DE102012112381A1

DE102012112381A1 - Antriebsachse eines Fahrzeugs mit einer einen hydraulischen Druckmittelspeicher umfassenden Energierückgewinnungseinrichtung

Info

Publication number: DE102012112381A1
Application number: DE201210112381
Authority: DE
Inventors: Lukas Krittian; Martin Bergmann
Original assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Current assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2014-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsachse (2) eines Fahrzeugs mit zumindest einem ein Antriebsrad (8a; 8b) antreibenden Fahrmotor (7a; 7b) eines Fahrantriebs (4), wobei das Fahrzeug mit einer einen hydraulischen Druckmittelspeicher (21) umfassenden Energierückgewinnungseinrichtung (20) versehen ist, mit der in einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs eine Energierückgewinnung erfolgt, die für einen Beschleunigungsvorgang unterstützend zur Verfügung steht. Die Aufgabe, eine Antriebsachse eines Fahrzeugs mit einer Energierückgewinnungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine Energierückgewinnung in einem Bremsbetrieb und eine Energieabgabe bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs mit einem hohen Wirkungsgrad und bei geringem Bauaufwand und Bauraumbedarf ermöglicht, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Antriebsachse (2) zumindest ein mit dem Antriebsrad (8a; 8b) trieblich verbundenes Hydrauliktriebwerk (22a; 22b) angeordnet ist, das als Pumpe und Motor betreibbar ist, wobei das Hydrauliktriebwerk (22a; 22b) in einem Bremsvorgang des Fahrzeugs als Pumpe arbeitet, die Druckmittel in den Druckmittelspeicher (21) fördert, und das Hydrauliktriebwerk (22a; 22b) bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs als Motor arbeitet, der mit Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher (22a; 22b) angetrieben ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsachse eines Fahrzeugs mit zumindest einem ein Antriebsrad antreibenden Fahrmotor eines Fahrantriebs, wobei das Fahrzeug mit einer einen hydraulischen Druckmittelspeicher umfassenden Energierückgewinnungseinrichtung versehen ist, mit der in einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs eine Energierückgewinnung erfolgt, die für einen Beschleunigungsvorgang unterstützend zur Verfügung steht.
Mobile selbstfahrende Arbeitsmaschinen, insbesondere Flurförderzeuge, Landmaschinen, Forstmaschinen und Baumaschinen, beispielsweise Bagger, Rad- und Teleskoplader, Schlepper, Mähdrescher, Feldhäcksler, Zuckerrüben- oder Kartoffelroder, weisen einen Antriebsstrang mit einem in der Regel als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor auf, der einen Fahrantrieb antreibt, der von zumindest einem in einer Antriebsachse angeordneten Fahrmotor gebildet ist.
Es ist bereits bekannt, derartige Fahrzeuge mit einem hydraulischen Druckmittelspeicher zur Energierückgewinnung im Bremsbetrieb und einem mit dem Druckmittelspeicher in Verbindung stehenden Hydrauliktriebwerk zu versehen, das von dem im Druckmittelspeicher befindlichen Druckmittel angetrieben wird. Durch das Laden des Druckmittelspeichers während eines Bremsbetriebs des Fahrantriebs kann eine Rekuperation und Energierückgewinnung von kinetischer Energie des Fahrzeugs erfolgen. Durch einen Motorbetrieb des mit dem Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher angetrieben Hydrauliktriebwerks kann zusätzlich zu einem Antriebsmotor, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, ein Drehmoment als Booster-Antrieb in den Antriebsstrang und somit den Fahrantrieb bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs abgegeben werden. Die beim Abbremsen und Verzögern des Fahrzeugs in einem Bremsbetrieb in dem Druckmittelspeicher zurückgewonnene Energie steht somit für einen erneuten Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs zur Verfügung, so dass die Energie zum Beschleunigen des Fahrzeugs nicht mehr ausschließlich von dem Antriebsmotor, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden muss und sich eine Kraftstoffersparnis des Antriebsmotors erzielen lässt.
Aus der DE 10 2008 028 547 A1 ist eine mobile Arbeitsmaschine bekannt, bei der die Hydraulikpumpe einer Arbeitshydraulik in einem Bremsbetrieb zur Energierückgewinnung der Bremsenergie einen Druckmittelspeicher mit Druckmittel auflädt. Die Hydraulikpumpe der Arbeitshydraulik kann weiterhin als Motor betrieben werden, der mit dem Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher angetrieben wird. Die Hydraulikpumpe der Arbeitshydraulik steht mit der Abtriebswelle eines Verbrennungsmotors in Verbindung, der ebenfalls einen Fahrantrieb der Arbeitsmaschine antreibt. Im Motorbetrieb der Hydraulikpumpe der Arbeitshydraulik kann bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs ein Zusatzdrehmoment in den von dem Verbrennungsmotor, der Hydraulikpumpe der Arbeitshydraulik und dem Fahrantrieb bestehenden Antriebsstrang eingespeist werden.
Aus der DE 10 2011 104 919 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, bei dem in dem von einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors angetriebenen Antriebsstrang ein zusätzlicher Hydromotor zwischen einer Fahrpumpe eines hydrostatischen Fahrantriebs und einer Hydraulikpumpe einer Arbeitshydraulik angeordnet ist, der mit dem Druckmittel aus einem Druckmittelspeicher angetrieben wird, um bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs ein unterstützendes Drehmoment in den Antriebsstrang einzuleiten. Das Laden des Druckmittelspeichers erfolgt in einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs über die in dem Antriebsstrang angeordnete Hydraulikpumpe einer Arbeitshydraulik des Fahrzeugs. Der zusätzliche Hydromotor führt jedoch zu einem zusätzlichen Bauraumbedarf in dem Antriebsstrang.
Bei diesen bekannten Fahrzeugen erfolgt die Leistungsaufnahme aus dem Antriebsstrang während des Bremsvorgangs des Fahrzeugs zum Laden des Druckmittelspeichers durch die Arbeitshydraulikpumpe und die zusätzliche Leistungsabgabe in den Antriebsstrang bei einem Beschleunigungsvorgang durch den motorischen Betrieb der Arbeitshydraulikpumpe bzw. des zusätzlichen Hydromotors für die Betriebspunkte Verzögern und Beschleunigen an einer energetisch ungünstigen Stellen des Antriebsstrangs. Das Abstützen der Bremsenergie und somit die Leistungsaufnahme aus dem Antriebsstrang beim Verzögern des Fahrzeugs erfolgt über die von der Fahrpumpe eines hydrostatischen Fahrantriebs angetriebene Hydraulikpumpe der Arbeitshydraulik, die zum Laden an den Druckmittelspeicher angeschlossen ist. Die bei einer Verzögerung des Fahrzeugs maximal zurückgewinnbare Energie steht jedoch an den Radwellen der Antriebsräder zur Verfügung und treibt den bzw. die Fahrmotoren des hydrostatischen Fahrantriebs an, die beim Abbremsen des Fahrzeugs als Motoren arbeiten und über einen geschlossenen Kreislauf des hydrostatischen Fahrantrieb die im Bremsbetrieb als Motor arbeitende Fahrpumpe und somit die Hydraulikpumpe der Arbeitshydraulik und den Verbrennungsmotor antreiben. Bei bekannten Energierückgewinnungseinrichtungen über die Hydraulikpumpe der Arbeitshydraulik kann somit lediglich die durch die Verluste des als geschlossenen Kreislauf ausgebildeten hydrostatischen Fahrantriebs verringerte Bremsenergie in den Druckmittelspeicher zurückgewonnen werden. Bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs wird bei bekannten Energierückgewinnungseinrichtung die Hydraulikpumpe der Arbeitshydraulik bzw. der zusätzliche im Antriebsstrang angeordnete und mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verbundene Hydromotor von dem Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher angetrieben und dadurch die Fahrpumpe des hydrostatischen Fahrantriebs mit einem unterstützenden Drehmoment angetrieben. Die in dem Druckmittelspeicher gespeicherte Bremsenergie kann somit lediglich abzüglich der Verluste des als geschlossenen Kreislauf ausgebildeten hydrostatischen Fahrantriebs an den Radwellen der Antriebsräder abgegeben werden. Die Vorteile der Energierückgewinnungseinrichtung werden somit bei bekannten Fahrzeugen sowohl beim Beschleunigen als auch beim Verzögern des Fahrzeugs durch die Wirkungsgrade und die damit verbundenen Verluste des Fahrantriebs verringert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsachse eines Fahrzeugs mit einer Energierückgewinnungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine Energierückgewinnung in einem Bremsbetrieb und eine Energieabgabe bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs mit einem hohen Wirkungsgrad und bei geringem Bauaufwand und Bauraumbedarf ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Antriebsachse zumindest ein mit dem Antriebsrad trieblich verbundenes Hydrauliktriebwerk angeordnet ist, das als Pumpe und Motor betreibbar ist, wobei das Hydrauliktriebwerk in einem Bremsvorgang des Fahrzeugs als Pumpe arbeitet, die Druckmittel in den Druckmittelspeicher fördert, und das Hydrauliktriebwerk bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs als Motor arbeitet, der mit Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher angetrieben ist. Bei der erfindungsgemäßen Antriebsachse ist somit das Hydrauliktriebwerk der Energierückgewinnungseinrichtung als wesentliche Komponente der Energierückgewinnungseinrichtung in die Antriebsachse integriert und somit direkt in der Antriebsachse angeordnet. Hierdurch wird ermöglicht, dass das Hydrauliktriebwerk unter Umgehung des Fahrantriebs mit den Radwellen der Antriebsräder in trieblicher Verbindung steht, so dass der Volumenstrom zur Rückgewinnung der Bremsenergie sowie zum Beschleunigen des Fahrzeugs direkt im Bereich der Antriebsräder und somit an einer energetisch günstigen Stelle generiert bzw. abgegeben werden kann. Die erfindungsgemäße Antriebsachse ermöglicht somit eine energieeffiziente Energierückgewinnungseinrichtung mit einem hohen Wirkungsgrad, da die Verluste des Fahrantriebs bei der Energierückgewinnung und der Abgabe eines Zusatzdrehmoments an den Antriebsrädern bei der erfindungsgemäßen Anordnung des Hydrauliktriebwerks in der Antriebsachse nicht mit eingehen. Der Einbau des Hydrauliktriebwerks in die zumindest einen Fahrmotor aufweisende Antriebsachse führt weiterhin zu einer kompakten Bauweise, da in der Regel bei einer Antriebsachse der Bauraum zum Einbau des Hydrauliktriebwerks vorhanden ist, so dass das Hydrauliktriebwerk keinen zusätzlichen Bauraum benötigt. Weiterhin kann bei der Erfindung als Hydrauliktriebwerk ein übliches als Pumpe und Motor betreibbares hydrostatisches Triebwerk verwendet werden, so dass sich ein geringer Bauaufwand für das Hydrauliktriebwerk ergibt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Hydrauliktriebwerk in beiden Drehrichtungen als Pumpe und Motor betreibbar. Hierdurch kann sowohl in der Vorwärtsfahrt als auch in der Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs eine Rückgewinnung der Bremsenergie erfolgen und der Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs in beiden Fahrtrichtungen unterstützt werden.
Hinsichtlich eines einfachen Aufbaus und eines geringen Bauaufwands ergeben sich Vorteile, wenn das Hydrauliktriebwerk im offenen Kreislauf betrieben ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung weist die Antriebsachse an den beiden Achsenden jeweils ein angetriebenes Antriebsrad auf, wobei in der Antriebsachse jeweils ein mit einem Antriebsrad trieblich verbundenes Hydrauliktriebwerk angeordnet ist. Hierdurch wird es ermöglicht, die maximale an den Radwellen zur Verfügung stehende Bremsenergie unter Umgehung der Verluste des Fahrantriebs in energieeffektiver Weise im Pumpenbetrieb des Hydrauliktriebwerks zurückzugewinnen und im Motorbetrieb der Hydrauliktriebwerke eine Leistungsabgabe an die Radwellen unter Umgehung der Verluste des Fahrantriebs durchzuführen.
Sofern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Antriebsachse an den beiden Achsenden jeweils ein angetriebenes Antriebsrad aufweist und für jedes Antriebsrad ein Fahrmotor vorgesehen ist, ergeben sich besondere Vorteile. Bei einer Antriebsachse mit zwei als Radmotoren ausgebildeten Fahrmotoren, die jeweils ein Antriebsrad antrieben, kann durch den Einbau von zwei zusätzlichen Hydrauliktriebwerken, die jeweils einem Antriebsrad zugeordnet sein, ein besonders einfacher Aufbau mit einem geringen Bauaufwand der Energierückgewinnungseinrichtung erzielt werden.
Hinsichtlich eines günstigen Bauaufwandes ergeben sich Vorteile, wenn das Hydrauliktriebwerk als Konstantmaschine mit einem festen Verdrängervolumen ausgebildet ist.
Alternativ kann das Hydrauliktriebwerk als Verstellmaschine mit einem verstellbaren, insbesondere stufenlos verstellbaren, Verdrängervolumen ausgebildet sein.
Hinsichtlich eines geringen Bauraumbedarfs ergeben sich Vorteile, wenn das Hydrauliktriebwerk mit einer Abtriebswelle des Fahrmotors in trieblicher Verbindung steht. Der Fahrmotor steht somit in direkter drehfester Verbindung mit dem Hydrauliktriebwerk, so dass der Fahrmotor und das Hydrauliktriebwerk zu einer Baueinheit zusammengefasst werden können.
Mit besonderem Vorteil ist das Hydrauliktriebwerk in Längsrichtung der Antriebachse zwischen dem Fahrmotor und dem angetriebenen Antriebsrad angeordnet. Hierdurch wird auf einfache Weise und bei geringem Bauraumbedarf erzielt, dass das Hydrauliktriebwerk mit der Radwelle des Antriebsrades in Verbindung steht, so dass das Hydrauliktriebwerk an einer energetisch günstigen Stelle für die Energierückgewinnung im Bremsbetrieb und für die Einleitung eines Zusatzdrehmoment an dem Antriebsrad bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs in der Antriebsachse angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung steht eine Abtriebswelle des Hydrauliktriebwerks in direkter trieblicher Verbindung mit dem angetriebenen Antriebsrad. Der Fahrmotor und das Hydrauliktriebwerk bilden somit einen Direktantrieb des Antriebsrades, bei dem das Hydrauliktriebwerk direkt mit der Radwelle des Antriebsrades trieblich verbunden ist, wodurch eine besonders energieefiziente Energierückgewinnungseinrichtung erzielt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung steht eine Abtriebswelle des Hydrauliktriebwerks unter Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes mit dem angetriebenen Antriebsrad in trieblicher Verbindung. Das Hydrauliktriebwerk steht somit mit der Eingangswelle eines Untersetzungsgetriebes in trieblicher Verbindung bzw. die Abtriebswelle des Hydrauliktriebwerk kann direkt als Eingangswelle des Untersetzungsgetriebes ausgebildet sein, dessen Abtriebswelle mit der Radwelle des Antriebsrades trieblich verbunden ist bzw. dessen Abtriebswelle als Radwelle des Antriebsrades ausgebildet werden kann. Hierdurch wird ebenfalls eine energieefiziente Energierückgewinnungseinrichtung mit einem hohen Wirkungsgrad erzielt, da bei der Energierückgewinnung der Bremsenergie und der Abgabe eines Zusatzdrehmoments an der Radwelle lediglich die geringen Verluste des mechanischen Untersetzungsgetriebes anfallen. Die Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes ermöglicht es, ein Hydrauliktriebwerk mit einem verringerten Verdrängervolumen einzusetzen, das einen geringen Bauaufwand und Bauraumbedarf aufweist, um ein an die Fahrzeugmasse angepasstes Drehmoment im Bremsbetrieb aufnehmen bzw. bei einem Beschleunigungsvorgang abgeben zu können.
Um die Funktionalität der Energierückgewinnung der Bremsenergie im Bremsbetrieb des Fahrzeugs und bei der Abgabe des Zusatzdrehmoments bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs mit dem in beide Drehrichtungen als Pumpe und Motor betreibbaren Hydrauliktriebwerks zu erzielen, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zur Steuerung des Hydrauliktriebwerks ein Steuerventil vorgesehen, das an die beiden Anschlussseiten des Hydrauliktriebwerks, einer zu einem Behälter geführten Behälterleitung und an den Druckmittelspeicher angeschlossen ist und die Verbindung einer Anschlussseite mit dem Druckmittelspeicher und der anderen Anschlussseite mit dem Behälter steuert.
Gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung weist das Steuerventil eine Neutralstellung, eine erste Steuerstellung, in der eine erste Anschlussseite des Hydrauliktriebwerks mit einer zu einem Behälter geführten Behälterleitung verbunden ist und eine zweite Anschlussseite des Hydrauliktriebwerks mit einer zu dem Druckmittelspeicher geführten Verbindungsleitung verbunden ist, und eine zweite Steuerstellung auf, in der die erste Anschlussseite des Hydrauliktriebwerks mit der Verbindungsleitung verbunden ist und die zweite Anschlussseite des Hydrauliktriebwerks mit der Behälterleitung verbunden ist. Mit einem derartigen Steuerventil, das entsprechend des Fahrzustandes (Verzögerung bei einem Bremsvorgang/Beschleunigung bei einem Beschleunigungsvorgang) und der Fahrtrichtung in eine entsprechende Steuerstellung beaufschlagt wird, in der eine Anschlussseite des Hydrauliktriebwerks mit dem Druckmittelspeicher verbunden ist, während die andere Anschlussseite des Hydrauliktriebwerks mit dem Behälter in Verbindung steht, kann auf einfache Weise in beiden Fahrtrichtungen bei einem Bremsvorgang des Fahrzeugs eine Energierückgewinnung erfolgen und der Druckmittelspeicher in einem Pumpenbetrieb des Hydrauliktriebwerks mit Druckmittel aufgeladen werden sowie bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs im Motorbetrieb des Hydrauliktriebwerks an die Radwelle ein beschleunigendes Zusatzdrehmoment abgegeben werden.
Mit besonderem Vorteil weist die Neutralstellung des Steuerventils eine Kurzschlussverbindung auf, in der die beiden Anschlussseiten des Hydrauliktriebwerks miteinander verbunden sind. In der Neutralstellung wird somit das Hydrauliktriebwerk in einem drucklosen, verlustarmen Umlauf betrieben, so dass im Fahrbetrieb bei nicht aktiver Energieversorgungseinrichtung das im Umlauf mitrotierende Hydrauliktriebwerk geringe Verluste verursacht.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung weist das Steuerventil eine erste Steuerstellung, in der eine erste Anschlussseite des Hydrauliktriebwerks mit der zu dem Behälter geführten Behälterleitung verbunden ist und eine zweite Anschlussseite des Hydrauliktriebwerks mit einer zu einem Behälter geführten Druckmittelleitung verbunden ist, in der eine Zulaufdrossel angeordnet ist, und eine zweite Steuerstellung auf, in der die erste Anschlussseite des Hydrauliktriebwerks mit der Druckmittelleitung und die zweite Anschlussseite des Hydrauliktriebwerks mit der Behälterleitung verbunden ist. Mit einem derartigen Steuerventil, das entsprechend des Fahrzustandes (Verzögerung bei einem Bremsvorgang/Beschleunigung bei einem Beschleunigungsvorgang) und der Fahrtrichtung in eine entsprechende Steuerstellung beaufschlagt wird, kann mit geringem Bauaufwand für das Steuerventil in beiden Fahrtrichtungen eine Energierückgewinnung im Bremsbetrieb und eine Abgabe eines Zusatzdrehmoment in einem Beschleunigungsvorgang erzielt werden. In den Steuerstellungen wird außerhalb der Energierückgewinnung und außerhalb der Abgabe eines unterstützenden Zusatzdrehmoment bei einem Beschleunigungsvorgang weiterhin der durch das Hydrauliktriebwerk geförderte Volumenstrom durch die Zulaufdrossel in der mit der Einlassseite des Hydrauliktriebwerks verbundenen Druckmittelleitung begrenzt, so dass das Hydrauliktriebwerk lediglich eine geringe Umlaufmenge zur Kühlung und Schmierung des Hydrauliktriebwerks fördert und das Hydrauliktriebwerk bei nicht aktiver Energieversorgungseinrichtung geringe Verluste verursacht.
Mit besonderem Vorteil ist in der Druckmittelleitung ein Sperrventil angeordnet, insbesondere ein in Richtung zu dem Behälter sperrendes Rückschlagventil, und ist eine mit dem Druckmittelspeicher in Verbindung stehende Verbindungsleitung an die Druckmittelleitung zwischen dem Steuerventil und dem Sperrventil angeschlossen. Mit einem derartigen Sperrventil kann auf einfache Weise die Verbindung des Druckmittelspeichers mit dem Steuerventil durch den Anschluss der Verbindungsleitung an die Druckmittelleitung durchgeführt werden, wobei das Sperrventil ein Ansaugen von Druckmittel des im Umlauf betriebenen Hydrauliktriebwerks aus dem Behälter ermöglicht und bei Abgabe eines Zusatzdrehmoment ein Abströmen des aus dem Druckmittelspeicher dem Hydrauliktriebwerk zuströmenden Druckmittels über die Druckmittelleitung in den Behälter verhindert.
Mit besonderem Vorteil ist die Verbindung der Verbindungsleitung mit dem Druckmittelspeicher mit einem weiteren Steuerventil gesteuert. Mit einem derartigen Steuerventil kann auf einfache Weise bei einem mittels einer Verbindungsleitung mit dem Steuerventil bzw. der Druckmittelleitung angeschlossenen Druckmittelspeicher zwischen den Betriebszuständen Energierückgewinnung bei einem Bremsvorgang und Abgabe eines Zusatzdrehmoments bei einem Beschleunigungsvorgang umgeschaltet werden.
Das weitere Steuerventil weist gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung eine Sperrstellung, eine Ladestellung und eine Entladestellung auf.
Zweckmäßigerweise steht die Verbindungsleitung mit einer Ladeleitung und einer Entladeleitung in Verbindung, die an das Steuerventil angeschlossen sind, wobei in der Ladestellung die Ladeleitung mit dem Druckmittelspeicher verbunden ist und in der Entladestellung die Entladeleitung mit dem Druckmittelspeicher verbunden ist. Hierdurch kann mit einem Steuerventil, das eine Sperrstellung, eine Ladestellung und eine Entladestellung aufweist, auf einfache Weise im Bremsbetrieb in der Ladestellung eine Energierückgewinnung und ein Laden des Speichers im Pumpenbetrieb des Hydrauliktriebwerks erzielt werden sowie bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs in der Entladestellung und einem Motorbetrieb des Hydrauliktriebwerks die Abgabe eines Zusatzdrehmoments an den Radwellen erzielt werden.
Das weitere Steuerventil weist gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung eine Sperrstellung und eine Entladestellung auf, wobei die Sperrstellung mit einem in Richtung zum Druckmittelspeicher öffnenden Rückschlagventil versehen ist. Mit einem derartigen Steuerventil kann in der Sperrstellung über das öffnende Rückschlagventil auf einfache Weise der Druckmittelspeicher mit dem von dem Hydrauliktriebwerk im Pumpenbetrieb geförderten Druckmittel aufgeladen werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das Fahrzeug eine Arbeitshydraulik und eine die Arbeitshydraulik mit Druckmittel versorgende Arbeitshydraulikpumpe auf, die zusätzlich zu dem im Pumpenbetrieb betriebenen Hydrauliktriebwerk zum Laden des Druckmittelspeichers dient. Das Laden des Druckmittelspeichers bei einem Bremsvorgang kann hierbei gleichzeitig mit dem im Pumpenbetrieb betriebenen Hydrauliktriebwerk in der Antriebsachse und der Arbeitshydraulikpumpe erfolgen. Zudem kann mit der Arbeitshydraulikpumpe auch außerhalb eines Bremsvorgangs der Druckmittelspeicher mit primärseitig, von einem die Arbeitshydraulikpumpe antreibenden Antriebsmotor des Fahrzeugs zur Verfügung gestellten Energie aufgeladen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Arbeitshydraulikpumpe zur Versorgung der im Motorbetrieb betrieben Hydrauliktriebwerke auf die Hydrauliktriebwerke aufschaltbar. Hierdurch kann die Zugkraft des Fahrzeugs unabhängig von dem Speicherladedruck des Druckmittelspeichers gesteigert werden, entsprechend dem von der Arbeitshydraulikpumpe gelieferten Druck und dem Schluckvolumen der im Motorbetrieb betriebenen Hydrauliktriebwerke. Diese ermöglicht es, bei gleicher Zugkraft das Verdrängervolumen der Fahrmotoren zu verringern. Zudem wird hierdurch ermöglicht, die Endfahrgeschwindigkeit bei verringerter Drehzahl eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs zu erreichen, wodurch der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors verringert werden kann.
Gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung ist hierzu eine Förderleitung der Arbeitshydraulikpumpe an die Ladeleitung angeschlossen, wobei in der Förderleitung und in der Ladeleitung stromauf des Anschlusses der Förderleitung an die Ladeleitung jeweils ein Sperrventil, insbesondere ein in Richtung zum weiteren Steuerventil öffnendes Rückschlagventil, angeordnet ist. Mit derartigen Sperrventilen in der Förderleitung der Arbeitshydraulikpumpe und der Ladeleitung kann auf einfache Weise erzielt und sichergestellt werden, dass der jeweilige von der Arbeitshydraulikpumpe bzw. dem als Pumpe arbeitenden Hydrauliktriebwerk geförderte Druckmittelstrom in den Druckmittelspeicher gefördert wird, um den Druckmittelspeicher aufzuladen, und ein Entweichen des im Druckmittelspeicher befindlichen Druckmittels über die Förderleitung bzw. die Ladeleitung verhindert werden.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung ist eine Förderleitung der Arbeitshydraulikpumpe an den Druckmittelspeicher angeschlossen, wobei in der Förderleitung ein Sperrventil, insbesondere ein in Richtung zum Druckmittelspeicher öffnendes Rückschlagventil, angeordnet ist. Mit einem derartigen Sperrventil in der an den Druckmittelspeicher angeschlossenen Förderleitung der Arbeitshydraulikpumpe kann auf einfache Weise erzielt und sichergestellt werden, dass der jeweilige von der Arbeitshydraulikpumpe geförderte Druckmittelstrom in den Druckmittelspeicher gefördert wird, um den Druckmittelspeicher aufzuladen, und ein Entweichen des im Druckmittelspeicher befindlichen Druckmittels über die Förderleitung verhindert wird.
Das Steuerventil und das weitere Steuerventil sind bevorzugt elektrisch oder elektrohydraulisch betätigbar. Hierdurch kann auf einfache Weise das Steuerventil und das weitere Steuerventil in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung und des Fahrzustandes des Fahrzeugs angesteuert und betätigt werden.
Das Steuerventil und das weitere Steuerventil können jeweils als Schaltventile oder als in Zwischenstellungen drosselnde Steuerventile ausgebildet sein.
Bevorzugt sind das Steuerventil und das weitere Steuerventil mittels einer elektronischen Steuereinrichtung ansteuerbar, wobei die Steuereinrichtung das Steuerventil und das weitere Steuerventil in Abhängigkeit von einem oder mehreren der folgenden Größen ansteuert:

• Bewegungsrichtung des Fahrzeugs
• Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs
• Fahrzustand (Verzögerung, Beschleunigung, Normalfahrt)
• Speicherladedruck des Druckmittelspeichers
• Drehzahl eines Antriebsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, des Fahrzeugs
• Lenkwinkel des Fahrzeugs
• Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs (Stellung eines Fahr- bzw. Bremspedals)

Mit einer elektronischen Steuereinrichtung kann auf einfache Weise eine Ansteuerung des Steuerventils und des weiteren Steuerventils entsprechend einer Ansteuerlogik durchgeführt werden, um durch die Energierückgewinnung der Bremsenergie und die Abgabe eines Zusatzdrehmoments an den Radwellen den bevorzugt als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor des Fahrzeugs mit möglichst geringem Kraftstoffverbrauch und somit Energieverbrauch zu betrieben.
Hinsichtlich eines geringen Bauaufwandes und eines geringen Bauraumbedarfs ergeben sich weitere Vorteile, wenn das Steuerventil und/oder weitere Steuerventil und/oder der Druckmittelspeicher an der Antriebsachse angebaut oder in die Antriebsachse integriert sind. Hierdurch kann eine Bauweise erzielt werden, bei der der Druckmittelspeicher und/oder die erforderlichen Steuerventile als weitere Komponenten der Energierückgewinnungseinrichtung an der Antriebsachse angeordnet bzw. in die Antriebsachse eingebaut sind, so dass sich weitere Vorteile hinsichtlich eines geringen Bauraumbedarfs, eines einfachen Verrohrungsaufwandes und somit eines geringen Bauaufwandes der Energierückgewinnungseirichtung ergeben.
Der Fahrantrieb kann als elektrischer Fahrantrieb ausgebildet sein und der Fahrmotor als elektrischer Fahrmotor ausgebildet sein, der zur Versorgung mit elektrischer Energie mit einem Generator in Verbindung steht, der von einem Antriebsmotor, insbesondere einem Verbrennungsmotor, des Fahrzeugs angetrieben ist. Mit der erfindungsgemäßen Antriebsachse, die mindesten eines elektrischen Fahrmotor eines elektrischen Fahrantriebs und ein zusätzliches Hydrauliktriebwerk der Energierückgewinnungseinrichtung beinhaltet, kann auf einfache Weise und mit geringem Bauaufwand bei einem Fahrzeug mit einem verbrennungsmotorischelektrischen Fahrantrieb eine Energierückgewinnung und ein Zusatzantrieb erzielt werden, der keine aufwändige und teure elektrische Energiespeicher, beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie oder Ultracups, erfordert.
Alternativ kann der Fahrantriebs als hydrostatischer Fahrantrieb ausgebildet sein und der Fahrmotor von einem hydrostatischen Fahrmotor gebildet sein, der im geschlossenen Kreislauf an eine Pumpe angeschlossen ist, die von einem Antriebsmotor, insbesondere einem Verbrennungsmotor, des Fahrzeugs angetrieben ist. Mit dem in die Antriebdachse zusätzlich eingebauten Hydrauliktriebwerk kann bei einem Fahrzeug mit einem hydrostatischen Fahrantrieb auf einfache Weise eine Energierückgewinnung und ein Zusatzantrieb zur Unterstützung des Fahrantriebs während eines Beschleunigungsvorgangs erzielt werden.
Die hydrostatischen Fahrmotoren und die Hydrauliktriebwerke können von getrennten Triebwerken gebildet werden, die in die Antriebsachse eingebaut sind. Sofern gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die hydrostatischen Fahrmotoren und die Hydrauliktriebwerke von Zweikreistriebwerken gebildet sind, kann die Funktion des hydrostatischen Fahrmotors und die Funktion des Hydrauliktriebwerks für die Energierückgewinnung im Bremsbetrieb und die Leistungsabgabe an das Antriebsrad während eines Beschleunigungsvorgangs in einem einzigen Triebwerk vereint werden, wodurch sich eine weitere Verringerung des Bauraumbedarfs erzielen lässt.
Das Hydrauliktriebwerk kann von gängigen Triebwerken gebildet werden, die in beiden Drehrichtungen als Pumpe oder Motor betreibbar sind. Hinsichtlich eines geringen Bauaufwandes ergeben sich Vorteile, wenn das Hydrauliktriebwerk als Zahnradmaschine, insbesondere Innenzahnradmaschine, ausgebildet ist. Derartige Zahnradmaschinen weisen weiterhin einen geringen Bauraumbedarf auf und können auf einfache Weise in die Antriebsachse eingebaut werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
1 eine erste Ausführungsform der Erfindung,
2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung und
4 eine vierte Ausführungsform der Erfindung.
In der 1 ist eine Prinzipdarstellung eines Antriebsstrangs 1 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs, beispielsweise einer als Flurförderzeug ausgebildeten mobilen Arbeitsmaschine, mit einer erfindungsgemäßen Antriebsachse 2 in einer Prinzipdarstellung dargestellt.
Der Antriebsstrang 1 besteht aus einem als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor 3, beispielsweise einem Dieselmotor, einem von dem Antriebsmotor 3 angetriebenen Fahrantrieb 4 sowie einem von dem Antriebsmotor 3 angetriebenen Arbeitshydrauliksystem 5.
Der Fahrantrieb 4 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als hydrostatischer Fahrantrieb ausgebildet, der aus einer im Fördervolumen verstellbaren Fahrpumpe 6 als Primäreinheit P besteht, die zum Antrieb mittels einer Abtriebswelle 9 des Antriebsmotors 3 trieblich verbunden ist. Die Fahrpumpe 6 steht mit einem oder mehreren im Schluckvolumen festen oder verstellbaren hydrostatischen Fahrmotoren 7a, 7b als Sekundäreinheiten S im geschlossenen Kreislauf in Verbindung. Die Fahrmotoren 7a, 7b sind in der Antriebsachse 2 eingebaut und stehen jeweils mit einem Antriebsrad 8a, 8b in trieblicher Verbindung, das jeweils an einem Achsende der Antriebsachse 2 angeordnet ist. Die dargestellte Antriebsachse 2 ist als sogenannte Zweimotorenachse ausgebildet, bei der die Fahrmotoren 7a, 7b jeweils als Radmotoren ausgebildet sind, die ein Antriebsrad 8a, 8b antreiben.
Der Fahrantrieb 4 kann alternativ als elektrischer Fahrantrieb mit einem von dem Verbrennungsmotor 3 angetriebenen elektrischen Generator als Primäreinheit und einem oder mehreren elektrischen Fahrmotoren als Sekundäreinheit gebildet werden. Zudem kann als Fahrantrieb ein mechanischer Fahrantrieb mit einem mechanischen Getriebe, beispielsweise einem Stufenschaltgetriebe oder einem Leistungsverzweigungsgetriebe oder einem Drehmomentwandlergetriebe vorgesehen werden.
Das Arbeitshydrauliksystem 5 umfasst Arbeitsfunktionen der Arbeitsmaschine, beispielsweise bei einem Flurförderzeug eine Arbeitshydraulik zum Betätigen eines Lastaufnahmemittels an einem Hubmast, die in der Regel einen Hubantrieb, einen Neigeantrieb des Hubmastes und gegebenenfalls einen oder mehrere Zusatzverbraucher umfasst, beispielsweise eine Seitenschiebereinrichtung des Lastaufnahmemittels.
Das Arbeitshydrauliksystem 5 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel mindestens eine im offenen Kreislauf betriebene Hydraulikpumpe 10, die zum Antrieb mit der Antriebswelle 9 verbunden ist. Die Hydraulikpumpe 10 des Arbeitshydrauliksystems 5 kann als im Fördervolumen konstante Pumpe oder als im Fördervolumen verstellbare Pumpe ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Hydraulikpumpe 10 des Arbeitshydrauliksystems 5 als einseitig im Fördervolumen verstellbare Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise ausgebildet.
Die Hydraulikpumpe 10 steht eingangsseitig mit der Saugseite mittels einer Ansaugleitung 11 mit einem Behälter 12 in Verbindung. Eine ausgangsseitig an die Förderseite der Hydraulikpumpe 10 angeschlossene Förderleitung 13 ist an eine Steuerventileinrichtung 14 angeschlossen, mittels der die nicht näher dargestellten hydraulischen Verbraucher des Arbeitshydrauliksystems 5 steuerbar sind. Die Steuerventileinrichtung 14 umfasst bevorzugt ein oder mehrere Wegeventile zur Betätigung der Verbraucher. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiterhin ein Prioritätsventil 15 dargestellt, mit dem die bevorzugte Versorgung eines von der Hydraulikpumpe 10 versorgten Verbrauchers, beispielsweise einer hydraulischen Lenkungseinrichtung, des Fahrzeugs sichergestellt werden kann.
Der Antriebsstrang 1 umfasst weiterhin eine als Speisepumpe ausgebildete Zusatzpumpe 16, die zum Antrieb mit der Abtriebswelle 9 verbunden ist. Die Zusatzpumpe 16 ist als im Fördervolumen feste Konstantpumpe ausgebildet, die im offenen Kreislauf betrieben ist. Die Zusatzpumpe 16 steht hierzu mit der Eingangsseite über eine Ansaugleitung mit dem Behälter 12 in Verbindung und fördert in eine Speisedruckleitung 17, an die die entsprechenden Verbraucher des Speisekreislauf angeschlossen sind, beispielsweise Verstelleinrichtungen der Fahrpumpe 6 und der Hydraulikpumpe 10 sowie eine Einspeisevorrichtung des hydrostatischen Fahrantriebs 4 und Vorsteuerventile für die Steuerventile des Arbeitshydrauliksystems 5 und weiterer Steuerventile.
Das Fahrzeug ist weiterhin mit einer Energierückgewinnungseinrichtung 20 versehen, die einen hydraulischen Druckmittelspeicher 21 umfasst, mit der in einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs eine Energierückgewinnung erfolgt, die für einen Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs unterstützend zur Verfügung steht.
Die Energierückgewinnungseinrichtung 20 umfasst weiterhin zwei zusätzliche Hydrauliktriebwerke 22a, 22b, die jeweils in beiden Drehrichtungen als Pumpe und Motor betreibbar sind und die erfindungsgemäß in die Antriebsachse 2 eingebaut und somit integriert sind. Die Hydrauliktriebwerke 22a, 22b sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als Konstantmaschinen mit einem festen Verdrängervolumen ausgebildet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zusätzlichen Hydrauliktriebwerke 22a, 22b – in Längsrichtung der Antriebsachse 2 gesehen – jeweils zwischen dem Fahrmotor 7a, 7b und dem zugeordneten Antriebsrad 8a, 8b angeordnet. Die Fahrmotoren 7a bzw. 7b stehen hierzu jeweils mittels einer Abtriebswelle 23a bzw. 23b in direkter drehfester Verbindung mit dem zugeordneten Hydrauliktriebwerk 22a bzw. 22b. Die Abtriebswellen 24a bzw. 24b der Hydrauliktriebwerke 22a bzw. 22b sind bei dem Ausführungsbeispiel der 1 als Radwellen ausgebildet, die in direkter trieblicher Verbindung mit dem Antriebsrad 8a bzw. 8b stehen.
Die zusätzliche Hydrauliktriebwerke 22a, 22b sind parallel geschaltet und im offenen Kreislauf betrieben und können für den Motorbetrieb bzw. den Pumpenbetrieb mit dem Druckmittelspeicher 21 und dem Behälter 12 in Verbindung gebracht werden.
Zur Steuerung der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b ist ein Steuerventil 30 vorgesehen, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Vier-Anschluss-Drei-Stellungs-Steuerventil ausgebildet ist. Das Steuerventil 30 ist mittels Druckmittelleitungen 31a, 31b mit den beiden Anschlussseiten A1, A2 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b verbunden. Die Druckmittelleitungen 31a ist hierbei zu den Anschlussseiten A1 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b und die Druckmittelleitungen 31b zu den Anschlussseiten A2 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b geführt. Das Steuerventil 30 ist weiterhin an eine zu dem Behälter 12 geführte Behälterleitung 32 und an eine zu dem Druckmittelspeicher 21 geführten Verbindungsleitung 33 angeschlossen.
Das Steuerventil 30 weist eine Neutralstellung 30a, eine erste Steuerstellung 30b, in der die ersten Anschlussseiten A1 der Hydrauliktriebwerk 22a, 22b mit der zu dem Behälter 12 geführten Behälterleitung 32 verbunden sind und die zweiten Anschlussseiten A2 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b mit der zu dem Druckmittelspeicher 21 geführten Verbindungsleitung 33 verbunden sind, und eine zweite Steuerstellung 30c auf, in der die ersten Anschlussseiten A1 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b mit der Verbindungsleitung 33 verbunden sind und die zweiten Anschlussseiten A2 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b mit der Behälterleitung 32 verbunden sind.
Die Neutralstellung 30a des Steuerventils 30 weist eine Kurzschlussverbindung auf, in der die beiden Anschlussseiten A1, A2 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b miteinander verbunden sind und somit kurzgeschlossen sind, so dass die Hydrauliktriebwerke 22a, 22b im drucklosen Umlauf betrieben werden. In der Neutralstellung 30a des Steuerventils besteht zudem eine Verbindung der beiden Anschlussseiten A1, A2 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b mit der Behälterleitung 32.
Das Steuerventil 30 ist mittels Federeinrichtungen 35a, 35b in die als Neutralstellung 30a ausgebildete Mittelstellung beaufschlagt und kann mittels Betätigungseinrichtungen 36a, 36b in Richtung der ersten Steuerstellung 30b sowie der zweiten Steuerstellung 30c betätigt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Steuerventil 30 elektro-hydraulisch betätigbar, wozu eine elektronische Steuereinrichtung 40 zur Ansteuerung der Betätigungseinrichtungen 36a, 36b vorgesehen ist. Die Betätigungseinrichtungen 36a, 36b sind hierzu als elektrisch ansteuerbare Vorsteuerventile ausgebildet, die aus dem in der Speisedruckleitung 17 anstehenden Speisedruck einen Ansteuerdruck zur Betätigung des Steuerventils 30 erzeugen.
Die Verbindung der Verbindungsleitung 33 mit dem Druckmittelspeicher 21 ist mittels eines weiteren Steuerventils 50 gesteuert, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Drei-Anschluss-Drei-Stellungs-Steuerventil ausgebildet ist. Das weitere Steuerventil 50 ist an eine mit der Verbindungsleitung 33 verbundene Ladeleitung 51, eine mit der Verbindungsleitung 33 verbundene Entladeleitung 52 sowie eine zu dem Druckmittelspeicher 21 geführte Leitung 53 angeschlossen. Das weitere Steuerventil 50 weist eine Sperrstellung 50a, eine Ladestellung 50b und eine Entladestellung 50c auf. In der Sperrstellung 50a sind die Leitung 53, die Ladeleitung 51 und die Entladeleitung 52 abgesperrt. In der Ladestellung 50b ist die Ladeleitung 51 mit dem Druckmittelspeicher 21 verbunden und die Entladeleitung 52 abgesperrt. In der Entladestellung 50c ist die Entladeleitung 52 mit dem Druckmittelspeicher 21 verbunden und die Ladeleitung 51 abgesperrt.
Das weitere Steuerventil 50 ist mittels Federeinrichtungen 55a, 55b in die als Sperrstellung 50a ausgebildete Mittelstellung beaufschlagt und kann mittels Betätigungseinrichtungen 56a, 56b in Richtung der ersten Steuerstellung 50b sowie der zweiten Steuerstellung 50c betätigt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Steuerventil 50 elektro-hydraulisch betätigbar, wozu die elektronische Steuereinrichtung 40 zur Ansteuerung der Betätigungseinrichtungen 56a, 56b vorgesehen ist. Die Betätigungseinrichtungen 56a, 56b sind hierzu als elektrisch ansteuerbare Vorsteuerventile ausgebildet, die aus dem in der Speisedruckleitung 17 anstehenden Speisedruck einen Ansteuerdruck zur Betätigung des Steuerventils 50 erzeugen.
Zur Überwachung des Speicherladedruckes und somit des Speicherzustandes ist eine den Speicherladedruck des Druckmittelspeichers 21 erfassende Drucksensoreinrichtung 60 vorgesehen, die mit der elektronischen Steuereinrichtung 40 in Verbindung steht.
Weiterhin ist zur Erfassung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 eine Drehzahlsensoreinrichtung 61 vorgesehen, die mit der elektronischen Steuereinrichtung 40 in Verbindung steht.
Zur Erfassung der Fahrtrichtung und des Fahrzustandes des Fahrzeugs (Verzögerung bei einem Bremsvorgang/Beschleunigung bei einem Beschleunigungsvorgang/Normalfahrt) steht die elektronische Steuereinrichtung 40 mit einer Fahrpedaleinrichtung 62 in Verbindung. Die Fahrpedaleinrichtung 62 kann als Zwei-Pedal-Einrichtung ausgebildet sein, bei dem mit einem ersten Pedal die Vorwärtsfahrt und mit einem zweiten Pedal die Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs gesteuert werden kann, so dass von der elektronische Steuereinrichtung 40 anhand der Betätigung und der Stellung der Fahrpedaleinrichtung 62 die Fahrtrichtung und den Fahrzustand des Fahrzeugs erfasst werden kann. Alternativ kann ein Fahrtrichtungsschalter und ein einzelnes Fahrpedal vorgesehen sein, die mit der elektronischen Steuereinrichtung 40 zur Erfassung der Fahrtrichtung und des Fahrzustandes des Fahrzeugs in Verbindung stehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel steht die elektronische Steuereinrichtung 40 weiterhin mit einem Lenkwinkelsensor 63 in Verbindung, mit dem der Lenkwinkel an einer Lenkachse des Fahrzeugs erfasst werden kann.
In der 2 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Bei der 2 ist gegenüber der 1 – bei die die Fahrmotoren 7a, 7b und die zusätzlichen Hydrauliktriebwerke 22a, 22b als Direktantrieb ohne ein zusätzliches mechanisches Getriebe des entsprechenden Antriebsrades 8a, 8b ausgebildet sind – den Antriebsrädern 8a, 8b jeweils ein mechanisches Untersetzungsgetriebe 65a, 65b vorgeschaltet. Die Hydrauliktriebwerke 22a, 22b sind hierbei im Kraftfluss zwischen dem entsprechenden Fahrmotor 7a, 7b und dem Getriebe 65a, 65b angeordnet.
Die Abtriebswellen 24a bzw. 24b der Hydrauliktriebwerke 22a bzw. 22b stehen hierzu mit jeweils einer Eingangswelle des entsprechenden Untersetzungsgetriebes 65a, 65b in trieblicher Verbindung. Alternativ können die Abtriebswellen 24a bzw. 24b der Hydrauliktriebwerke 22a bzw. 22b direkt als Eingangswellen des entsprechenden Untersetzungsgetriebes 65a, 65b ausgebildet sein. Die Abtriebswellen 66a bzw. 66b des Untersetzungsgetriebes 65a bzw. 65b stehen mit den Radwellen des entsprechenden Antriebsrads 8a bzw. 8b in trieblicher Verbindung bzw. sind direkt als Radwellen des entsprechenden Untersetzungsgetriebes 65a bzw. 65b ausgebildet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß der 2 ist das Untersetzungsgetriebe 65a, 65b jeweils als Planetengetriebe ausgebildet.
In der 3 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Bei der 2 sind gegenüber den 1 und 2 – bei denen die Fahrmotoren 7a, 7b und die zusätzlichen Hydrauliktriebwerke 22a, 22b von eigenständigen Triebwerken gebildet sind – die Funktionen des hydrostatischen Fahrmotors 7a bzw. 7b und des zugeordneten Hydrauliktriebwerks 22a bzw. 22b in einem Triebwerk zusammengefasst, das als Zweikreistriebwerk 70a, 70b ausgebildet ist. Die als Radmotoren ausgebildeten Zweikreistriebwerke 70a, 70b weisen jeweils zwei getrennt mit Druckmittel beaufschlagbare Arbeitskreise auf, wovon ein erster Arbeitskreis an die Druckmittelleitungen des geschlossenen Kreislauf des Fahrantriebs 4 und der zweite Arbeitskreis an die Druckmittelleitungen 31a, 31b angeschlossen ist. Die getrennten Arbeitskreise können beispielsweise von Steuernieren und Kolben gebildet werden, die auf unterschiedlichen Teilkreisen angeordnet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel stehen die Abtriebswellen 24a bzw. 24b des Zweikreistriebwerks 70a bzw. 70b als Direktantrieb direkt mit den Antriebsrädern 8a bzw. 8b in Verbindung bzw. sind als Radwellen ausgebildet. Alternativ kann gemäß der 2 ein Untersetzungsgetriebe 65a, 65b vorgesehen werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der 3 sind die Zweikreistriebwerk 70a, 70b als im Verdrängervolumen konstante Konstantmaschinen ausgebildet. Alternativ können die Zweikreistriebwerk 70a, 70b als stufenlos im Verdrängervolumen verstellbare Verstellmaschinen ausgebildet werden. Die Zweikreistriebwerk 70a, 70b können als einhubige oder mehrhubige Radmotoren ausgebildet sein.
Die Energierückgewinnungseinrichtung der 1 bis 3 arbeitet wie folgt:
Im normalen Fahrbetrieb befindet sich das Steuerventil 30 in der Neutralstellung 30a und das weitere Steuerventil 50 in der Sperrstellung 50a. Die Hydrauliktriebwerke 22a, 22b werden über den Neutralumlauf in der Neutralstellung 30a des Steuerventils 30 in einem drucklosen, verlustarmen Betrieb betrieben.
Bei einer Vorwärtsfahrt stellen die Anschlussseiten A1 die Zulaufseite und die Anschlussseiten A2 die Ablaufseite der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b dar. Zur Energierückgewinnung und Rekuperation der Bremsenergie bei einer Verzögerung in einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs, der von der elektronischen Steuereinrichtung 40 anhand der Betätigung des Fahrpedals 62 erfasst werden kann, wird das Steuerventil 30 in die Steuerstellung 30b und das weitere Steuerventil 50 in die Ladestellung 50b betätigt. Die als Pumpen arbeitenden Hydrauliktriebwerke 22a, 22b saugen daher mit den Anschlussseiten A1 Druckmittel aus dem Behälter 12 und fördern Druckmittel über die Anschlussseiten A2, die Verbindungsleitung 33 und das öffnende Sperrventil 58 in der Ladeleitung 51 in den Druckmittelspeicher 21. Bei einem Beschleunigungsvorgang in Vorwärtsfahrt, der von der elektronischen Steuereinrichtung 40 anhand der Betätigung des Fahrpedals 62 erfasst werden kann, wird das weitere Steuerventil 50 in die Entladestellung 50c und das Steuerventil 30 in die Steuerstellung 30c betätigt. Druckmittel kann somit aus dem Druckmittelspeicher 21 über die Entladeleitung 52 und die Verbindungsleitung 33 zu den Anschlussseiten A1 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b strömen, die als Motoren betrieben werden und ein beschleunigendes Zusatzdrehmoment an die Radwellen der Antriebsräder 8a, 8b abgeben. Die Anschlussseiten A2 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b sind in der Steuerstellung 30c des Steuerventils 30 mit dem Behälter 12 verbunden.
Bei einer Rückwärtsfahrt stellen die Anschlussseiten A2 die Zulaufseite und die Anschlussseiten A1 die Ablaufseite der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b dar. Zur Energierückgewinnung und Rekuperation der Bremsenergie bei einer Verzögerung in einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs, der von der elektronischen Steuereinrichtung 40 anhand der Betätigung des Fahrpedals 62 erfasst werden kann, wird das Steuerventil 30 in die Steuerstellung 30c und das weitere Steuerventil 50 in die Ladestellung 50b betätigt. Die als Pumpen arbeitenden Hydrauliktriebwerke 22a, 22b saugen daher mit den Anschlussseiten A2 Druckmittel aus dem Behälter 12 und fördern Druckmittel über die Anschlussseiten A1, die Verbindungsleitung 33 und das öffnende Sperrventil 58 in der Ladeleitung 51 in den Druckmittelspeicher 21. Bei einem Beschleunigungsvorgang in Rückwärtsfahrt, der von der elektronischen Steuereinrichtung 40 anhand der Betätigung des Fahrpedals 62 erfasst werden kann, wird das weitere Steuerventil 50 in die Entladestellung 50c und das Steuerventil 30 in die Steuerstellung 30b betätigt. Druckmittel kann somit aus dem Druckmittelspeicher 21 über die Entladeleitung 52 und die Verbindungsleitung 33 zu den Anschlussseiten A2 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b strömen, die als Motoren betrieben werden und ein beschleunigendes Zusatzdrehmoment an die Radwellen der Antriebsräder 8a, 8b abgeben. Die Anschlussseiten A1 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b sind in der Steuerstellung 30b des Steuerventils 30 mit dem Behälter 12 verbunden.
In der 4 ist eine vierte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind.
Zur Steuerung der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b ist ein Steuerventil 130 vorgesehen, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Vier-Anschluss-Zwei-Stellungs-Steuerventil ausgebildet ist.
Das Steuerventil 130 ist an die Druckmittelleitungen 31a, 31b angeschlossen und steht mit der zu dem Behälter 12 geführten Behälterleitung 32 und einer ebenfalls mit dem Behälter 12 in Verbindung stehenden Druckmittelleitung 131 in Verbindung, in der eine Zulaufdrossel 132 angeordnet ist. Die Druckmittelleitung 131 ist in dem Ausführungsbeispiel der 4 an die Behälterleitung 32 angeschlossen.
In der Druckmittelleitung 131 ein weiterhin ein Sperrventil 133 angeordnet, das bevorzugt als in Richtung zu dem Behälter 12 sperrendes Rückschlagventil ausgebildet ist. Die mit dem Druckmittelspeicher 21 in Verbindung stehende Verbindungsleitung 33 ist an die Druckmittelleitung 131 zwischen dem Steuerventil 130 und dem Sperrventil 133 angeschlossen.
Das Steuerventile 130 weist eine erste Steuerstellung 130a auf, in der die erste Anschlussseite A1 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b mit der Behälterleitung 32 verbunden ist und die zweite Anschlussseite A2 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b mit der Druckmittelleitung 131 verbunden ist, und eine zweite Steuerstellung 130b aufweist, in der die erste Anschlussseite A1 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b mit der Druckmittelleitung 131 und die zweite Anschlussseite A2 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b mit der Behälterleitung 32 verbunden sind.
Das Steuerventil 130 ist mittels einer Federeinrichtung 135 im dargestellten Ausführungsbeispiel in die Steuerstellung 130a beaufschlagt und kann mittels einer Betätigungseinrichtung 136 in Richtung der Steuerstellung 130b betätigt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Steuerventil 130 elektro-hydraulisch betätigbar, wozu die elektronische Steuereinrichtung 40 zur Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 136 vorgesehen ist. Die Betätigungseinrichtung 136 ist hierzu als elektrisch ansteuerbares Vorsteuerventil ausgebildet, das aus dem in der Speisedruckleitung 17 anstehenden Speisedruck einen Ansteuerdruck zur Betätigung des Steuerventils 130 erzeugt.
Die Verbindung der Verbindungsleitung 33 mit dem Druckmittelspeicher 21 ist mittels eines weiteren Steuerventils 150 gesteuert, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Zwei-Anschluss-Zwei-Stellungs-Steuerventil ausgebildet ist. Das weitere Schaltventil 150 weist eine Sperrstellung 150a als Ladestellung und eine Entladestellung 150b auf. In der Sperrstellung 150a ist das Steuerventil 150 mit einem in Richtung zum Druckmittelspeicher 21 öffnenden Rückschlagventil 151 versehen.
Das Steuerventil 150 ist mittels einer Federeinrichtung 155 im dargestellten Ausführungsbeispiel in die Sperrstellung 150a beaufschlagt und kann mittels einer Betätigungseinrichtung 156 in Richtung der Entladestellung 150b betätigt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Steuerventil 150 elektro-hydraulisch betätigbar, wozu die elektronische Steuereinrichtung 40 zur Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 156 vorgesehen ist. Die Betätigungseinrichtung 156 ist hierzu als elektrisch ansteuerbares Vorsteuerventil ausgebildet, das aus dem in der Speisedruckleitung 17 anstehenden Speisedruck einen Ansteuerdruck zur Betätigung des Steuerventils 150 erzeugt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 ist die Förderleitung 13 der Arbeitshydraulikpumpe 10, in der das Sperrventil 57, insbesondere ein in Richtung zum Druckmittelspeicher 21 öffnendes Rückschlagventil, angeordnet ist, direkt an den Druckmittelspeicher 21 angeschlossen.
In der 4 ist das Steuerventil 130 mit der Zulaufdrossel 132 und dem Sperrventil 133 in einem durch die gestrichelte Linien dargestellten Gehäuse 160 angeordnet, das an der Antriebachse 2 angeordnet bzw. in die Antriebsachse 2 eingebaut werden kann.
Das weitere Steuerventil 150 und der Druckmittelspeicher 21 sind zu einer durch die gestrichelte Linien dargestellten Baueinheit 161 zusammengefasst, die an dem Gehäuse 160 und somit der Antriebsachse 2 angebaut ist.
Die Energierückgewinnungseinrichtung der 4 arbeitet wie folgt:
Im normalen Fahrbetrieb und außerhalb einer Rekuperation der Bremsenergie sowie außerhalb der Abgabe eines Zusatzdrehmoment im Motorbetrieb der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b befindet sich das Steuerventil 130 je nach Fahrtrichtung in der Steuerstellung 130a bzw. der Steuerstellung 130b und das weitere Steuerventil 150 in der Sperrstellung 150a, so dass die jeweiligen Einlassseiten der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b mit der mit der Zulaufdrossel 132 versehenen Druckmittelleitung 131 in Verbindung stehen und die Auslassseiten der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b mit der Behälterleitung 32 verbunden sind. Der von den mitangetriebenen Hydrauliktriebwerken 22a, 22b im drucklosen Umlauf geförderte Volumenstrom wird von der Zulaufdrossel 132 begrenzt, so dass die Hydrauliktriebwerken 22a, 22b lediglich einen geringen Volumenstrom zur Kühlung und Schmierung der Hydrauliktriebwerke fördern. Das in der Sperrstellung 150a befindliche Steuerventil 150 sperrt mit dem Rückschlagventil 151 den Druckmittelspeicher 21 ab.
Bei einer Vorwärtsfahrt stellen die Anschlussseiten A1 die Zulaufseite und die Anschlussseiten A2 die Ablaufseite der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b dar. Zur Energierückgewinnung und Rekuperation der Bremsenergie bei einer Verzögerung in einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs, der von der elektronischen Steuereinrichtung 40 anhand der Betätigung des Fahrpedals 62 erfasst werden kann, wird das Steuerventil 130 in die Steuerstellung 130a betätigt. Das weitere Steuerventil 150 verbleibt in der als Ladestellung ausgebildeten Sperrstellung 150b. Die als Pumpen arbeitenden Hydrauliktriebwerke 22a, 22b saugen daher mit den Anschlussseiten A1 über die Behälterleitung 32 Druckmittel aus dem Behälter 12 und fördern Druckmittel über die Anschlussseiten A2, die Verbindungsleitung 33 und das öffnende Rückschlagventil 151 in den Druckmittelspeicher 21. Das Sperrventil 133 in der Druckmittelleitung 131 verhindert ein Abströmen des von den Hydrauliktriebwerken 22a, 22b geförderten Druckmittels zum Behälter 12. Bei einem Beschleunigungsvorgang in Vorwärtsfahrt, der von der elektronischen Steuereinrichtung 40 anhand der Betätigung des Fahrpedals 62 erfasst werden kann, wird das weitere Steuerventil 150 in die Entladestellung 150b und das Steuerventil 130 in die Steuerstellung 130b betätigt. Druckmittel kann somit aus dem Druckmittelspeicher 21 über die Verbindungsleitung 33 zu den Anschlussseiten A1 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b strömen, die als Motoren betrieben werden und ein beschleunigendes Zusatzdrehmoment an die Radwellen der Antriebsräder 8a, 8b abgeben. Die Anschlussseiten A2 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b sind in der Steuerstellung 130b des Steuerventils 130 mit dem Behälter 12 verbunden.
Bei einer Rückwärtsfahrt stellen die Anschlussseiten A2 die Zulaufseite und die Anschlussseiten A1 die Ablaufseite der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b dar. Zur Energierückgewinnung und Rekuperation der Bremsenergie bei einer Verzögerung in einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs, der von der elektronischen Steuereinrichtung 40 anhand der Betätigung des Fahrpedals 62 erfasst werden kann, wird das Steuerventil 130 in die Steuerstellung 130b betätigt. Das weitere Steuerventil 150 verbleibt in der als Ladestellung ausgebildeten Sperrstellung 150b betätigt. Die als Pumpen arbeitenden Hydrauliktriebwerke 22a, 22b saugen daher mit den Anschlussseiten A2 Druckmittel aus dem Behälter 12 und fördern Druckmittel über die Anschlussseiten A1, die Verbindungsleitung 33 und das öffnende Rückschlagventil 151 in den Druckmittelspeicher 21. Bei einem Beschleunigungsvorgang in Rückwärtsfahrt, der von der elektronischen Steuereinrichtung 40 anhand der Betätigung des Fahrpedals 62 erfasst werden kann, wird das weitere Steuerventil 150 in die Entladestellung 150b und das Steuerventil 130 in die Steuerstellung 130a betätigt. Druckmittel kann somit aus dem Druckmittelspeicher 21 über die Verbindungsleitung 33 zu den Anschlussseiten A2 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b strömen, die als Motoren betrieben werden und ein beschleunigendes Zusatzdrehmoment an die Radwellen der Antriebsräder 8a, 8b abgeben. Die Anschlussseiten A1 der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b sind in der Steuerstellung 130a des Steuerventils 130 mit dem Behälter 12 verbunden.
Bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 kann in einem Bremsbetrieb der Druckmittelspeicher 21 zusätzlich mittels der Hydraulikpumpe 10 des Arbeitshydrauliksystems 5 mit Druckmittel geladen werden, so dass in einem Bremsbetrieb bei einer Verzögerung des Fahrzeugs der Druckmittelspeicher 21 über die als Pumpen arbeitenden Hydrauliktriebwerke 22a, 22b und die Hydraulikpumpe 10 mit Druckmittel geladen wird. Beim Abbremsen des Fahrzeugs über den Fahrantrieb 4 arbeitet die von der Fahrpumpe 6 gebildete Primäreinheit P als Motor, der von den als Pumpen arbeitenden Fahrmotoren 7a, 7b angetrieben wird und der die Hydraulikpumpe 10 des Arbeitshydrauliksystems 5 antreibt, so dass über das in die Ladestellung 50a befindliche Steuerventil 50 der 1 bis 3 bzw. des Sperrventils 57 der 4 der Druckmittelspeicher 21 mit Druckmittel aufgeladen werden kann. Die Sperrventile 57, 58 der 1 bis 3 bzw. das Sperrventil 57 und das Rückschlagventil 151 der 4 stellen sicher, dass im Bremsbetrieb der von der Hydraulikpumpe 10 bzw. den als Pumpen arbeitenden Hydrauliktriebwerken 22a, 22b geförderte Druckmittelstrom zum Druckmittelspeicher 21 gefördert wird. Die Hydraulikpumpe 10 arbeitet somit als hydraulischer Retarder, die ein Bremsmoment an der Antriebswelle 9 erzeugt und eine zusätzliche Rekuperation von kinetischer Bremsenergie in den Druckmittelspeicher 21 ermöglicht.
Alternativ oder zusätzlich zu einer derartigen Rekuperation von kinetischer Energie während eines Bremsvorgangs durch Betrieb der Hydraulikpumpe 10 und der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b kann das Laden des Druckmittelspeichers 21 ebenfalls bei einer von dem Verbrennungsmotor 3 angetriebenen Hydraulikpumpe 10 außerhalb eines Rekuperationszeitraums erfolgen, wodurch der Druckmittelspeicher 21 aus primärseitig, von dem Verbrennungsmotor 3 zur Verfügung gestellten Energie mit Druckmittel aufgeladen werden kann.
Die erfindungsgemäße Antriebsachse 2 weist eine Reihe von Vorteilen auf.
Die Anordnung der zusätzlichen Hydrauliktriebwerke 22a, 22b der Energierückgewinnungseinrichtung 20 in der Antriebsachse 2 zwischen dem Fahrmotor 7a bzw. 7b und dem entsprechenden angetriebenen Antriebsrad 8a bzw. 8b ermöglicht es, den Volumenstrom im Pumpenbetrieb der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b zum Rekuperieren der Bremsenergie und im Motorbetrieb der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b zum Beschleunigen des Fahrzeugs verlustarm direkt an den Radwellen der Abtriebsräder 8a, 8b (1, 3 und 4) bzw. direkt hinter den Untersetzungsgetrieben 65a, 65b (2) zu generieren bzw. abzugeben, so dass eine energieefiziente Energierückgewinnungseinrichtung 20 erzielt wird, die einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Mit der erfindungsgemäßen Energierückgewinnungseinrichtung 20 wird somit eine deutliche Verringerung des Kraftstoffverbrauchs eines als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotors 2 des Fahrzeugs ermöglicht.
Die Integration und der Einbau der zusätzlichen Hydrauliktriebwerke 22a, 22b in die Antriebsachse 2 führt zu einem geringen Bauaufwand und Bauraumbedarf der Energierückgewinnungseinrichtung 20.
Das von der Hydrauliktriebwerken 22a, 22b im Motorbetrieb erzeugte Zusatzdrehmoment kann zum Downsizing des Verbrennungsmotor 3 genutzt werden oder zu einer Erhöhung der Fahrleistung des Fahrantriebs 4 und/oder somit zu einer Erhöhung der Umschlagsleistung des Fahrzeugs genutzt werden.
Durch die Integration der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b in die Antriebsachse 2 hinter das Untersetzungsgetriebe 65a, 65b wird erzielt, dass mit klein bauenden Hydrauliktriebwerken 22a, 22b, die lediglich ein geringes Verdrängervolumen aufweisen, bei einem entsprechenden Druckbereich des Druckmittelspeichers 21 ein der Fahrzeugmasse angemessenes Drehmoment im Bremsbetrieb aufgenommen bzw. bei einem Beschleunigungsvorgang abgegeben werden kann.
Der zusätzliche Ladebetrieb des Druckmittelspeichers 21 in einem Bremsbetrieb durch die Hydraulikpumpe 10 des Arbeitshydrauliksystems 5 ermöglicht es, die geförderte Druckmittelmenge in dem Druckmittelspeicher 21 zu erhöhen, so dass der Zeitraum, in dem mit den als Motoren betriebenen Hydrauliktriebwerken 22a, 22b ein Zusatzdrehmoment an den Antriebsrädern 8a, 8b abgegeben wird, vergrößert werden kann. Hierdurch kann eine weitere Senkung des Kraftstoffverbrauchs eines Fahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Antriebsachse 2 erzielt werden.
Bei der Erfindung wird durch die als Pumpen betriebenen Hydrauliktriebwerke 22a, 22b bei einer Verzögerung des Fahrzeugs in einem Bremsbetrieb durch die Retarderfunktion der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b weiterhin das zur Verfügung stehende Bremsmoment im Antriebsstrang erhöht und somit die Verzögerung des Fahrzeugs gesteigert. Mit den Hydrauliktriebwerken 22a, 22b kann somit zusätzlich zu der installierten und auf das Arbeitshydrauliksystem 5 ausgelegten Leistung der Hydraulikpumpe 10 eine zusätzliche Bremsleistung erzeugt werden, wobei insbesondere Fahrzeuge mit einem hohen Einsatzgewicht ohne Vergrößerung der Fördermenge der Hydraulikpumpe 10 des Arbeitshydrauliksystems 5 verzögert und rekuperierend abgebremst werden können. Insbesondere bei einem nicht ausreichenden Bremsmoment der als Retarder dienenden Hydraulikpumpe 10 des Arbeitshydrauliksystems 5 kann somit auf einfache Weise mit den zusätzlichen Hydrauliktriebwerken 22a, 22b ein zusätzliches Bremsmoment im Antriebsstrang 1 erzeugt werden. Durch die als Zusatzretarder wirkenden zusätzliche Hydrauliktriebwerke 22a, 22b besteht somit die Möglichkeit, mit einer im Fördervolumen kleineren Hydraulikpumpe 10 zur Versorgung des Arbeitshydrauliksystems 5 ein im Verhältnis schweres Fahrzeug durch Laden des Druckmittelspeichers 21 rekuperierend abzubremsen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung der zusätzlichen Hydrauliktriebwerke 22a, 22b in der Antriebsachse 2 besteht darin, dass durch die zusätzlichen Hydrauliktriebwerke 22a, 22b im Motorbetrieb, in dem die Hydrauliktriebwerke 22a, 22b mit Druckmittel angetrieben werden, die Zugkraft des Fahrzeugs erhöht und gesteigert wird. Diese ermöglicht es, bei gleicher Zugkraft das Verdrängervolumen der Fahrmotoren 7a, 7b zu verringern. Zudem wird hierdurch ermöglicht, die Endfahrgeschwindigkeit bei verringerter Drehzahl des Verbrennungsmotors zu erreichen, wodurch der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors weiter verringert werden kann. Bei der Erfindung kann in der Entladestellung 150b des Steuerventils 150 der 4 die Hydraulikpumpe 10 des Arbeitshydrauliksystems 5 zur Versorgung der im Motorbetrieb betrieben Hydrauliktriebwerke 22a, 22b auf die Hydrauliktriebwerke 22a, 22b aufgeschaltet werden, beispielswiese beim Anfahren des Fahrzeugs. Hierdurch kann die Zugkraft des Fahrzeugs unabhängig von dem Speicherladedruck des Druckmittelspeichers 21 gesteigert werden, entsprechend dem von der Hydraulikpumpe 10 gelieferten Druck und dem Schluckvolumen der Hydrauliktriebwerke 22a, 22b.
Sofern die Fahrmotoren 7a, 7b und/oder die zusätzlichen Hydrauliktriebwerke 22a, 22b als im Verdrängervolumen stufenlos verstellbare Verstellmaschinen ausgebildet sind, können über die elektronische Steuereinrichtung 40, die das Verdrängervolumen in Abhängigkeit von dem erfassten Lenkwinkel steuert, unterschiedliche Drehmomente an den beiden Antriebsrädern 8a, 8b erzeugt werden, so dass ein zusätzliches Drehmoment um die Fahrzeughochachse aufgebracht werden kann, dass einen engeren Wendekreis des Fahrzeugs ermöglicht.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 können gemäß der 2 zusätzliche Untersetzungsgetriebe 65a, 65b vorgesehen werden bzw. gemäß der 3 die Fahrmotoren 7a, 7b und die zusätzlichen Hydrauliktriebwerke 22a, 22b als Zweikreistriebwerke 70a, 70b ausgebildet werden.
In den 1, 2 und 4 sind die Hydrauliktriebwerke 22a, 22b bevorzugt als Zahnradmaschinen, insbesondere Innenzahnradmaschine ausgebildet.
Die Steuerventile 30, 130 sowie die weiteren Steuerventile 50, 150 können als Schaltventile oder als in Zwischenstellungen drosselnde Steuerventile ausgebildet sein.
Die hydrostatischen Fahrmotoren 7a, 7b können als Axialkolbenmaschinen in Schrägscheibenbauweise bzw. Schrägachsenbauweise oder als Radialkolbenmaschinen ausgebildet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008028547 A1 [0004]
DE 102011104919 A1 [0005]

Claims

Antriebsachse (2) eines Fahrzeugs mit zumindest einem ein Antriebsrad (8a; 8b) antreibenden Fahrmotor (7a; 7b) eines Fahrantriebs (4), wobei das Fahrzeug mit einer einen hydraulischen Druckmittelspeicher (21) umfassenden Energierückgewinnungseinrichtung (20) versehen ist, mit der in einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs eine Energierückgewinnung erfolgt, die für einen Beschleunigungsvorgang unterstützend zur Verfügung steht, dadurch gekennzeichnet, dass in der Antriebsachse (2) zumindest ein mit dem Antriebsrad (8a; 8b) trieblich verbundenes Hydrauliktriebwerk (22a; 22b) angeordnet ist, das als Pumpe und Motor betreibbar ist, wobei das Hydrauliktriebwerk (22a; 22b) in einem Bremsvorgang des Fahrzeugs als Pumpe arbeitet, die Druckmittel in den Druckmittelspeicher (21) fördert, und das Hydrauliktriebwerk (22a; 22b) bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs als Motor arbeitet, der mit Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher (22a; 22b) angetrieben ist.
Antriebsachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliktriebwerk (22a; 22b) in beiden Drehrichtungen als Pumpe und Motor betreibbar ist.
Antriebsachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliktriebwerk (22a; 22b) im offenen Kreislauf betrieben ist.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsachse (2) an den beiden Achsenden jeweils ein angetriebenes Antriebsrad (8a, 8b) aufweist, wobei in der Antriebsachse (2) jeweils ein mit einem Antriebsrad (8a, 8b) trieblich verbundenes Hydrauliktriebwerk (22a, 22b) angeordnet ist.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsachse (2) an den beiden Achsenden jeweils ein angetriebenes Antriebsrad (8a, 8b) aufweist, wobei für jedes Antriebsrad (8a, 8b) jeweils ein Fahrmotor (7a, 7b) vorgesehen ist.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliktriebwerk (22a; 22b) als Konstantmaschine mit einem festen Verdrängervolumen ausgebildet ist.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliktriebwerk (22a; 22b) als Verstellmaschine mit einem verstellbaren, insbesondere stufenlos verstellbaren, Verdrängervolumen ausgebildet ist.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliktriebwerk (22a; 22b) mit einer Abtriebswelle (23a; 23b) des Fahrmotors (7a; 7b) in trieblicher Verbindung steht.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliktriebwerk (22a; 22b) in Längsrichtung der Antriebachse (2) zwischen dem Fahrmotor (7a; 7b) und dem angetriebenen Antriebsrad (8a; 8b) angeordnet ist.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtriebswelle (24a; 24b) des Hydrauliktriebwerks (22a; 22b) in direkter trieblicher Verbindung mit dem angetriebenen Antriebsrad (8a; 8b) steht.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtriebswelle (24a; 24b) des Hydrauliktriebwerks (22a; 22b) unter Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes (65a; 65b) mit dem angetriebenen Antriebsrad (8a; 8b) in trieblicher Verbindung steht.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung des Hydrauliktriebwerks (22a; 22b) ein Steuerventil (30; 130) vorgesehen ist, das an die beiden Anschlussseiten (A1, A2) des Hydrauliktriebwerks (22a; 22b), einer zu einem Behälter (12) geführten Behälterleitung (32) und an den Druckmittelspeicher (21) angeschlossen ist und die Verbindung einer Anschlussseite (A1; A2) mit dem Druckmittelspeicher (21) und der anderen Anschlussseite (A2; A1) mit dem Behälter (12) steuert.
Antriebsachse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (30) eine Neutralstellung (30a), eine erste Steuerstellung (30b), in der eine erste Anschlussseite (A1) des Hydrauliktriebwerks (22a; 22b) mit der zu einem Behälter (12) geführten Behälterleitung (32) verbunden ist und eine zweite Anschlussseite (A2) des Hydrauliktriebwerks (22a; 22b) mit einer zu dem Druckmittelspeicher (21) geführten Verbindungsleitung (33) verbunden ist, und eine zweite Steuerstellung (33c) aufweist, in der die erste Anschlussseite (A1) des Hydrauliktriebwerks (22a; 22b) mit der Verbindungsleitung (33) verbunden ist und die zweite Anschlussseite (A2) des Hydrauliktriebwerks (22a; 22b) mit der Behälterleitung (32) verbunden ist.
Antriebsachse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Neutralstellung (30a) des Steuerventils (30) eine Kurzschlussverbindung aufweist, in der die beiden Anschlussseiten (A1, A2) des Hydrauliktriebwerks (22a, 22b) miteinander verbunden sind.
Antriebsachse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (130) eine erste Steuerstellung (130a), in der eine erste Anschlussseite (A1) des Hydrauliktriebwerks (22a; 22b) mit der zu dem Behälter (12) geführten Behälterleitung (32) verbunden ist und eine zweite Anschlussseite (A2) des Hydrauliktriebwerks (22a; 22b) mit einer zu einem Behälter (12) geführten Druckmittelleitung (131) verbunden ist, in der eine Zulaufdrossel (132) angeordnet ist, und eine zweite Steuerstellung (130b) aufweist, in der die erste Anschlussseite (A1) des Hydrauliktriebwerks (22a; 22b) mit der Druckmittelleitung (131) und die zweite Anschlussseite (A2) des Hydrauliktriebwerks (22a; 22b) mit der Behälterleitung (32) verbunden ist.
Antriebsachse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckmittelleitung (131) ein Sperrventil (133) angeordnet ist, insbesondere ein in Richtung zu dem Behälter sperrendes Rückschlagventil, und eine mit dem Druckmittelspeicher (21) in Verbindung stehende Verbindungsleitung (33) an die Druckmittelleitung (131) zwischen dem Steuerventil (130) und dem Sperrventil (133) angeschlossen ist.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Verbindungsleitung (33) mit dem Druckmittelspeicher (21) mit einem weiteren Steuerventil (50; 150) gesteuert ist.
Antriebsachse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Steuerventil (50) eine Sperrstellung (50a), eine Ladestellung (50b) und eine Entladestellung (50c) aufweist.
Antriebsachse nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (33) mit einer Ladeleitung (51) und einer Entladeleitung (52) in Verbindung steht, die an das Steuerventil (50) angeschlossen sind, wobei in der Ladestellung (50b) die Ladeleitung (51) mit dem Druckmittelspeicher (21) verbunden ist und in der Entladestellung (50c) die Entladeleitung (52) mit dem Druckmittelspeicher (21) verbunden ist.
Antriebsachse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Schaltventil (150) eine Sperrstellung (150a) und eine Entladestellung (150b) aufweist, wobei die Sperrstellung (150a) mit einem in Richtung zum Druckmittelspeicher (21) öffnenden Rückschlagventil (151) versehen ist.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Arbeitshydraulikpumpe (10) vorgesehen ist, die zum Laden des Druckmittelspeichers (21) dient.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Arbeitshydraulikpumpe (10) zur Versorgung der im Motorbetrieb betrieben Hydrauliktriebwerke (22a, 22b) auf die Hydrauliktriebwerke (22a, 22b) aufschaltbar ist.
Antriebsachse nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Förderleitung (13) der Arbeitshydraulikpumpe (10) an die Ladeleitung (51) angeschlossen ist, wobei in der Förderleitung (13) und in der Ladeleitung (51) stromauf des Anschlusses der Förderleitung (13) an die Ladeleitung (51) jeweils ein Sperrventil (57, 58), insbesondere ein in Richtung zum weiteren Steuerventil (50) öffnendes Rückschlagventil, angeordnet ist.
Antriebsachse nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Förderleitung (13) der Arbeitshydraulikpumpe (10) an den Druckmittelspeicher (21) angeschlossen ist, wobei in der Förderleitung (13) ein Sperrventil (57), insbesondere ein in Richtung zum Druckmittelspeicher (21) öffnendes Rückschlagventil, angeordnet ist.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (30; 130) und das weitere Steuerventil (50; 150) elektrisch oder elektro-hydraulisch betätigbar sind.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (30; 130) und das weitere Steuerventil (50, 150) jeweils als Schaltventile oder als in Zwischenstellungen drosselnde Steuerventile ausgebildet sind.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 12 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (30; 130) und das weitere Steuerventil (50; 150) mittels einer elektronischen Steuereinrichtung (40) ansteuerbar sind, wobei die Steuereinrichtung (40) das Steuerventil (30; 130) und das weitere Steuerventil (50; 150) in Abhängigkeit von einem oder mehreren der folgenden Größen ansteuert: • Bewegungsrichtung des Fahrzeugs • Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs • Fahrzustand (Verzögerung, Beschleunigung, Normalfahrt) • Speicherladedruck des Druckmittelspeichers • Drehzahl eines Antriebsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, des Fahrzeugs • Lenkwinkel des Fahrzeugs • Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (30; 130) und/oder das weitere Steuerventil (50; 150) und/oder der Druckmittelspeicher (21) an der Antriebsachse (2) angebaut oder in die Antriebsachse (2) integriert sind.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrantrieb (4) als elektrischer Fahrantrieb ausgebildet ist und der Fahrmotor (7a; 7b) als elektrischer Fahrmotor ausgebildet ist, der zur Versorgung mit elektrischer Energie mit einem Generator in Verbindung steht, der von einem Antriebsmotor (3), insbesondere einem Verbrennungsmotor, des Fahrzeugs angetrieben ist
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrantrieb (4) als hydrostatischer Fahrantrieb ausgebildet ist und der Fahrmotor (7a; 7b) von einem hydrostatischen Fahrmotor gebildet ist, der im geschlossenen Kreislauf an eine Pumpe (6) angeschlossen ist, die von einem Antriebsmotor (3), insbesondere einem Verbrennungsmotor, des Fahrzeugs angetrieben ist.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrostatische Fahrmotor (7a; 7b) und das Hydrauliktriebwerk (22a; 22b) als Zweikreistriebwerk (70a; 70b) ausgebildet ist.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliktriebwerk (22a; 22b) als Zahnradmaschine, insbesondere Innenzahnradmaschine, ausgebildet ist.