DE2817405A1 - Hydraulik-mehrstufengetriebesystem mit bremsenergiespeicherung - Google Patents

Hydraulik-mehrstufengetriebesystem mit bremsenergiespeicherung

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DE2817405A1
DE2817405A1 DE19782817405 DE2817405A DE2817405A1 DE 2817405 A1 DE2817405 A1 DE 2817405A1 DE 19782817405 DE19782817405 DE 19782817405 DE 2817405 A DE2817405 A DE 2817405A DE 2817405 A1 DE2817405 A1 DE 2817405A1
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Description

Hydraulik-Mehr stuf engetrieb esystem mit Bremsenergiespeicherung
Die Erfindung betrifft ein Hydraulik-Mehrstufengetriebesystem für Kraftfahrzeuge mit einer Brems energiespeicherung, um die gespeicherte Brems energie zur Beschleunigung des Kraftfahrzeuges wiederzugewinnen, und mit einem eine Hydrohauptpumpe antreibenden Antriebsmotor.
Ein derartiges System ist bereits bekannt (OS-PS 3 903 696) und ist in der Lage, die beim Abbremsen von Kraftfahrzeugen frei werdende Bremsenergie mit hydraulischen Einrichtungen in Antriebs energie umzuwandeln. Dabei finden Hydropumpen und -motore Verwendung, die wechselweise als Motor oder als Pumpe einsetzbar sind. Für den Fahrbetrieb muß ein solches Hydraulik-Mehrstufengetriebesystem mit verschiedenen Geschwindigkeiten und verschiedenen Drehmomenten einsetzbar sein. Es muß deshalb ein wahlweise veränderbares Verhältnis bezüglich der Geschwindigkeit und des Drehmomentes des Antriebsmotors zu der Geschwindigkeit und der Drehmomente an den Antriebsrädern haben.
Fs/mü
Derartige
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Patentanwälte
Seite / I
Unser Zeichen: CV3P-1773
Derartige Hydraulik-Getriebesysteme werden herkömmlich mit Hydropumpen und/oder Hydromotoren aufgebaut, die ein unterschiedliches Verdrängungsvolumen haben. Daraus ergeben sich Schwierigkeiten, da derartige Hydropumpen und Hydromotore mit veränderlichem Verdrängungsvolumen sehr unwirtschaftlich arbeiten aufgrund der durch Taumelscheiben oder dergl. bewirkten mechanischen Volumenänderung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hydraulik-Mehrstufengetriebe zu schaffen, bei dem diese Nachteile überwunden werden und ein besserer Wirkungsgrad bezüglich der beim Bremsbetrieb gespeicherten Energie und der Umwandlung dieser Energie in Antriebs energie geschaffen wird.
Diese Aufgabe wird für ein eingangs erwähntes Hydraulik-Mehrstufengetriebe erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Bremsenenergieeinspeicherung einen Speicher mit einem komprimierbaren Gasvolumen umfaßt, in welchem Hydraulikflüssigkeit unter dem Druck des Gases speicherbar ist, daß mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs mechanisch Hydropumpen gekuppelt sind, welche aus gangs seitig wahlweise mit dem. Speicher verbunden sind und im Bremsbetrieb Hydraulikflüssigkeit unter Druck in denSpeicher pumpen, daß mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs Hydromotore gekuppelt sind, welche eingangs seitig wahlweise an den Speicher anschließbar und im Fahrbetrieb mit Druckflüssigkeit aus dem Speicher beaufschlagbar sind, daß die Hydromotore zur Versorgung mit Druckflüssigkeit von der mit gleichbleibendem Verdrängungsvolumen versehenen Hydrohauptpumpe aus an diese angeschlossen sind, und daß Ventile zwischen die Zu- und Ableitungen der Hydropumpen und -motore sowie die Hydrohauptpumpe geschaltet sind, über welche eine wahlweise Ansteuerung eines oder mehrerer der Hydropumpen und -motore entsprechend der gewünschten Betriebsart erfolgt.
Weitere
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Patentanwälte
ite: A
Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung und insbesondere durch die Verwendung von Hydromotoren und Hydropumpen mit feststehender Verdrängung wird in vorteilhafter Weise der verhältnismäßig gering e Wirkungsgrad von Hydromotoren und Hydropumpen mit veränderlicher Verdrängung eliminiert und ein maximaler Wirkungsgrad für die Speicherung der Bremsenergie und deren Umwandlung in Antriebsenergie erzielt. Die mechanische Kupplung der jeweiligen Hydropumpen und -motore mit den einzelnen Antriebsrädern bietet die Möglichkeit, durch entsprechende Ventilschaltungen die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit einem oder mehreren der Hydromotore in Abhängigkeit von den Betriebsparametern für die Geschwindigkeit und das Drehmoment wahlweise zuzuführen. Da die einzelnen Hydropumpen und -motore mit feststehender Verdrängung unterschiedliche volumetrische Kapazitäten und verschiedene Ausgangsdrehmomente bei gleichen eingangsseitigen Druckbedingungen haben können, ist es möglich, durch die Erfindung ein mehrstufiges Hydraulikgetriebe zu realisieren, bei dem die Anzahl der verwendeten Hydromotore mit festliegender Verdrängung kleiner als die Zahl der unterschiedlichen Geschwindigkeits- und Drehmomentsverhältnisse ist.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der aus einer Figur bestehenden Zeichnung, welche schematisch ein Hydraulik-Mehrstufengetriebesystem gemäß der Erfindung darstellt.
Das Hydraulik-Mehrstufengetriebesystem geht von einer Anlage aus, wie sie in der US-PS 3 903 696 im Detail beschrieben ist. Daher nimmt die Erläuterung des Ausführungsbeispiels nur insoweit auf das bekannte
System
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Patentanwälte
Seiß: . Q)- Unser Zeichen; CV3P-1773
System Bezug, als es zum Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist.
Gemäß der Zeichnung umfaßt das Hydraulik -Energiespeichersystem einen Antriebsmotor 62, der eine Hydropumpe 64 mit einem unveränderlichen Verdrängungsvolumen antreibt, die ihrerseits von einem Reservoir 28 aus über eine Leitung 68 mit Hydraulikflüssigkeit 30 beaufschlagt wird und die Hydraulikflüssigkeit über eine Leitung 66 unter Druck abgibt. Diese unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit wird selektiv einer kombinierten Hydropumpe und -motor 24J bzw. 24'' zugeführt, wobei die Hydromotore mechanisch mit den Antriebsrädern 55 und 55J über eine Welle 26 verbunden sind. Im Fahrbetrieb werden vom Fahrer die Ventile V1 und V selektiv betätigt, um die den Hydropumpen und -motoren züge-
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führte Druckflüssigkeit zu steuern und damit den Antrieb des Fahrzeuges zu kontrollieren. Der Rückfluß von den Hydropumpen und -motoren erfolgt über im Ruhebetrieb offene Ventile V und V4 und die Leitung 52 zum Reservoir.
Ein Rückwärtsfahrbetrieb kann mit Hilfe eines herkömmlichen, nicht dargestellten Umkehrgetriebes erfolgen, welches mechanisch zwischen die Hydropumpen- und -motore 24J bzw. 243 ' und die Antriebsräder 55 bzw. 55* geschaltet ist. Alternativ dazu können auch Hydropumpen und -motore mit umkehrbarem Drehsinn verwendet werden, denen eine entsprechende Schaltung zur Umkehrsteuerung zugeordnet ist. Eine solche Anlage wurde bereits vorgeschlagen (deutsche Patentanmeldung P 28 05 049. 9).
Es ist auch vorgesehen, daß die Hydropumpe 64 durch ein als Hydropumpe und -motor verwendbares Aggregat ersetzt wird, um damit über entsprechende Steuerschaltungen den Antriebsmotor 62 starten zu können.
Bei der
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Patentanwälte
Ue: J ~X . Unser Zeichen: CV3P-1773
Bei der Betätigung der Fahrzeugbremse wird das eine oder beide Ventile
V und V. geschlossen, womit der eine oder der andere Hydropumpe und Λ 4
-motor 24' bzw. 24' 'als Pumpe von den Antriebsrädern 55 bzw. 55' aus über die Welle 26 als Pumpe betrieben wird, um das Fahrzeug abbremsen zu helfen. Im Bremsbetrieb wird von diesen Hydropumpen und -motoren aus Druckflüssigkeit über die Leitung 34 zum Speicher 16 über die Zuflußöffnung 20 gepumpt. Die in den Speicher eindringende Druckflüssigkeit komprimiert das Gasvolumen 60 im Speicher. Aufgrund der Kompression des Gasvciumens steht für den nachfolgenden Fahrbetrieb Energie zur Verfügung, welche in Form von Druckflüssigkeit über eines oder beide der im Fahrbetrieb offenen Ventile V und V in Abhängigkeit von der
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Stellung des Gaspedals zum Antrieb des Fahrzeugs benutzt werden kann, indem die Druckflüssigkeit den Hydropumpen und-motoren 24' bzw. 24'' entweder allein oder zusätzlich zu der Druckflüssigkeit zugeführt wird, welche von der Hydropumpe 64 aus zum Antrieb des Fahrzeugs anliegt. In diesem Zustand sind die Ventile V und V offen. Wenn dagegen die Ventile V und V geschlossen sind, wird die von der Hydropumpe 64
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kommende Druckflüssigkeit direkt in den Speicher 16 eingespeichert, so daß diese vom Antriebsmotor 62 stammende Energie zusammen mit der Brems energie für einen späteren Zeitpunkt zur Beschleunigung oder zum Antrieb des Fahrzeuges zur Verfügung steht.
Der wesentliche Unterschied der vorliegenden Ausführungsform gegenüber dem in der US-PS 3 903 696 beschriebenen System betrifft die Hydropumpen- und -motore 24' und 24'' sowie die Steuerventile und die zugeordnete Hydraulikschaltung. Anstelle eines einzigen Antriebsmotors verwendet die vorliegende Erfindung eine Vielzahl von Hydropumpen und -motore 24' sowie 24' ' mit einem festliegenden Verdrängungsvolumen, die mechanisch mit der Antriebswelle 26 gekuppelt sind, um auf diese Welle ein Drehmoment zu übertragen bzw. von dieser Welle mit einem Drehmoment beaufschlagt zu werden. Der eine dieser beiden
Hydro-
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Seite β Q unser Zeichen: CV3P-1773
Hydropumpen und -motore hat eine größere volumetrische Kapazität pro Umdrehung und ein größeres Drehmoment bezogen auf einen gegebenen eingangsseitigen hydraulischen Druck. Im-vorliegenden Fall ist dies der Hydropumpe und -motor 24' . Zur Erläuterung wird davon ausgegangen daß dieser Hydropumpe und -motor24' die zweifache volumetrische Kapazität und das zweifache Ausgangsdrehmoment wie der Hydropumpe- und -motor 24' ' hat.
Im Fahrbetrieb sind die Eingänge 40* bzw. 40'' der beiden Hydropumpen und -motore wahlweise mit dem Ausgang der Hydropumpe 64 sowie dem Speicher 16 über die Leitungen 100' und 100'' sowie die Ventile V und V verbunden. Die Ausgänge 48' und 48'' der beiden Hydropumpen und -motore stehen über die offenen Ventile V und V sowie die Leitung 50 mit der Leitung 68 zum Eingang der Hydropumpe 64 einerseits und andererseits mit dem Reservoir 28 in Verbindung.
Wenn beide Ventile V und V in Abhängigkeit vom Bremsbetrieb
Li ^t
des Fahrzeugs geschlossen sind, wird Druckflüssigkeit von den entsprechenden Ausgängen 48' oder 48' ' derHydropumpen und -motore direkt zum Speicher 16 über entsprechende Rückschlagventile 102' bzw. 102' ' und die Leitung 34 transportiert. Diese Rückschlagventile verhindern, daß einerseits kreuzweise die Ausgänge der beiden Hydropumpen und -motore 24' und 24'' bei einseitiger Benutzung im Bremsbetrieb aufeinander arbeiten. Andererseits wird eine Kurzschlußschaltung der beiden Hydropumpen und - motore im Fahrbetrieb durch die Druckflüssigkeit von der Hydropumpe 64 und vom Speicher verhindert. Ein Rückschlagventil 104 ist auch in der Leitung 66 am Ausgang der Hydropumpe 64 vorgesehen, um zu verhindern, daß beim Bremsbetrieb diese Hydropumpe aus gangs seitig von einem hohen zurückwirkenden Druck beaufschlagt wird.
Während
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ite: j/ , ^. UnserZeichemCVSP- 1 77 3
Während des Bremsbetriebes sind die Ventile V und V beide aufgrund der weggenommenen Beschleunigung geschlossen, so daß die Hydropumpen- und -motore 24' und/oder 24'' die Hydraulik flüssigkeit vom Reservoir 28 über die Leitung 106 und entsprechende Rückschlagventile 108' bzw. 108" erhalten. Diese Rückschlagventile 108' und 108'' verhindern einen Kurzschluß der Hydropumpen und -motore im Fahrbetrieb.
Die Ventile V und V können dazu benutzt werden, um das Geschwindig -
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keits- und Drehmoments verhältnis zwischen der Antriebswelle 26 und der Welle 62b des Antriebsmotors selektiv zu variieren. Die Ventile V1 und V können von Hand bedient werden, jedoch ist vorzugsweise eine Automatik vorhanden, welche auf die Betriebsparameter des Fahrzeugs, wie z.B. das Antriebs drehmoment oder den Druck der Hydraulikflüssigkeit ansprechen, welche an die Hydromotore geliefert wird. Bei der in der Darstellung gezeigten Ausführungsform wird, wenn die Ventile V1 und V ,offen sind, wobei auch die Ventile V und V wegen der nicht angelegten Bremse offen sind, Druckflüssigkeit den Eingängen 40' und 40' der beiden Hydropumpen und -motore gleichzeitig zugeführt. Damit wird ein maximales Drehmoment auf die Antriebsräder 55 und 55' über die Welle 26 wirksam, so daß sich diese mit der geringsten Geschwindigkeit, bezogen auf die Drehzahl der Abtriebswelle 62b drehen. Eine solche Ventilstellung wird z.B. beim Beschleunigen des Fahrzeugs aus dem Stand verwendet.
Wenn nur das Ventil V geschlossen ist und das Ventil V offen bleibt, wird lediglich der mit dem höheren Motorvolumen versehene und das höhere Drehmoment liefernde Hydromotor 24' mit Druckflüssigkeit beaufschlagt, wogegen der kleinere Hydromotor 24' * die über die Leitung 106 angesaugte Hydraulikflüssigkeit rezirkuliert. Bei dieser erwähnten
Stellung
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Seite: ]fl Af) · Unser Zeichen: CV3P-1773
Stellung der Ventile V1 und V , wobei davon ausgegangen wird, daß die Motordrehzahl und das Motordrehmoment die gleiche ist wie in dem ersten Fall mit geschlossenen Ventilen V1 und V und ferner der Druck im Speicher 16 vernachlässigt wird, beträgt das an die Antriebsräder 55 und 55' abgegebene Drehmoment nur etwa 1/3 gegenüber dem ersten Fall, jedoch ist das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen den Antriebsrädern und der Drehzahl der Abtriebswelle 62b etwa das 1-1/2-Fache des ersten Falles.
Bei geschlossenem Ventil V1 und geöffnetem Ventil V wird lediglich der kleinere Hydromotor 24J ' mit Druckflüssigkeit versorgt, wogegen über den größeren Hydromotor 24' die Hydraulikflüssigkeit lediglich rezirkuliert wird. Bei dieser Stellung der Ventile V und V ergibt sich unter denselben Voraussetzungen wie oben nur ein Drittel des Drehmoments auf die Antriebswelle 26 der Antriebsräder, verglichen mit dem ersten Fall, jedoch nimmt das Verhältnis der Drehzahl der Antriebsräder zur Drehzahl der Abtriebswelle 62b das Dreifache gegenüber dem Verhältnis im ersten Fall an. Diese zuletzt erwähnte Ventilstellung wird normalerweise benutzt, um das Fahrzeug bei Reisegeschwindigkeit anzutreiben.
Der Leerlaufbetrieb für das Getriebe ergibt sich, wenn die Ventile V und V geschlossen sowie die Ventile V und V im offenen Zustand bleiben.
Beim Bremsbetrieb sind die Ventile V und V sowie eines der beiden
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Ventile V bzw. V geschlossen, so daß vom Speicher 16 über die Leitung 34 Bremsenergie zugeführt wird. Die Ventile V sowie V können von Hand betätigt werden, jedoch ist vorzugsweise eine automatische Betätigung in Abhängigkeit von Betriebsparametern vorgesehen
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Seite; yi Λα Unser Zeichen: CV3P-1773
sehen, wie z.B. der Stellung des Bremspedals bzw. der Größe der Bremskraft, mit welcher der Fahrer die Bremse bedient. So würde z. B. bei verhältnismäßig hoher Fahrzeuggeschwindigkeit nur eine verhältnismäßig geringe Bremswirkung wünschenswert sein, um die Steuerfähigkeit des Fahrzeuges zu erhalten und ein Ausbrechen bzw. Schleudern zu vermeiden. In einem solchen Fall würde das Ventil V in Abhängigkeit
von einem geringen Druck auf das Bremspedal geschlossen werden, um vom Speicher 16 dem kleineren Hydromotor 243 ' Druckflüssigkeit zuzuführen, während das Ventil V offen bleibt, so daß über den Hydromotor 24' die Hydraulikflüssigkeit zirkuliert. Bei einem höheren Druck auf das Bremspedal, wenn eine stärkere Abbremsung toleriert werden kann, würde das Ventil V offen bleiben und das Ventil V„ geschlossen werden, womit vom Hydromotor 24' aus das doppelte Bremsmoment, bezogen auf den Hydromotor 24'' , wirksam wird und die doppelte Menge an Bremsenergie in den Speicher 16 zurückgespeist wird, wenn man von derselben Bremsstrecke ausgeht. Für eine Maximalbremsung bzw. Notbremsung würden beide Ventile V„ und V geschlossen werden, womit sich das 3-fache Bremsmoment, bezogen auf den Hydromotor 24J' ergibt und die 3-fache Bremsenergie in den Speicher 16 eingespeichert werden kann.
Die vorausstehend erläuterten Betriebsbedingungen lassen sich in nachfolgender Tabelle zusammenfassen.
Betriebsbedingung Ventile
Maximale Beschleunigung Mittlere Beschleunigung Minimale Beschleunigung Leerlauf
Minimale Bremsung Mittlere Bremsung Maximale Bremsung
vi V2 V3 V4
a a a a
a a Z a
ζ a a a
ζ a Z a
ζ a Z Z
ζ a Z a
ζ Z Z Z
Dabei
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Seile 1/8 ΙΟ Unser Zeichen: CV3P-1773
Dabei bedeutet a geöffnete Ventile und ζ geschlossene Ventile.
In dem vorausstehend erläuterten Beispiel wird ein Getriebe mit drei Geschwindigkeiten unter Verwendung von zwei Hydropumpen und -motore beschrieben, wobei die einzelnen Hydropumpen und -motore jeweils ein unterschiedliches Verdrängungsvolumen und ein unterschiedliches Drehmoment haben. Die Verwendung von drei Hydropumpen und -motore mit jeweils verschiedenem Verdrängungsvolumen und verschiedenem Drehmoment, wobei entsprechende Ventile für die Ansteuerung benötigt werden, würde ein Getriebe mit sieben Geschwindigkeitsstufen ergeben. Entsprechendes gilt für Anordnungen mit mehr als drei Hydropumpen und -motoren. Es ist nicht notwendig, daß die verschiedenen Hydropumpen und -motore mit jeweils festliegendem Ver drängungsvolumen mechanisch mit derselben Abtriebs welle oder denselben Rädern des Fahrzeugs gekuppelt sein müssen, vielmehr können sie auch mit unterschiedlichen Radgruppen gekuppelt sein.
Die Verwendung einer Vielzahl von Hydropumpen und-motoren von jeweils festliegendem Verdrängungsvolumen unter gleichzeitiger Verwendung einer entsprechenden Anzahl von Ventilen zur Ansteuerung läßt sich ein extrem wirtschaftliches Mehrstufengetriebe mit entsprechend mehrstufigen Drehmomenten schaffen, wobei die Brems-
energie hydraulisch gespeichert und in Antriebs energie umgewandelt werden kann, ohne daß sich die bisher üblichen Wirkungsgradverschlechterungen ergeben, wenn Hydraulikgetriebe mit veränderlicher Geschwindigkeit und veränderlichem Drehmoment Verwendungjfinden. Dies ergibt sich insbesondere deshalb, da die bisher üblichen veränderlichen Verdrängungsvolumen, die primär für die Unwirtschaftlichkeit verantwortlich sind, eliminiert werden konnten.
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Claims (5)

Patentansprüche
1.) Hydraulik-Mehrstufengetriebe für Kraftfahrzeuge mit einer Brems energiespeicherung, um die gespeicherte Bremsenergie zur Beschleunigung des Kraftfahrzeuges wiederzugewinnen, und mit einem eine Hydrohauptpumpe antreibenden Antriebsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsenergieeinspeicherung einen Speicher (16) mit einem komprimierbaren Gasvolumen (60) umfaßt, in welchem Hydraulikflüssigkeit unter dem Druck des Gases speicherbar ist, daß mit den Antriebsrädern (55, 55') des Kraftfahrzeugs mechanisch Hydropumpen (24', 24'') gekuppelt sind, welche aus gangsseitig wahlweise mit dem Speicher (16) verbunden sind und im Bremsbetrieb Hydraulikflüssigkeit unter Druck in den Speicher pumpen, daß mit den Antriebsrädern (55, 55') des Kraftfahrzeugs Hydromotore (24', 243') gekuppelt sind, welche eingangsseitig wahlweise an den Speicher (16) anschließbar und im Fahrbetrieb mit Druckflüssigkeit aus dem Speicher beaufschlagbar sind, daß die Hydromotore (245, 24'') zur Versorgung mit Druckflüssigkeit von der mit gleichbleibendem Verdrängungsvolumen versehenen Hydrohauptpumpe (64) aus an diese angeschlossen sind, und daß Ventile (V , V , V , V) zwischen die Zu- und Ableitungen der Hydropumpen
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und -motore (24', 24'') sowie die Hydrohauptpumpe (64) geschaltet
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sind, über welche eine wahlweise Ansteuerung eines oder mehrerer der Hydropumpen und -motore entsprechend der gewünschten Betriebsart erfolgt.
2. Hydraulik-Mehrstufengetriebesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Hydropumpen und -motore jeweils ein festliegendes Verdrängungsvolumen, jedoch unterschiedliche Volumenkapazität und unterschiedliche Drehmomente haben.
3. Hydraulik-Mehrstufengetriebesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Ventile (V1, Vo) zwischen den Speicher (16) und die Eingänge der Hydromotore (24J, 24'') geschaltet sind, über welche selektiv einer oder mehrere dieser Hydromotore vom Speicher aus mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit neben der Versorgung von der Hydrohauptpumpe aus beaufschlagbar sind.
4. Hydraulik-Mehrstufengetriebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydropumpen- und -motore (24', 24' ') in einer Einheit zusammengefaßt sind, die wahlweise als Hydromotor bzw. als Hydropumpe betreibbar ist, und daß ausgangsseitig Ventile (V , V) vorhanden sind, mit welchen im Bremsbetrieb die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit von den Hydropumpen (24' , 24'') in den Speicher (16) einspeisbar ist.
5. Hydraulik-Mehrstufengetriebesystem nach Anspruch4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (V , V) derart steuerbar sind, daß eine oder mehrere der Hydropumpen und -motore als Pumpe auf den Speicher arbeitet.
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DE19782817405 1977-04-20 1978-04-20 Hydraulik-mehrstufengetriebesystem mit bremsenergiespeicherung Withdrawn DE2817405A1 (de)

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