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Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Antriebssystem einer mobilen Arbeitsmaschine mit einer Arbeitshydraulik und einer von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Arbeitshydraulikpumpe, die in einem Pumpenbetrieb mit einer Saugseite Druckmittel aus einem Behälter ansaugt und mit einer Förderseite in eine zu der Arbeitshydraulik geführte Förderleitung fördert, wobei eine hydraulische Start-Stopp-Funktion zum Starten des abgestellten Verbrennungsmotors vorgesehen ist, in der die Arbeitshydraulikpumpe in einem Motorbetrieb betreibbar ist, wobei im Motorbetrieb die Arbeitshydraulikpumpe von Druckmittel angetrieben ist, das von einem Druckmittelspeicher an die Saugseite der Arbeitshydraulikpumpe zugeführt wird, wobei ein Druckmittelspeicherladezweig zum Laden des Druckmittelspeichers eine zu dem Druckmittelspeicher geführte Ladeleitung aufweist, die mit der zu der Arbeitshydraulik geführten Förderleitung der Arbeitshydraulikpumpe verbunden ist.
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Derartige hydrostatische Antriebssysteme werden in mobilen Arbeitsmaschinen, beispielsweise Baumaschinen, Flurförderzeugen, Landmaschinen, Forstmaschinen, Baggern, Rad- und Teleskopladern, Schleppern, Mähdreschern, Feldhäcksler, Zuckerrüben- oder Kartoffelroder, eingesetzt.
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Um den Kraftstoffverbrauch bei im Leerlauf laufenden Verbrennungsmotor, beispielsweise während Wartezeiten, Arbeitspausen oder Arbeitsunterbrechungen, in denen eine Arbeitsfunktion der Arbeitshydraulik und/oder eine Fahrfunktion eines Fahrantriebs nicht angefordert ist, zu verringern, ist eine Start-Stopp-Funktion für den Verbrennungsmotor vorgesehen, bei der der unbelastete Verbrennungsmotor in Wartezeiten, Arbeitspausen oder bei Arbeitsunterbrechungen abgeschaltet und somit abgestellt wird und bei einer Drehmomentanforderung durch eine Arbeitsfunktion und/oder durch den Fahrantrieb automatisch wieder gestartet wird. Mit einer hydraulischen Start-Stopp-Funktion des Verbrennungsmotors, die einen hydraulischen Starter zum Starten des abgestellten Verbrennungsmotors aufweist, kann eine Start-Stopp-Funktion in robuster und zuverlässiger Weise erzielt werden.
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Um den Bauaufwand für einen separaten hydraulischen Starter der Start-Stopp-Funktion des abgestellten Verbrennungsmotors zu vermeiden, ist es bereits bekannt, die bereits vorhandene Arbeitshydraulikpumpe auch als Motor zu betreiben, die im Motorbetrieb den hydraulischen Starter der Start-Stopp-Funktion zum Starten des abgestellten Verbrennungsmotors bildet. Im Pumpenbetrieb ist die Arbeitshydraulikpumpe von dem laufenden Verbrennungsmotor angetrieben und saugt mit einer Saugseite Druckmittel aus einem Behälter an. Im Pumpenbetrieb fördert die Arbeitshydraulikpumpe an der Förderseite Druckmittel zur Versorgung der Verbraucher der Arbeitshydraulik. Im Motorbetrieb wird der Arbeitshydraulikpumpe an der Saugseite unter Druck stehendes Druckmittel aus einem zuvor mit Druckmittel geladenen Druckmittelspeicher zugeführt und die Arbeitshydraulikpumpe von dem aus dem Druckmittelspeicher zugeführten Druckmittel angetrieben. Von der im Motorbetrieb betriebenen Arbeitshydraulikpumpe wird hierdurch ein Drehmoment an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors erzeugt, das zum Starten des abgestellten Verbrennungsmotors dient.
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Ein gattungsgemäßes Antriebssystem, bei dem die Arbeitshydraulikpumpe im Motorbetrieb an der Saugseite von Druckmittel aus einem Druckmittelspeicher angetrieben ist, um einen abgestellten Verbrennungsmotor zu starten, ist aus der
DE 10 2013 110 239 A1 bekannt.
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Bei Arbeitsmaschinen mit einem gattungsgemäßen Antriebssystem ist es ebenfalls bereits bekannt, in der Förderleitung der Arbeitshydraulik ein Retarderventil anzuordnen, das im Bremsbetrieb der Arbeitsmaschine in Richtung einer Sperrstellung betätigt wird, so dass im Bremsbetrieb der Arbeitsmaschine die Förderleitung der Arbeitshydraulik und somit der von der Arbeitshydraulikpumpe geförderte Volumenstrom angedrosselt wird. Hierdurch kann an einer Triebwelle des Verbrennungsmotors, der die Arbeitshydraulikpumpe antreibt, ein zusätzliches verzögerndes Drehmoment erzeugt werden. Mit einem derartigen Retarderventil kann eine in der Arbeitsmaschine installierte mechanische Bremseinrichtung entlastet werden und ein Hochschleppen des Verbrennungsmotors in unzulässige Drehzahlbereiche im Bremsbetrieb verhindert werden.
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Während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors ist es erforderlich, den Druckmittelstrom, der der im Motorbetrieb betriebenen Arbeitshydraulikpumpe an der Saugseite aus dem Druckmittelspeicher zugeführt wird, auf der Förderseite der Arbeitshydraulikpumpe in einen Behälter abzuführen. Hierzu kann ein Tankentlastungspfad der Arbeitshydraulik verwendet werden, der von einer Umlaufdruckwaage der Arbeitshydraulik gebildet wird. Die Umlaufdruckwaage ist von einer Feder und dem höchsten Lastdruck der Verbraucher der Arbeitshydraulik in Richtung einer Sperrstellung beaufschlagt und von dem in einer Förderleitung der Arbeitshydraulik anstehenden Druck der Arbeitshydraulikpumpe in eine Durchflussstellung beaufschlagt, in der der Tankentlastungspfad geöffnet wird und die Förderleitung der Arbeitshydraulik mit einem Behälter verbunden wird.
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Die in der Förderleitung in dem Pfad von der Förderseite der Arbeitshydraulikpumpe zu dem Behälter installierten Ventile, beispielsweise ein Prioritätsventil zur bevorzugten Versorgung eines Verbrauchers und/oder ein Ladeventil zum Laden des Druckmittelspeichers bzw. das Retarderventil, mit dem im Bremsbetrieb der Arbeitsmaschine die Förderleitung der Arbeitshydraulik androsselbar ist, und die Umlaufdruckwaage, befinden sich bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor in einer Sperrstellung und müssen zu Beginn des Startvorgangs des abgestellten Verbrennungsmotors von dem an der Förderseite der im Motorbetrieb betriebenen Arbeitshydraulikpumpe ausströmenden Druckmittelstrom in die Durchflussstellung betätigt und bewegt werden, um den Tankentlastungspfad zu öffnen. Der zum Öffnen der in der Förderleitung der Arbeitshydraulikpumpe installierten Ventile erforderliche Druckaufbau an der Förderseite der im Motorbetrieb betriebenen Arbeitshydraulikpumpe mindert jedoch die Druckdifferenz zwischen der Saugseite und der Förderseite der im Motorbetrieb betriebenen Arbeitshydraulikpumpe, so dass das im Motorbetrieb der Arbeitshydraulikpumpe abgebbare Drehmoment, das von dem im Druckmittelspeicher anstehenden Druck abhängt, zum Starten des Verbrennungsmotors reduziert wird.
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Die in der Förderleitung in dem Pfad von der Förderseite der Arbeitshydraulikpumpe zu dem Behälter installierten drei Ventile, die bei bekannten Antriebssystemen von dem Prioritätsventil zur bevorzugten Versorgung eines Verbrauchers, einem Ladeventil zum Laden des Druckmittelspeichers bzw. einem Retarderventil, mit dem im Bremsbetrieb der Arbeitsmaschine die Förderleitung der Arbeitshydraulik androsselbar ist, und der Umlaufdruckwaage gebildet sind, führen somit zu einem hohen Bauraumbedarf und hohen Herstellkosten und verringern das zum Starten des Verbrennungsmotors im Motorbetrieb der Arbeitshydraulikpumpe abgebbare Drehmoment.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, das einen verringerten Bauraumbedarf und verringerte Herstellkosten aufweist und bei dem das Drehmoment zum Starten des abgestellten Verbrennungsmotors im Motorbetrieb der Arbeitshydraulikpumpe erhöht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der zu der Arbeitshydraulik geführten Förderleitung der Arbeitshydraulikpumpe eine Umlaufdruckwaage zugeordnet ist, die von dem Lastdruck der Arbeitshydraulik in Richtung einer Sperrstellung und von dem Druck in der zu der Arbeitshydraulik geführten Förderleitung in Richtung einer Durchflussstellung beaufschlagt ist, wobei die Umlaufdruckwaage von dem in der Ladeleitung anstehenden Druck des Druckmittelspeicherladezweiges zusätzlich in Richtung der Sperrstellung beaufschlagbar ist. Die Beaufschlagung der in der Förderleitung der Arbeitshydraulikpumpe angeordneten Umlaufdruckwaage, die einen Tankentlastungspfad der Arbeitshydraulik bildet und mittels der die Förderleitung der Arbeitshydraulikpumpe mit dem Behälter verbindbar ist, von dem in der Ladeleitung anstehenden Druck des Druckmittelspeicherladezweiges ermöglicht es, dass der zum Laden des Druckmittelspeichers und/oder zum Ratardern benötigte Druckaufbau in der Förderleitung der Arbeitshydraulikpumpe über die Umlaufdruckwaage erfolgt. Die Umlaufdruckwaage weist somit neben der Funktion, den Tankentlastungspfad der Arbeitshydraulik zu steuern, auch die Funktion eines Speicherladeventils bzw. eines Retarderventils auf. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem kann somit ein bei gattungsgemäßen Antriebssystemen in der Förderleitung der Arbeitshydraulikpumpe installiertes Speicherladeventil bzw. Retarderventil entfallen. Durch den Entfall eines Speicherladeventils bzw. Retarderventils verringern sich bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem der Bauraumbedarf und die Herstellkosten. Weiterhin verringert sich bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem durch den Entfall eines Speicherladeventils bzw. Retarderventils der dem Drehmomentaufbau an der Förderseite der im Motorbetrieb betriebenen Arbeitshydraulikpumpe entgegenstehende Druck, so dass ein erhöhtes Drehmoment von der im Motorbetrieb betriebene Arbeitshydraulikpumpe zum Starten des Verbrennungsmotors bereitgestellt wird. Das erhöhte Drehmoment, das von der im Motorbetrieb betriebenen Arbeitshydraulikpumpe des erfindungsgemäßen Antriebssystems abgegeben wird, ermöglicht es, dass großvolumigere Verbrennungsmotore gestartet werden können oder alternativ die Dynamik des Startvorgangs des Verbrennungsmotors gesteigert werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist in der Ladeleitung ein zwischen einer Sperrstellung und einer Durchflussstellung betätigbares Ventil und ein in Richtung zum Druckmittelspeicher öffnendes Sperrventil, insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet, wobei zwischen dem Ventil und dem Sperrventil der Druck des Druckmittelspeicherladezweiges zur Beaufschlagung der Umlaufdruckwaage in Richtung der Sperrstellung abgegriffen wird. Das Ventil bildet ein Freigabeventil für den Ladebetrieb des Druckmittelspeichers. Durch den Abgriff des Druckes des Druckmittelspeicherladezweiges, der zur Ansteuerung der Umlaufdruckwaage in Richtung der Sperrstellung verwendet wird, zwischen dem Ventil und dem Sperrventil kann die Umlaufdruckwaage auf einfache Weise als Speicherladeventil bzw. Retarderventil verwendet werden, das die Förderleitung der Arbeitshydraulik und somit den von der Arbeitshydraulikpumpe geförderte Volumenstrom zum Laden des Druckmittelspeichers bzw. zum Retardern androsselt.
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Das Ventil ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung als elektrisch betätigbares Steuerventil, insbesondere Schaltventil, ausgebildet. In Verbindung mit einer das Steuerventil ansteuernden elektronischen Steuereinrichtung kann somit auf einfache Weise in Verbindung mit dem Steuerventil für den Ladebetrieb des Druckmittelspeichers ein schaltbarer Druckaufbau an der Umlaufdruckwaage realisiert werden, der zum Laden des Druckmittelspeichers und/oder zum Retardieren genutzt werden kann.
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Der in der Ladeleitung zwischen dem Ventil und dem Sperrventil anstehende Druck kann mittels eines Drucksensors erfasst werden und die Umlaufdruckwaage elektrisch in Abhängigkeit von dem gemessenen Druck in Richtung der Sperrstellung betätigt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist an die Ladeleitung zwischen dem Ventil und dem Sperrventil eine Steuerdruckleitung angeschlossen, die mit einer in Richtung der Sperrstellung wirkenden Steuerfläche der Umlaufdruckwaage verbunden ist. Die Umlaufdruckwaage ist somit direkt hydraulisch von dem in der Ladeleitung anstehenden Druck in Richtung der Sperrstellung betätigt, wodurch sich ein einfacher Aufbau ergibt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Steuerdruckleitung mit einer den Lastdruck der Arbeitshydraulik führenden Lastdrucksignalleitung verbunden, die an die in Richtung der Sperrstellung wirkenden Steuerfläche der Umlaufdruckwaage geführt ist. Um an der Umlaufdruckwaage die Funktion des Speicherladeventils bzw. des Retarderventils zu erzielen und den zum Laden des Druckmittelspeichers bzw. zum Retardern erforderlichen Druckaufbau mittels der Umlaufdruckwaage zu erzielen, wird somit zusätzlich zu dem Lastdruck der Arbeitshydraulik der Druck aus der Ladeleitung des Druckmittelspeichers auf die Umlaufdruckwaage geschaltet. Durch die Verbindung der Steuerdruckleitung mit der den Lastdruck der Arbeitshydraulik führenden Lastdrucksignalleitung kann die Beaufschlagung der Umlaufdruckwaage durch den Druck aus der Ladeleitung in einfacher Weise erzielt werden.
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Sofern gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in der Steuerdruckleitung ein in Richtung zu der Ladeleitung und somit in Richtung zum Druckmittelspeicher sperrendes Sperrventil, insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet ist, kann ein schleichendes und langsames Laden des Druckmittelspeichers mit Druckmittel aus der Lastdrucksignalleitung der Arbeitshydraulik auf einfache Weise verhindert werden.
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Bevorzugt ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in der Förderleitung der Arbeitshydraulikpumpe ein Prioritätsventil zur bevorzugten Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere einer Lenkungshydraulik, angeordnet, das eingangsseitig mittels einer Verbindungsleitung mit der Förderseite der Arbeitshydraulikpumpe und ausgangsseitig mit der zu der Arbeitshydraulik geführten Förderleitung und einer zu dem bevorzugten Verbraucher geführten Förderleitung verbunden ist. Die Arbeitshydraulikpumpe kann somit neben der Versorgung der Arbeitshydraulik auch einen weiteren bevorzugten Verbraucher, beispielsweise eine Lenkungshydraulik, der Arbeitsmaschine mit Druckmittel versorgen. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem sind in dem Pfad von der Förderseite der Arbeitshydraulikpumpe zu dem Behälter mit dem Prioritätsventil und der Umlaufdruckwaage, die zusätzlich die Funktion des Speicherladeventils bzw. eines Retarderventils aufweist, nur zwei Ventile angeordnet, wodurch sich der Bauraumbedarf und die Herstellkosten verringern.
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Weiterhin wird bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem, bei dem in dem Pfad von der Förderseite der Arbeitshydraulikpumpe zu dem Behälter mit dem Prioritätsventil und der Umlaufdruckwaage, die zusätzlich die Funktion des Speicherladeventils bzw. eines Retarderventils aufweist, nur zwei Ventile angeordnet sind, erzielt, dass der dem Drehmomentaufbau an der Förderseite der im Motorbetrieb betriebenen Arbeitshydraulikpumpe entgegenstehende Druck verringert wird, so dass ein erhöhtes Drehmoment von der im Motorbetrieb betriebene Arbeitshydraulikpumpe zum Starten des Verbrennungsmotors bereitgestellt wird.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In der Figur ist ein Schaltplan eines erfindungsgemäßes hydrostatischen Antriebssystems 1 einer nicht näher dargestellten mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise einer als Flurförderzeug oder als Bau- bzw. Landmaschine ausgebildeten mobilen Arbeitsmaschine, dargestellt.
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Das Antriebssystem 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 3, beispielsweise einen Dieselmotor, und eine von dem Verbrennungsmotor 3 angetriebene und mit dem Verbrennungsmotor 3 trieblich verbundene Arbeitshydraulikpumpe 2, die eine Arbeitshydraulik 5 mit Druckmittel versorgt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Antriebssystem 1 weiterhin einen von dem Verbrennungsmotor 3 angetriebenen Fahrantrieb 4 der Arbeitsmaschine.
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Der Fahrantrieb 4 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als hydrostatischer Fahrantrieb ausgebildet, der aus einer im Fördervolumen verstellbaren Fahrpumpe 6 besteht, die zum Antrieb mit einer Abtriebswelle 7 des Verbrennungsmotors 3 in trieblicher Verbindung steht. Die Fahrpumpe 6 steht mit einem oder mehreren im Schluckvolumen festen oder verstellbaren, nicht näher dargestellten Hydromotoren, bevorzugt im geschlossenen Kreislauf, in Verbindung, die auf nicht mehr dargestellte Weise mit den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs in Wirkverbindung stehen.
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Der Fahrantrieb 4 kann alternativ als elektrischer Fahrantrieb mit einem von dem Verbrennungsmotor 3 angetriebenen elektrischen Generator und einem oder mehreren elektrischen Fahrmotoren gebildet werden. Zudem kann als Fahrantrieb ein mechanischer Fahrantrieb mit einem mechanischen Getriebe, beispielsweise einem Stufenschaltgetriebe oder einem Leistungsverzweigungsgetriebe oder einem Drehmomentwandlergetriebe, vorgesehen werden.
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Die Arbeitshydraulik 5 umfasst Hydraulikfunktionen bzw. Arbeitsfunktionen der Arbeitsmaschine, beispielsweise bei einem Flurförderzeug eine Arbeitshydraulik zum Betätigen eines Lastaufnahmemittels an einem Hubmast, bzw. bei einer beispielsweise als Bagger ausgebildeten Baumaschine die Arbeitsfunktionen der von einer Schaufel ausgebildeten Arbeitsausrüstung.
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Zur Versorgung der Arbeitshydraulik 5 mit Druckmittel ist die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Verstellpumpe mit einem stufenlos verstellbaren Verdrängungsvolumen ausgebildete Arbeitshydraulikpumpe 2 vorgesehen, die bevorzugt als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildet ist. Die Arbeitshydraulikpumpe 2 ist im offenen Kreislauf betrieben und steht zum Antrieb mit der Abtriebswelle 7 des Verbrennungsmotors 3 in trieblicher Verbindung.
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Die Arbeitshydraulikpumpe 2 steht eingangsseitig mit der Saugseite S mittels einer Ansaugleitung 10 mit einem Behälter 9 in Verbindung. Eine ausgangsseitig mit der Förderseite P der Arbeitshydraulikpumpe 2 in Verbindung stehende Förderleitung 11 ist an eine nicht näher dargestellte Steuerventileinrichtung angeschlossen, mittels der die nicht näher dargestellten hydraulischen Verbraucher der Arbeitshydraulik 5 steuerbar sind. Die Steuerventileinrichtung umfasst bevorzugt ein oder mehrere Wegeventile zur Betätigung der Verbraucher.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiterhin ein Prioritätsventil 12 vorgesehen, mit dem die bevorzugte Versorgung eines von der Arbeitshydraulikpumpe 2 versorgten Verbrauchers 13, beispielsweise einer hydraulischen Lenkungseinrichtung der Arbeitsmaschine, sichergestellt werden kann. Das Prioritätsventil 12 ist eingangsseitig mittels einer Verbindungsleitung 14 mit der Förderseite P der Arbeitshydraulikpumpe 2 verbunden und steht ausgangsseitig mit der zu der Arbeitshydraulik 5 geführten Förderleitung 11 sowie einer zu der Lenkungseinrichtung 13 geführten Förderleitung 15 in Verbindung. Das Prioritätsventil 12 ist von einer Feder 16 sowie dem in einer Lastdruckleitung 17 anstehenden Lastdruck der Lenkungseinrichtung 13 in eine erste Schaltstellung 12a gesteuert, in der die Verbindungsleitung 14 mit der Förderleitung 15 verbunden ist und die Verbindung der Verbindungsleitung 14 mit der Förderleitung 11 abgesperrt ist. Das Prioritätsventil 12 ist von dem in der Förderleitung 15 anstehenden Druck in eine zweite Schaltstellung 12b gesteuert, in der die Verbindungsleitung 14 mit der Förderleitung 11 der Arbeitshydraulik 5 verbunden ist und die Verbindung der Verbindungsleitung 14 mit der Förderleitung 15 abgesperrt ist.
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Das Antriebssystem 1 umfasst weiterhin eine Speisepumpe 20, die zum Antrieb mit der Abtriebswelle 7 in Verbindung steht. Die Speisepumpe 20 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Konstantpumpe mit einem konstanten Verdrängervolumen ausgebildet, die im offenen Kreislauf betrieben ist. Die Speisepumpe 20 steht hierzu mit der Saugseite über eine Ansaugleitung 21 mit dem Behälter 9 in Verbindung und fördert in eine an die Förderseite angeschlossene Speisedruckleitung 22, an die die entsprechenden Verbraucher eines Speisedruckkreises 23 angeschlossen sind, beispielsweise eine Verstelleinrichtung 24 zur Verstellung des Verdrängervolumens der Arbeitshydraulikpumpe 2. Als weitere Verbraucher des Speisekreises 23 können eine Einspeisevorrichtung des hydrostatischen Fahrantriebs, eine Bremsanlage der Arbeitsmaschine und Vorsteuerventile für die Steuerventile der Arbeitshydraulik 5 vorgesehen sein.
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Die Arbeitshydraulikpumpe 2 ist als Zweiquadrantentriebwerk ausgebildet, das bei gleicher Drehrichtung und gleicher Durchflussrichtung des Druckmittels als Pumpe und Motor betreibbar ist.
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Im Pumpenbetrieb, wobei die Arbeitshydraulikpumpe 2 von dem laufenden Verbrennungsmotor 3 angetrieben wird, saugt die Arbeitshydraulikpumpe 2 über die Saugseite S Druckmittel aus dem Behälter 9 an und fördert das Druckmittel in die Förderseite P und somit über das Prioritätsventil 12 in die Förderleitung 11 der Arbeitshydraulik 5 bzw. die Förderleitung 15 der Lenkungseinrichtung 13.
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Im Motorbetrieb der Arbeitshydraulikpumpe 2 bildet die Arbeitshydraulikpumpe 2 einen hydraulischen Starter einer hydraulischen Start-Stopp-Funktion zum Starten des abgeschalteten und abgestellten Verbrennungsmotors 3. Im Motorbetrieb wird die Arbeitshydraulikpumpe 2 an der Saugseite S mit Druckmittel aus einem Druckmittelspeicher 30 angetrieben.
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Der Druckmittelspeicher 30 ist zum Laden mit Druckmittel an die Förderseite P der Arbeitshydraulikpumpe 2 angeschlossen. Zum Laden des Druckmittelspeichers 30 ist ein Druckmittelspeicherladezweig 31 vorgesehen, der eine zu dem Druckmittelspeicher 30 geführte Ladeleitung 32 aufweist, die mit der zu der Arbeitshydraulik 5 geführten Förderleitung 11 der Arbeitshydraulikpumpe 2 verbunden ist.
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In der Ladeleitung 32 ist ein zwischen einer Sperrstellung 33a und einer Durchflussstellung 33b betätigbares Ventil 33 und ein in Richtung zum Druckmittelspeicher 30 öffnendes Sperrventil 34 angeordnet. Das Sperrventil 34 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Rückschlagventil ausgebildet. Das Ventil 33 bildet ein Freigabeventil, mit dem der Ladebetrieb des Druckmittelspeichers 30 freigegeben werden kann. Die Sperrstellung 33a des Ventils 33 ist bevorzugt leckagedicht ausgeführt mit einem in Richtung zum Druckmittelspeicher 30 sperrenden Sperrventil. Das Ventil 33 ist als elektrisch betätigbares Steuerventil, bevorzugt Schaltventil, ausgebildet, das mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung 37, beispielsweise einem Schaltmagnet, zwischen der Sperrstellung 33a und der Durchflussstellung 33b betätigbar ist.
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Die Betätigungseinrichtung 37 steht zur Ansteuerung mit einer elektronischen Steuereinrichtung 42 in Verbindung.
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Weiterhin ist der Ladeleitung 31 zwischen dem Sperrventil 34 und dem Druckmittelspeicher 30 ein Druckbegrenzungsventil 35 zur Absicherung des Druckes in dem Druckmittelspeicher 30 zugeordnet.
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Dem Druckmittelspeicher 30 ist weiterhin ein Drucksensor 36 zugeordnet. Der Drucksensor 36 dient zur Überwachung des Ladedruckes und somit des Ladezustands des Druckmittelspeichers 30. Der Drucksensor 36 ist mit der elektronischen Steuereinrichtung 42 verbunden.
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Die Verbindung des Druckmittelspeichers 30 mit der Saugseite S der Arbeitshydraulikpumpe 2 für den Motorbetrieb der Arbeitshydraulikpumpe 2 ist mittels eines elektrisch betätigbaren Steuerventils 40 steuerbar. Das Steuerventil 40 weist eine Sperrstellung 40a und eine Durchflussstellung 40b auf, wobei die Sperrstellung 40a bevorzugt leckagedicht ausgeführt ist mit einem in Richtung zur Arbeitshydraulikpumpe 2 sperrenden Sperrventil. Das Steuerventil 40 ist als elektrisch betätigbares Steuerventil, bevorzugt Schaltventil, ausgebildet, das mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung 41, beispielsweise einem Schaltmagnet, zwischen der Sperrstellung 40a und der Durchflussstellung 40b betätigbar ist.
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Die Betätigungseinrichtung 41 steht zur Ansteuerung mit der elektronischen Steuereinrichtung 42 in Verbindung.
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Weiterhin steht die elektronische Steuereinrichtung 42 mit einer nicht näher dargestellten, die Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 erfassenden Drehzahlsensoreinrichtung in Verbindung.
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Die Steuereinrichtung 42 kann weiterhin mit Bedienelementen der Arbeitsmaschine in Verbindung stehen, um bei deren Betätigung einen Startwunsch des abgestellten Verbrennungsmotors 3 zu ermitteln und den Startvorgang des abgestellten Verbrennungsmotors 3 auszulösen. Die Steuereinrichtung 42 kann hierzu beispielsweise mit einem Sensor in Verbindung stehen, der die Betätigung eines Fahrpedals ermittelt, und/oder mit einer Joystickeinrichtung in Verbindung stehen, durch deren Betätigung die Verbraucher der Arbeitshydraulik 5 angesteuert werden, und/oder mit einem Lenkwinkelsensor in Verbindung stehen, der der Betätigung eines Lenkrades der Lenkungseinrichtung 13 erfasst.
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Die Steuereinrichtung 42 steuert anhand der Eingangssignale des Drucksensors 36 durch entsprechende Ansteuerung des Ventils 33 den Ladebetrieb des Druckmittelspeichers 30.
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Die Steuereinrichtung 42 steuert anhand der Eingangssignale des Drucksensors 36, der Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 sowie der Signale der Bedienelemente (Joystickeinrichtung, Sensor am Fahrpedal bzw. Lenkwinkelsensor) den Ablauf der Start-Stopp-Funktion.
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Das Steuerventil 40 ist in einer Verbindungsleitung 45 angeordnet, die von dem Druckmittelspeicher 30 zu der zur Saugseite S der Arbeitshydraulikpumpe 2 geführten Ansaugleitung 10 geführt ist. Die mit dem Ventil 33 versehene Ladeleitung 31 ist hierbei zwischen dem Steuerventil 40 und dem Druckmittelspeicher 30 an die Verbindungsleitung 45 angeschlossen.
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In der Ansaugleitung 10 der Arbeitshydraulikpumpe 2 ist ein in Richtung zum Behälter 9 sperrendes Sperrventil 50 angeordnet, das bevorzugt als ein in Richtung zum Behälter sperrendes Rückschlagventil 51 ausgebildet ist. Die Verbindungsleitung 45 ist hierbei zwischen dem Sperrventil 50 und der Saugseite S der Arbeitshydraulikpumpe 2 an die Ansaugleitung 10 angeschlossen. Das Sperrventil 50 verhindert im Motorbetrieb der Arbeitshydraulikpumpe 2 ein Abströmen des von dem Druckmittelspeicher 30 zur Saugseite S der Arbeitshydraulikpumpe 2 strömenden Druckmittels in den Behälter 9 und ermöglicht einen Druckaufbau an der Saugseite S der Arbeitshydraulikpumpe 2 für den Motorbetrieb.
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Die als Verstellpumpe mit stufenlos veränderbarem Verdrängungsvolumen ausgebildete Arbeitshydraulikpumpe 2 weist zur Einstellung des Verdrängungsvolumens eine Verdrängervolumenstelleinrichtung 60 auf, beispielsweise eine in der Neigung verstellbare Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise. Die Verdrängervolumenstelleinrichtung 60 umfasst zur Betätigung eine mit der Verdrängervolumenstelleinrichtung 60 in Wirkverbindung stehende Verstelleinrichtung 24, die eine mit der Verdrängervolumenstelleinrichtung 60 in Wirkverbindung stehende Stellkolbeneinrichtung 61 umfasst.
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Die erfindungsgemäße Arbeitshydraulikpumpe 2 ist als einseitig verstellbares Triebwerk ausgebildet, bei dem die Verdrängervolumenstelleinrichtung 60 ausgehend von einer Stellung mit minimalem Verdrängervolumen in eine Stellrichtung bzw. Schwenkrichtung auf eine Stellung mit maximalem Verdrängervolumen verstellbar ist. Die Stellkolbeneinrichtung 61 weist einen in Richtung des maximalen Verdrängervolumens wirkenden Stelldruckraum 61a und einen in Richtung des minimalen Verdrängervolumens wirkenden Stelldruckraum 61b auf.
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Die Verdrängervolumenstelleinrichtung 60 ist mittels einer Stellventileinrichtung 62 betätigbar, die ebenfalls Bestandteil der Verstelleinrichtung 24 ist. Die Stellventileinrichtung 62 weist ein nicht näher dargestelltes Stellventil auf, mit dem die Beaufschlagung der Stelldruckräume 61a, 61b der Stellkolbeneinrichtung 61 mit einem Stelldruck bzw. deren Entlastung zu dem Behälter 9 steuerbar ist.
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Die Stellventileinrichtung 62 ist zur Versorgung mit Druckmittel und zur Erzeugung eines Stelldruckes in den Stelldruckräumen 61a bzw. 61b der Stellkolbeneinrichtung 61 über eine Stelldruckleitung 63 mit der Speisedruckleitung 22 und somit dem Speisedruckkreis 23 verbunden. Weiterhin weist die Stellventileinrichtung 62 einen Anschluss an eine zu dem Behälter 9 geführte Behälterleitung 64 auf.
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Weiterhin ist eine als Druckfeder ausgebildete Federeinrichtung 66 vorgesehen, die die Verdrängervolumenstelleinrichtung 60 in Richtung des minimalen Verdrängervolumens beaufschlagt, der durch einen entsprechenden nicht näher dargestellten Endanschlag der Verdrängervolumenstelleinrichtung 60 begrenzt werden kann.
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Um die Verdrängervolumenstelleinrichtung 60 bei einem Startvorgang der Start-Stopp-Funktion des abgestellten Verbrennungsmotors 3 durch den Motorbetrieb der Arbeitshydraulikpumpe 2 in Richtung der Stellung mit maximalem Verdrängervolumen zu beaufschlagen, ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Zusatzstellkolbeneinrichtung 80 vorgesehen. Die Zusatzstellkolbeneinrichtung 80 steht ebenfalls mit der Verdrängervolumenstelleinrichtung 60 zum Verstellen des Verdrängervolumens der Arbeitshydraulikpumpe 2 in Wirkverbindung und ist unmittelbar von dem in dem Druckmittelspeicher 30 anstehenden Druck beaufschlagbar. Die Zusatzstellkolbeneinrichtung 80 ist als einfachwirkender Stellkolben ausgebildet und weist einen in Richtung des maximalen Verdrängervolumens wirkenden Stelldruckraum auf, der mittels einer Druckmittelleitung 82 mit der Ansaugleitung 10 zwischen der Ansaugseite S und dem Sperrventil 50 und somit mit der Verbindungsleitung 45 verbunden ist.
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Die Arbeitshydraulik 5 umfasst einen Tankentlastungspfad 100, der eine Verbindung der Förderleitung 11 der Arbeitshydraulik 5 mit dem Behälter 9 ermöglicht. Der Tankentlastungspfad 100 ist von einer Umlaufdruckwaage 101 gebildet. Die Umlaufdruckwaage 101 ist der Förderleitung 11 der Arbeitshydraulik 5 zugeordnet. Die Umlaufdruckwaage 101 steht eingangsseitig mit der Förderleitung 11 der Arbeitshydraulik 5 und ausgangsseitig mit dem Behälter 9 in Verbindung. Die Umlaufdruckwaage 101 ist hierzu in einer Umlaufleitung 105 angeordnet, die von der Förderleitung 11 der Arbeitshydraulik 5 zu dem Behälter 9 geführt ist.
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Die Umlaufdruckwaage 101 ist von einer Feder 102 und dem in einer Lastdrucksignalleitung 103 anstehenden höchsten Lastdruck der angesteuerten Verbraucher der Arbeitshydraulik 5 in Richtung einer Sperrstellung 101a betätigbar und von dem in der Förderleitung 11 der Arbeitshydraulik 5 anstehenden Druck in Richtung einer Durchflussstellung 101b betätigbar. Hierzu ist an eine in Richtung der Durchflussstellung 101b wirkende Steuerfläche der Umlaufdruckwaage 101 eine mit der Förderleitung 11 der Arbeitshydraulik 5 in Verbindung stehende Steuerleitung 106 angeschlossen. Die Lastdrucksignalleitung 103 der Arbeitshydraulik 5 ist an eine in Richtung der Sperrstellung 101a wirkenden Steuerfläche der Umlaufdruckwaage 101 geführt.
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Erfindungsgemäß ist die Umlaufdruckwaage 101 von dem in der Ladeleitung 32 anstehenden Druck des Druckmittelspeicherladezweiges 31 zusätzlich in Richtung der Sperrstellung 101a beaufschlagt.
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Hierzu wird der Druck des Druckmittelspeicherladezweiges 31 in der Ladeleitung 32 zwischen dem Ventil 33 und dem Sperrventil 34 abgegriffen und zur Beaufschlagung der Umlaufdruckwaage 101 in Richtung der Sperrstellung 101a verwendet.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist an die Ladeleitung 32 zwischen dem Ventil 33 und dem Sperrventil 34 eine Steuerdruckleitung 110 angeschlossen, die mit der in Richtung der Sperrstellung 101a wirkenden Steuerfläche der Umlaufdruckwaage 101 verbunden ist.
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Die Steuerdruckleitung 110 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit der den Lastdruck der Arbeitshydraulik 5 führenden Lastdrucksignalleitung 103 verbunden, die an die in Richtung der Sperrstellung 101a wirkenden Steuerfläche der Umlaufdruckwaage 101 geführt ist. In der Lastdrucksignalleitung 103 ist stromauf des Anschlusses der Steuerdruckleitung 110 eine Drosseleinrichtung 111, beispielsweise eine Blende, angeordnet. Weiterhin ist der Lastdrucksignalleitung 103 ein Druckbegrenzungsventil 112 zugeordnet.
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In der Steuerdruckleitung 110 ist ein in Richtung zu der Ladeleitung 32 sperrendes Sperrventil 115 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sperrventil 115 als in Richtung zu der Ladeleitung 32 sperrendes Rückschlagventil ausgebildet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 erfolgt der zum Laden des Druckmittelspeichers 30 bzw. zum Retardern im Bremsbetrieb der Arbeitsmaschine erforderliche Druckaufbau in der Förderleitung 11 der Arbeitshydraulikpumpe 2 über die Umlaufdruckwaage 101 der Arbeitshydraulik 5. Die Umlaufdruckwaage 101 der Arbeitshydraulik 5 weist somit zusätzlich die Funktion eines Speicherladeventils bzw. eines Retarderventils auf.
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Erfindungsgemäß wird hierzu zusätzlich zu dem Lastdrucksignal der Arbeitshydraulik 5 parallel der Druck aus der Ladeleitung 32 zwischen dem Ventil 33 und dem Sperrventil 34 auf die in Richtung der Sperrstellung 101a wirkende Steuerfläche der Umlaufdruckwaage 101 geschaltet.
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Das Sperrventil 115 in der Steuerdruckleitung 110 verhindert ein schleichendes und langsames Aufladen des Druckmittelspeichers 30 durch Druckmittel aus der Lastdrucksignalleitung 103 der Arbeitshydraulik 5.
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Wird von der elektronischen Steuereinrichtung 42 das Ventil 33 in die Durchflussstellung 33b betätigt, um den Ladebetrieb des Druckmittelspeichers 30 freizugeben, wird weiterhin die Beaufschlagung der Steuerdruckleitung 110 und somit der Umlaufdruckwaage 101 von dem Druck in der Ladeleitung 32 freigegeben, um durch Beaufschlagen der Umlaufdruckwaage 101 in Richtung der Sperrstellung 101a einen Druckaufbau in der Förderleitung 11 zu erzielen. Durch Betätigen des Ventils 33 in die Durchflussstellung 33b kann somit ein schaltbarer Druckaufbau in der Förderleitung 11 durch Betätigen der Umlaufdruckwaage 101 in Richtung der Sperrstellung 101a von dem Druck in der Steuerdruckleitung 110 erzielt werden, wobei der Druckaufbau in der Förderleitung 11 zum Laden des Druckmittelspeichers 30 und/oder zum Retardieren genutzt werden kann.
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Durch Betätigen der Umlaufdruckwaage 101 in Richtung der Sperrstellung 101a von dem Druck in der Steuerdruckleitung 110 kann in der Förderleitung 11 ein Druck aufgestaut werden, der ein zusätzliches, abbremsendes Drehmoment an der von der Kurbelwelle gebildeten Abtriebswelle 7 aufprägt, welches dem motorisch wirkenden Drehmoment an der Fahrpumpe 6 im Bremsbetrieb der Arbeitsmaschine entgegenwirkt und so die Arbeitsmaschine abbremst. In einem derartigen Bremsbetrieb, bei dem die Umlaufdruckwaage 101 die Funktion eines Retarderventils aufweist, kann zudem auf einfache Weise eine Energierückgewinnung erfolgen und der Druckmittelspeicher 30 geladen werden, so dass zum Laden des Druckmittelspeichers 30 die kinetische Energie der Arbeitsmaschine während eines Bremsvorgangs dient.
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Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1, bei dem die Umlaufdruckwaage 101 die Funktion eines Speicherladeventils bzw. eines Retarderventils aufweist, ist kein separates Retarderventil bzw. Speicherladeventil in der Förderleitung 11 der Arbeitshydraulikpumpe 2 anzuordnen. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 sind in dem Pfad von der Förderseite P der Arbeitshydraulikpumpe 2 zu dem Behälter 9 mit dem Prioritätsventil 12 und der Umlaufdruckwaage 101, die zusätzlich die Funktion des Speicherladeventils bzw. eines Retarderventils aufweist, nur zwei Ventile angeordnet, wodurch sich der Bauraumbedarf und die Herstellkosten verringern. Weiterhin wird bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1, bei dem in dem Pfad von der Förderseite P der Arbeitshydraulikpumpe 2 zu dem Behälter 9 mit dem Prioritätsventil 12 und der Umlaufdruckwaage 101, die zusätzlich die Funktion des Speicherladeventils bzw. eines Retarderventils aufweist, nur zwei Ventile angeordnet sind, erzielt, dass der dem Drehmomentaufbau an der Förderseite P der im Motorbetrieb betriebenen Arbeitshydraulikpumpe 2 entgegenstehende Druck verringert wird, so dass ein erhöhtes Drehmoment von der im Motorbetrieb betriebene Arbeitshydraulikpumpe 2 zum Starten des Verbrennungsmotors 3 bereitgestellt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013110239 A1 [0005]
