WO2012080411A2 - Selbstfahrende verdichtungswalze und verfahren zum betreiben einer selbstfahrenden verdichtungswalze - Google Patents

Selbstfahrende verdichtungswalze und verfahren zum betreiben einer selbstfahrenden verdichtungswalze Download PDF

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Andreas Röhr
Thomas Henker
Dieter STÖCKLEIN
Axel RÖMER
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Definitions

  • the present invention relates to a self-propelled compacting roller, as used, for example, in road construction to compact the soil lying beneath a roadway and also the building material of a roadway.
  • compaction rollers generally comprise a drive system with a drive unit designed, for example, as a diesel engine.
  • This drive unit drives a hydrostatic / mechanical drive unit, for example comprising a hydraulic pump and a hydraulic motor.
  • the energy fed into the hydraulic motor in this drive unit in the form of a pressurized fluid flow is converted into kinetic energy for the traction drive and possibly also an oscillator or vibrator in this hydraulic motor.
  • a hydrostatic drive in which the recovery of braking energy is provided to obtain an efficient use of energy.
  • an energy storage unit is integrated in the hydrostatic / mechanical transmission arrangement, ie in the pressure fluid flow circulation between the hydraulic pump and the hydraulic motor.
  • the hydraulic motor acts as a pump and charges a pressure fluid reservoir of the energy storage unit.
  • the energy thus stored in the thrust state can be fed in a supportive manner into the pressure fluid circuit between the hydraulic pump and the hydraulic motor in the tension state, that is, when a drive torque for driving the hydraulic pump is provided by a drive unit.
  • DE 10 2006 046 127 A1 discloses a drive system with a hydrostatic Table / mechanical transmission arrangement in which a diesel engine which is effective as a drive unit drives with its drive shaft both a hydraulic pump and via a gear stage the hydrostatic / mechanical transmission arrangement. Together with the hydraulic pump of the hydrostatic / mechanical transmission arrangement, a hydraulic pump / motor unit is driven, which is variable between a pump operation and a motor operation and in pump operation loads a pressure fluid reservoir and in engine operation via a mechanical interface parallel to the drive torque supplied by the diesel engine the hydraulic pump of the hydraulic / mechanical transmission arrangement drives.
  • DE 10 2008 015 729 A1 discloses a drive system in which the drive torque provided by a diesel engine is transmitted to drive wheels via a mechanical transmission.
  • a hydraulic pump / motor unit for charging a pressure fluid reservoir in pump operation is operated via a secondary drive shaft of the transmission.
  • an assist torque may be introduced into the PTO shaft of the transmission.
  • a self-propelled compacting roller comprising a drive system with a drive unit, a hydrostatic / mechanical transmission arrangement with a hydraulic pump driven by a main drive of the drive unit and a hydraulic motor, a support drive arrangement with a loading / drive Unit and one An energy storage unit, wherein the charging / driving unit is operable in a charging operation for storing energy in the energy storage unit and is operable in an assist mode by extracting energy from the energy storage unit to provide assist torque, the charge / drive unit being coupled to a power take off of the power plant is.
  • the support drive arrangement and the possibility of utilizing its assisting torque in peak load states, that is to say, for example, when starting the compaction roller, make possible a weaker dimensioning of the drive unit per se.
  • This can be designed so that it is sufficiently dimensioned for the loads occurring during normal operation, but does not have to provide the torques or powers that occur during peak load alone.
  • the support drive arrangement acts in such a manner supportive that then the required power or the required torque can be delivered to the main drive of the drive unit, without that in the then following part of the drive system an impact effect is perceptible, whether in Peak load conditions, the drive torque is provided only by the drive unit itself or with the assistance of the support drive assembly.
  • the loading / drive unit has a hydraulic system Pump / motor unit, wherein the hydraulic pump / motor unit in the loading operation by the power take-off of the drive unit is operated as a pump for increasing a fluid storage pressure in the energy storage unit and in the backup mode by utilizing the fluid storage pressure in the energy storage unit as a motor for Applying an assist torque to the power take-off of the drive unit is operable.
  • the hydraulic pump / motor unit is designed with a variable delivery / sip volume.
  • a valve arrangement for selectively enabling and blocking a fluid flow connection between the hydraulic pump / motor unit and the energy storage unit is provided.
  • the energy storage unit is preferably formed with at least one pressure fluid reservoir.
  • the object mentioned at the outset is achieved by a method for operating a self-propelled compacting roller, in particular having the structure described above, the compacting roller comprising a drive system with a drive unit, a hydrostatic / mechanical transmission arrangement with a hydraulic pump drivable by the drive unit and a hydraulic motor and a support drive arrangement with a loading / drive Unit and an energy storage unit, wherein the charge / drive unit is operable in a charging mode for storing energy in the energy storage unit and is operable in an assist mode by extracting energy from the energy storage unit to provide assist torque, in which method Drive unit is then operated in its loading operation, when the drive system is operated in a first Switzerland Hässchreib.
  • an energy return with the possibility of subsequent use is not provided or not only with the kinetic energy released, for example, during deceleration or in the thrust state.
  • the present invention uses the fact that in normal operation, ie in a tensile state of the drive system in which a drive torque is supplied by the drive unit, the drive unit is not loaded maximum or even with additional load for storing energy in one Operating state works with high efficiency.
  • the first train operating was a Switzerland Hässchreib with substantially constant or decreasing travel speed of the self-propelled compression roller.
  • a particular characteristic of self-propelled compacting rollers is that even if their speed is to be reduced, they are operated at least temporarily in a pulling operation, although with decreasing driving torque.
  • the phase in which energy can be stored in the energy storage unit with the operating mode according to the invention can thus also be extended into this operating state with decreasing driving speed, in which the drive unit is not used for braking torque support, thus the return of braking energy would not be possible at all ,
  • the charge / drive unit be operated in its backup mode when the drive system is operating in a second traction mode, the second traction mode being a traction mode with increasing vehicle speed and / or a traction mode Hill-climbing operation includes.
  • the second train operating state may be a starting operation.
  • the loading / drive unit is then operated in its loading operation when the drive system is in a coasting state.
  • an engine braking condition actually occurs, that is, when a thrust condition occurs
  • the kinetic energy released in the process can be used to store at least part of the energy storage unit in the energy storage unit.
  • a drive system for a compaction roller which can be used for example in road construction for compacting a substrate or the construction material of a road surface, generally designated 10.
  • the drive system 10 comprises a drive unit 12 designed, for example, as a diesel internal combustion engine, which introduces a drive torque into a hydrostatic / mechanical transmission arrangement 16 via a main drive or a main drive shaft 14.
  • the hydrostatic / mechanical transmission arrangement 16 comprises a hydraulic pump 18 driven by the main drive shaft 14, a hydraulic motor 20 and a fluid circuit 22 between the hydraulic pump 18 and the hydraulic motor 20.
  • an open system could also be chosen here, in which the hydraulic pump 18 removes the fluid to be conveyed from a fluid reservoir and the hydraulic motor 20 feeds back the fluid flowing through it, that is, for example, oil, into the reservoir.
  • the hydraulic motor 20 as exemplified by an output shaft 24, coupled with systems to be driven, so for example, the traction drive and / or the drive for an oscillator or a vibrator.
  • the hydraulic pump 18 and / or the hydraulic motor 20 may be constructed with variable delivery volume or displacement. In normal working operation, the drive unit 12 can thus be operated in a state of energy utilization that is as efficient as possible.
  • the drive system 10 further comprises a support drive arrangement 26.
  • This support drive arrangement 26 comprises a charge / drive unit 28 designed here as a hydraulic pump / motor unit. It can be operated as a pump in a loading operation and removes fluid via a fluid line 30, ie, for example Oil, from a reservoir 32 and conveys this via a fluid line 34, a valve assembly 36 and a further fluid line 38 to at least one pressure fluid reservoir 40 comprehensive energy storage unit 42.
  • the load / drive unit 28 is to a PTO or a secondary drive shaft 44 of the drive unit 12 docked.
  • the loading / driving unit 28 In pumping operation, the loading / driving unit 28 is operated by the power take-off shaft 44 so as to increase the fluid pressure in the energy storage unit 42. In the assist mode in which the loading / driving unit is effective as a motor not as a pump, the loading / driving unit 28 drives the sub drive shaft 44 to the assist shaft 44.
  • the valve arrangement 36 is under the control of a drive unit 46. This can be put into operation via respective drive lines 48, 50 of solenoid units 52, 54 of the valve arrangement 36 ., so that the valve arrangement 36 can be provided with its various valve positions symbolically recognizable in FIG.
  • the fluid line 38 leading to the energy storage unit 42 is closed off by a valve slide 56.
  • the fluid line 34 is in communication with the reservoir 32 via a further fluid line 58.
  • control state of the valve assembly 36 can thus either in the loading operation of the fluid pressure in the Energy storage unit 42 are increased, or in support mode, taking advantage of the energy stored in the energy storage unit 42, so accompanied with a decrease in pressure in the at least one Druckfluid- memory 40, the load / drive unit 28 an assist torque to the PTO shaft 44 create.
  • the fluid flowing out of the at least one pressure fluid reservoir 40 passes via the fluid line 30 to the reservoir 32.
  • valve assembly 36 may be controllable in their various valve positions, for example, to achieve a gradual pressure relief.
  • a further control unit 60 can be provided which, in terms of control, can be coupled to the control unit 46 via a control line 62.
  • the various valve positions that can be set in the valve arrangement 36 it is thus possible to change the charging / drive unit 28 in terms of its operating characteristics, for example fundamentally between charging, ie pump operation on the one hand and drive operation, ie motor operation on the other hand switch over or, during pump operation, the pumping lumen or / and to adjust or regulate the intake volume during engine operation.
  • the intake volume can be adjusted in order to be able to adapt the assist torque applied to the secondary drive shaft 44 to the load state of the drive system 10.
  • the inventive construction of the drive system 10 for a self-propelled compacting roller makes it possible to select the drive unit 12 so dimensioned that sufficient for the normal load condition provided by this torque.
  • the backup drive assembly 26 provides an assist torque introduced into the powerplant 12 via the power take off, so that no technical changes are required for the portion of the power system 10 following the prime mover 14, both in operation and in construction.
  • the selection of a smaller-sized drive unit 12 leads to cost, construction space and weight savings in comparison to a structure in which the entire torque or the entire drive power is provided by the drive unit 12.
  • Another significant advantage of the structure according to the invention is that the storage of energy, ie the operation of the load / drive unit 28 is possible regardless of whether the drive system 10 and the drive unit 12 operates in a tensile state or a thrust state.
  • This can be used according to the invention for the fact that, when the drive system 10 is in a normal operating state, that is to say a compression system moves at substantially constant speed, for example, energy is also stored in the energy storage unit 42. In such an operating state, the drive unit 12 can be operated in such a way that it is torque-optimized or / and consumption-optimized. beitet.
  • the adjustment of the driving speed can then be done by a corresponding adjustment of the delivery volume of the hydraulic pump 18 and / or the absorption volume of the hydraulic motor 20.
  • the stored energy in the energy storage unit 42 can be retrieved when a peak load occurs.
  • the support drive unit 26 supports the drive unit 12 by applying an assist torque to the power take-off.
  • the hybrid drive-like structure of the drive system according to the invention comes into play, which can be used much more efficiently that in the structure according to the invention or the operation of the invention storage of energy can be done in a much wider range of operating conditions.

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Abstract

Eine selbstfahrende Verdichtungswalze umfasst einen Antriebssystem (10) mit einem Antriebsaggregat (12), einer hydrostatisch/mechanischen Übertragungsanordnung (22) mit einer durch einen Hauptantrieb (14) des Antriebsaggregats (12) antreibbaren Hydraulikpumpe (18) und einem Hydraulikmotor (20), einer Unterstützungsantriebsanordnung (26) mit einer Lade/Antriebs- Einheit (28) und einer Energiespeichereinheit (42), wobei die Lade/Antriebs- Einheit (28) in einem Ladebetrieb zum Speichern von Energie in der Energiespeichereinheit (42) betreibbar ist und in einem Unterstützungsbetrieb durch Energieentnahme aus der Energiespeichereinheit (42) zur Bereitstellung eines Unterstützungsdrehmomentes betreibbar ist, wobei die Lade/Antriebs-Einheit (28) an einen Nebenantrieb (44) des Antriebsaggregats (12) angekoppelt ist.

Description

Selbstfahrende Verdichtungswalze und Verfahren zum Betreiben einer selbstfahrenden Verdichtungswalze
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine selbstfahrende Verdichtungswalze, wie sie beispielsweise im Straßenbau eingesetzt wird, um das unter einer Fahrbahn liegende Erdreich sowie auch das Aufbaumaterial einer Fahrbahn zu verdichten. Derartige Verdichtungswalzen umfassen im Allgemeinen ein Antriebssystem mit einem beispielsweise als Dieselmotor ausgebildeten Antriebsaggregat. Dieses Antriebsaggregat treibt eine hydrostatisch/mechanische Antriebseinheit, diese beispielsweise umfassend eine Hydraulikpumpe und einen Hydraulikmotor, an. Die in dieser Antriebseinheit in Form einer Druckfluidströmung in den Hydraulikmotor eingespeiste Energie wird in diesem Hydraulikmotor in kinetische Energie für den Fahrantrieb und ggf. auch einen Oszillator oder Vibrator umgewandelt.
Aus der DE 10 2006 060 014 B4 ist ein hydrostatischer Antrieb bekannt, bei welchem zum Erhalt eines effizienten Energieeinsatzes die Rückgewinnung von Bremsenergie vorgesehen ist. Zu diesem Zwecke ist in die hydrostatisch/mechanische Übertragungsanordnung, also in den Druckfluidströ- mungskreislauf zwischen der Hydraulikpumpe und dem Hydraulikmotor, eine Energiespeichereinheit integriert. Im Schubzustand, also dann, wenn ein die Hydraulikpumpe antreibendes Antriebsaggregat nicht zur Abgabe eines Antriebsdrehmoments betrieben wird sondern zur Abstützung eines Bremsdrehmoments dient, ist der Hydraulikmotor als Pumpe wirksam und lädt einen Druckfluidspeicher der Energiespeichereinheit auf. Die so im Schubzustand gespeicherte Energie kann im Zugzustand, also dann, wenn von ei- nem Antriebsaggregat ein Antriebsdrehmoment zum Antreiben der Hydraulikpumpe bereitgestellt wird, unterstützend in den Druckfluidkreislauf zwischen der Hydraulikpumpe und dem Hydraulikmotor eingespeist werden.
Die DE 10 2006 046 127 A1 offenbart ein Antriebssystem mit einer hydrosta- tisch/mechanischen Übertragungsanordnung, bei welchem eine als Antriebsaggregat wirksame Dieselbrennkraftmaschine mit ihrer Antriebswelle sowohl eine Hydraulikpumpe, als auch über eine Getriebestufe die hydrostatisch/mechanische Übertragungsanordnung antreibt. Zusammen mit der Hydraulikpumpe der hydrostatisch/mechanischen Übertragungsanordnung wird eine Hydraulik-Pumpe/Motor-Einheit angetrieben, welche zwischen einem Pumpenbetrieb und einem Motorbetrieb variierbar ist und im Pumpenbetrieb einen Druckfluidspeicher lädt und im Motorbetrieb über eine mechanische Schnittstelle parallel zu dem von der Dieselbrennkraftmaschine gelieferten Antriebsdrehmoment die Hydraulikpumpe der hydraulisch/mechanischen Übertragunganordnung antreibt.
Die DE 10 2008 015 729 A1 offenbart ein Antriebssystem, bei welchem das von einem Dieselmotor bereitgestellte Antriebsdrehmoment über ein mecha- nisches Getriebe auf Antriebsräder übertragen wird. Über eine Nebenantriebswelle des Getriebes wird eine Hydraulik-Pumpe/Motor-Einheit zum Laden eines Druckfluidspeichers im Pumpenbetrieb betrieben. Im Motorbetrieb kann unter Entnahme von in dem Druckfluidspeicher gespeicherter Energie durch die Hydraulik-Pumpe/Motor-Einheit ein Unterstützungsdrehmoment in die Nebenantriebswelle des Getriebes einleiten.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine selbstfahrende Verdichtungswalze sowie ein Verfahren zum Betreiben einer selbstfahrenden Verdichtungswalze bereitzustellen, mit welchen bei konstruktiv einfacherer Aus- legung des Antriebssystems einer selbstfahrenden Verdichtungswalze eine effizientere Energieausnutzung erzielbar ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine selbstfahrende Verdichtungswalze, umfassend ein An- triebssystem mit einem Antriebsaggregat, einer hydrostatisch/mechanischen Übertragungsanordnung mit einer durch einen Hauptantrieb des Antriebsaggregats antreibbaren Hydraulikpumpe und einem Hydraulikmotor, einer Unterstützungsantriebsanordnung mit einer Lade/Antriebs-Einheit und einer Energiespeichereinheit, wobei die Lade/Antriebs-Einheit in einem Ladebetrieb zum Speichern von Energie in der Energiespeichereinheit betreibbar ist und in einem Unterstützungsbetrieb durch Energieentnahme aus der Energiespeichereinheit zur Bereitstellung eines Unterstützungsdrehmomentes betreibbar ist, wobei die Lade/Antriebs-Einheit an einen Nebenantrieb des Antriebsaggregats angekoppelt ist.
Bei dem erfindungsgemäß ausgestalteten Antriebssystem einer selbstfahrenden Verdichtungswalze erfolgt die Wechselwirkung der Unterstützungs- antriebsanordnung mit dem restlichen Teil des Antriebssystems über den Nebenantrieb, also beispielsweise eine Nebenantriebswelle, des beispielsweise als Dieselbrennkraftmaschine ausgebildeten Antriebsaggregats. Dies bedeutet, dass im Bereich des Hauptantriebs, also beispielsweise bei der als Hauptanriebswelle wirksamen Kurbelwelle, keine weiteren konstruktiven Maßnahmen zur drehmomentenmäßigen Ankopplung der Unterstützungsantriebsanordnung realisiert sein müssen. Auch sind keine konstruktiven Änderungen in dem auf den Hauptantrieb des Antriebsaggregats folgenden Teil des Antriebsstrangs erforderlich. Gleichzeitig wird jedoch durch das Bereitstellen der Unterstützungsantriebsanordnung und die Möglichkeit, deren Un- terstützungsdrehmoment in Spitzenlastzuständen, also beispielsweise beim Anfahren der Verdichtungswalze, zu nutzen, eine schwächere Dimensionierung des Antriebsaggregats an sich ermöglicht. Dieses kann so ausgelegt werden, dass es für die im normalen Betrieb auftretenden Belastungen ausreichend dimensioniert ist, jedoch nicht alleine auch die im Spitzenlastzu- stand auftretenden Drehmomente bzw. Leistungen bereitstellen muss. Hier wirkt die Unterstützungsantriebsanordnung in einer derartigen Art und Weise unterstützend, dass am Hauptantrieb des Antriebsaggregats dann die erforderliche Leistung bzw. das erforderliche Drehmoment abgegeben werden kann, ohne dass in dem dann folgenden Teil des Antriebssystems eine Aus- Wirkung dahingehend wahrnehmbar ist, ob auch in Spitzenbelastungszu- ständen das Antriebsdrehmoment nur durch das Antriebsaggregat selbst oder mit Unterstützung der Unterstützungsantriebsanordnung bereitgestellt wird. Da in selbstfahrenden Verdichtungswalzen insbesondere bedingt dadurch, dass eine hydrostatisch/mechanische Übertragungsanordnung an den Hauptantrieb des Antriebsaggregats angekoppelt ist, im Allgemeinen kon- struktive Maßnahmen zur Fluidführung bzw. Fluidspeicherung vorhanden sind, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Lade/Antriebs-Einheit eine Hydraulik-Pumpe/Motor-Einheit umfasst, wobei die Hydraulik-Pumpe/Motor- Einheit im Ladebetrieb durch den Nebenantrieb des Antriebsaggregats als Pumpe betreibbar ist zum Erhöhen eines Fluidspeicherdrucks in der Ener- giespeichereinheit und im Unterstützungsbetrieb unter Ausnutzung des Fluidspeicherdrucks in der Energiespeichereinheit als Motor zum Anlegen eines Unterstützungsdrehmoments an den Nebenantrieb des Antriebsaggregats betreibbar ist. Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Variante wird vorgeschlagen, dass die Hydraulik-Pumpe/Motor-Einheit mit variablem Förder/Schluck-Volumen ausgebildet ist. Auf diese Art und Weise wird es nicht nur möglich, im Pumpenbetrieb durch Variieren des Fördervolumens eine Anpassung an die Druckverhältnisse in der Energiespeichereinheit zu erlangen, sondern es wird auch möglich, im Motorbetrieb durch Variieren des Schluckvolumens das über den Nebenantrieb in das Antriebsaggregat eingeleitete Unterstützungsdrehmoment entsprechend den bestehenden Erfordernissen einzustellen. Um Druckverluste aus der Energiespeicheranordnung zu minimieren, wird weiter vorgeschlagen, dass im Fluidströmungsweg zwischen der Hydraulik- Pumpe/Motor-Einheit und der Energiespeichereinheit eine Ventilanordnung zum wahlweisen Freigeben und Blockieren einer Fluidströmungsverbindung zwischen der Hydraulik-Pumpe/Motor-Einheit und der Energiespeicherein- heit vorgesehen ist. Dabei ist die Energiespeichereinheit vorzugsweise mit wenigstens einem Druckfluidspeicher ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer selbstfahrenden Verdichtungswalze, insbesondere mit dem vorangehend beschriebenen Aufbau, wobei die Verdichtungswalze ein Antriebssystem mit einem Antriebsaggregat, einer hydrostatisch/mechanischen Übertragungsanordnung mit einer durch das An- triebsaggregat antreibbaren Hydraulikpumpe und einem Hydraulikmotor sowie einer Unterstützungsantriebsanordnung mit einer Lade/Antriebs-Einheit und einer Energiespeichereinheit umfasst, wobei die Lade/Antriebs-Einheit in einem Ladebetrieb zum Speichern von Energie in der Energiespeichereinheit betreibbar ist und in einem Unterstützungsbetrieb durch Energieentnah- me aus der Energiespeichereinheit zur Bereitstellung eines Unterstützungsdrehmomentes betreibbar ist, bei welchem Verfahren die Lade/Antriebs-Einheit dann in ihrem Ladebetrieb betrieben wird, wenn das Antriebssystem in einem ersten Zugbetriebszustand betrieben wird. Bei dieser erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird nicht bzw. nicht nur mit der beispielsweise beim Abbremsen bzw. im Schubzustand frei werdenden kinetischen Energie eine Energierückführung mit der Möglichkeit der nachfolgenden Nutzung bereitgestellt. Vielmehr nutzt die vorliegende Erfindung den Umstand, dass im normalen Betrieb, also in einem Zugzustand des An- triebssystems, in welchem durch das Antriebsaggregat ein Antriebsdrehmoment geliefert wird, das Antriebsaggregat nicht maximal belastet wird bzw. auch bei zusätzlicher Belastung zum Speichern von Energie in einem Betriebszustand mit hohem Wirkungsgrad arbeitet. Besonders deutlich kommt dieser Vorteil dann zu tragen, wenn die Unterstützungsantriebsanordnung über einen Nebenantrieb des Antriebsaggregats betrieben wird bzw. dort ihr Unterstützungsdrehmoment bereitstellt, da dann für den normalen Zugbetrieb, also die Drehmomentenabgabe des Antriebsaggregats in den im Dreh- momentenfluss folgenden Teil des Antriebssystems, keine Anpassungsmaßnahmen dadurch erforderlich sind, dass in diesem Zugbetriebszustand nicht nur Energie beispielsweise für den Fahrantrieb, sondern auch Energie zum Speichern in der Energiespeichereinheit bereitgestellt werden muss.
Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der erste Zugbetriebszu- stand ein Zugbetriebszustand mit im Wesentlichen konstanter oder abnehmender Fahrgeschwindigkeit der selbstfahrenden Verdichtungswalze ist. Eine besondere Charakteristik von selbstfahrenden Verdichtungswalzen ist, dass diese auch dann, wenn ihre Geschwindigkeit vermindert werden soll, zumindest zeitweise in einem Zugbetrieb, wenngleich mitabnehmendem Antriebsdrehmoment betrieben werden. Die Phase, in welcher mit der erfindungsgemäßen Betriebsweise Energie in der Energiespeichereinheit gespeichert werden kann, kann somit auch in diesen Betriebszustand mit abnehmender Fahrgeschwindigkeit ausgedehnt werden, in welchem das Antriebs- aggregat nicht zur Bremsmomentenabstützung genutzt wird, mithin die Rückführung von Bremsenergie überhaupt nicht möglich wäre.
Zur Ausnutzung der in der Energiespeichereinheit gespeicherten Energie wird vorgeschlagen, dass die Lade/Antriebs-Einheit dann in ihrem Unterstüt- zungsbetrieb betrieben wird, wenn das Antriebssystem in einem zweiten Zugbetriebszustand betrieben wird, wobei der zweite Zugbetriebszustand einen Zugbetriebszustand mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit oder/und einen Bergauffahrbetrieb umfasst. Dabei kann beispielsweise der zweite Zugbetriebszustand ein Anfahrbetrieb sein. Wie eingangs bereits ausgeführt, ermöglicht dies die Ausgestaltung des Antriebssystems mit einem vergleichsweise schwach dimensionierten Antriebsaggregat, welches für die im normalen Fahr- bzw. Arbeitsbetrieb auftretenden Belastungen ausgelegt ist, die insbesondere beim Anfahren oder auch Bergauffahren auftretenden Spitzenlasten alleine jedoch nicht aufnehmen könnte, zumindest dann, wenn gleichzeitig auch ein Vibrator bzw. Oszillator in Betrieb gesetzt werden soll.
Selbstverständlich kann auch bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise vorgesehen sein, dass die Lade/Antriebs-Einheit dann in ihrem Ladebetrieb betrieben wird, wenn das Antriebssystem in einem Schubbetriebszustand ist. Dies bedeutet, dass dann, wenn tatsächlich ein Motorbremszustand, also ein Schubzustand auftritt, die dabei frei werdende kinetische Energie genutzt werden kann, um zumindest einen Teil der von in der Energiespeichereinheit zu speichern. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Fig. 1 detailliert erläutert, welche in prinzipartiger Darstellung ein Antriebssystem für eine selbstfahrende Verdichtungswalze zeigt.
In Fig. 1 ist ein Antriebssystem für eine Verdichtungswalze, die beispielsweise im Straßenbau zum Verdichten eines Untergrunds bzw. des Aufbaumaterials eines Fahrbahnbelags eingesetzt werden kann, allgemein mit 10 bezeichnet. Das Antriebssystem 10 umfasst ein beispielsweise als Diesel- brennkraftmaschine ausgebildetes Antriebsaggregat 12, das über einen Hauptantrieb bzw. eine Hauptantriebswelle 14 ein Antriebsdrehmoment in eine hydrostatisch/mechanische Übertragungsanordnung 16 einleitet. Die hydrostatisch/mechanische Übertragungsanordnung 16 umfasst eine durch die Hauptantriebswelle 14 angetriebene bzw. antreibbare Hydraulikpumpe 18, einen Hydraulikmotor 20 sowie einen Fluidkreislauf 22 zwischen der Hydraulikpumpe 18 und dem Hydraulikmotor 20. Es sei darauf hingewiesen, dass hier auch ein offenes Systems gewählt sein könnte, bei welchem die Hydraulikpumpe 18 das zu fördernde Fluid einem Fluidreservoir entnimmt und der Hydraulikmotor 20 das diesen durchströmende Fluid, also beispiels- weise Öl, in das Reservoir zurückspeist. Abtriebsseitig ist der Hydraulikmotor 20, wie durch eine Abtriebswelle 24 beispielhaft angedeutet, mit anzutreibenden Systemen, also beispielsweise dem Fahrantrieb oder/und dem Antrieb für einen Oszillator oder einen Vibrator, gekoppelt. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Hydraulikpumpe 18 oder/und der Hydraulikmotor 20 mit veränderbarem Fördervolumen bzw. Schluckvolumen aufgebaut sein können. Im normalen Arbeitsbetrieb kann somit das Antriebsaggregat 12 in einem Zustand möglichst effizienter Energieausnutzung betrieben werden. Eine Variation der Fahrgeschwindigkeit kann dann beispiels- weise durch die Änderung des Fördervolumens der Hydraulikpumpe 18 bzw. eine Änderung des Schluckvolumens des Hydraulikmotors 20 erlangt werden. Das Antriebssystem 10 umfasst ferner eine Unterstützungsantriebsanordnung 26. Diese Unterstützungsantriebsanordnung 26 umfasst eine hier als Hydraulik-Pumpe/Motor-Einheit ausgebildete Lade/Antriebs-Einheit 28. Diese ist in einem Ladebetrieb als Pumpe betreibbar und entnimmt dabei über eine Fluidleitung 30 Fluid, also beispielsweise Öl, aus einem Reservoir 32 und fördert dieses über eine Fluidleitung 34, eine Ventilanordnung 36 und eine weitere Fluidleitung 38 zu einer wenigstens einen Druckfluidspeicher 40 umfassenden Energiespeichereinheit 42. Die Lade/Antriebs-Einheit 28 ist an einen Nebenantrieb bzw. eine Nebenantriebswelle 44 des Antriebsaggregats 12 angekoppelt. Im Pumpenbetrieb wird die Lade/Antriebs-Einheit 28 durch die Nebenantriebswelle 44 betrieben, um auf diese Art und Weise den Fluiddruck in der Energiespeichereinheit 42 zu erhöhen. Im Unterstützungsbetrieb, in welchem die Lade/Antriebs- Einheit nicht als Pumpe, sondern als Motor wirksam ist, treibt die Lade/Antriebs-Einheit 28 die Nebenantriebswelle 44 an bzw. legt ein Unterstützungsdrehmoment an der Nebenantriebswelle 44 an.
Um zwischen dem Lade- bzw. Pumpenbetrieb einerseits und dem Unterstüt- zungsantriebs- bzw. Motorbetrieb umzuschalten, steht die Ventilanordnung 36 unter der Ansteuerung einer Ansteuereinheit 46. Diese kann über jeweilige Ansteuerleitungen 48, 50 Elektromagneteinheiten 52, 54 der Ventilanordnung 36 in Betrieb setzen bzw. erregen, so dass die Ventilanordnung 36 ihre verschiedenen in der Fig. 1 symbolisch erkennbaren Ventilstellungen ge- bracht werden kann. In der in Fig. 1 eingenommenen Ventilstellung ist die zur Energiespeichereinheit 42 führende Fluidleitung 38 durch einen Ventilschieber 56 abgeschlossen. Die Fluidleitung 34 ist über eine weitere Fluidleitung 58 in Verbindung mit dem Reservoir 32. Durch Verschiebung des Ventilkörpers 56 nach rechts wird eine Verbindung zwischen den beiden Fluidlei- tungen 34 und 38 und mithin eine Verbindung zwischen der Lade/Antriebs- Einheit 28 und der Energiespeichereinheit 42 hergestellt, während die Verbindung zum Reservoir 32 unterbrochen wird. In diesem Stellzustand der Ventilanordnung 36 kann also entweder im Ladebetrieb der Fluiddruck in der Energiespeichereinheit 42 erhöht werden, oder im Unterstützungsbetrieb unter Ausnutzung der in der Energiespeichereinheit 42 gespeicherten Energie, also begleitet mit einer Druckabnahme in dem weningstens einen Druckfluid- speicher 40, die Lade/Antriebs-Einheit 28 ein Unterstützungsdrehmoment an die Nebenantriebswelle 44 anlegen. Das dabei aus dem wenigstens einen Druckfluidspeicher 40 ausströmende Fluid gelangt über die Fluidleitung 30 zum Reservoir 32.
Durch Verschiebung des Ventilschiebers 56 in der Fig. 1 nach links wird die Fluidleitung 34 abgeschlossen. Gleichzeitig wird eine Verbindung der Fluidleitung 38 mit der Fluidleitung 58 und mithin zwischen der Energiespeichereinheit 42 und dem Reservoir 32 erzeugt. Somit kann sich der Druck in dem wenigstens einen Druckfluidspeicher 40 entspannen. Diese Ventilstellung kann beispielsweise dann eingenommen werden, wenn die Verdichtungswal- ze außer Betrieb genommen wird und absehbar ist, dass die Bereitstellung eines Unterstützungsdrehmoments durch die Unterstützungsantriebsanordnung 26 in absehbarer Zeit nicht erforderlich ist. Somit kann eine länger andauernde, vergleichsweise starke mechanische Belastung der Energiespeichereinheit 42 durch den darin vorherrschenden Fluiddruck vermieden wer- den.
Es sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich die Ventilanordnung 36 in ihren verschiedenen Ventilstellungen regelbar sein kann, um beispielsweise eine allmähliche Druckentspannung zu erreichen.
In Zuordnung zu der Lade/Antriebs-Einheit 28 kann eine weitere An- steuereinheit 60 vorgesehen sein, die ansteuerungstechnisch an die An- steuereinheit 46 über eine Ansteuerleitung 62 angekoppelt sein kann. In Verbindung mit den verschiedenen in der Ventilanordnung 36 einstellbaren Ven- tilstellungen wird es somit möglich, die Lade/Antriebs-Einheit 28 in ihrer Betriebscharakteristik zu verändern, um beispielsweise grundsätzlich zwischen einem Lade-, also Pumpenbetrieb einerseits und einem Antriebs-, also Motorbetrieb andererseits umzuschalten bzw. im Pumpenbetrieb das Fördervo- lumen oder/und im Motorbetrieb das Schluckvolumen einzustellen bzw. einzuregeln. Somit wird es möglich, im Pumpenbetrieb den Volumenstrom des in Richtung Energiespeichereinheit 42 geförderten Fluids an den dort bereits vorherrschenden Fluiddruck anzupassen, beispielsweise in dem Sinne, dass mit zunehmendem Fluiddruck der Fluidvolumenstrom abnimmt. Entsprechend kann im Motorbetrieb das Schluckvolumen angepasst werden, um das an die Nebenantriebswelle 44 angelegte Unterstützungsdrehmoment an den Lastzustand des Antriebssystems 10 anpassen zu können. Der erfindungsgemäße Aufbau des Antriebssystems 10 für eine selbstfahrende Verdichtungswalze ermöglicht es, das Antriebsaggregat 12 so dimensioniert auszuwählen, dass für den normalen Belastungszustand das durch dieses bereitgestellte Drehmoment ausreicht. In Spitzenlastzuständen liefert die Unterstützungsantriebsanordnung 26 ein über den Nebenantrieb in das Antriebsaggregat 12 eingeleitetes Unterstützungsdrehmoment, so dass für den auf den Hauptantrieb bzw. die Hauptantriebswelle 14 folgenden Teil des Antriebssystems 10 sowohl hinsichtlich Betriebsweise, als auch hinsichtlich Aufbau keine technischen Änderungen erforderlich werden. Die Auswahl eines schwächer dimensionierten Antriebsaggregats 12 führt zu Kosten-, Bau- räum- und Gewichtseinsparungen im Vergleich zu einem Aufbau, in welchem das gesamte Drehmoment bzw. die gesamte Antriebsleistung durch das Antriebsaggregat 12 bereitgestellt werden.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Aufbaus ist, dass das Speichern von Energie, also das Betreiben der Lade/Antriebs-Einheit 28 unabhängig davon möglich wird, ob das Antriebssystem 10 bzw. das Antriebsaggregat 12 in einem Zugzustand oder einem Schubzustand arbeitet. Dies kann erfindungsgemäß dazu genutzt werden, dass dann, wenn das Antriebssystem 10 in einem normalen Betriebszustand ist, also eine Verdich- tungswaize beispielsweise mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit fährt, gleichzeitig auch Energie in der Energiespeichereinheit 42 gespeichert wird. In einem derartigen Betriebszustand kann das Antriebsaggregat 12 so betrieben werden, dass es drehmomenten- oder/und verbrauchsoptimiert ar- beitet. Die Anpassung der Fahrgeschwindigkeit kann dann durch eine entsprechende Einstellung des Fördervolumens der Hydraulikpumpe 18 oder/und des Schluckvolumens des Hydraulikmotors 20 erfolgen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Energiespeichereinheit 42 zu laden, wenn die Fahrgeschwindigkeit verringert wird, gleichwohl jedoch unter Fortführung eines Zugbetriebs, oder wenn die Fahrgeschwindigkeit in einem Schubbe- triebszustand verringert wird, also das Antriebsaggregat 12 zur Bremsmo- mentenabstützung genutzt wird. Die in der Energiespeichereinheit 42 gespeicherte Energie kann abgerufen werden, wenn eine Spitzenbelastung auftritt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine Verdichtungswalze aus dem Stillstandzustand anfährt bzw. ihre Fahrgeschwindigkeit erhöht werden soll, was im Allgemeinen begleitet ist davon, dass auch ein im Bereich zumindest einer Bandage vorhan- dener Vibrator bzw. Oszillator in Betrieb gesetzt wird, wozu zusätzlich Energie erforderlich ist. In diesen Spitzenbelastungsphasen unterstützt die Unterstützungsantriebseinheit 26 durch Anlegen eines Unterstützungsdrehmomentes an den Nebenantrieb das Antriebsaggregat 12. Hier kommt also der hybridantriebsartige Aufbau des erfindungsgemäßen Antriebssystems zum Tragen, welcher dadurch deutlich effizienter genutzt werden kann, dass bei dem erfindungsgemäßen Aufbau bzw. der erfindungsgemäßen Betriebsweise die Speicherung von Energie in einem deutlich größeren Spektrum an Betriebszuständen erfolgen kann.

Claims

Ansprüche
Selbstfahrende Verdichtungswalze, umfassend einen Antriebssystem (10) mit
einem Antriebsaggregat (12),
einer hydrostatisch/mechanischen Übertragungsanordnung (22) mit einer durch einen Hauptantrieb (14) des Antriebsaggregats (12) antreibbaren Hydraulikpumpe (18) und einem Hydraulikmotor (20),
einer Unterstützungsantriebsanordnung (26) mit einer Lade/Antriebs-Einheit (28) und einer Energiespeichereinheit (42), wobei die Lade/Antriebs-Einheit (28) in einem Ladebetrieb zum Speichern von Energie in der Energiespeichereinheit (42) betreibbar ist und in einem Unterstützungsbetrieb durch Energieentnahme aus der Energiespeichereinheit (42) zur Bereitstellung eines Unterstützungsdrehmomentes betreibbar ist,
wobei die Lade/Antriebs-Einheit (28) an einen Nebenantrieb (44) des
Antriebsaggregats (12) angekoppelt ist.
Selbstfahrende Verdichtungswalze nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lade/Antriebs-Einheit (28) eine Hydraulik-Pumpe/Motor-Einheit (28) umfasst, wobei die Hydraulik- Pumpe/Motor-Einheit im Ladebetrieb durch den Nebenabntrieb (44) des Antriebsaggregats (12) als Pumpe betreibbar ist zum Erhöhen eines Fluidspeicherdrucks in der Energiespeichereinheit (42) und im Unterstützungsbetrieb unter Ausnutzung des Fluidspeicherdrucks in der Energiespeichereinheit (42) als Motor zum Anlegen eines Unterstützungsdrehmoments an den Nebenantrieb (44) des Antriebsaggregats (12) betreibbar ist.
3. Selbstfahrende Verdichtungswalze nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulik-Pumpe/Motor-Einheit (28) mit variablem Förder/Schluck-Volumen ausgebildet ist. Seibstfahrende Verdichtungswalze nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass im Fluidstromungsweg zwischen der Hydraulik-Pumpe/Motor-Einheit (28) und der Energiespeichereinheit (44) eine Ventilanordnung (36) zum wahlweisen Freigeben und Blockieren einer Fluidströmungsverbindung zwischen der Hydraulik-Pumpe/Motor-Einheit (28) und der Energiespeichereinheit (42) vorgesehen ist.
Selbstfahrende Verdichtungswalze nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit (42) wenigstens einen Druckfluidspeicher (40) umfasst.
Verfahren zum Betreiben einer selbstfahrenden Verdichtungswalze, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verdichtungswalze ein Antriebssystem (10) mit einem Antriebsaggregat (12), einer hydrostatisch/mechanischen Übertragungsanordnung (22) mit einer durch das Antriebsaggregat (12) antreibbaren Hydraulikpumpe (18) und einem Hydraulikmotor (20) sowie einer Unterstützungsantriebsanordnung (26) mit einer Lade/Antriebs-Einheit (28) und einer Energiespeichereinheit (42) umfasst, wobei die Lade/Antriebs-Einheit (28) in einem Ladebetrieb zum Speichern von Energie in der Energiespeichereinheit (42) betreibbar ist und in einem Unterstützungsbetrieb durch Energieentnahme aus der Energiespeichereinheit (42) zur Bereitstellung eines Unterstützungsdrehmomentes betreibbar ist, bei welchem Verfahren die Lade/Antriebs-Einheit (28) dann in ihrem Ladebetrieb betrieben wird, wenn das Antriebssystem (10) in einem ersten Zugbetriebszustand betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zugbetriebszustand ein Zugbetriebszustand mit im Wesentlichen konstanter oder abnehmender Fahrgeschwindigkeit der selbstfahrenden Verdichtungswalze ist. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lade/Antriebs-Einheit (28) dann in ihrem Unterstützungsbetrieb betrieben wird, wenn das Antriebssystem (10) in einem zweiten Zugbetriebszustand betrieben wird, wobei der zweite Zugbetriebszustand einen Zugbetriebszustand mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit oder/und einen Bergauffahrbetrieb umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zugbetriebszustand Anfahrbetrieb umfasst.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lade/Antriebs-Einheit (28) dann in ihrem Ladebetrieb betrieben wird, wenn das Antriebssystem (10) in ei- nem Schubbetriebszustand ist.
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