EP2081787A2 - Hydrostatischer antrieb mit bremsenergierückgewinnung - Google Patents
Hydrostatischer antrieb mit bremsenergierückgewinnungInfo
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- EP2081787A2 EP2081787A2 EP07819371A EP07819371A EP2081787A2 EP 2081787 A2 EP2081787 A2 EP 2081787A2 EP 07819371 A EP07819371 A EP 07819371A EP 07819371 A EP07819371 A EP 07819371A EP 2081787 A2 EP2081787 A2 EP 2081787A2
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- hydraulic motor
- line
- storage element
- hydrostatic drive
- pressure
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- B60K6/08—Prime-movers comprising combustion engines and mechanical or fluid energy storing means
- B60K6/12—Prime-movers comprising combustion engines and mechanical or fluid energy storing means by means of a chargeable fluidic accumulator
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
- F16H61/38—Control of exclusively fluid gearing
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- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/62—Hybrid vehicles
Definitions
- the invention relates to a hydrostatic drive with a device for recovering braking energy.
- Hydraulic pump is connected to an adjustable hydraulic motor in a closed circuit.
- the hydraulic pump is connected to the hydraulic motor via a first working line and a second working line in the closed circuit.
- first working line is a
- High-pressure accumulator and connected to the second working line a low-pressure accumulator.
- the second accumulator must be provided for volume flow compensation, since in the case of recovery of released kinetic energy is filled by the then acting as a pump hydraulic motor, the high-pressure accumulator.
- AT 395 960 B drive has the disadvantage that a reversal of the flow direction is required so that on the side of the hydraulic motor, the high pressure always applied to the same port of the hydraulic motor.
- the proposed arrangement in AT 395 960 B is thus not transferable to traction drives with an open circuit.
- a hydraulic pump and a hydraulic motor are connected to one another via a delivery line.
- the hydrostatic drive has a storage element for storing pressure energy.
- the hydraulic pump and the hydraulic motor are arranged in an open circuit and a downstream connection of the hydraulic motor can be connected via a first valve device alternately with a tank volume or the storage element.
- the downstream connection of the hydraulic motor is connected to a storage element via a valve device when, for example, there is a deceleration of the vehicle in the case of a traction drive.
- the vehicle is in the push mode and the hydraulic motor acts as a pump. Since in this case the flow direction does not reverse, the downstream port of the hydraulic motor is connected to the storage element through the valve device. Instead of a relaxation in the tank volume pressure medium is thus promoted under increasing pressure in the storage element. The kinetic energy is thus converted into pressure energy and is available again for subsequent acceleration processes.
- a second valve device via which a suction connection of the hydraulic pump can be alternately connected to the storage element or a tank volume. While the storage element is filled by the hydraulic motor with the first valve device in pushing operation, the hydraulic pump is connected when the suction connection of the hydraulic pump is connected
- the hydraulic motor with the reservoir and the hydraulic pump can be connected to the storage element by the first valve device and the second valve device, but if at the same time the hydraulic motor and the hydraulic pump can be connected to one another in a closed circuit. If the storage element has reached its capacity limit and further storage of energy is no longer possible, a further deceleration of a vehicle can then take place by the engine braking effect of the motor connected to the hydraulic pump.
- a closed circuit of the hydraulic pump is generated with the hydraulic motor, so that the acting as a pump hydraulic motor is supported on a primary drive machine.
- the storage element is connected to a pressure relief valve. If a braking torque can not be applied by the prime mover, however, further deceleration by filling the storage element is likewise not possible, the pressure medium conveyed by the hydraulic motor is released into the tank volume via the pressure limiting valve. The released kinetic Energy that can no longer be stored is thus converted into heat. Since the pressure relief valve is connected to the memory, it is not necessary to switch over the first valve device during a deceleration process. Rather, when the maximum pressure in the storage element is reached, the pressure limiting valve is automatically opened and the pressure medium is thus released into the tank volume via the pressure limiting valve, generating heat.
- the delivery line of the open hydrostatic circuit via a directional control valve with a first and a second hydraulic motor line connectable / so that a change of direction is achieved by changing the high-pressure applied connection of the hydraulic motor.
- each not connected to the delivery line hydraulic motor line is connected to a tank line through the directional control valve.
- the first valve device is arranged in the tank line. In this way, both for forward drive and for reverse driving the respective downstream connection of the hydraulic motor via the directional control valve and the tank line and the valve device with the
- the first valve device or else the first and the second valve device is connected to the storage element via a storage line.
- a throttle point is arranged to increase a braking effect during filling of the storage element. It is particularly preferred to make the throttle point controllable. Due to the throttle point, a braking effect can be achieved even if the storage element is still largely empty is and thus the back pressure for acting as a pump hydraulic motor is still low.
- FIG. 1 shows a first embodiment of a hydrostatic drive according to the invention
- FIG. 2 shows a second embodiment of a hydrostatic drive according to the invention.
- Fig. 3 shows a third embodiment of a hydrostatic drive according to the invention.
- the hydrostatic drive is a traction drive 1 of a vehicle driven by a hydrostatic transmission.
- vehicles may be, for example, wheel loaders, forklifts or refuse vehicles.
- intensive driving cycles occur, that is, acceleration and braking processes are frequently repeated, and this usually occurs shortly after one another. Therefore, with these Vehicle types a recovery of the energy released during a braking process of particular interest.
- the traction drive 1 comprises a hydraulic pump 2 and a hydraulic motor 3.
- the hydraulic pump 2 and the hydraulic motor 3 are arranged in an open hydraulic circuit.
- the hydraulic pump 2 delivers pressure medium into a delivery line 4, which is connected to the hydraulic pump 3 at its delivery-side connection.
- the delivery line 4 is connected to a first hydraulic motor line 6.
- a first connection 8 of the hydraulic motor 3 can be acted upon by the delivery pressure generated by the hydraulic pump 2.
- the hydraulic motor 3 is due to the voltage applied to the first port 8 discharge pressure
- the pressure medium which has been released after flowing through the hydraulic motor 3, is supplied via a second connection 9 of the hydraulic motor 3 to a second hydraulic motor line 7, which in the exemplary embodiment shown comprises a first section 7a and a second section 7b.
- the second hydraulic motor line 7 is connected via a tank line 16 with a tank volume 15.
- the delivery line 4 is either with the first hydraulic motor line
- a second end position of the directional control valve 5 is adjustable by means of a first electromagnet 35.
- the delivery line 4 with the second hydraulic motor line 7 and the second portion 7b of the second hydraulic motor line 7 is connected.
- the first hydraulic motor line 6 is connected to the expansion line 16.
- the delivery line 4 is connected directly to the tank line 16.
- the directional control valve 5 If, during energization of the first electromagnet 35, the directional control valve 5 is in a second end position, the direction of flow through the hydraulic motor 3 and thus the direction of rotation of a drive shaft 13 connected to the hydraulic motor 3 are reversed.
- Adjustment device 10 and a second adjustment device 11 is provided.
- the first adjusting device 10 acts on an adjusting mechanism of the hydraulic pump 2 and adjusts the hydraulic pump 2 with regard to its delivery volume.
- the second adjusting device 11 cooperates in a corresponding manner with an adjusting mechanism of the hydraulic motor 3 and adjusts the displacement of the hydraulic motor 3.
- the transmission ratio of the hydrostatic transmission can be adjusted continuously.
- the pressure medium conveyed by the hydraulic pump 2 as a function of the adjusted delivery volume into the delivery line 4 is sucked by the hydraulic pump 2 via a suction line 14 out of the tank volume 15.
- the suction-side connection 30 of the hydraulic pump 2 is for this purpose connected via the suction line 14 with the tank volume 15 and sucks from the unpressurized tank volume 15 pressure medium.
- the hydraulic motor 3 in a forward movement of the vehicle in a coasting operation, for example, if a steep road is traveled or the vehicle is decelerated, so is driven due to the inertia of the output shaft 13 of the hydraulic motor 3. Because of the non-zero absorption volume, which is set by the second adjusting device 11, the hydraulic motor 3 now acts as a pump and sucks at its first port 8 pressure medium and conveys it via its second port 9 in the first portion 7a of the hydraulic motor line. 7
- a first valve device 17 is provided, via which the first section 7a of the second hydraulic motor line 7 can be connected to a first connecting line 22.
- the first connection line 22 is connected via a memory line 23 to a memory element 18.
- the storage element 18 is preferably designed as a high-pressure hydraulic diaphragm.
- the hydraulic diaphragm has a compressible volume, so that under increasing pressure in the compressible volume of pressure medium in the storage element 18 can be fed. In this way, pressure medium can be conveyed into the storage element 18 and energy stored in the form of pressure energy.
- a second valve device 29 is still in its starting position shown in FIG.
- This starting position is defined by a further spring 31.
- a flow-through connection is established in the second valve device 29, which connects the suction-side connection 30 with the tank volume 15.
- a third solenoid 32 can bring the second valve device 29 in its opposite switching position.
- the suction-side connection 30 is connected to a second connection line 33.
- the suction line 14 is interrupted, so that a connection between the suction-side terminal 30 and the tank volume 15 no longer exists.
- the pressure medium delivered by the hydraulic motor 3 is first conveyed into the storage element 18. Is the capacity limit of the storage element
- Storage line 23 is for this purpose via a
- Measuring line 25 is supplied to a measuring surface of the pressure limiting valve 24 of the pressure prevailing in the storage element 18 or the storage line 23.
- This accumulator pressure exceeds a critical value, which by an opposing acting
- Pressure relief valve spring 26 is set so opens the pressure relief valve 24 and relaxes the storage line 23 and thus the memory 18 in the tank volume 15th
- the first valve device 17 is returned to its initial position, which is defined by the second compression spring 20.
- the first section 7a of the second hydraulic motor line 7 is thus again connected to the second section 7b of the second hydraulic motor line 7.
- the second valve device 29 is now brought into its switching position.
- the compression spring 31 By energizing the third electromagnet 32, the compression spring 31 is compressed and the second connecting line 33 is connected to the suction-side port 30 of the hydraulic pump 2.
- the pressure prevailing in the storage element 18 accumulator pressure is applied to the suction-side port 30 of the hydraulic pump 2.
- the energy, which must be applied by a connected via a drive shaft 12 to the hydraulic pump 2, drive unit, not shown, is reduced due to the smaller pressure difference between the suction side and the pressure side of the hydraulic pump 2.
- the first valve means 17 and the second valve means 29 are brought into their respective switching positions.
- the second electromagnet 21 and the third electromagnet 32 are energized and thus in each case brought the two valve devices 17, 29 in their second switching position.
- the second port 9 of the hydraulic motor 3 is connected to the suction-side port 30 of the hydraulic pump 2 and there is a closed hydraulic circuit.
- the hydraulic motor 3 acting as a pump is supported with a corresponding adjustment of the delivery volume of the hydraulic pump 2 and the absorption volume of the hydraulic motor 3 on the drive motor connected to the hydraulic pump 2 via the drive shaft 12.
- the throttle point 28 is preferably designed as an adjustable throttle. In particular, can be adjusted by an adjustable throttle
- Throttle 28 of the flow resistance which counteracts the promoted by the hydraulic motor 3 pressure fluid can be adjusted. This already allows a higher braking effect when the storage element 18 generates a low back pressure due to a previous removal of pressure medium from the storage element 18.
- the adjustable throttle 28th be used advantageously.
- the pressure medium is removed from the storage element 18 via the throttle point 28.
- a throttling take place, so that the pressure increase on the suction side of the hydraulic pump 2 does not lead to a shift shock.
- a simple embodiment of the traction drive 1 according to the invention is shown. In this case, storage of energy is only possible during a braking process during forward travel. If, on the other hand, the directional control valve 5 is actuated in such a way that the hydraulic motor 3 flows through in the opposite direction, the released kinetic energy can not be stored in the storage element 18 in the form of pressure energy during a braking operation.
- an additional first valve device 17 ' is arranged in the first hydraulic motor line 6, which generates a through-flowable connection in the first hydraulic motor line 6 during normal driving operation.
- the additional first valve device 17 ' is constructed like the first valve device 17.
- the corresponding reference numerals are shown as primed reference numerals with respect to the additional first valve means 17 '. If the additional first valve device 17 'is brought into its switching position by the electromagnet 21', then the first connection 8 of the hydraulic motor 3 is connected to the first connection line 22 and thus to the first connection line Memory element 18 is connected.
- the procedure for charging the storage element 18 or braking via the pressure limiting valve 24 corresponds to the already explained in detail with reference to FIG. 1 procedure.
- due to a first valve device 17 ' is arranged in the first hydraulic motor line 6, which generates a through-flowable connection in the first hydraulic motor line 6 during normal driving operation.
- the additional first valve device 17 ' is constructed like the first valve device 17.
- the corresponding reference numerals are shown as primed
- the additional first valve device 17 ' divides the first hydraulic motor line 6 into a first section ⁇ a and a second section 6b.
- the first section 6a is connected to the hydraulic motor 3.
- the second section 6 b is arranged between the additional first valve device 17 'and the directional control valve 5.
- FIG. 3 Another way to enable the recovery of released kinetic energy and storage in the form of pressure energy in the storage element 8 is shown in FIG.
- the exemplary embodiment illustrated in FIG. 3 makes use of the fact that the same tank line 16 is used for discharging the pressure medium that has been released via the hydraulic motor 3 during normal driving operation.
- the first valve means 17 '' is therefore downstream of the directional control valve 5 in the
- Tank line 16 is arranged. Therefore, when the second electromagnet 21 "is energized, the connection from the directional control valve 5 to the tank volume 15 is interrupted and the tank line 16 is connected to the first connection line 22.
- the embodiment of Fig. 3 has the advantage that in a simple manner, a recovery of braking energy during both forward drive and during reverse travel is possible. For this purpose, only a first valve means 17 '' required and on the Double execution of the valves in the first and in the second hydraulic motor line 6, 7 can be dispensed with.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Antrieb (1) in einem offenen Kreislauf. Der hydrostatische Antrieb (1) umfasst eine Hydropumpe (2) und einen Hydromotor (3). Die Hydropumpe (2) und der Hydromotor (3) sind über eine Förderleitung (4) miteinander verbunden. Ferner umfasst der hydrostatische Antrieb (1) ein Speicherelement (18) zur Speicherung von Druckenergie. Eine stromabwärts des Hydromotors (3) angeordnete erste Ventileinrichtung (17) verbindet wechselweise den stromabwärtigen Anschluss (9) des Hydromotors (3) mit einem Tankvolumen (15) oder dem Speicherelement (18).
Description
Hydrostatischer Antrieb mit Bremsenergierückgewinnung
Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Antrieb mit einer Einrichtung zur Rückgewinnung von Bremsenergie.
Zur Rückgewinnung von frei werdender Energie bei hydrostatischen Fahrantrieben ist es bekannt, die frei werdende kinetische Energie in Form von Druckenergie zu speichern. Aus der AT 395 960 B ist hierzu ein hydrostatischer Fahrantrieb bekannt, bei dem eine
Hydropumpe mit einem verstellbaren Hydromotor in einem geschlossenen Kreislauf verbunden ist. Die Hydropumpe ist mit dem Hydromotor über eine erste Arbeitsleitung und eine zweite Arbeitsleitung in dem geschlossenen Kreislauf verbunden. Mit der ersten Arbeitsleitung ist ein
Hochdruckspeicher und mit der zweiten Arbeitsleitung ein Niederdruckspeicher verbunden. Der zweite Druckspeicher muss dabei zum Volumenstromausgleich vorgesehen werden, da im Falle einer Rückgewinnung von freiwerdender kinetischer Energie durch den dann als Pumpe wirkenden Hydromotor der Hochdruckspeicher aufgefüllt wird.
Der aus der AT 395 960 B bekannte Antrieb hat den Nachteil, dass eine Umkehr der Strömungsrichtung erforderlich ist, damit auf der Seite des Hydromotors der Hochdruck immer an dem selben Anschluss des Hydromotors anliegt. Die in der AT 395 960 B vorgeschlagene Anordnung ist somit auf Fahrantriebe mit offenem Kreislauf nicht übertragbar.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen hydrostatischen Antrieb mit offenem Kreislauf zu schaffen, bei dem eine einfache Rückgewinnung von freiwerdender Energie möglich ist.
Die Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen hydrostatischen Antrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen hydrostatischen Antrieb sind eine Hydropumpe und ein Hydromotor über eine Förderleitung miteinander verbunden. Der hydrostatische Antrieb weist ein Speicherelement zum Speichern von Druckenergie auf. Die Hydropumpe und der Hydromotor sind in einem offenen Kreislauf angeordnet und ein stromabwärtiger Anschluss des Hydromotors ist über eine erste Ventileinrichtung wechselweise mit einem Tankvolumen oder dem Speicherelement verbindbar.
Bei dem erfindungsgemäßen hydrostatischen Antrieb wird der stromabwärtige Anschluss des Hydromotors mit einem Speicherelement über eine Ventileinrichtung verbunden, wenn beispielsweise eine Verzögerung des Fahrzeugs im Falle eines Fahrantriebs erfolgt. Das Fahrzeug gerät in den Schiebebetrieb und der Hydromotor wirkt als Pumpe. Da sich hierbei die Strömungsrichtung nicht umkehrt, wird der stromabwärtige Anschluss des Hydromotors mit dem Speicherelement durch die Ventileinrichtung verbunden. Anstelle einer Entspannung in das Tankvolumen wird somit unter zunehmendem Druck Druckmittel in das Speicherelement gefördert. Die kinetische Energie wird damit in Druckenergie umgewandelt und steht für nachfolgende Beschleunigungsprozesse wieder zur Verfügung.
Durch die Ausbildung des hydrostatischen Antriebs mit einem offenen Kreislauf wird gleichzeitig das in das Speicherelement hineingeförderte Druckmittel auf der Saugseite der Hydropumpe aus dem Tankvolumen angesaugt, so dass automatisch ein Volumenstromausgleich erfolgt. Dies führt dazu, dass ein zweiter Druckspeicher, wie er bei geschlossenen Kreisläufen zum Volumenstromausgleich erforderlich ist, nicht vorgesehen werden muss.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Ventileinrichtung und des Speichers wird auch im offenen Kreislauf eine Rückgewinnung von Energie möglich.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs ausgeführt.
Insbesondere ist es vorteilhaft, eine zweite Ventileinrichtung vorzusehen, über die ein Sauganschluss der Hydropumpe wechselweise mit dem Speicherelement oder einem Tankvolumen verbindbar ist. Während durch die erste Ventileinrichtung ein Befüllen des Speicherelements im Schiebebetrieb durch den Hydromotor erfolgt, ist bei einer Verbindung des Sauganschlusses der Hydropumpe die
Rückgewinnung der gespeicherten Druckenergie über den Sauganschluss der Hydropumpe möglich. Dabei ergibt sich eine Energieeinsparung durch die verringerte Druckdifferenz zwischen der Saugseite und dem förderseitigen Anschluss der Hydropumpe.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn durch die erste Ventileinrichtung und die zweite Ventileinrichtung nicht nur der Hydromotor mit dem Speicher und die Hydropumpe mit dem Speicherelement verbindbar sind, sondern wenn gleichzeitig auch der Hydromotor und die Hydropumpe in einem geschlossenen Kreislauf miteinander verbindbar sind. Sofern das Speicherelement seine Kapazitätsgrenze erreicht hat und eine weitere Speicherung von Energie nicht mehr möglich ist, kann ein weiteres Abbremsen eines Fahrzeugs dann durch die Motorbremswirkung des mit der Hydropumpe verbundenen Motors erfolgen. Hierzu wird ein geschlossener Kreislauf der Hydropumpe mit dem Hydromotor erzeugt, so dass sich der als Pumpe wirkende Hydromotor an einer primären Antriebsmaschine abstützt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Speicherelement mit einem Druckbegrenzungsventil verbunden. Wenn ein Bremsmoment durch die Antriebsmaschine nicht aufgebracht werden kann, ein weiteres Abbremsen durch Auffüllen des Speicherelements jedoch ebenfalls nicht möglich ist, so wird das von dem Hydromotor geförderte Druckmittel über das Druckbegrenzungsventil in das Tankvolumen entspannt. Die freiwerdende kinetische
Energie, die nicht mehr speicherbar ist, wird somit in Wärme umgewandelt. Da das Druckbegrenzungsventil mit dem Speicher verbunden ist, ist dabei ein Umschalten der ersten Ventileinrichtung während eines Abbremsvorgangs nicht erforderlich. Es wird vielmehr automatisch bei Erreichen eines maximalen Drucks in dem Speicherelement das Druckbegrenzungsventil geöffnet und somit über das Druckbegrenzungsventil unter Erzeugung von Wärme das Druckmittel in das Tankvolumen entspannt.
Vorzugsweise ist die Förderleitung des offenen hydrostatischen Kreislaufs über ein Fahrtrichtungsventil mit einer ersten und einer zweiten Hydromotorleitung verbindbar/ so dass ein Fahrtrichtungswechsel durch Wechseln des mit Hochdruck beaufschlagten Anschlusses des Hydromotors erreicht wird. Dabei wird es insbesondere bevorzugt, wenn gleichzeitig die jeweils nicht mit der Förderleitung verbundene Hydromotorleitung mit einer Tankleitung durch das Fahrtrichtungsventil verbunden ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erste Ventileinrichtung in der Tankleitung angeordnet. Auf diese Weise lässt sich sowohl für Vorwärtsfahrt als auch für Rückwärtsfahrt der jeweils stromabwärtige Anschluss des Hydromotors über das Fahrtrichtungsventil und die Tankleitung sowie die Ventileinrichtung mit dem
Speicherelement verbinden. Eine Speicherung von frei werdender kinetischer Energie ist damit sowohl bei Vorwärtsfahrt als auch bei Rückwärtsfahrt möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Ventileinrichtung oder aber die erste und die zweite Ventileinrichtung über eine Speicherleitung mit dem Speicherelement verbunden. In dieser Speicherleitung ist zum Erhöhen einer Bremswirkung während des Füllens des Speicherelements eine Drosselstelle angeordnet. Besonders bevorzugt ist es, die Drosselstelle steuerbar auszuführen. Aufgrund der Drosselstelle ist auch dann eine Bremswirkung erzielbar, wenn das Speicherelement noch weitgehend leer
ist und somit der Gegendruck für den als Pumpe wirkenden Hydromotor noch gering ist.
Insbesondere im Falle einer einstellbaren Drossel ist ein nahtloser Übergang beim Entladen des Speicherelements auf die Saugseite der Hydropumpe realisierbar. So ist der auf den saugseitigen Anschluss der Hydropumpe wirkende Druck einstellbar und es kann eine Reduzierung des Drucks gegen Ende des Rückgewinnungsprozesses erfolgen. Gleichzeitig wird die Leistung, die durch die Antriebsmaschine an die Pumpe abgegeben wird, erhöht und es entsteht keine Zugkraftunterbrechung während einer Beschleunigungsphase, die aus der Rückgewinnung der frei gewordenen kinetischen Energie sowie einem nachfolgenden normalen Beschleunigungsvorgang besteht.
In der Zeichnung sind vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs; und
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs.
In der Fig. 1 ist ein hydraulischer Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs dargestellt. Der hydrostatische Antrieb ist ein Fahrantrieb 1 eines mittels eines hydrostatischen Getriebes angetriebenen Fahrzeugs. Solche Fahrzeuge können beispielsweise Radlader, Stapler oder Müllfahrzeuge sein. Bei solchen Fahrzeugen treten besonders intensive Fahrzyklen auf, d. h. es wiederholen sich häufig Beschleunigungs- und Bremsvorgänge und dies in der Regel kurz hintereinander. Daher ist bei diesen
Fahrzeugtypen eine Rückgewinnung der frei werdenden Energie während eines Bremsvorgangs von besonderem Interesse.
Der Fahrantrieb 1 umfasst eine Hydropumpe 2 und einen Hydromotor 3. Die Hydropumpe 2 und der Hydromotor 3 sind in einem offenen hydraulischen Kreislauf angeordnet. Die Hydropumpe 2 fördert Druckmittel in eine Förderleitung 4, die mit der Hydropumpe 3 an ihrem förderseitigen Anschluss verbunden ist. Die Förderleitung 4 ist mit einer ersten Hydromotorleitung 6 verbunden.
Über die Förderleitung 4 und die erste Hydromotorleitung 6 ist ein erster Anschluss 8 des Hydromotors 3 mit dem von der Hydropumpe 2 erzeugten Förderdruck beaufschlagbar. Durch den Hydromotor 3 wird aufgrund des an dem ersten Anschluss 8 anliegenden Förderdrucks ein
Abtriebsdrehmoment erzeugt, welches auf einen nicht weiter dargestellten Fahrzeugantrieb wirkt. Das nach Durchströmen des Hydromotors 3 entspannte Druckmittel wird über einen zweiten Anschluss 9 des Hydromotors 3 einer zweiten Hydromotorleitung 7 zugeführt, die im dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten Abschnitt 7a und einen zweiten Abschnitt 7b umfasst. Die zweite Hydromotorleitung 7 ist über eine Tankleitung 16 mit einem Tankvolumen 15 verbunden.
Zur Umkehr der Fahrtrichtung ist ein Fahrtrichtungsventil
5 vorgesehen. Mittels des Fahrtrichtungsventils 5 ist die Förderleitung 4 entweder mit der ersten Hydromotorleitung
6 oder aber dem zweiten Abschnitt 7b der zweiten Hydromotorleitung 7 verbindbar. In der Fig. 1 ist die Ausgangsposition des Fahrtrichtungsventils 5 dargestellt, die durch die Kraft einer Druckfeder 34 definiert wird. Entgegen der Kraft der Druckfeder 34 ist mittels eines ersten Elektromagneten 35 eine zweite Endposition des Fahrtrichtungsventils 5 einstellbar. In der zweiten Endposition des Fahrtrichtungsventils 5 ist die Förderleitung 4 mit der zweiten Hydromotorleitung 7 bzw.
dem zweiten Abschnitt 7b der zweiten Hydromotorleitung 7 verbunden. Gleichzeitig ist die erste Hydromotorleitung 6 mit der Entspannungsleitung 16 verbunden.
In einer mittleren Position des Fahrtrichtungsventils 5 ist die Förderleitung 4 direkt mit der Tankleitung 16 verbunden.
Befindet sich während des Bestromens des ersten Elektromagneten 35 das Fahrtrichtungsventil 5 in einer zweiten Endposition, so kehrt sich die Strömungsrichtung durch den Hydromotor 3 und somit die Drehrichtung einer mit dem Hydromotor 3 verbundenen Antriebswelle 13 um.
Zum Einstellen des Übersetzungsverhältnisses des hydrostatischen Getriebes, welches die Hydropumpe 2 und den Hydromotor 3 umfasst, sind eine erste
Verstellvorrichtung 10 und eine zweite Verstellvorrichtung 11 vorgesehen. Die erste Verstellvorrichtung 10 wirkt auf einen Verstellmechanismus der Hydropumpe 2 und stellt die Hydropumpe 2 hinsichtlich ihres Fördervolumens ein.
Die zweite Verstellvorrichtung 11 wirkt dagegen in entsprechender Weise mit einem Verstellmechanismus des Hydromotors 3 zusammen und stellt das Schluckvolumen des Hydromotors 3 ein. In Abhängigkeit von dem eingestellten Fördervolumen der Hydropumpe 2 und dem eingestellten Schluckvolumen des Hydromotors 3 lässt sich das Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Getriebes stufenlos verstellen.
Das von der Hydropumpe 2 in Abhängigkeit von dem eingestellten Fördervolumen in die Förderleitung 4 geförderte Druckmittel wird von der Hydropumpe 2 über eine Saugleitung 14 aus dem Tankvolumen 15 angesaugt. Der saugseitige Anschluss 30 der Hydropumpe 2 ist hierzu über die Saugleitung 14 mit dem Tankvolumen 15 verbunden und saugt aus dem drucklosen Tankvolumen 15 Druckmittel an.
Für die nachfolgenden Ausführungen sei zunächst angenommen, dass sich das Fahrtrichtungsventil 5 in seiner Ruheposition befindet, in der die Förderleitung 4 mit der ersten Hydromotorleitung 6 verbunden ist. Die dadurch gewählte Fahrtrichtung wird im Folgenden als Vorwärtsfahrt bezeichnet .
Gerät bei einer Vorwärtsfahrt das Fahrzeug in einen Schiebebetrieb, wenn beispielsweise eine abschüssige Wegstrecke befahren wird oder aber das Fahrzeug verzögert wird, so wird aufgrund der Massenträgheit über die Abtriebswelle 13 der Hydromotor 3 angetrieben. Wegen des von Null verschiedenen Schluckvolumens, das durch die zweite Verstellvorrichtung 11 eingestellt ist, wirkt der Hydromotor 3 nunmehr als Pumpe und saugt an seinem ersten Anschluss 8 Druckmittel an und fördert es über seinen zweiten Anschluss 9 in den ersten Abschnitt 7a der Hydromotorleitung 7.
Erfindungsgemäß ist eine erste Ventileinrichtung 17 vorgesehen, über die der erste Abschnitt 7a der zweiten Hydromotorleitung 7 mit einer ersten Verbindungsleitung 22 verbindbar ist. Hierzu wird ausgehend aus seiner Ruheposition die erste Ventileinrichtung 17 entgegen der Kraft einer Feder 20 durch einen zweiten Elektromagneten 21 in eine Schaltposition gebracht. Die erste Verbindungsleitung 22 ist über eine Speicherleitung 23 mit einem Speicherelement 18 verbunden. Das Speicherelement 18 ist vorzugsweise als Hochdruck-Hydromembranspeicher ausgeführt. Der Hydromembranspeicher weist ein kompressibles Volumen auf, so dass unter Erhöhung des Drucks in dem kompressiblen Volumen Druckmittel in das Speicherelement 18 zuführbar ist. Auf diese Weise kann Druckmittel in das Speicherelement 18 gefördert und Energie in Form von Druckenergie gespeichert werden.
Im Schiebebetrieb bei Vorwärtsfahrt wird folglich durch den Hydromotor 3 Druckmittel aus der ersten Hydromotorleitung 6 angesaugt und über den ersten
Abschnitt 7a der zweiten Hydromotorleitung, die erste Ventileinrichtung 17, die erste Verbindungsleitung 22 und die Speicherleitung 23 das Druckmittel in das Speicherelement 18 gefördert.
Während das Speicherelement 18 auf die vorbeschriebene Weise gefüllt wird, ist eine zweite Ventileinrichtung 29 weiterhin in ihrer in der Fig. 1 dargestellten Ausgangsposition. Diese Ausgangsposition wird durch eine weitere Feder 31 definiert. In dieser Ausgangsposition ist eine durchströmbare Verbindung in der zweiten Ventileinrichtung 29 hergestellt, die den saugseitigen Anschluss 30 mit dem Tankvolumen 15 verbindet. Entgegen der Kraft der weiteren Feder 31 kann ein dritter Elektromagnet 32 die zweite Ventileinrichtung 29 in ihre entgegengesetzte Schaltposition bringen. In der entgegengesetzten Schaltposition ist der saugseitige Anschluss 30 mit einer zweiten Verbindungsleitung 33 verbunden. Gleichzeitig wird die Saugleitung 14 unterbrochen, so dass eine Verbindung zwischen dem saugseitigen Anschluss 30 und dem Tankvolumen 15 nicht mehr besteht.
Befindet sich die erste Ventileinrichtung 17 in ihrer Schaltposition und die zweite Ventileinrichtung 29 in ihrer Ausgangsposition, so wird das von dem Hydromotor 3 geförderte Druckmittel zunächst in das Speicherelement 18 gefördert. Ist die Kapazitätsgrenze des Speicherelements
18 erreicht, so öffnet ein Druckbegrenzungsventil 24, das mit dem Speicherelement 18 verbunden ist. Die
Speicherleitung 23 ist hierzu über eine
Druckbegrenzungsleitung 27 und das Druckbegrenzungsventil
24 mit dem Tankvolumen 15 verbindbar. Über eine
Messleitung 25 wird einer Messfläche des Druckbegrenzungsventils 24 der in dem Speicherelement 18 bzw. der Speicherleitung 23 herrschende Druck zugeführt.
Übersteigt dieser Speicherdruck einen kritischen Wert, der durch eine entgegengesetzt wirkende
Druckbegrenzungsventilfeder 26 eingestellt wird, so öffnet
das Druckbegrenzungsventil 24 und entspannt die Speicherleitung 23 und somit den Speicher 18 in das Tankvolumen 15.
Würde somit bei einem lang andauernden Bremsvorgang folglich durch den Hydromotor 3 ein Druck in dem Speicherelement 18 erreicht, für den das Speicherelement 18 nicht ausgelegt ist, so öffnet vorher das Druckbegrenzungsventil 24 und das von dem Hydromotor 3 geförderte Druckmittel wird in das Tankvolumen 15 entspannt. Hierbei wird die frei werdende kinetische Energie des Bremsvorgangs in Wärme umgewandelt.
Ist aufgrund eines vorangegangenen Bremsvorgangs das Speicherelement 18 befüllt, so kann die dort gespeicherte Druckenergie für einen nachfolgenden Beschleunigungsvorgang genutzt werden. Die erste Ventileinrichtung 17 wird hierzu wieder in ihre Ausgangsposition gebracht, die durch die zweite Druckfeder 20 definiert ist. Der erste Abschnitt 7a der zweiten Hydromotorleitung 7 ist damit wieder mit dem zweiten Abschnitt 7b der zweiten Hydromotorleitung 7 verbunden. Zur Rückgewinnung der in dem Speicherelement 18 gespeicherten Druckenergie wird nun die zweite Ventileinrichtung 29 in ihre Schaltposition gebracht.
Durch Bestromen des dritten Elektromagneten 32 wird die Druckfeder 31 komprimiert und die zweite Verbindungsleitung 33 mit dem saugseitigen Anschluss 30 der Hydropumpe 2 verbunden. Damit liegt der in dem Speicherelement 18 herrschende Speicherdruck an dem saugseitigen Anschluss 30 der Hydropumpe 2 an. Die Energie, die durch eine über eine Triebwelle 12 mit der Hydropumpe 2 verbundene, nicht dargestellte Antriebsmaschine aufgebracht werden muss, wird aufgrund des geringeren Druckunterschieds zwischen der Saugseite und der Druckseite der Hydropumpe 2 reduziert.
Als weitere Möglichkeit einen Bremsvorgang durchzuführen können gleichzeitig die erste Ventileinrichtung 17 und die
zweite Ventileinrichtung 29 in ihre jeweiligen Schaltpositionen gebracht werden. Hierzu werden der zweite Elektromagnet 21 und der dritte Elektromagnet 32 bestromt und somit jeweils die beiden Ventileinrichtungen 17, 29 in ihre zweite Schaltposition gebracht. In dieser zweiten
Schaltposition wird der zweite Anschluss 9 des Hydromotors 3 mit dem saugseitigen Anschluss 30 der Hydropumpe 2 verbunden und es entsteht ein geschlossener hydraulischer Kreislauf. In einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf stützt sich der als Pumpe wirkende Hydromotor 3 bei entsprechender Einstellung des Fördervolumens der Hydropumpe 2 und des Schluckvolumens des Hydromotors 3 an dem mit der Hydropumpe 2 über die Triebwelle 12 verbundenen Antriebsmotor ab.
Ist also das Speicherelement 18 bereits gefüllt und soll eine Wärmeentwicklung an dem Druckbegrenzungsventil 24 verhindert werden, so besteht auch die Möglichkeit, gleichzeitig die Ventileinrichtung 17 und die Ventileinrichtung 29 zu betätigen und so die verfügbare Bremsleistung einer primären, in der Fig. 1 nicht dargestellten Antriebsmaschine zu nutzen.
Weiterhin ist es möglich, auf das Bremsverhalten Einfluss zu nehmen, indem in der die erste Verbindungsleitung 22 und die zweite Verbindungsleitung 33 mit dem Speicherelement 18 verbindenden Speicherleitung 23 eine Drosselstelle 28 angeordnet ist. Die Drosselstelle 28 ist vorzugsweise als einstellbare Drossel ausgeführt. Insbesondere kann durch eine einstellbare Drossel der
Drosselstelle 28 der Strömungswiderstand, der dem von dem Hydromotor 3 geförderten Druckmittel entgegen wirkt, eingestellt werden. Dies ermöglicht bereits dann eine höhere Bremswirkung, wenn das Speicherelement 18 aufgrund einer vorangegangenen Entnahme von Druckmittel aus dem Speicherelement 18 einen niedrigen Gegendruck erzeugt.
Auch bei der Entnahme von Druckmittel aus dem Speicherelement 18 kann die einstellbare Drossel 28
vorteilhaft genutzt werden. Um einen nahtlosen und ruckfreien Übergang in eine beschleunigte Fahrt durch eine von dem Antriebsmotor zur Verfügung gestellte Leistung zu ermöglichen, wird das Druckmittel aus dem Speicherelement 18 über die Drosselstelle 28 entnommen. Dabei kann insbesondere während ein hoher Druck in dem Speicherelement 18 herrscht, eine Drosselung erfolgen, so dass die Druckerhöhung auf der Saugseite der Hydropumpe 2 nicht zu einem Schaltruck führt. Durch zunehmendes Öffnen der Drosselstelle 28 während der Entnahme von Druckmittel aus dem Speicherelement 18 ist es dabei möglich, einen konstanten Eingangsdruck an dem saugseitigen Anschluss 30 der Hydropumpe 2 zur Verfügung zu stellen.
In der Fig. 1 ist ein einfaches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrantriebs 1 dargestellt. Dabei ist eine Speicherung von Energie lediglich bei einem Bremsvorgang während Vorwärtsfahrt möglich. Wird dagegen das Fahrtrichtungsventil 5 so betätigt, dass der Hydromotor 3 in umgekehrter Richtung durchströmt wird, so kann bei einem Bremsvorgang die frei werdende kinetische Energie nicht in Form von Druckenergie in dem Speicherelement 18 gespeichert werden.
In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, mit dem eine Speicherung der frei werdenden kinetischen Energie auch bei einer Rückwärtsfahrt möglich ist. Hierzu ist in der ersten Hydromotorleitung 6 eine zusätzliche erste Ventileinrichtung 17' angeordnet, welche während dem normalen Fahrbetrieb eine durchströmbare Verbindung in der ersten Hydromotorleitung 6 erzeugt. Die zusätzliche erste Ventileinrichtung 17' ist wie die erste Ventileinrichtung 17 aufgebaut. Die entsprechenden Bezugszeichen sind als gestrichene Bezugszeichen im Bezug auf die zusätzliche erste Ventileinrichtung 17' dargestellt. Wird durch den Elektromagneten 21' die zusätzliche erste Ventileinrichtung 17' in ihre Schaltposition gebracht, so wird der erste Anschluss 8 des Hydromotors 3 mit der ersten Verbindungsleitung 22 und somit mit dem
Speicherelement 18 verbunden. Im übrigen entspricht die Vorgehensweise zum Aufladen des Speicherelements 18 oder zum Abbremsen über das Druckbegrenzungsventil 24 der bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 1 ausführlich erläuterten Vorgehensweise. Ebenso ist aufgrund einer
Bestromung des Elektromagneten 21' der zusätzlichen ersten Ventileinrichtung 17' und der gleichzeitigen Bestromung des dritten Elektromagneten 32 der zweiten Ventileinrichtung 29 auch bei Rückwärtsfahrt ein geschlossener hydraulischer Kreislauf herstellbar. Damit kann auch bei einer Rückwärtsfahrt die Motorbremswirkung des Antriebsmotors genutzt werden.
Durch die zusätzliche erste Ventileinrichtung 17' wird die erste Hydromotorleitung 6 in einen ersten Abschnitt βa und einen zweiten Abschnitt 6b unterteilt. Der erste Abschnitt 6a ist mit dem Hydromotor 3 verbunden. Der zweite Abschnitt 6b ist zwischen der zusätzlichen ersten Ventileinrichtung 17' und dem Fahrtrichtungsventil 5 angeordnet.
Eine weitere Möglichkeit, um die Gewinnung von frei werdender kinetischer Energie und eine Speicherung in Form von Druckenergie in dem Speicherelement 8 zu ermöglichen, ist in der Fig. 3 dargestellt. Das in der Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel nutzt aus, dass zum Abführen des über den Hydromotor 3 im normalen Fahrbetrieb entspannten Druckmittels die selbe Tankleitung 16 benutzt wird. Die erste Ventileinrichtung 17'' ist daher stromabwärts des Fahrtrichtungsventils 5 in der
Tankleitung 16 angeordnet. Daher wird bei Bestromen des zweiten Elektromagneten 21' ' die Verbindung von dem Fahrtrichtungsventil 5 zu dem Tankvolumen 15 unterbrochen und die Tankleitung 16 mit der ersten Verbindungsleitung 22 verbunden. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 hat den Vorteil, dass in einfacher Weise eine Rückgewinnung von Bremsenergie sowohl während Vorwärtsfahrt als auch während Rückwärtsfahrt möglich ist. Hierzu ist lediglich eine erste Ventileinrichtung 17'' erforderlich und auf die
doppelte Ausführung der Ventile in der ersten und in der zweiten Hydromotorleitung 6, 7 kann verzichtet werden.
Anstelle der dargestellten Schiebeventile als Ventileinrichtungen können auch Sitzventile, insbesondere Logikventile eingesetzt werden, die besonders preiswert sind.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind auch einzelne Merkmale der Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar.
Claims
1. Hydrostatischer Antrieb mit einer Hydropumpe (2) und einem Hydromotor (3) , wobei die Hydropumpe (2) und der Hydromotor (3) über eine Förderleitung (4) miteinander verbunden sind, und mit einem Speicherelement (18) dadurch gekennzeichnet, dass die Hydropumpe (2) und der Hydromotor (3) in einem offenen Kreislauf angeordnet sind und dass ein stromabwärtiger Anschluss (8, 9) des Hydromotors (3) über eine erste Ventileinrichtung (17, 17', 17'') wechselweise mit einem Tankvolumen (15) oder mit dem Speicherelement (18) verbindbar ist.
2. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sauganschluss (30) der Hydropumpe (2) über eine zweite Ventileinrichtung (29) wechselweise mit dem Speicherelement (18) verbindbar ist.
3. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydromotor (3) und die Hydropumpe (2) durch die erste und die zweite Ventileinrichtung (17, 17', 17'', 29) in einem geschlossenen Kreislauf miteinander verbindbar sind.
4. Hydrostatischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (18) mit einem Druckbegrenzungsventil (24) verbunden ist.
5. Hydrostatischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleitung (4) durch ein Fahrtrichtungsventil (5) über eine erste Hydromotorleitung (6) oder eine zweite Hydromotorleitung (7) mit dem Hydromotor (3) verbindbar ist.
6. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Fahrtrichtungsventil (5) jeweils nicht mit der Förderleitung (4) verbundene zweite bzw. erste Hydromotorleitung (7, 6) mit einer Tankleitung (16) verbunden ist.
7. Hydrostatischer Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die erste Ventileinrichtung (17'') das Speicherelement (18) mit der Tankleitung (16) verbindbar ist.
8. Hydrostatischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinrichtung (17, 17', 17'') oder die erste und die zweite Ventileinrichtung (17, 17', 17'', 29) über eine Speicherleitung (23) mit dem Speicherelement (18) verbunden sind und in der Speicherleitung (23) eine Drosselstelle (28) angeordnet ist.
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