstrom der Schrägscheibenmaschinen
15,
18 bei einer gleichen Drehzahl der Antriebswelle
17 und der Antriebswelle
21 bzw. Hydraulikgetriebeantriebswelle
21. Die Kolben sind mit Gleitschuhen mittelbar auf einer, vorzugsweise ebenen, Auflagefläche der Schwenkwiege gelagert. Der Schwenkwinkel der Schwenkwiege ist der Winkel zwischen einer fiktiven Ebene senkrecht zu einer Rotationsachse einer An- bzw. Abtriebswelle der Schrägscheibenmaschine und der Auflagefläche der Schwenkwiege (nicht dargestellt). Derartige Schrägscheibenmaschine mit Schwenkwiegen sind beispielsweise in der
DE 10 2013 220 231 A1 und der
DE 10 2013 218 124 A1 beschrieben. Die Offenbarung der
DE 10 2013 220 231 A1 und
DE 10 2013 218 124 A1 wird in diese Schutzrechtsanmeldung aufgenommen, insbesondere zur Erläuterung des Schwenkwinkels der Schwenkwiege und der Zylindertrommel mit Kolben. Wird während des Betriebes des hydraulischen Getriebes
22 keine Hydraulikflüssigkeit in oder aus einem Druckspeicher
27 geleitet, weisen beide Schwenkwiegen der beiden Schrägscheibenmaschinen
15,
18 den gleichen Schwenkwinkel auf, da beide Schrägscheibenmaschinen
15,
18 identisch ausgebildet sind, d. h. insbesondere eine gleiche Anzahl von Kolbenbohrungen mit identischen Durchmessern in den Zylindertrommeln aufweisen und die Antriebswelle
17 und die Hydraulikantriebswelle
21 die gleiche Drehzahl aufweisen. Unterschiedliche Drehzahlen der Antriebswelle
17 und der Hydraulikgetriebeantriebswelle
21 können mit unterschiedlichen Schwenkwinkeln der Schwenkwiegen der ersten und zweiten Schrägscheibenmaschine
15,
18 erreicht werden.
-
Bei einem Betrieb der beiden Schrägscheibenmaschinen 15, 18 ausschließlich als hydraulisches Getriebe 22 wird mit den beiden Hydraulikleitungen 24 hydraulische Energie von der ersten Schrägscheibenmaschine 15 zu der zweiten Schrägscheibenmaschine 18 übertragen und je größer der Schwenkwinkel der beiden Schrägscheibenmaschinen 15, 18 ist, desto größer ist der Volumenstrom der Hydraulikflüssigkeit, welche von der ersten zu der zweiten Schrägscheibenmaschine 15, 18 strömt und umgekehrt und desto größer ist das Drehmoment an der Antriebswelle 17 und der Hydraulikgetriebeantriebswelle 21 und umgekehrt. Durch ein Verändern des Schwenkwinkels von einem oder von beiden Schrägscheibenmaschinen 15, 18 bei einem verschiedenen Schwenkwinkel der beiden Schrägscheibenmaschinen 15, 18 kann das Verhältnis zwischen der Drehzahl der Antriebswelle 17 und der Hydraulikgetriebeantriebswelle 21 verändert werden und zwar stufenlos, so dass dadurch ein stufenloses hydraulisches Getriebe 22 vorhanden ist.
-
In einem Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeuges wird die mechanische Energie von den Antriebsrädern 32 auf die zweite Schrägscheibenmaschine 18 übertragen und in dieser in hydraulische Energie umgewandelt. Dabei kann mittels der beiden 3-Wegeventile 26 Hydraulikflüssigkeit während des Rekuperationsbetriebes von dem Niederdruckspeicher 29 in die zweite Schrägscheibenmaschine 18 als Axialkolbenpumpe 19 und von dieser unter einem höheren Druck in den Hochdruckspeicher 28 eingeleitet werden, d. h. der Druck in dem Hochdruckspeicher 28 erhöht werden und dadurch hydraulische Energie in dem Hochdruckspeicher 28 gespeichert werden. Zum hydraulischen Antrieb des Kraftfahrzeuges wird umgekehrt die Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck von dem Hochdruckspeicher 28 zu der zweiten Schrägscheibenmaschine 18 geleitet, welche hier als Axialkolbenmotor 20 fungiert und in mechanische Energie umgewandelt, so dass dadurch mit der zweiten Schrägscheibenmaschine 18 als Axialkolbenmotor 20 die Hydraulikgetriebeantriebswelle 21 mechanisch angetrieben wird. Die Hydraulikflüssigkeit wird dabei anschließend von der zweiten Schrägscheibenmaschine 18 zu dem Niederdruckspeicher 29 geleitet.
-
Die beiden Antriebsräder 32 des Kraftfahrzeuges können dabei entweder ausschließlich von dem mechanischen Antriebsteilstrang 2 angetrieben werden, sofern die zweite Kupplung 14 ausgekuppelt ist, oder ausschließlich von dem hydraulischen Antriebsteilstrang 3 angetrieben werden, sofern die erste Kupplung 13 ausgekuppelt ist, wobei die jeweils andere Kupplung 13, 14 natürlich eingekuppelt ist. Darüber hinaus können die beiden Antriebsräder 32 auch gleichzeitig sowohl von dem mechanischen Antriebsteilstrang 2 als auch von dem hydraulischen Antriebsteilstrang 3 angetrieben werden, sofern beide Kupplungen 13, 14 eingekuppelt sind. Dabei kann während dieses Betriebes die zweite Schrägscheibenmaschine 18 entweder ausschließlich von Hydraulikflüssigkeit aus der ersten Schrägscheibenmaschine 15 angetrieben werden, so dass die zweite Schrägscheibenmaschine 18 ausschließlich mit mechanischer Energie von dem Verbrennungsmotor 5 angetrieben ist. Optional kann zusätzlich während dieses Betriebes die zweite Schrägscheibenmaschine 18 auch von Hydraulikflüssigkeit aus dem Hochdruckspeicher 28 angetrieben werden, so dass dadurch die zweite Schrägscheibenmaschine 18 sowohl von mechanischer Energie aus dem Verbrennungsmotor 5 als auch von hydraulischer Energie aus dem Hochdruckspeicher 28 angetrieben ist. In diesem letztgenannten Antriebsfall werden somit die beiden Antriebsräder 32 sowohl mit mechanischer Energie von dem Verbrennungsmotor 5 als auch mit hydraulischer Energie von dem Hochdruckspeicher 28 angetrieben.
-
In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des Antriebsstranges 1 weist der Antriebsstrang 1 keinen mechanischen Antriebsteilstrang 1, 2 auf, so dass der hydraulische Antriebsteilstrang 1, 3 den (alleinigen) hydraulischen Antriebsstrang 1, 3 bildet.
-
Die beiden Druckspeicher 27 als Hochdruckspeicher 28 und als Niederdruckspeicher 29 sind beispielsweise als ein Kolbenspeicher 4 (2) oder ein Blasenspeicher 51 (3) ausgebildet. In 2 und 3 ist eine besondere Ausführungsform für den Niederdruckspeicher 29 abgebildet. Der Kolbenspeicher 4 weist eine Wandung 42 aus Stahl und/oder Kunststoff, insbesondere faserverstärkten Kunststoff, auf und die Wandung 42 bildet auch einen Zylinder zur Lagerung eines Kolbens 43 als ein Trennelement 52. Der Kolben 43 trennt einen von der Wandung 42 eingeschlossenen Gesamtraum in einen Hydraulikflüssigkeitsraum 45, welcher nur mit Hydraulikflüssigkeit befüllt ist und in einen Gasraum 46, welcher nur mit Gas, z. B. Luft, befüllt ist. Wird in den Kolbenspeicher 4 durch eine Ein- und Auslassöffnung 49 Hydraulikflüssigkeit eingeleitet, wird der Kolben 43 von der nicht kompressiblen Hydraulikflüssigkeit nach links bewegt, so dass das Volumen des Gasraumes 46 reduziert wird, d. h. der Druck des Gases erhöht wird, so dass dadurch der Ladezustand des Kolbenspeichers 4 erhöht wird und dies auch umgekehrt ausgeführt werden kann. Ein Drucksensor 47 erfasst einen Druck des Gases in dem Gasraum 46. Der Drucksensor 47 (strichliert dargestellt) kann auch in dem Hydraulikflüssigkeitsraum 45 angeordnet sein, weil der Druck des Gases in dem Gasraum 46 identisch ist zu dem Druck der Hydraulikflüssigkeit in dem Hydraulikflüssigkeitsraum 45.
-
In 3 ist der Niederdruckspeicher 29 als Blasenspeicher 51 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur Unterschiede zu dem in 2 dargestellten Kolbenspeicher 4 beschrieben. Der Hydraulikflüssigkeitsraum 45 ist durch eine elastische Membran 44 als Trennelement 52 aus Kunststoff von dem Gasraum 46 getrennt. Durch ein Einleiten von Hydraulikflüssigkeit durch die Ein- und Auslassöffnung 49 in den Hydraulikflüssigkeitsraum 45 wird das Volumen des von der Membran 44 eingeschlossenen Gasraumes 46 reduziert und umgekehrt. Ein Hydraulik-Volumensensor 55 erfasst das Volumen der in den Hydraulikflüssigkeitsraum 45 ein- und ausgeleiteten Hydraulikflüssigkeit. Aufgrund des bekannten Volumens der Hydraulikflüssigkeit nach der erstmaligen Befüllung kann von einer Recheneinheit 39 das Volumen der Hydraulikflüssigkeit und damit auch das Volumen des Gases berechnet werden, weil das Gesamtvolumen des Blasenspeichers 51 bekannt ist. Abweichend hiervon kann mit einem Sensor 55 die Stellung der Membran 44 als das Trennelement 52 bestimmt werden und aus der Stellung des Trennelementes 52 kann von der Recheneinheit 39 das aktuelle Volumen des Gases und der Hydraulikflüssigkeit berechnet werden. Die Recheneinheit 39 weist einen Rechner 40 und einen Datenspeicher 41 auf. Der Kolbenspeicher 4 weist auch den oben beschriebenen Sensor 55 auf.
-
Der Druckspeicher 27 weist ein Gas-Entlüftungsventil 50 an dem Gasraum 46 und ein Hydraulik-Entlüftungsventil 48 an dem Hydraulikflüssigkeitsraum 45 auf. Das Hydraulik-Entlüftungsventil 48 und das Gas-Entlüftungsventil 50 wird benötigt, um während einer Entgasungsphase des Niederdruckspeichers 29 Gas in der Hydraulikflüssigkeit des Hydraulikraumes 45 durch eine Entgasungsöffnung 53 in die Umgebung ableiten zu können. Das Gas-Entlüftungsventil 50 wird bei der Inbetriebnahme des Niederdruckspeichers 29 auch zur erstmaligen Befüllung des Gasraumes 46 mit Gas eingesetzt.
-
Während eines Normalbetriebes 54 des hydraulischen Antriebsteilstranges 3 bzw. hydraulischen Antriebsstranges 3 kann beispielsweise mit hydraulischer Energie aus dem Hochdruckspeicher 28 ein Antriebsrad 32 angetrieben werden oder in einem Rekuperationsbetrieb kann mit mechanischer Energie von den Antriebsrädern 32 diese in hydraulische Energie umgewandelt und in dem Hochdruckspeicher 28 gespeichert werden. Ferner kann auch mechanische Energie von dem Verbrennungsmotor 5 in dem Hochdruckspeicher 28 gespeichert werden. Aufgrund von Undichtigkeiten, beispielsweise an dem Trennelement 52 zwischen dem Gasraum 46 und dem Hydraulikflüssigkeitsraum 45, kann Gas von dem Gasraum 46 in den Hydraulikflüssigkeitsraum 45 gelangen. Um ein Ansteigen der Gasmenge in der Hydraulikflüssigkeit oberhalb kritischer Grenzwerte zu vermeiden, wird während einer Entgasungsphase Gas aus dem Hydraulikflüssigkeitsraum 45 durch die Entgasungsöffnung 53 in die Umgebung abgeleitet. Die Entgasungsphase erfolgt während eines Stillstandes 58 des Kraftfahrzeuges 1. Nach dem Erkennen 56 eines bevorstehenden Stillstandes des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges mit der Recheneinheit 39 oder bezüglich des Zeitpunktes des Beginns des Stillstandes des Kraftzeuges erfolgt anschließend optional ein Einleiten 57 von Hydraulikflüssigkeit in den Niederdruckspeicher 29, damit eine möglichst große Menge an Hydraulikflüssigkeit in dem Hydraulikflüssigkeitsraum 45 des Niederdruckspeichers 29 während der Entgasungsphase entgast werden kann. Dieses Einleiten 57 ist jedoch fakultativ und kann entfallen. Anschließend erfolgt ein Schließen 59 der beiden Ventile 25, so dass dadurch keine Hydraulikflüssigkeit von dem Hochdruckspeicher 28 in den Niederdruckspeicher 29 gelangen kann und umgekehrt, d. h. die Ein- und Auslassöffnung 49 an dem Niederdruckspeicher 29 für die Strömung von Hydraulikflüssigkeit blockiert ist. Der Druck in dem Niederdruckspeicher 29 liegt im Normalbetrieb 54, beispielsweise im Bereich zwischen 4 und 30 bar.
-
Um die Entgasungsphase des Niederdruckspeichers einleiten zu können, ist es zunächst erforderlich, ein Öffnen 60 des Gas-Entlüftungsventiles 50 auszuführen, so dass dadurch ein Ausleiten 61 von Gas aus dem Gasraum 46 des Niederdruckspeichers 29 in die Umgebung erfolgt, bis der Druck des Niederdruckspeichers 29 dem Umgebungsdruck entspricht. Nach dem Erfassen des Druckes in dem Niederdruckspeicher 29 mit dem Drucksensor 47 und dem Erreichen des Umgebungsdruckes in dem Niederdruckspeicher 29 erfolgt ein Öffnen 62 des Hydraulik-Entlüftungsventiles 48. Dadurch kann das Gas in der Hydraulikflüssigkeit des Hydraulikflüssigkeitsraumes 45 durch die Entgasungsöffnung 53 und das Hydraulik-Entlüftungsventil 48 in die Umgebung entweichen. Die Entgasungsöffnung 53 bzw. die Wandung 42 des Niederdruckspeichers 29 ist dahingehend ausgebildet, dass die Entgasungsöffnung 53 in vertikaler Richtung an einem oberen Ende bzw. einer vertikalen Veränderung der Wandung 42 ausgebildet ist. Die Entgasungsphase des Niederdruckspeichers 29 wird während des Stillstandes des Kraftfahrzeuges im Regelfall über einen längeren Zeitraum, beispielsweise von 8 oder 10 Stunden während des Parkens des Kraftfahrzeuges während der Nacht, ausgeführt.
-
Um eine Weiterfahrt mit dem Kraftfahrzeug zu ermöglichen, ist eine Beendigung der Entgasungsphase notwendig. Hierzu erfolgt zunächst ein Schließen 63 des Hydraulik-Entlüftungsventiles 48 und anschließend erfolgt ein Fördern 64 von Hydraulikflüssigkeit von dem Niederdruckspeicher 29 in den Hochdruckspeicher 28 während einer Aufladungsphase des Hochdruckspeichers 28. Diese Aufladungsphase des Hochdruckspeichers 28 gemäß dieser Schutzrechtsanmeldung ist somit die erste Aufladungsphase des Hochdruckspeichers 28 nach der Entgasungsphase. Diese erste Aufladungsphase wird außerdem während eines geöffneten Gas-Entlüftungsventiles 50 ausgeführt. Das Fördern 64 wird von der ersten oder zweiten Schrägscheibenmaschine 15, 18 ausgeführt. Die Schrägscheibenmaschine 15, 18 wird dabei mit einer kleinen Drehzahl der Zylindertrommel und einem kleinen Schwenkwinkel der Schwenkwiege der Schrägscheibenmaschine 15, 18 betrieben. In der Zylindertrommel (nicht dargestellt) der Schrägscheibenmaschine 15, 18 sind Kolbenbohrungen angeordnet und ausgebildet und in den Kolbenbohrungen sind Kolben beweglich gelagert. Nur aufgrund dieser kleinen Drehzahl der Zylindertrommel und dem kleinen Schwenkwinkel der Schrägscheibenmaschine 15, 18 ist es möglich, dass von der Schrägscheibenmaschine 15, 18 Hydraulikflüssigkeit mit Umgebungsdruck angesaugt werden kann und anschließend in den Hochdruckspeicher 28 gefördert wird. Aufgrund des geöffneten Gas-Entlüftungsventiles 50 ist in dieser ersten Aufladungsphase des Hochdruckspeichers 28 das Fördern 64 der Hydraulikflüssigkeit mit einem Einleiten oder Einströmung von Luft aus der Umgebung in den Gasraum 46 des Niederdruckspeichers 29 verbunden. Dieses Ansaugen oder Einleiten von Luft aus der Umgebung aufgrund des geöffneten Gas-Entlüftungsventiles 50 wird solange ausgeführt, bis wieder die vorgeschriebene Menge von Gas in dem Gasraum 46 des Niederdruckspeichers 29 vorhanden ist. Das Volumen des Gasraumes 46 wird beispielsweise mittels der von dem Hydraulik-Volumensensor 55 der Recheneinheit 39 zur Verfügung gestellten Daten berechnet. Das Fördern 64 kann beispielsweise in einem Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeuges mit kinetischer Energie des Kraftfahrzeuges ausgeführt werden. Bei Erreichen der ausreichenden Gasmenge in dem Gasraum 46 erfolgt ein Schließen 65 des Gas-Entlüftungsventiles 50.
-
Anschließend erfolgt ein Leiten 66 von Hydraulikflüssigkeit aus dem Hochdruckspeicher 28 in den Niederdruckspeicher 29 bis ein ausreichender Betriebsdruck beispielsweise von zumindest 4 bar, in dem Niederdruckspeicher 29 vorhanden ist. Bei dem geschlossenen Gas-Entlüftungsventil 50 und dem geschlossenen Hydraulik-Entlüftungsventiles 48 verursacht das Einleiten von Hydraulikflüssigkeit in den Niederdruckspeicher 29 eine Komprimierung des Gases in den Gasraum 46 und dadurch die Erholung des Druckes in dem Niederdruckspeicher 29. Das Leiten 66 der Hydraulikflüssigkeit wird beispielsweise während eines hydraulischen Antriebes des Kraftfahrzeuges ausgeführt, d. h., dass Hydraulikflüssigkeit von dem Hochdruckspeicher 28 durch die zweite Schrägscheibenmaschine 18 in den Niederdruckspeicher 29 eingeleitet wird und mittels der hydraulischen Energie der Hydraulikflüssigkeit von der zweiten Schrägscheibenmaschine 18 wenigstens ein Antriebsrad 32 angetrieben wird. Abweichend hiervon kann Hydraulikflüssigkeit auch dadurch in den Niederdruckspeicher 29 eingeleitet werden, indem Hydraulikflüssigkeit durch eine nicht dargestellte Bypassleitung mit einem Bypassventil direkt von dem Hochdruckspeicher 28 in den Niederdruckspeicher 29 unter Umgehung der Schrägscheibenmaschinen 15, 18 in den Niederdruckspeicher 29 eingeleitet wird, um in dem Niederdruckspeicher 29 einen ausreichenden Betriebsdruck zu erhalten.
-
Mit dem Erreichen des ausreichenden Betriebsdruckes des Niederdruckspeichers 29 von beispielsweise mehr als 4 bar kann in sämtlichen Betriebszuständen der Schrägscheibenmaschinen 15, 18 Hydraulikflüssigkeit aus dem Niederdruckspeicher 29 angesaugt und anschließend in den Hochdruckspeicher 28 gefördert werden. Insbesondere bei einer großen Drehzahl der Zylindertrommel der Schrägscheibenmaschinen 15, 18 und einem großen Betrag des Schwenkwinkels der Schwenkwiege, d. h. großen und schnellen Hubbewegungen der Kolben in den Kolbenbohrungen der Zylindertrommel kann zuverlässig Hydraulikflüssigkeit von dem Niederdruckspeicher 29 in den Hochdruckspeicher 28 geleitet werden.
-
Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung des hydraulischen Antriebsstranges 3 und dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang 1 wesentliche Vorteile verbunden. Während der Entgasungsphase kann Gas in der Hydraulikflüssigkeit des Niederdruckspeichers 29 in die Umgebung abgeleitet werden. Dadurch ist ein wartungsintensiver Austausch der Hydraulikflüssigkeit des hydraulischen Antriebsstranges 3 nicht mehr erforderlich. Zum erstmaligen Fördern von Hydraulikflüssigkeit aus dem Niederdruckspeicher 29 bzw. bei der erstmaligen Aufladungsphase des Hochdruckspeichers 28 nach der Entgasungsphase kann auf eine Zusatzpumpe verzichtet werden, da in dieser kritischen Betriebssituation des hydraulischen Antriebsstranges 3 die Schrägscheibenmaschine 15, 18 mit einer kleinen Drehzahl und einem kleinen Betrag des Schwenkwinkels der Schwenkwiege betrieben wird, d. h. kleinen und langsamen Hubbewegungen der Kolben in den Kolbenbohrungen der Zylindertrommel, so dass trotzdem ein Ansaugen von Hydraulikflüssigkeit aus dem Niederdruckspeicher 29 unter Umgebungsdruck möglich ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 2733870 C2 [0003]
- DE 19542427 A1 [0004]
- DE 102013220231 A1 [0031, 0031]
- DE 102013218124 A1 [0031, 0031]
